JPH0810582A - 中空糸膜モジュール製造装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 遠心力を利用してポッティング材をモジュー
ル容器内の中空糸膜端部へ注入、硬化させる方式の中空
糸膜モジュール製造装置において、該注入・硬化時に該
モジュールの内部を装置外気と遮断することを特徴とす
る中空糸膜モジュール製造装置 【効果】 本発明において、中空糸膜モジュールの内部
を中空糸膜モジュール製造装置外気と遮断することによ
り、不活性気体雰囲気下で重合を行えるようになり、フ
ッ素系樹脂をはじめとする耐溶剤性材をポッティング材
として用いることができ、耐溶剤性に優れた中空糸膜モ
ジュールの製造が可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空糸膜モジュールの
製造装置に関するものであり、詳しくは、遠心力を利用
して複数の中空糸膜の端部を接着固定する中空糸膜モジ
ュールの製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、中空糸膜モジュ−ルはスパイラル
型やチューブラー型モジュールと比べて、単位容積当た
りの有効膜面積が大きくとれ、精密濾過、限外濾過等の
水処理関係、窒素、酸素、水素等のガス分離関係、薬品
関係、バイオ関係等非常に多くの分野で使用されてい
る。しかし、この中空糸膜をモジュール化するには端部
で中空糸膜と中空糸膜の間、および中空糸膜とモジュー
ル容器の間を気密にシール（ポッティング）する必要が
ある。現在、このモジュ−ルの端板部分のポッティング
材としては、そのほとんどがウレタン系、あるいはエポ
キシ系接着剤が使用されており、ポッティング法として
は、遠心力を利用してポッティング材をモジュール端部
に充填する遠心成型法が多用されている。この方法を用
いると、中空糸膜のわずかな隙間にもポッティング材が
十分に充填され、中空糸膜を理想的に固定，シールする
ことができる。また、ウレタン系、エポキシ系接着剤
は、初期粘度や硬化に要する時間や温度などを比較的自
由に調節でき、ポッティングが行いやすい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウレタ
ン系，エポキシ系接着剤は、一般に有機溶媒，特に塩素
系有機溶剤に対して膨潤、クラック、溶解等の現象があ
り、溶剤分離用膜モジュールとしての使用が困難であっ
た。

【０００４】耐有機溶剤性のあるポッティング材を用い
たモジュールとしては、中空糸膜の端部を未加硫のフッ
素ゴムで固定した後に加熱固定する方法（特開昭61-129
006），フッ素樹脂を熱融着する方法（特開平1-47407
，特開平1-47409 ）などが知られているが、未加硫の
ふっ素ゴムで固定後加熱する方法は、中空糸膜のポッテ
ィング部を加硫剤を含む未加硫ゴムの有機溶液中に浸漬
し、溶媒を蒸発する工程が必要となり、被覆の厚みを所
定の厚さにするために、浸漬、溶媒蒸発を何回も実施し
なければならず、加硫するのに160 〜180 ℃の高温加熱
を必要とし、使用する中空糸膜によっては熱劣化が生じ
る可能性がある。また、熱融着する場合も、中空糸膜の
熱劣化はもちろん、隙間なく良好な接着を行うことは容
易ではなかった。本発明の目的は、ウレタン系，エポキ
シ系接着剤にかわり、比較的低温で流動性があり、硬化
が可能なポッティング材を用いた耐溶剤性のある中空糸
型モジュールを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、遠心力を利用
してポッティング材をモジュール容器内の中空糸膜端部
へ注入、硬化させる方式の中空糸膜モジュール製造装置
において、該注入・硬化時に該モジュールの内部を装置
外気と遮断することを特徴とする中空糸膜モジュール製
造装置により基本的に達成される。

