KR20150035773A

KR20150035773A - 분리막 및 분리막 엘리먼트

Info

Publication number: KR20150035773A
Application number: KR20147036529A
Authority: KR
Inventors: 히로호 히로자와; 마사카즈 고이와; 히로유키 야마다; 겐타로 다카기; 요시키 오카모토; 츠요시 하마다; 가츠후미 오토; 마사히로 기무라
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2015-04-07
Also published as: JPWO2014003171A1; JP6179403B2; EP2868365A4; WO2014003171A1; EP2868365A1; CN104582816A; US20150321148A1

Abstract

본 발명은 공급측의 면과 투과측의 면을 구비한 분리막 본체와, 상기 분리막 본체의 투과측의 면에 고착하는 복수개의 유로재를 구비하는 분리막으로서, 상기 복수개의 유로재의 중량 W(g), 및 상기 복수개의 유로재의 상기 투과측의 면에 대한 함침부를 제외한 부피 V(㎤)가 1.0≤W/V≤2.5를 만족하고, 또한 시차 주사 열량계를 사용하여 측정한 상기 유로재의 융점이 200℃ 이하인 분리막으로 한다.

Description

분리막 및 분리막 엘리먼트{SEPARATION MEMBRANE AND SEPARATION MEMBRANE ELEMENT}

본 발명은 액체, 기체 등의 유체에 포함되는 성분을 분리하기 위하여 사용되는 분리막 엘리먼트에 관한 것이다.

해수 및 함수 등에 포함되는 이온성 물질을 제거하기 위한 기술에 있어서는, 근년 에너지 절약 및 자원 절약을 위한 공정으로서, 분리막 엘리먼트에 의한 분리법의 이용이 확대되고 있다. 분리막 엘리먼트에 의한 분리법에 사용되는 분리막은 그의 구멍 직경이나 분리 기능의 관점에서 정밀여과막, 한외여과막, 나노여과막, 역침투막, 정침투막으로 분류된다. 이들 막은, 예를 들어 해수, 함수 및 유해물을 포함한 물 등으로부터의 음료수의 제조, 공업용 초순수의 제조 및 배수 처리 및 유가물의 회수 등에 사용되고 있고, 목적으로 하는 분리 성분 및 분리 성능에 따라 구분지어 사용되고 있다.

분리막 엘리먼트로서는 다양한 형태가 있지만, 분리막의 한쪽 면에 원 유체를 공급하고, 다른 쪽의 면으로부터 투과 유체를 얻는 점에서는 공통되어 있다. 분리막 엘리먼트는 묶인 다수의 분리막을 구비함으로써, 1개의 분리막 엘리먼트당의 막 면적이 커지도록, 즉 1개의 분리막 엘리먼트당 얻어지는 투과 유체의 양이 많아지도록 형성되어 있다. 분리막 엘리먼트로서는 용도나 목적에 맞추어, 스파이럴형, 중공사형, 플레이트·앤드·프레임형, 회전 평막형, 평막 집적형 등의 각종 형상이 제안되어 있다.

예를 들어, 역침투 여과에는 스파이럴형 분리막 엘리먼트가 널리 사용된다. 스파이럴형 분리막 엘리먼트는 중심관과, 중심관의 주위에 감긴 적층체를 구비한다. 적층체는, 원 유체를 분리막 표면에 공급하는 공급측 유로재, 원 유체에 포함되는 성분을 분리하는 분리막 및 분리막을 투과하고 공급측 유체로부터 분리된 투과측 유체를 중심관에 유도하기 위한 투과측 유로재가 적층됨으로써 형성된다. 스파이럴형 분리막 엘리먼트는 원 유체에 압력을 부여할 수 있으므로, 투과 유체를 많이 취출할 수 있는 점에서 바람직하게 사용되고 있다.

스파이럴형 분리막 엘리먼트에서는, 일반적으로, 공급측 유체의 유로를 형성시키기 위해서, 공급측 유로재로서 주로 고분자제의 네트가 사용된다. 또한, 분리막으로서 적층형의 분리막이 사용된다. 적층형의 분리막은, 공급측으로부터 투과측으로 적층된, 폴리아미드 등의 가교 고분자를 포함하는 분리 기능층, 폴리술폰 등의 고분자를 포함하는 다공성 수지층, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 고분자를 포함하는 부직포를 구비하는 분리막이다. 또한, 투과측 유로재로서는, 분리막의 떨어짐을 방지하고, 또한 투과측의 유로를 형성시킬 목적으로, 공급측 유로재보다 간격이 미세한 트리코트라고 불리는 편물 부재가 사용된다.

근년 조수(造水) 비용의 저감에 대한 요구의 고조 때문에, 막 엘리먼트의 고성능화가 요구되고 있다. 예를 들어, 분리막 엘리먼트의 분리 성능의 향상 및 단위 시간당의 투과 유체량의 증대를 위해서, 각 유로 부재 등의 분리막 엘리먼트 부재의 성능 향상이 제안되어 있다.

