JPH08229359A - 中空糸膜型ろ過モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精密ろ過、限外ろ過、透析などに用いられ、
中空糸膜の収納容器の先端内面にクサビ状の突起を形成
することによって中空糸膜の集束固定強度を高めて耐熱
性を改良した中空糸膜型ろ過モジュールの製造方法を提
供する。 【構成】 合成樹脂製の円筒状収納容器に中空糸膜を収
納し、その一端若しくは両端でポッティング材を用いて
中空糸膜を集束固定した中空糸膜型ろ過モジュールにお
いて、合成樹脂製の円筒容器２の一端若しくは両端に、
内面にクサビ状の突起４を有するリング３を接着若しく
は熱溶着するか又は円筒容器の一端若しくは両端を熱変
形温度以上に加熱してから加圧成型することによって内
面にクサビ状の突起を設けた中空糸膜収納容器１を用
い、該突起に中空糸膜６の端部をポッティング材５で集
束固定してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、精密ろ過、限外ろ過、
透析などに用いられる中空糸膜型ろ過モジュールの製造
方法に関する。更に詳しくは、中空糸膜の収納容器の先
端内面にクサビ状の突起を形成することによって中空糸
膜の集束固定強度を高めて耐熱性を改良した中空糸膜型
ろ過モジュールの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】中空糸膜の開口端を一箇所に集合して、
その収納容器の一端でポッティング材によって集束固定
したモジュール、あるいは中空糸膜をその収納容器の両
端でポッティング材によって集束固定したモジュールが
既に多数製造されている。この収納容器には通常合成樹
脂製の円筒状のものが使用されている。

【０００３】これらのモジュールに温度の異なる流体を
繰り返して流すと、収納容器とポッティング材の膨張あ
るいは収縮率が異なるために、接着力が乏しいときに
は、これらの接着面で剥離が生じることがある。この場
合、接着力を補う方法として収納円筒容器のポッティン
グ材との接着面に溝を設ける方法（例えば、特開昭５３
−１０２８７８号公報）、あるいはクサビ状の突起を設
ける方法（例えば、特開平６−２９６８３４号公報）が
知られている。接着面に溝を設ける方法では、溝の中に
気泡が残りやすいこともあって、溝構造よりもクサビ状
突起の方がいわゆるアンカー効果がより発揮される。こ
のような構造の収納容器を用いたモジュールは、蒸気滅
菌を繰り返すことにも耐えられる。

【０００４】従来、クサビ状突起を収納容器の内面に設
ける場合は、射出成型で一体の収納容器として成型され
るかあるいは収納容器の内面にリング状のクサビ状突起
を接着して形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、収納容器が
長くなると、射出成型してその端部の内面にクサビ状の
突起を形成することは困難である。また、短くても射出
成型して両端にクサビ状の突起を形成することは不可能
である。したがって、一端のみにクサビ状の突起があ
り、かつ短いものしか射出成型できない。クサビ状突起
を収納容器の内面に接着すれば、このような制限はない
が、収納容器の内面が平滑である等の接着に適した構造
であることが必要であり、例えば、多孔円筒には適用で
きない欠点がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の欠点は、熱可塑性
合成樹脂製の円筒状収納容器の先端を下記のように加工
することによって解決される。先ず、円筒状収納容器の
内面の一端のみにクサビ状突起を形成する場合には、 内面にクサビ状突起を有するリングと円筒容器を接着
若しくは熱溶着して収納容器を形成するか又は円筒容
器の先端を熱変形温度以上に加熱してから加圧成型する
ことによって内面にクサビ状突起を形成した収納容器を
成型する。また、円筒状収納容器の内面の両端にクサビ
状突起を形成する場合には、内面にクサビ状突起を有
するリングと円筒容器を接着若しくは熱溶着して収納容
器を成型する。

【０００７】これらのうちでクサビ状突起を有するリン
グを円筒容器に接着若しくは熱溶着する方法は、円筒容
器の長さ、太さ及び面の形状に制限がなく、また、両端
に形成することもできるので最も好ましい。