【０００６】すなわち、中空糸膜モジュールを外気と遮
断することにより、大気中では行えない重合反応等を行
うことが可能となり、例えば、最も代表的には、ポッテ
ィング材として液状であるモノマーを用い、無酸素下で
行われるラジカル重合により固化させることが可能とな
る。また、モジュール容器内部を乾燥空気で遮断するこ
とにより高湿度における使用が困難なポッティング材を
用いることも可能である。本発明の結果、耐溶剤性が非
常に優れるフッ素系樹脂をポッティング材として使用す
ることにより、溶剤に侵されることのないモジュールの
製作が可能となる。

【０００７】本発明における中空糸膜モジュール製造装
置の一例の断面概略を図１に示す。以下、図１をもとに
して、本発明の詳細を説明していくが、これにより、本
発明は何等限定されるものではない。

【０００８】ここで、装置本体１の内部は装置蓋体２を
閉じることでＯリング１７によって外気を遮断すること
が可能である。中空糸膜モジュール５は、目止め処理を
施された後、ポッティング材容器３とともに回転台にセ
ットされる。一方、ポッティング材は、ポッティング材
タンク９に入れられる。ここで、装置内部とポッティン
グ材タンク９の気体（空気）は真空ライン１０によって
除去され、その後、不活性気体を不活性気体供給ライン
１２より供給することにより外気を追い出すことができ
る。この状態で、モーター７により回転台６を回転さ
せ、設定回転数に達したところで、供給ポンプ８によっ
てポッティング材を供給パイプ１１を通してポッティン
グ材容器３からモジュール容器へと送られる。ポッティ
ング材は、両端のチューブ４を通ってモジュール５の両
端へ等量ずつ送られる。粘度などの影響でポッティング
材が均等にモジュール５へ送られないような場合は、図
２の上面図に示すように仕切板１６を備えることもでき
る。これにより、両側に等量のポッティング材を確実に
注入することができ、さらには、仕切板の位置を調整す
ることにより、両側で異なる量のポッティング材を必要
量だけ注入することも可能となる。また、重合反応等で
温度の調節をしたい場合は、図３のように温度調節器１
５を備えることもできる。温度調節は、モジュール設置
部の外側にヒーターやクーラーを設けて、雰囲気を温度
調節してもよいし、温度調節の応答を速くしたい場合に
は図４のように内部の不活性気体を循環調節させてもよ
い。また、プログラム制御により、重合のスタート温度
を低く、重合のエンドを高くするといった温度調節方法
を採用しても良い。

【０００９】加圧状態でのポッティングを必要とする場
合は、装置全体を耐圧仕様にすれば、特に問題ない。

【００１０】本発明における中空糸膜モジュールと装置
外気の遮断については、装置外気が中空糸膜モジュール
容器内部に流入しさえしなければよく、図１に示すよう
な、装置外気と装置内気を遮断する方法の他に、モジュ
ール内部とモジュール外の装置内気を遮断することも可
能である。例えば、図５に示すように中空糸膜モジュー
ル５，ポッティング材容器３，ポッティング材タンク９
が一体化，気密可能とし、モジュール製造装置にセット
する前に内部を予め脱気，不活性気体で充満させた後、
気密状態にし、モジュール製造装置にセット，運転させ
る方法をとることが可能である。本方式ではポッティン
グ材のポッティング材タンク９からポッティング材容器
３への流入時期は、装置の運転を開始した後になるよう
に、例えば、コック２０が開く時期を制御することによ
り行われる。コック２０の制御は、例えば、タイマー
や、一定回転数以上で開くガバナー（調速器）のような
機構とすることで行うことができる。

【００１１】図示しなかったが、本方式は、ポッティン
グ材タンク９とポッティング材容器３を一体化し、ノズ
ル４にコック２０を装備する方法とすることによっても
同等の効果が得られる。

