JPS6136964B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は半透膜を用いた液体分離装置に関す
る。更に詳しくは逆浸透膜を用いた液体分離装置
における透過液が通過する流路材の構造に関す
る。 従来から逆浸透法を用いた液体分離装置は２枚
の半透膜を封筒状にし、該封筒の開放端を中空軸
管の中空部に連通せしめると共に該封筒を中空軸
管のまわりにまきつけ、該封筒の内側を透過液
が、封筒の外側を原流が流れる構造としたいわゆ
るスパイラル型のものがある。また一端開放、一
端閉塞型の容器中に上記の如き封筒の多数枚の開
放端を保持板で保持すると共に原液の入口と排出
口を透過液の取出口と隔離した構造のいわゆるチ
ユーブラ型のものがある。これらの液体分離装置
はいずれも封筒の外側に膜の逆浸透圧以上の高圧
の原液を通過させ、膜を通過した透過液は封筒の
内側を通つて取り出される。封筒自体高圧にて外
側から加圧されるため、透過液の流路として挿入
されている流路材を押しつぶすことになり液の流
れを悪くするので、一般に封筒の内側に封筒の外
側を加圧されても透過液の流路をなす流路材がつ
ぶされないように流路材自体を剛直化させ変形に
耐えられるようにしている。 従来、この流路材に用いられていたものは織
物、編物などの多孔性でその内部に延びる微細な
溝をもつ布帛が用いられ、特に表面に溝をもつ構
造のものが用いられていた。これらの布帛は膜を
介して原液に加わる圧力によつても容易に変形し
ないようにメラミン樹脂などを含浸させて剛直化
させていた。この要求を満たすには上記布帛の重
量の半分またはそれ以上の樹脂を付着するように
樹脂加工する必要がある。メラミン樹脂の付着量
が少ないと流路材の透過液出口方向に向つて延び
ている微細な溝は、流路材を覆つた逆浸透膜によ
つてつぶされ、透過液の出口への流れが阻止され
るため液体分離装置による液分離の能力が低下し
分離装置の実用性能を大巾に損なう。 しかし、適切なメラミン樹脂加工をすることに
よつて、流路材上の透過液出口に向つて延びてい
る微細な溝の閉塞によつて生ずる装置の性能低下
は防止できることは公知であり、メラミン樹脂は
この種の樹脂材料として最もすぐれていることも
良く知られているものである。つまり、従来はメ
ラミン樹脂加工によつて補強され剛直化されたト
リコツトが最もすぐれた流路材として一般に用い
られている。 このようなメラミン樹脂加工されたトリコツト
を流路材とするスパイラル型の液体分離装置は広
くボイラ用水の前処理、排水の再利用、海水淡水
化などの造水装置として実用的に使用されてお
り、純度の高い水が得られている。しかし、スパ
イラル型の液体分離装置で製造した透過水の純度
は、比抵抗で表示すると、1MΩ・cm（25℃）程
度が限界であり、このレベルの純度では、電子工
業における半導体、IC、LSI等の製造に使用する
ことはできない。そのために、上記の装置は微粒
子除去ができるなど他の液体分離法にはない特徴
を有するにもかかわらず、比抵抗で10〜10MΩ・
cm（25℃）が要求されるいわゆる超純水を製造す
る分野においては未だ使用されるに至つていな
い。 本発明者等の検討によれば、上記の問題の原因
はメラミン樹脂加工した流路材にあり、この流路
材からの溶出物が影響していること、及びムラが
あることを突きとめた。 本発明の目的は上記の如き従来技術の欠陥を改
善し、半透膜を用いた液体分離装置によつても電
子工業用の超純水を製造することが可能な新規な
液体分離装置を提供せんとするものである。 本発明は上記の目的を達成するため次の構成か
らなるものである。 すなわち、半透膜と、該半透膜を支持し、かつ
布帛で構成されている流路材とからなる液体分離
要素に、流動する原液を接触させ原液中の溶媒を
半透膜を通過した透過液として分離するように構
成した液体分離装置において、前記布帛を少なく
とも１種の高分子重合体からなる繊維糸で構成
し、該繊維糸をホツトメルト繊維接着剤により互
いに固着せしめた構造としたことを特徴とする液
体分離装置である。 更に本発明を詳しく説明する。 本発明に係る装置にあつては透過液の流路材と
なる物質はメラミン樹脂の如く半透膜を通過した
透過液、特に電子工業用の原料水となる超純水中
に溶出物を出して超純水の品質を低下させないこ
とおよびメラミン樹脂を付着させた編織物と同等
