JPH0734851B2 - 中空糸状多孔質膜を用いた濾過素子 - Google Patents

中空糸状多孔質膜を用いた濾過素子

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JPH0734851B2
JPH0734851B2 JP63107578A JP10757888A JPH0734851B2 JP H0734851 B2 JPH0734851 B2 JP H0734851B2 JP 63107578 A JP63107578 A JP 63107578A JP 10757888 A JP10757888 A JP 10757888A JP H0734851 B2 JPH0734851 B2 JP H0734851B2
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寅行 桜井
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旭化成工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、中空糸状多孔質膜を用いた液体分離用濾過素
子で、特に中空糸状多孔質膜の端部が熱溶融接着によっ
て固定されている流体分離用濾過素子に関する。
(従来の技術とその問題点) 従来、中空糸状多孔質膜の端部を熱溶融接着によって固
定する方法としては、特開昭63−59311号公報に記載さ
れているように、中空糸状多孔質膜を予め加熱して熱溶
融し、孔の無いチューブ状にした後、これを束ねて熱溶
融接着する方法が知られている。この熱溶融接着による
固定によって製作した濾過素子には次のような問題点が
ある。中空糸状多孔質膜は単なるチューブではなく空隙
を有するため、加熱によって収縮し、中空糸状多孔質膜
の外径および内径が激減する。そのため、特開昭63−59
311号公報記載の方法によって製作した濾過素子におい
ては、必然的に、熱溶融接着部の外径が熱溶融していな
い中空糸状多孔質膜からなる糸束の外径と比べて小さく
なる。その結果、特に糸束の外周に近い部分の中空糸状
多孔質膜は大きく屈曲する。そのため、この濾過素子は
使用時には屈曲部に応力集中が起こり、強度低下を生じ
るとか、屈曲部の圧損により特に高粘度流体においては
流量が低下するという問題点を有する。また、各中空糸
状多孔質膜に内径の小さい部分ができることも問題であ
る。内径が小さくなることにより、SS分の多い液体を濾
過する場合にはSS分による閉塞により濾過不能となりや
すく、高粘度の液体を濾過する場合には圧力損失が大き
くなり、濾過量の低下が起こる。
(問題を解決するための手段) 本発明の目的は、上述の問題点を解決するために、中空
糸状多孔質膜に屈曲のない、かつ、中空糸状多孔質膜の
内径をもとの大きさに維持したまま熱溶融接着されてい
る濾過素子を提供し、また、流体抵抗,分離特性の面で
好ましい、中空糸状多孔質膜の中空部断面形状を維持し
たまま熱溶融接着されている濾過素子を提供することに
ある。
本発明の濾過素子は、(1)複数本束ねられた空隙率30
〜95%の中空糸状多孔質膜が、端部の外周部において中
空糸状多孔質膜素材と同一素材か、中空糸状多孔質膜素
材の融点の0.5〜1.5倍の融点を有する熱可塑性樹脂を少
なくとも一部媒介として液密的に熱溶融接着されてお
り、その熱溶融接着部全体の断面積が、最密充填に束ね
られた際の未熱溶融接着部の糸束の断面積と実質的に等
しいか、それより大きいことを特徴とする濾過素子、
(2)熱溶融接着部の断面に開口している各孔の面積
が、中空糸状多孔質膜の中空部断面積と実質的に等しい
ことを特徴とする上記(1)の濾過素子、および(3)
熱溶融接着部の断面に開口している各孔の形状が、中空
糸状多孔質膜の中空部断面形状を維持している上記
(1)または(2)の濾過素子に関する。
本発明に使用される中空糸状多孔質膜は、熱可塑性樹脂
からなる。熱可塑性樹脂としては、PTFE(ポリテトラフ
ルオロエチレン)、FEP(テトラフルオロエチレン−ヘ
キサフルオロプロピレン共重合樹脂),PFA(テトラフル
オロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共
重合樹脂),ETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン
共重合樹脂),PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等のフッ
素樹脂;ポリエチレン,ポリプロピレン等のポリオレフ
ィン;ポリ塩化ビニル;ポリアミド;ポリエステル;ポ
リスルホン;ポリエーテルスルホン;PEEK(ポリエーテ
ルエーテルケトン)等を挙げることができる。
また、本発明に使用される中空糸状多孔質膜としては、
外径8mm以下、望ましくは2mm以下で、膜厚が5μm以
上、望ましくは30〜500μmのものが適しており、膜の
空隙率は30〜95%、特に50〜85%が好適である。ここで
いう空隙率(Pr)とは、ごく一般的に用いられている意