【００１２】しかし、このように、ポッティング材タン
クも中空糸モジュールと一緒になって回転させると、ト
ルク源は大きなものが必要である。

【００１３】そこで、ポッティング材供給パイプと回転
部分とを分けて、該回転に同調した回転をしないポッテ
ィング材供給パイプを設けることが好ましい。このよう
な構成にすることにより、外気遮断系の外部から、ポッ
ティング材供給速度を遠心力または引力による供給能力
の制約範囲内で自由に調整できたり、複数種類のポッテ
ィング材を順次、任意に供給することも可能である。

【００１４】このように、ポッティング材タンクを回転
させず、該タンクと回転部分とをパイプで繋げる場合、
次のような構造が考えられる。まず、該パイプを回転の
中心部で接続して、該パイプの途中に摺動部を設けて、
一方を固定、他方を回転させる構造である。あるいは、
回転中芯部を外して周辺部で接続して、パイプを首振り
状態で回転に対応させる方法も考えられる。しかし、前
者では摺動部のメンテナンスを、後者では首振りに対す
るパイプの耐久性を検討する必要がある。

【００１５】そこで、該ポッティング材供給パイプが、
該遠心力が発生している回転体と摺動や首振り運動が起
きないように分離した構造を有することが好ましい。具
体的には、図１に示したように、該ポッティング材供給
パイプから、回転部分へポッティング材を流下、落下、
又は滴下させる様な構造があげられる。あるいは、図１
のように、明らかに該パイプと回転体部分とが離れてい
る必要はなく、両者が摩擦などを起こさない程度の間隙
さえあればよく、例えば、該パイプの端部が、該回転体
の該チューブの入り口部の凹部に挿入された構造で、わ
ずかな間隙があるだけで、外見上、該パイプと回転体が
結合しているように見える構造であっても問題ない。

【００１６】また、このように流下等をする構造の場合
では、該回転体側に滴下されたポッティング材を一旦受
けるポッティング材容器を有することが好ましい。モジ
ュールへの送液が安定化、均等化されるからである。

【００１７】回転のトルク源については、図１のよう
に、装置内に密閉されて、外気と遮断されていることが
好ましい。トルク源が外気雰囲気下にあると、回転軸が
装置の外気と遮断された領域に挿入される部分のシーリ
ングが問題となるからである。回転のトルク源を外気と
遮断するためには、図１のように装置の構造体中に内臓
されていてもよいし、あるいは、中空糸モジュールが収
納された外気と遮断された領域に、一緒に収納された構
造でも良いし、その中間でも良い。

【００１８】本発明における中空糸膜としては均質中空
糸膜、多孔質中空糸膜、複合中空糸膜などが挙げられる
が、特に限定はない。

【００１９】これらの中空糸膜の具体例として、耐溶剤
性を有するポリアクリロニトリル多孔質中空糸膜、ポリ
イミド多孔質中空糸膜、ポリエーテルスルホン多孔質中
空糸膜、ポリフェニレンスルフィドスルホン多孔質中空
糸膜、ポリテトラフルオロエチレン多孔質中空糸膜、ポ
リプロピレン多孔質中空糸膜、ポリエチレン多孔質中空
糸膜等の多孔質中空糸膜や、これら多孔質中空糸膜に機
能層としては架橋型シリコーン、ポリブタジエン、ポリ
アクリロニトリルブタジエン、エチレンプロピレンラバ
ー、ネオプレンゴム等のゴム状高分子を複合化した複合
中空糸膜や架橋型シリコーンチューブなどの均質中空糸
膜を挙げることができる。ただし、多孔質中空糸膜のば
あい、中空糸膜の素材や細孔の大きさによってはポッテ
ィング材が中空糸膜内部に侵入する場合があるため、そ
のような場合は、ポッティング材の粘度を高くしたり、
中空糸膜のポッティング部に予めコーティング処理を施
すことにより、ポッティング材の侵入を防ぐことができ
る。