もしくはそれ以上の耐圧性を有することが必要で
ある。 本発明に係る液体分離装置が備えるべき流路材
の構造は織物、編物、不織布のいずれの態様であ
つても良い。 編物としてはトリコツト編地が好ましく逆ハー
フ、クイーンズコート、ダブルテンビなどの組織
に編成したものが良い。 織物についても同様であり、平織、綾織、朱子
織など特に限定はなく、不織布も抄紙法、ニード
ルパンチ法、直接紡糸法で得られるものが用い得
る。しかし、どのような方法で作られた布帛を使
用するにしても必ず具備すべき条件は、半透膜を
通過してきた透過液を中空軸管などの透過液取出
口に向かつて流すに必要な微細な多数の溝および
互に連通した孔を有することである。溝巾が大き
く、かつ単位長さあたりの溝の本数が多いことは
透過水を抵抗なく流すことに対しては好ましいこ
とであるが、あまり溝が広過ぎたり、本数が多過
ぎたりして半透膜が加圧された状態になると半透
膜が変形して溝の中へ落ち込んできて、本来、透
過液の流路として確保されるべき溝が閉塞されて
装置の液体分離能力たとえば造水量が低下するの
で、限度があることはいうまでもない。上記のよ
うな条件を満足する流路材の構造は溝巾100μｍ
〜500μｍ、厚み150μｍ〜500μｍ程度がよい。
溝本数は４本／cm〜40本／cmであればよい。好ま
しい範囲は布帛を剛直化する方法によつて変つて
くる。前述の説明は流路材の原料である布帛の生
機（原反）に要求される構造的要素の目安程度の
意味にすぎない。編物あるいは織物に使用する原
糸の太さの範囲は通常市販されている15デニール
〜500デニールのモノフイラメントまたはマルチ
フイラメント糸を使用することができる。 マルチフイラメント糸を用いる場合糸を構成す
る単繊維の数は100本以下のものがよい。前記原
糸は編立あるいは製織工程を円滑に実施するに必
要な加撚がなされていてもよい。 ここで原糸デニールが余りに太すぎると中空軸
管などの透過液出口方向に向かう布帛の組織自体
に設けた微細な溝の巾が大きくなりすぎて、半透
膜の溝への落込により流路の閉塞が発生するので
好ましくない。逆に細すぎる原糸を使用すると溝
巾が狭くなりすぎで、透過水が流れるときに生ず
る流動抵抗が増大し好ましくない。流路材の原糸
の太さが流動特性に大きく影響するのに比べれば
原糸を構成する単糸の本数の影響は比較的少な
い。したがつて、編立あるいは製織工程の障害と
ならない範囲にある条件を満足すれば特に制限と
いえるものはない。 以上述べた如く本発明に用いる流路材としての
布帛構造、使用される糸の太さ、などについては
明らかにしたが、これらの構造の布帛をどうして
剛直化させるかについて説明する。 本発明に係る装置の流路材に用いる原糸は、融
点の異なる少なくとも２種の高分子重合体からな
ることを必須としている。すなわち上記２種類の
高分子重合体のうち１種が熱処理により、他の繊
維糸の接着剤として作用する特性のものであれば
よい。またここに云う高分子重合体とは天然のも
のであつても、合成のものであつても良い。 今、２つの高分子重合体の性質において融点の
異なる熱可塑性高分子重合体から作られたものを
使用した場合について説明する。 上記したように融点の異なる２種の高分子重合
体から作られた原糸を用いた布帛を融点の低い高
分子重合体の融点よりも高く、融点の高い高分子
重合体の融点よりは低い温度に設定した熱処理装
置を通過させると融点の低い高分子重合体が溶融
して隣接する繊維を接着し高融点の高分子重合体
が骨格を形成し、そのまわりを低融点の高分子重
合体が取り囲んだ形状を随所にあらわし、または
マルチフイラメント糸を用いてもあたかもモノフ
イラメントで形成したかの如くフイラメントが互
に密着した様相を呈するが、織物、編物または不
織布に設けた溝或いはこれらの構造物がもつ互に
連通した空間が消失しないように配慮して熱処理
すれば良い。 第１図は本発明に用いる流路材となるもので上
記した方法で製造された布帛の断面図を例示した
ものである。 第１図に示した布帛Ａは平織物でありタテ糸１
およびヨコ糸２からなつている。このタテ糸１お
よびヨコ糸１は骨格を形成する高分子重合体から
なるフイラメント３と、これらの骨格をなす高分
子重合体を互に結合させる作用をする高分子重合
体からなる接着剤４からなつている。前記したよ
うに骨格となる高分子重合体からなるフイラメン
ト３が高融点の特性をもち、かつ繊維状の形態を