【０００８】

【作用】本発明は、任意の長さ、太さ及び面形状の熱可
塑性合成樹脂製の中空糸膜収納容器に適用でき、本発明
の方法で製造された中空糸膜収納容器を用いたモジュー
ルは、中空糸膜の端部がポッティング材によってクサビ
状突起に強固に集束固定されるので、蒸気滅菌の繰り返
しにも耐える耐熱性を有する。

【０００９】

【実施例】本発明を添付図面に基づいて具体的に説明す
る。図１及び図２、図３又は図４は、本発明の方法で製
造されたモジュールの概略説明図である。図５は、クサ
ビ状突起を有するリングの具体例を示す。図６及び図７
は、中空糸膜の円筒状収納容器の一端若しくは両端の内
面にクサビ状突起を形成するための加工方法を示す概略
図であり、図６は、熱溶着による方法、図７は、加熱・
加圧成型による方法を示す。

【００１０】図１は、被処理流体を中空糸膜の内側に流
し、ろ過流体を中空糸膜の内側から外側に流す、いわゆ
るクロスフロータイプろ過に使用されるモジュールであ
る。１は収納容器、２は円筒容器、３はクサビ状突起４
を有するリング、５はポッティング材、６は中空糸膜、
７は被処理流体の出口又は入口、８は円筒容器２に設け
られたろ過流体の出口、９は円筒容器２とリング３の熱
溶着部（接合部）、１０はリング３と被処理流体の出口
又は入口７との熱溶着部である。熱溶着が困難な場合に
は接着剤を用いて接合することも可能である。この場合
には接合部９及び１０を図２に示すように凹凸嵌合構造
とし、接合面１１を形成して接合面積を大きくすること
が好ましい。

【００１１】図３は、中空糸膜収納容器１２として多数
の孔１３，…を有する円筒容器１４の両端に、内面にク
サビ状突起４を有するリング１５を接着若しくは熱融着
して形成したものを用い、該クサビ状突起４を利用して
ポッティング材５によって中空糸膜６の両端を集束固定
した構造のモジュールを、流体の出口又は入口１６と入
口又は出口１７を有するハウジング１８にＯリング１９
を介して密封装着したものであり、クロスフローだけで
なく、中空糸膜の外側から内側へろ過するいわゆる全ろ
過タイプとしても使える。尚、前記収納容器１２とリン
グ１５とは、前記同様に接合部９で互いに接着若しくは
熱融着している。

【００１２】前記円筒容器２あるいは多孔円筒容器１４
及びクサビ状突起４を有するリング３あるいはリング１
５は、熱可塑性合成樹脂で成型したものである。例え
ば、熱溶着に適した材料としては、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体（Ａ
Ｓ樹脂）、ポリカーボネートなどがあり、接着が好まし
い材料としては、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化ビニ
ル、ポリスルホン、ポリ弗化ビニリデンなどがある。熱
溶着は、接着に比べて溶剤の溶出の心配がなく、好まし
い方法であるために更に詳しく説明する。

【００１３】前記の円筒容器２の両端に、図６に示す加
工方法を用いてリングを熱溶着する。円筒容器２又は１
４と、切削加工あるいは射出成型で成型されたリング３
又は１５を、ヒーター１００に接触させ、これらの溶融
温度以上に加熱したのちヒーター１００から外し、溶融
温度以下になる前に加熱面同士を押しつけながら熱変形
温度以下になるまで保持する。同じ方法で円筒容器２又
は１４の両端にクサビ状突起４を有するリング３又は１
５が熱融着されて、両端内面にクサビ状突起４を設けた
収納容器１又は１２が形成される。例えば、これらの材
質としてポリプロピレンを使用する場合、表面温度が２
５０〜２８０℃のヒーター１００に円筒容器２又は１４
とリング３又は１５を、５〜１０秒間接触させ、各々の
先端を溶融させてから、溶融温度以下になる前に各々の
加熱面同士を押しつけながら熱変形温度以下、例えば１
００℃以下になるまで保持する。材質が異なる場合も適
切な溶融温度を選択することによって同様にして加工す
ることができる。