味と同じであり、次式で定義される。
Pr=(1−Pb/Pa)×100(%) ここで、Paは空隙を有さない膜素材の密度、Pbは膜の重
量をその壁膜の体積で割った値である。
本発明でいう濾過膜とは、平均孔径が0.05〜1μmのミ
クロフィルターの領域のみならず、よりふるい目の小さ
な限外濾過膜をも含むものである。
次に、本発明の濾過素子を図面によって説明する。
第1図は本発明の濾過素子の一例の概要を示す正面図で
あり、第2図はA−A面で切ったその断面図である。中
空糸状多孔質膜1が複数本束ねられ、その端部の外周部
において、少なくとも一部は熱可塑性樹脂の補助部材2
を介して隣接する中空糸状多孔質膜と液密的に熱溶融接
着され、熱溶融接着部3を形成し、全体として濾過素子
5を形成している。補助部材2は、中空糸状多孔質膜1
と同一素材か、中空糸状多孔質膜素材の融点の0.5〜1.5
倍の融点を有する熱可塑性樹脂からなる。ここでいう融
点とは、結晶性樹脂の場合は融点を、非晶性樹脂の場合
はガラス転移点をいう。使用される上記熱可塑性樹脂と
しては、例えば、PTFE(融点327℃)、FEP(融点250〜2
95℃);PFA(融点302〜310℃);ETFE(融点270℃);ポ
リエチレン(融点108〜135℃);ポリスルホン(ガラス
転移点190℃)等が挙げられる。
熱溶融接着部3の外径は、中空糸状多孔質膜を最密充填
に束ねた際の糸束の外径に等しいか、それよりも大き
く、最密充填に束ねた際の糸束の外径の1.25倍よりも大
きくなるのが普通である。
これは中空糸状多孔質膜1相互の隙間に補助部材2が入
っているためであり、そのため、第1図からわかるよう
に中空糸状多孔質膜1は熱溶融接着後も実質的に一直線
状に並び得るのである。また、濾過素子5は熱溶融接着
部3の端面に開口した孔4を有しており、各孔の面積お
よび形状は熱溶融接着する前の中空糸状多孔質膜1の中
空部断面積および中空部断面形状と実質的に等しい。し
かも、濾過素子5の長手方向全体にわたって、この面積
および形状は実質的に変わらない。いいかえれば、中空
糸状多孔質膜1は、その端部において外周部分が熱溶融
し、隣接中空糸状多孔質膜と接着しているものの、その
中空部ははじめの状態を維持しているのである。また、
接着部3は、中空糸状多孔質膜1が少なくともその端部
外周部分において溶融接着したものであるので、強度的
にすぐれている。熱溶融接着部3の端面に開口している
孔の配置については、均一に開口していることが望まし
いが、必ずしもその限りではない。
また、熱溶融接着部の断面形状は糸束の断面形状と変わ
らないことが最も望ましい。
第3図は、本発明の濾過素子の別の一態様を示す正面図
であり、第4図はB−B面で切ったその断面図である。
複数本束ねられた中空糸状多孔質膜1は、その端部の外
周部において少なくとも一部は熱可塑性樹脂の補助部材
2を媒介として隣接する中空糸状多孔質膜と熱溶融接着
され、また中空糸状多孔質膜の糸束の端部外側にも熱可
塑性樹脂の補助部材6が熱溶融接着されて熱溶融接着部
3を形成しており、全体として濾過素子5が形成されて
いる。補助部材2と補助部材6は必ずしも同一素材であ
る必要はないが、同一素材であることが望ましく、さら
には中空糸状多孔質膜1と補助部材2,補助部材6がすべ
て同一素材であることが望ましい。
第3図に示された濾過素子は、熱溶融接着部3に補助部
材6からなる部分を有する以外は、第1図に示した濾過
素子と同じ構造を有するものである。
第1図に示されるような濾過素子は、熱溶融接着された
両端部にチューブを液密に取りつけ、このチューブが原
液の出入口となるモジュール形態が可能である。
また、第3図に示される濾過素子は、原液の出入口を有
するケース内に濾過素子を挿入し、熱溶融接着部3とケ
ースとを液密的にシールした、原液と濾過液とを隔離し
たモジュール形態が可能である。
(実施例1) (表A)に示される仕様のETFEの中空糸状多孔質膜(旭
化成工業(株)製)を用いた。
まず、この中空糸状多孔質膜の一方の開口端を特公昭53
−43390号公報に記載されている方法に準じて目止めを
行った。ただし、目止めには炭酸カルシウムと酸化カル
シウムを混ぜたものを用いた。炭酸カルシウム約16gと
酸化カルシウム約4gを水約5ml中で練り合わせ、中空糸
状多孔質膜の一方の開口端に塗り込み目止めを行った。
目止めされた長さ、すななち中空糸状多孔質膜の一方の
開口端に詰め込まれている目止め材料の浸入している深
さは、本実施例では80mmになるようにした。
この目止めされた100本の中空糸状多孔質膜の目止めさ
れている側の端部を整えて束ね、中空糸状多孔質膜同士
の隙間に中空糸状多孔質膜素材と同一素材の微粉体を、
少なくとも中空糸状多孔質膜の端部外周を完全に覆うよ
うに詰め込み、この束の端部外周部にテフロンのシール
テープを巻きつけ、さらにその外側に日本バルカー工業
(株)製の粘着テープを巻きつけた。この時に、中空糸
状多孔質膜とシールテープの間にも微粉体を詰めた。
そして、この端部を290℃の炉の中に入れ、約5分間保
持したあと徐冷し、外周部に巻きつけたテープを取り除