保持しているが、一方接着剤４となつている高分
子重合体は繊維としての形状を止めず骨格をなし
ているフイラメントを互に接着結合、更にこの糸
と互に交わるタテ糸１、ヨコ糸２をも結合し、布
帛全体が変形しないように強固に剛直化されてい
る。 低融点と高分子重合体の配列は芯鞘状、背腹
状、海島状などの複合繊維、混合紡糸して得られ
た繊維などの如く一本の単繊維の中に２つの異な
る成分を含んだものは勿論、一本のマルチフイラ
メント糸中に異なる種類のフイラメントが含まれ
ている混繊糸、また種類の異なる糸条を交互に配
列して編織するいわゆる交編織したものも適宜使
用し得る。 上記した２種の異なる高分子重合体の比率は熱
処理の条件にもよるが、接着剤となる高分子重合
体の比率は50％を越えない方が良いが、これもが
骨格成分として十分に機能し得る場合はこの限り
ではない。 また高融点と低融点の温度差は少なくとも10
℃、好ましくは20℃以上または60℃程度もあれば
十分である。しかし低融点の成分の融点がその装
置が稼動する温度に近い場合には勿論その高分子
重合体を使用することができない。 また本発明に用いる高分子重合体、特に接着剤
となる高分子重合体は透過液に溶解する成分を含
まず、仮に含んでいたとしても実際上許容される
程度のものであることは勿論論をまたない。繊維
の製造に用いられる油剤などが影響する場合はこ
れを適当な時期に除去して用いることは勿論であ
る。 また本発明に用いる骨格となる高分子重合体と
接着剤となる高分子重合体の代表的な組合せは高
融点ポリアミドと低融点ポリアミド、高融点ポリ
オレフインと低融点ポリオレフイン、高融点ポリ
エステルと低融点ポリエステルなどがあり、融点
差は共重合比率の変更、共重合成分の追加、共重
合成分の変更、立体規則性あるいは重合度の変更
などにより与えることができる。これとは別に、
本来融点差のある異種ポリマとの組合せによつて
も複合糸を作ることも可能である。代表的組合せ
としては、ポリアミドとポリエステル、ポリアミ
ドとポリオレフイン、ポリエステルとポリオレフ
イン、などがある。斯かる組合せのなかでもポリ
エチレンテレフタレートを骨格として使用して、
低融点成分としてポリプロピレンテレフタレー
ト、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン
イソフタレート、ポリエチレンアジペート、ポリ
エチレンセバケート、ポリエチレンヘキサヒドロ
テレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレー
ト、ポリエチレングリセリンテレフタレートなど
を使用したものが好ましい。これらにポリエチレ
ン単位を共重合したコポリエステルもホモポリマ
同様、低融点成分として使用するものも同様に好
ましい。 第２図は本発明に係る装置の一例を示す長手方
向の断面図、第３図は第２図に示すＸ−Ｘ断面図
を示す。 第２〜３図に示す装置は円筒容器５に液体分離
要素８を内蔵し、側面蓋６，７を用いてシールし
てある。また前記円筒容器５には被分離液体であ
る原液の供給管９と原液排出管１０が設けられて
おり、さらに液体分離要素８には該液体分離要素
によつて分離された透過液を取り出す透過液排出
管１１が接続してある。また液体分離要素８と円
筒容器５との間に原液を閉塞するためのシール部
材１３が液体分離要素８の両端に設けられてい
る。 原液は原液供給管９から原液の浸透圧よりも高
い圧力で送り込まれ、円筒容器５の空間部１５を
満たしたのち液体分離要素８の外周母線上に開口
１２を有し該母線と直交する方向に渦巻状にのび
る原液通路１９に流入する。 第３図に示す如く液体分離要素は中心に小孔１
４を有する中空管１６を備え、該中空間の小孔１
４をはさんで２枚の半透膜１７，１７′がその一
端を接着により取付けられている。前記半透膜の
中空管の小孔１４をはさまない側には原液通路19
を形成させ、該原液通路に原液の流れを円滑に行
なわせるための多孔性のシート状物が原液流路材
２２として挿入されている。一方半透膜１７，１
７′の小孔をはさむ側は透過液流路２３を形成せ
しめ、この透過液流路２３に流路材２４として上
記した布帛Ａを挿入し、半透膜１７，１７′の中
空管１６に接着したとは反対側の端部を共に合わ
せて接合させる。このように配列した半透膜１
７，１７′、原液の通路材２２、および透過液の