【００１４】図４は、収納容器２０として、図３に示し
たものと同様な多数の孔２１，…を有する円筒容器２２
の一端に、内面にクサビ状突起４を有するリング２３を
接合部９で熱融着して形成したものを用い、中央でＵ字
状に屈曲した中空糸膜２４を一端でポッティング材５で
集束固定したモジュールであり、中空糸膜の外側から内
側へろ過する全ろ過タイプとして使用される。ハウジン
グ（図示せず）と液密状に接続するためのＯリング２５
を有するろ過流体の出口２６は、リング２３と接合部１
０で熱溶着して接続されている。尚、前記円筒容器２２
の他端は開放されており、孔２１とともに流体の入口と
なる。

【００１５】この場合は、円筒容器２２の一端のみにク
サビ状突起４を有するリング２３を形成するので、その
加工方法として前記の熱溶着だけでなく、加熱・加圧成
型あるいはインサート成型して形成させることもでき
る。

【００１６】図７は、円筒容器２７の一端内面にクサビ
状突起４を加熱・加圧成型して加工するときの方法を示
す。図７（ａ）のステップ１で先端に型抜きを可能にし
た片半分のクサビ型１０１を設けた右コアー１０２と他
方の片半分のクサビ型１０３を設けた左コアー１０４を
挿入した多孔円筒容器２７がヒーターを内蔵する開閉で
きるメス型１０５に装着される。尚、図中２８は多数の
孔である。次いで図７（ｂ）のステップ２で、ヒーター
で円筒容器２７の加工部分を熱変形温度以上、例えば円
筒容器がポリプロピレンの場合には、１７０〜２５０℃
に加熱しながらコアー１０２と１０４のクサビ型に軟化
した円筒容器の先端が充填するように円筒容器を押し込
む。最後に熱変形温度以下に冷却してからメス型１０５
を開き左右のコアー１０４、１０２を抜いて先端にクサ
ビ状突起４を有する多孔収納容器２９が形成される。

【００１７】図５は、クサビ状突起４を有するリング３
の破断面斜視図であり、ポッティング材を充填する際に
クサビ面に気泡が残らないようにするための空気の抜け
穴３０（図５（ａ））又は切欠３１（図５（ｂ））を形
成している。尚、前記抜け穴３０又は切欠３１は、円筒
容器とクサビ状突起を有するリングとを別々に成型して
互いに接着若しくは熱融着する場合又は円筒容器の一端
にクサビ状突起を加熱・加圧成型する場合の何れの場合
にも、成型時に一体形成することも又は後加工の穿孔、
切削によって形成することも可能である。

【００１８】先端内面にクサビ状突起を形成した収納容
器の先端に公知の方法によって中空糸膜が集束固定され
る。ポッティング材にはエポキシ樹脂あるいはウレタン
樹脂が通常使用される。繰り返して蒸気滅菌に耐えるた
めにはこれらのポッティング材は使用温度の範囲で数十
ｋｇ／ｃｍ² の最大引っ張り強度とおよそ１０％以上の
破断時の伸びが必要である。このようなポッティング材
の例として、脂環式多価アミンに末端がアミノ化された
アクリロニトリル−ブタジエン共重合体オリゴマーを柔
軟性付与剤として加えた硬化剤を用いたビスフェノール
Ａ系エポキシ樹脂が、あるいは、ＮＣＯ含量が１３重量
％以上のポリイソシアネートとＯＨ価が７００ｍｇ−Ｋ
ＯＨ／ｇ以上のポリエーテルからなるウレタン樹脂が挙
げられる。

【００１９】クサビ状突起の接着面を予め臨界表面張力
が４０ｄｙｎ／ｃｍ以上になるようにコロナ放電処理す
ればポッティング材との接着力が向上し、更に好まし
い。

【００２０】本発明に使用する中空糸膜を制限する理由
はないが、耐熱性を有するポリスルホン、ポリエーテル
スルホン、芳香族系ポリアミド、芳香族系ポリイミド、
セルローズ、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、
テトラフロロエチレンなどの含フッ素系ポリマー、ポリ
プロピレンなどからなる中空糸膜が特に好ましい。