【００２０】本発明に用いるポッティング材は、特に限
定されるものでないが、本発明の主旨から、最も耐溶剤
性を有するフッ素系樹脂がよい。重合に用いるフッ素含
有系モノマーとしてはラジカル重合できるものであれば
特に限定しないが、フッ素含有量が３３〜６３％のもの
が好ましい。これ以下だと耐溶剤性が悪くなり、また、
これ以上だと機械的強度が悪くなる。これらモノマーの
具体例として、２，２，２−トリフルオロエチルメタク
リレート、２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメ
タクリレート、１Ｈ，１Ｈ，５Ｈ−オクタフルオロペン
チルメタクリレート、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ヘプタ
デカフルオロデシルメタクリレート等のフルオロアルキ
ルメタクリレート、及び２，２，２−トリフルオロエチ
ルアクリレート、２，２，３，３−テトラフルオロプロ
ピルアクリレート、１Ｈ，１Ｈ，５Ｈ−オクタフルオロ
ペンチルアクリレート、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ヘプ
タデカフルオロデシルアクリレート等のフルオロアルキ
ルアクリレートが中温度で重合しやすく、耐溶剤性が高
いという点で好ましい。さらに、機械的強度の点でフル
オロアルキルメタクリレートが好ましい。耐溶剤性及
び、機械的強度の点で、特に好ましいのは１Ｈ，１Ｈ，
２Ｈ，２Ｈ−ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート
である。また、上記、フッ素含有系モノマーに対して、
耐溶剤性を阻害しない範囲で架橋反応するものを添加し
ても差し支え無い。具体例としてはメタクリレート系ジ
エステル等が挙げられる。

【００２１】また、重合方法としては、特に限定される
ものではなく、ラジカル重合，アニオン重合，カチオン
重合などが挙げられるが、中でも開始剤の取り扱いが容
易であり、重合性が高いことから良好な成型品が得られ
やすいという点で、ラジカル重合が好ましい。

【００２２】ラジカル重合の条件としては、使用するモ
ノマー，量，および開始剤の種類、組成比、重合温度な
どがあるが、使用する中空糸膜、モジュール容器の耐熱
温度などを考慮し適宜選択する事が出来る。具体的には
ラジカル重合で使用する開始剤としては、通常の有機過
酸化物であれば特に限定されないが、なるべく低温で重
合を行うことが中空糸膜へのダメージを小さく出来るた
め10時間半減期温度が100℃以下のものを選ぶことが好
ましい。特に好ましくは30〜60℃である。モノマーと開
始剤の組成比としては 100／0.01〜 100／1.0 の範囲が
好ましい。一般に、重合温度が高かったり重合開始剤が
多すぎたりすると、重合時間が早くなる反面、重合物の
ボイド発生が生じやすくなり、重合時間を早めることが
困難であったが、本発明におけるモジュール製造方法で
は、遠心力により反応過程での発泡をポッティング材か
ら追い出すことによって通常静置で行われるラジカル重
合の条件に比べて重合速度を上げることができ、製造効
率を向上させることが可能となる。また、モノマー量と
しては最高発熱温度を 120℃以下にする量を適宜選択す
る事が出来る。重合温度は、中空糸膜の耐熱温度以下で
重合が可能な温度以上であれば特に限定しないが 100℃
以下が好ましい。特に好ましくは40〜60℃である。さら
に、重合終了後、雰囲気温度90〜100 ℃でキュアするこ
とにより、充分な重合度を得ることができる。

【００２３】本発明において、ラジカル重合時に阻害物
質となる酸素を遮断する場合、最初、重合開始剤を混合
したモノマー中をポッティング材タンク９に入れた後、
減圧状態にすることによって、含まれている酸素を除去
し、その後、不活性気体を封入，常圧に戻した状態で外
気を遮断する方法が一般的である。ここで用いる不活性
気体は、窒素が最も一般的であるが、特には限定されな
い。