流路材２４を一体として中空管１６のまわりに巻
きつけたのち両端に第２図の如くシール部２０，
２１を形成させる。従つて得られた液体分離要素
８は渦巻状の原液通路１９および透過液流路２３
が形成されると共に原液通路１９は前記した如く
液体分離要素８の外周母線上に開口１２を備えた
ものとなる。またシール部２１（原液排出管１０
のある側）の中空管１６の近辺に原液通過孔１８
を設けてあり、ここより液体分離要素から原液が
流出する構造としてある。 第４図は第３図とは異なる態様の装置を示す断
面図である。第３図のものは一本の中空管に対し
一つの原液通路１９と一つの透過液流路２３を設
けたものであるのに対し第４図のものは小孔１４
を３ヶ所に設け、原液通路１９、透過液流路２３
を夫々３つ設け、一本当りの各流路の長さを短か
くしたものである。 以上述べた如く本発明に用いる流路材は透過液
の流路として圧縮による変形に耐え、しかも透過
液中に溶出して透過液の品質を低下させないよう
に構成してあるから、いかなる分野にも適用可能
であり、その用途は極めて広い。 更に布帛の変形に対する抵抗性をあげるための
結合、固化処理が布帛を形成している高分子重合
体の一部を接着剤として作用させるものであるか
ら特殊な接着剤もしくは硬化剤を選択する必要も
ない。特に融点のまたは熱分解温度の異なる高分
子重合体を用い、接着硬化させる処理を加熱によ
つて行なう場合には脱溶媒、洗滌などの後処理を
必要としない。また処理温度、時間をかえること
により適正な条件を導き出すことができるので比
較的手持の材料で簡単に実施できるという利点も
もつている。さらにホツトメルトタイプの繊維糸
と、通常の高分子重合体からなる繊維糸とをコン
ジユゲート糸（複合糸）、混繊糸、混紡糸、また
は交編織等した後熱接着処理しているので、布帛
を構成する高分子重合体からなる繊維糸の固着構
造が極めて均一化した構造となる。 本発明に係る液体分離装置は原液を流動状態で
半透膜と接触させ、原液中の溶媒を半透膜を通過
した透過液として分離するように構成したもの
で、透過液を通過させるために多孔質または多溝
状のシール状物を流路材として用いる構造のもの
であれば透析法を利用するもの、限外過法、逆
浸透法、超過法（ウルトラフイルトレーシヨ
ン）を利用するものなどその形式に限定されるこ
となく利用することができる。特に逆浸透法を利
用したチユーブラ型、プレートアンドフレーム
型、スパイラル型が最も適している。中でも小体
積の容器中に大きな膜面積をもつものが収容で
き、高圧の原液が供給可能な第２〜４図に示され
た如き液体分離装置において実施すれば流路材の
変形、透過液への溶出物のいずれをも著しく改善
することができる。 なお本発明において半透膜とは、上記逆浸透法
などに使用する膜自体のほか、実施例に記載して
いるように膜をポリエステルなどの布帛で補強し
たものも含む。 実施例 芯にポリエチレンテレフタレートを、鞘にポリ
エチレンイソフタレートを用い、複合比をかえた
110デニール、15フイラメントの糸を作り、この
糸を用いて編組織ダブルテンビのトリコツト編地
を編成し、熱処理後に12ウエル／cm、18コース／
cmとなるようにテンタの巾およびオーバフイド率
を決め滞溜時間が１分加熱温度235℃および240℃
となるように熱処理した。 得られた編地を第５図に示す圧損測定器を用い
て流路材としての特性を比較した。 第５図において支持台２５には半透膜１７と流
路材２４を一体としたものを係止するシール部２
６を有し、下側より高圧水を供給して原液に相当
する圧力が加えられるように弁２７，圧力計２８
を備えた配管２９が支持台２５の高圧水供給口３
０に連接され、同様に高圧水出口３１に接続した
配管３２より弁３３を介して排出される構造とな
つている。 一方半透膜１７は支持台２５の隅部付近に設け
たシール部２６と対応する位置で前記した流路材
２４を部分的に一体に接着し接続部３４を形成し
てある。支持台２５のシール部２６上には上記し
た半透膜１７と流路材２４を部分的に一体とした
接着部３４の半透膜側を対向させて載置し、更に
その上部から接着部３４に対し支持台２５のシー
ル部２６と対向した位置にシール部３５をもつ蓋
板３６を載置しボルトナツトの如き締付手段３７
を用いて支持台２５と蓋板３６を締め付ける。蓋
板３６には低圧水供給口３８および低圧水出口３
９が設けられ、低圧水供給口３８にはバルブ４