いた。次に、その端面が平坦となるようにナイフで切断
し、さらに塩酸中に浸漬して、中空部に詰まった目止め
材料を溶解除去した。中空糸状多孔質膜のもう一方の開
口端も同様に処理して第1図に示される濾過素子を作成
した。
(表C)に、作成した濾過素子の端面に開口している孔
の径X,熱溶融接着部の外径の径Y,および糸束の外径Zを
記載した。
(実施例2) (表B)で示される仕様のポリエチレンの中空糸状多孔
質膜(旭化成工業(株)製)を用いた。
まず、この中空糸状多孔質膜の一方の開口端を特公昭53
−43390号公報に記載されている方法に準じて目止めを
行った。ただし、目止めには、炭酸カルシウムと酸化カ
ルシウムを混ぜたものを用いた。炭酸カルシウム約16g
と酸化カルシウム約4gを水約5ml中で練り合わせ、中空
糸状多孔質膜の一方の開口端に塗り込み目止めを行っ
た。
目止めされた長さ、すなわち中空糸状多孔質膜の一方の
開口端に詰め込まれている目止め材料の浸入している深
さは、本実例では約80mmになるようにした。
この目止めされた100本の中空糸状多孔質膜の目止めさ
れている側の端部を整えて束ね、中空糸状多孔質膜同士
の隙間に中空糸状多孔質膜素材と同一素材の微粉体を、
少なくとも中空糸状多孔質膜の端部外周を完全に覆うよ
うに詰め込み、この束の端部外周部にテフロンのシール
テープを巻きつけ、さらにその外側に日本バルカー工業
(株)製の粘着テープを巻きつけた。この時に、中空糸
状多孔質膜とシールテープが少なくとも10mm以上離れる
ように、中空糸状多孔質膜とシールテープの間にも微粉
体を詰めた。
そして、この端部を190℃の炉の中に入れ、約15分間保
持したあと徐冷し、外周部に巻きつけたシールテープを
取り除いた。次に、その端面が平坦となるようにナイフ
で切断し、さらに塩酸中に浸漬して、中空部に詰まった
目止め材料を溶解除去した。中空糸状多孔質膜のもう一
方の開口端も同様に処理して第3図に示される濾過素子
を作成した。
(表C)に、作成した濾過素子の端面に開口している孔
の径X,熱溶融接着部の外径の径Y,および糸束の外径Zを
記載した。
(比較例1) 特開昭63−59311号公報に記載されている方法によっ
て、(表A)に記載されている中空糸状多孔質膜を用い
て濾過素子を作成した。ただし、予め280℃の熱風で熱
処理した100本の中空糸状多孔質膜を、275℃の炉中で熱
溶融接着した。この濾過素子の端面に開口している孔の
径X,熱溶融接着部の外径Y,および糸束の径Zを(表D)
に記載した。
(参考例) 比較例1で作成した濾過素子の糸束の中心近傍の中空糸
状多孔質膜および外周部の中空糸状多孔質膜について、
水圧による破裂テストを行った。破裂時の圧力を(表
E)に記載した。また、実施例1で作成した濾過素子に
ついても同様のテストを行い、その結果を(表E)に記
載した。ただし熱溶融接着前の中空糸状多孔質膜の破裂
時の圧力は20kg/cm2である。
(発明の効果) (表C)からわかるように、本発明の濾過素子では、端
面に開口している各孔の断面積は中空糸状多孔質膜の中
空部の断面積と実質的に等しい。また、熱溶融接着部の
外径を調節して、流体の流路が実質的に一直線になるよ
うに中空糸状多孔質膜を熱溶融接着できるため、熱溶融
接着による濾過性能の低下を生じることがない。さら
に、(表E)からわかるように、中空糸状多孔質膜の屈
曲がないので、強度の著しい低下を抑えることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の濾過素子の一例の概要を示す正面図で
あり、第2図は第1図のA−A面の概要を示す断面図で
ある。 第3図は端部外周部に補助部材を熱溶融接着した、本発
明の一例の概要を示す正面図であり、第4図は第3図の
B−B面の概要を示す断面図である。 1……中空糸状多孔質膜、2……補助部材 3……熱溶融接着部、4……孔 5……濾過素子、6……補助部材

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数本束ねられた空隙率30〜95%の中空糸
    状多孔質膜が、端部の外周部において中空糸状多孔質膜
    素材と同一素材か、中空糸状多孔質膜素材の融点の0.5
    〜1.5倍の融点を有する熱可塑性樹脂を、少なくとも一
    部媒介として液密的に熱溶融接着されており、その熱溶
    融接着部全体の断面積が、最密充填に束ねられた際の未
    熱溶融の糸束の断面積と実質的に等しいか、それより大
    きいことを特徴とする濾過素子。
  2. 【請求項2】熱溶融接着部の断面に開口している各孔の
    面積が、その未熱溶融時の中空糸状多孔質膜の中空部断
    面積と実質的に等しいことを特徴とする請求項(1)記
    載の濾過素子。
  3. 【請求項3】熱溶融接着部の断面に開口している各孔の
    形状が、その未熱溶融時の中空糸状多孔質膜の中空部断
    面形状を維持している請求項(1)または(2)記載の
    濾過素子。
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