【００２４】本発明における中空糸膜モジュールの製
造，すなわち、中空糸膜のポッティングを行うに先立
ち、中空糸膜の端部を目止する必要がある。目止め方法
としては特に手法を問わないが、同種または異種のふっ
素モノマーの重合により目止めする方法のほか、ウレタ
ン系やエポキシ系の接着剤で接着する方法や、中空糸膜
自体を熱融着する方法等、中空糸膜端部を目止めするた
めの方法を自由に選択する事ができる。

【００２５】ポッティングの完了したモジュールは、中
空糸膜内部孔を開孔するためにポッティング固定部を切
断することにより膜モジュールとして使用可能となる。
完成する。これらの中空糸膜を使用したモジュールの構
造としては、両端開放型，片端開放型，Ｕ字型等、特に
限定されない。

【００２６】モジュール容器としては、使用の対象とな
る流体や溶剤、有機蒸気等に対して、耐久性のある鉄や
ステンレス等の金属製、プラスチックとしては芳香族ポ
リエステル樹脂、ポリエーテルエーテルスルホン樹脂、
ポリフタルアミド樹脂、ナイロン６樹脂、ポリブチレン
テレフタレート樹脂等が挙げられるが、価格、取扱いの
面において、ナイロン６樹脂、ポリブチレンテレフタレ
ート樹脂が好ましい。

【００２７】

【実施例】以下実施例をもってもって本発明をさらに具
体的に説明する。ただし、本発明はこれにより限定され
るものではない。

【００２８】実施例１ ポリアクリロニトリル多孔質中空糸の外表面にピンホー
ルフリーの架橋型シリコーン層を設けた外径450 μm ，
内径350 μm の中空糸膜800 本の中空糸束を内径34mm，
長さ220mm のナイロン６製の容器に挿入して、中空糸端
部のポッティング部分にポッティング材が入り目詰まり
を起こさないように、コロネート4403，ニッポラン4226
（日本ポリウレタン社製、配合比53:47 ）により目止め
接着した。次に、取り付け治具で中空糸膜束と容器を図
３に示す装置に固定した後、ポッティング材として１
Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ヘプタデカフルオロデシルメタ
クリレート（ヘキストジャパン株式会社製 Fluowet MAE
800 ）と重合開始剤ｔ−ブチルパーオキシピバレート
（日本油脂化学製“パーブチルＰＶ”）を配合比100:0.
3 で混合したものを用い、装置内を減圧にして溶存酸素
を除去後、常圧状態で窒素シールを行いながら50℃、５
時間のラジカル重合を行った。重合終了後、ポッティン
グ固定部の両端を切断し、中空糸膜内部孔を開孔し、有
効長約190 ｍｍのモジュールを製作した。得られたモジ
ュールは、漏れもなく、これまで通り良好な濾過性能を
発揮した。

【００２９】実施例２ 重合温度条件を40℃で開始30分後，４時間で70℃まで昇
温させ、その後、90℃で30分間重合を行った以外は実施
例１と同じ条件のモジュールを製作した。得られたモジ
ュールは、漏れもなく、これまで通り良好な濾過性能を
発揮した。

【００３０】

【発明の効果】耐溶剤性などを有した素材や外気によっ
て悪影響を受けやすい素材を新規ポッティング材として
採用することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る、中空糸膜モジュール製造装置
の一例の側断面図である。

【図２】 本発明に係る、中空糸膜モジュール製造装置
に用いるポッティング材容器の一例である。

【図３】 本発明に係る、温度調節器を有する中空糸膜
モジュール製造装置の一例の側断面図である。

【図４】 本発明に係る、温度調節風循環器を有する中
空糸膜モジュール製造装置の一例の側断面図である。

【図５】 本発明に係る、中空糸膜モジュール製造装置
の一部の一例の側断面図である。

【図６】 従来の中空糸膜モジュール製造装置の一例の
断面図である。

【符号の説明】

１：装置本体 ２：装置蓋体 ３：ポッティング材容器 ４：チューブ ５：中空糸膜モジュール ６：回転台 ７：モーター ８：供給ポンプ ９：ポッティング材タンク １０：真空ライン １１：ポッティング材供給パイプ １２：不活性気体供給パイプ １３：回転速度調節器 １４：目止め １５：温度調節器 １６：仕切板 １７：Ｏリング １８：温調風吹き出し口 １９：吸気口 ２０：コック