【００２１】（実施例１）ろ過液出口８を有する外径８
９ｍｍ、内径７７ｍｍ、長さ約１ｍの塩素化ポリ塩化ビ
ニル製のパイプ２（円筒容器２）の両端に、塩素化ポリ
塩化ビニルを切削して作成した、突起の高さが３ｍｍ、
クサビの角度が４５度、帯状部分の幅が１０ｍｍのクサ
ビ状突起４を有する外径８９ｍｍ、内径７７ｍｍ、全長
２５ｍｍのリング３を市販の接着剤（積水化学工業
（株）製、耐熱接着剤、Ｎｏ．１００）を用いて接着し
た。リング３の内面をコロナ放電処理したのち、この収
納容器１にポリスルホン製の中空糸膜６を充填して両端
を、ＮＣＯ含量が１５重量％のポリオール変性４、４−
ジフェニルメタンジイソシアネートと少量のエチレンジ
アミンのポリプロピレンオキサイド変性ポリオールを加
えたＯＨ価が８２０ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのトリメチロール
プロパン系ポリエーテルポリオールからなるウレタン樹
脂でポッティング部分の長さが約２０ｍｍになるように
集束固定した。次いで塩素化ポリ塩化ビニルを切削して
作成した被処理流体の出入口７をリング３の両端に前記
の接着剤で接着した。

【００２２】図１に示すこのモジュールは、約９０℃の
熱水と約２０℃の冷水を交互に３０分間づつ流すヒート
サイクルテストを１００回繰り返してもポッティング材
５とリング３の間で剥離が発生せず、漏れは生じなかっ
た。

【００２３】（比較例１）リング３を接合しないでパイ
プ２をそのまま使用した以外、実施例１と同様にしてモ
ジュールを作成したが、１回のヒートサイクルテストで
ポッティング材５がパイプ２から剥離した。

【００２４】（実施例２）図４に示すように、太さ約３
ｍｍの縦糸３０本と太さ約３ｍｍの帯状横糸が約３ｍｍ
角の矩形孔２１を形成するように互いに熱溶着した外径
７０ｍｍ、長さ約７０ｃｍのポリプロピレン製押出成型
多孔パイプ２２（円筒容器２２）の一端に、ポリプロピ
レンを射出成型した、突起の高さが３ｍｍ、クサビの角
度が４５度、帯状部分の幅が１０ｍｍのクサビ状突起４
を有する外径７０ｍｍ、内径６３ｍｍ、長さ２０ｍｍの
リング２３を、図６に示す方法で、表面温度が２７０℃
のヒーター１００に各々同時に１０秒間接触させてから
熱溶着した。リング２３の内面をコロナ放電処理したの
ちポリスルホン製中空糸膜２４を充填し、実施例１と同
じポッティング材５でポッティング部分の長さが約１５
ｍｍになるように集束固定した。次いで、ポリプロピレ
ンを射出成型したろ過液出口２６をリング２３に上記と
同様にして熱溶着した。

【００２５】このモジュールは、１２１℃、６０分間の
オートクレーブ処理と約２０℃の水に３０分間浸すヒー
トサイクルテストを５０回繰り返してもリング２３とポ
ッティング材５の間で剥離が発生せず、漏れは生じなか
った。

【００２６】（実施例３）図３に示すように、実施例２
で使用したものと同じ、長さ約１ｍの押出成型多孔パイ
プ１４（円筒容器１４）の両端に、ポリプロピレンを射
出成型した、突起の高さが３ｍｍ、クサビの角度が４５
度、帯状部分の幅が１５ｍｍのクサビ状突起４を有し、
外周部にＯリング１９用の溝を設けた外径７２ｍｍ、内
径６３ｍｍ、長さ２０ｍｍのリング１５を実施例２と同
様にして熱溶着した。リング１５の内面をコロナ放電処
理したのちポリスルホン製中空糸膜６を充填し、実施例
１と同じポッティング材５でポッティング部分の長さが
約２０ｍｍになるように集束固定した。このモジュール
にＯリング１９を装填し、外径７６ｍｍ、内径７２ｍｍ
のステンレススチール製サニタリーパイプからなるハウ
ジング１８に装着した。図３に示すこのモジュールは、
実施例１と同様に１００回のヒートサイクルテストに耐
えた。