０，圧力計４１をもつ配管４２が接続され、他方
低圧水出口３９には圧力計４３を備えた配管４４
が取付けてある。配管４４の端部には計量器４５
を備え、配管４４から流出する液量を測定する。 今配管２９より原液に相当する高圧水を供給
し、その状態を保ちつつ配管４２より透過液に相
当する低圧水を供給するとき、同一条件において
は高圧水の圧力が高くなるに伴なつて流路材２４
が加圧変形され、低圧水の流量がへる。このこと
から流路材の変形の程度をこの低圧水の圧損と流
量を測定し、流量抵抗係数として示すことにし
た。 一般に第５図の如き装置において Ｑ＝１ｄΔＰ／ＨΔＬ・Ｗ −(1) ここでＱ：流量 Ｈ：流動抵抗係数 Δｐ：差圧 Ｌ：流路の長さ Ｗ：流路の巾 が与えられる。これを解いて Ｈ＝Ｋ・Δｐ／Ｑ（atm／ton／day） −(2) Ｋ：装置によつて定まる定数 が得られる。この(2)式からΔＰ，Ｑを実測してＨ
が得られる。 第５図の装置において流路材の大きさ（シール
部内の面積0.5m²（巾0.5ｍ×長さ１ｍ）、高圧水
の圧力30Kg／cm²，ΔP2Kg／cm²としたときの各流
路材２４のＨの実測値を第１表に示す。

【表】 通常Ｈは４以下の値が適切とされている。 次に第５図の装置を用い流路材２４の耐久性を
比較する特性値としてｍ_H値測定した。 ｍ_H＝ｌｏｇＨ_ｔ／Ｈ_ｔ０／ｌｏｇｔ −(3) ここでＨ_t：運転開始後時間ｔにおける流動抵 係数 Ｈ_t0：運転開始時の流動抵抗係数 ｔ：運転開始後の経過時間 但し測定においてはｔ＝100時間とした。 得られた結果を第２表に示す。

【表】 通常ｍ_Hは0.3以下の値が適切とされている。以
上述べた如くＨ，ｍ_Hのいずれも比較的容易に調
節できる。 次に流路材として芯ポリエチレンテレフタレー
ト70重量％、鞘ポリエチレンイソフタレート30重
量％のものを240℃で熱処理したものを流路材２
４とし逆浸透膜１７として酢酸セルローズ膜をポ
リエチレンテレフタレートのタフタで補強したも
のを用い、膜面積８m²の第２〜３図に示すスパイ
ラル型液体分離装置を作つた。この際膜同志の接
着にはエポキシ接着剤を、中心軸管には硬質塩ビ
パイプを、原水側流路材としてはポリエチレン製
のプラスチツクネツトを夫々使用した。このよう
なスパイラル型液体分離装置に比抵抗10MΩ・cm
（25℃）の原水を水圧30Kg／cmで供給したところ
運転開始７時間後には透過水の比抵抗は18MΩ・
cm（25℃）まで上昇した。更に連続して100時間
連続運転したが、比抵抗の変化はほとんどみられ
なかつた。 比較実施例 流路材としてポリエステル75デニール、15フイ
ラメントのマルチフイラメント糸を用いダブルテ
ンビ組織にてトリコツトを編成し、この織編地を
メラミン樹脂が30重量％付着し、かつ12ウエル／
ｍ、18コース／cmとなるように樹脂加工した。こ
れ以外は実施例を同様とした。このスパイラル型
液体分離装置に比抵抗10MΩ・cm（25℃）の水質
の水を原水として給水圧力30Kg／cm²で運転した。
運転開始（時間後の比抵抗は1MΩ・cm（25℃）
と逆に低下した。更に100時間運転を経続した
が、比抵抗は4MΩ・cm（25℃）までしか上昇し
なかつた。しかも、この間、中心軸管に向かう溝
の変形のために造水量は約10％ほど低下した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる流路材の断面を例示し
たものである。第２図〜４図は本発明に係る液体
分離装置の構造を例示したもので第２図が正面
図、第３，４図は第２図のＸ−Ｘ断面を示す。第
５図は流路材の評価に用いる圧損測定器の構造を
示す断面図である。 Ａ……布帛、８……液体分離要素、１７，１
７′……半透膜、２２……通路材、２４……流路
材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半透膜と、該半透膜を支持し、かつ布帛で構
   成されている流路材とからなる液体分離要素に、
   流動する原液を接触させ原液中の溶媒を半透膜を
   通過した透過液として分離するように構成した液
   体分離装置において、前記布帛を少なくとも１種
   の高分子重合体からなる繊維糸で構成し、該繊維
   糸をホツトメルト繊維接着剤により互いに固着せ
   しめた構造としたことを特徴とする液体分離装
   置。