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遠心力を利用してポッティング材をモジ
   ュール容器内の中空糸膜端部へ注入、硬化させる方式の
   中空糸膜モジュール製造装置において、該注入・硬化時
   に該モジュールの内部を装置外気と遮断することを特徴
   とする中空糸膜モジュール製造装置。
2. 【請求項２】 外部から、装置外気と遮断した内部へポ
   ッティング材供給可能なポッティング材供給ラインを有
   することを特徴とする請求項１記載の中空糸膜モジュー
   ル製造装置。
3. 【請求項３】 回転をしないポッティング材供給ライン
   を有することを特徴とする請求項１乃至２記載の中空糸
   膜モジュール製造装置。
4. 【請求項４】 回転中に、遠心力または引力による供給
   能力の制約範囲内でポッティング材供給の制御が可能な
   ポッティング材供給ラインを有することを特徴とする請
   求項２乃至３記載の中空糸膜モジュール製造装置。
5. 【請求項５】 該ポッティング材供給ラインが、該遠心
   力が発生している回転体と摺動や首振り運動が起きない
   ように分離した構造を有することを特徴とする請求項２
   乃至４記載の中空糸膜モジュール製造装置。
6. 【請求項６】 該回転体側に滴下されたポッティング材
   を一旦受けるポッティング材容器を有することを特徴と
   する請求項５記載の中空糸膜モジュール製造装置。
7. 【請求項７】 該ポッティング材容器の外周部の底部に
   中空糸膜モジュールへ通じるチューブを有することを特
   徴とする請求項６記載の中空糸膜モジュール製造装置。
8. 【請求項８】 該ポッティング材容器の底部を分割する
   仕切板を有することを特徴とする請求項６乃至７記載の
   中空糸膜モジュール製造装置。
9. 【請求項９】 該チューブは、途中に弁を有しないこと
   を特徴とする請求項７記載の中空糸膜モジュール製造装
   置。
10. 【請求項１０】 該回転のトルク源は、外気と遮断され
    ていることを特徴とする請求項１乃至９記載の中空糸膜
    モジュール製造装置。
11. 【請求項１１】 中空糸膜モジュールの雰囲気温度の調
    節機構を有する請求項１乃至１０記載の中空糸膜モジュ
    ール製造装置。
12. 【請求項１２】 中空糸膜モジュールを製造する際に、
    外気と遮断された該モジュール内部に特定の気体を充満
    させることを特徴とする請求項１乃至１１記載の中空糸
    膜モジュール製造装置を用いた中空糸膜モジュールの製
    造方法。
13. 【請求項１３】 特定の気体が窒素もしくは乾燥空気で
    あることを特徴とする請求項１２記載の中空糸膜モジュ
    ール製造方法。
14. 【請求項１４】 該ポッティング材としてモジュール容
    器内の中空糸膜端部にモノマーを充填し、遠心力をかけ
    た状態で重合させ、重合物にすることを特徴とする請求
    項１乃至１１記載の中空糸膜モジュ−ル製造方法。
15. 【請求項１５】 モノマーが、フッ素を含有することを
    特徴とする請求項１４記載の中空糸膜モジュール製造方
    法。
16. 【請求項１６】 重合がラジカル重合であることを特徴
    とする請求項１５記載の中空糸膜モジュ−ル製造方法。
17. 【請求項１７】 ふっ素含有モノマーが、フルオロアル
    キルメタクリレートであることを特徴とする請求項１６
    記載の中空糸膜モジュ−ル製造方法。