【００２７】

【発明の効果】本発明の方法によって一端で集束固定し
たものだけでなく両端を集束固定したもの及び大型のも
のでも、中空糸膜を収納容器の端部に集束固定するポッ
ティング材とリング又は収納容器との接着強度が高く、
ヒートサイクルが繰り返されても剥離しない、耐熱性に
優れた中空糸膜ろ過モジュールが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法で製造され、中空糸膜の両端を収
納容器に集束固定したモジュールの概略断面図である。

【図２】図１に示したモジュールの変形例を示す概略断
面図である。

【図３】本発明の方法で製造され、中空糸膜の両端を集
束固定した収納容器をＯリングを介してハウジング内に
液密状に内装したモジュールの概略断面図である。

【図４】本発明の方法で製造され、中空糸膜の一端を収
納容器に集束固定したモジュールの概略断面図である。

【図５】クサビ状突起を有するリングを示す部分斜視図
である。

【図６】円筒容器とリングの熱溶着方法を示す説明図で
ある。

【図７】円筒容器の先端を加熱・加圧成型してクサビ状
突起を形成するための方法を示す説明図である。

【符号の説明】

１，１２，２０，２９ 収納容器 ２，１４，２２，２７ 円筒容器 ３，１５，２３ リング ４ クサビ状突起 ５ ポッティング材 ６，２４ 中空糸膜 ７ 被処理流体の出入口 ８ ろ過流体の出口 ９ 接合部（熱溶着部） １０ 接合部（熱溶着部） １１ 接合面 １３，２１，２８ 孔 １６ 出口又は入口 １７ 入口又は出口 １８ ハウジング １９ Ｏリング ２５ Ｏリング ２６ 出口 ３０ 抜け穴 ３１ 切欠

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合成樹脂製の円筒状収納容器に中空糸膜
   を収納し、その一端若しくは両端でポッティング材を用
   いて中空糸膜を集束固定した中空糸膜型ろ過モジュール
   において、合成樹脂製の円筒容器の一端若しくは両端
   に、内面にクサビ状の突起を有するリングを接着若しく
   は熱溶着して内面にクサビ状の突起を設けた中空糸膜収
   納容器を用い、該突起に中空糸膜の端部をポッティング
   材で集束固定してなることを特徴とする中空糸膜型ろ過
   モジュールの製造方法。
2. 【請求項２】 円筒容器及びリングがポリプロピレンか
   らなり、これらを熱溶着した中空糸膜収納容器を用いた
   請求項１記載の中空糸膜型ろ過モジュールの製造方法。
3. 【請求項３】 円筒容器が多孔円筒である請求項１又は
   ２記載の中空糸膜型ろ過モジュールの製造方法。
4. 【請求項４】 合成樹脂製の円筒状収納容器に中空糸膜
   を収納し、その一端若しくは両端でポッティング材を用
   いて中空糸膜を集束固定した中空糸膜型ろ過モジュール
   において、合成樹脂製の円筒容器の一端若しくは両端を
   熱変形温度以上に加熱してから加圧成型することによっ
   て内面にクサビ状の突起を形成した中空糸膜収納容器を
   用い、該突起に中空糸膜の端部をポッティング材で集束
   固定してなることを特徴とする中空糸膜型ろ過モジュー
   ルの製造方法。
5. 【請求項５】 円筒容器がポリプロピレンからなり、該
   円筒容器の端部を加圧成型した中空糸膜収納容器を用い
   た請求項４記載の中空糸膜型ろ過モジュールの製造方
   法。
6. 【請求項６】 円筒容器が多孔円筒である請求項４又は
   ５記載の中空糸膜型ろ過モジュールの製造方法。