구체적으로 특허문헌 1에서는, 투과측 유로재로서, 요철 부형된 시트 형상물을 구비하는 엘리먼트가 제안되어 있다. 특허문헌 2에서는, 요철을 갖는 다공성 지지체와 분리 활성층을 구비하는 시트 형상 분리막을 구비함으로써, 네트 등의 공급측 유로재나 트리코트 등의 투과측 유로재를 필요로 하지 않는 엘리먼트가 제안되어 있다.

일본 특허 공개 2006-247453호 공보 일본 특허 공개 2010-99590호 공보

그러나, 상기한 분리막 엘리먼트는 성능 향상, 특히 장기간에 걸쳐 운전을 행했을 때의 안정성능의 점에서는 충분하다고는 할 수 없다.

따라서, 본 발명은 특히 높은 압력을 걸어서 분리막 엘리먼트를 운전했을 때의 분리 제거 성능을 안정화시킬 수 있는 분리막 및 분리막 엘리먼트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 (1) 내지 (7)의 구성을 갖는다.

(1) 공급측의 면과 투과측의 면을 구비한 분리막 본체와, 상기 분리막 본체의 투과측의 면에 고착하는 복수개의 유로재를 구비하는 분리막이며,

상기 복수개의 유로재의 중량 W(g), 및 상기 복수개의 유로재의 상기 투과측의 면에 대한 함침부를 제외한 부피 V(㎤)가

1.0≤W/V≤2.5를 만족시키고, 시차 주사 열량계를 사용하여 측정한 상기 유로재의 융점이 200℃ 이하인 분리막.

(2) 상기 투과측의 면에 평행한 제1 방향에 있어서의 상기 유로재의 폭에 대한 상기 유로재의 두께의 비가 0.2 이상 1 이하인, 상기 (1)에 기재된 분리막.

(3) 상기 유로재의 폭이 상기 투과측의 면에 평행한 제1 방향에 있어서 인접하는 상기 유로재의 간격보다 넓어지도록, 서로 이격되어서 설치되는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 분리막.

(4) 상기 제1 방향에 있어서, 상기 유로재의 폭에 대한 상기 유로재의 간격의 비가 0.3 이상 1.3 이하인, 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 분리막.

(5) 상기 분리막에 설치된 모든 유로재의 두께의 차의 최댓값이 0.25mm 이하인, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 분리막.

(6) 상기 분리막 본체가 기재와, 상기 기재 상에 설치된 다공성 지지층과, 상기 다공성 지지층 상에 설치된 분리 기능층을 구비하고, 상기 기재가 장섬유 부직포인, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 분리막.

(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 분리막을 포함하는 분리막 엘리먼트.

투과측의 유로재의 밀도가 상기 범위인 것에 의해, 고효율이고 안정된 투과측 유로를 형성할 수 있다. 또한, 가압 운전 하에서도 유로재의 변형이 작기 때문에, 분리 성분의 제거 성능과 높은 투과 성능을 갖는 고성능이며 고효율인 분리막 엘리먼트를 얻을 수 있다.

도 1은 분리막의 길이 방향에 있어서 연속적으로 설치된 유로재를 구비하는 분리막을 도시하는 평면도이다.
도 2는 분리막의 길이 방향에 있어서 불연속적으로 설치된 유로재를 구비하는 분리막을 도시하는 평면도이다.
도 3은 분리막의 단면도이다.
도 4는 분리막 엘리먼트의 일 형태를 도시하는 전개 사시도이다.
도 5는 봉투 형상막의 일 형태를 도시하는 분해 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시 일 형태에 대해서 상세하게 설명한다.

〔1. 분리막〕

(1-1) 개요

분리막이란, 분리막 표면에 공급되는 유체 중의 성분을 분리하여, 분리막을 투과한 투과 유체를 얻을 수 있는 막이다. 분리막은 분리막 본체와, 분리막 본체 상에 배치된 복수개의 유로재를 구비한다.

이러한 분리막의 예로서, 본 실시 형태의 분리막(1)은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 분리막 본체(2)와 투과측 유로재(유로재)(3)를 구비한다. 분리막 본체(2)는 공급측의 면(21)과 투과측의 면(22)을 구비한다.

본 명세서에 있어서, 분리막 본체의 「공급측의 면」이란, 분리막 본체의 2개의 면 중, 원 유체가 공급되는 측의 표면을 의미한다. 「투과측의 면」이란, 그 반대측의 면을 의미한다. 후술하는 바와 같이 분리막 본체가 도 3에 도시한 바와 같이, 기재(201) 및 분리 기능층(203)을 구비하는 경우에는, 일반적으로, 분리 기능층(203)측의 면이 공급측의 면(21)이며, 기재(201)측의 면이 투과측의 면(22)이다.

유로재(3)는 분리막 본체(2)의 투과측의 면(22) 상에 투과측 유로(유로)(5)를 형성하도록 설치되어 있다. 분리막(1)의 각 부의 상세에 대해서는 후술한다.

도면 중에 x축, y축, z축의 방향축을 도시한다. x축을 제1 방향, y축을 제2 방향이라고 칭하는 경우가 있다. 도 1 등에 도시한 바와 같이, 분리막 본체(2)는 직사각형이며, 제1 방향 및 제2 방향은 분리막 본체(2)의 외연에 평행하다. 제1 방향을 폭 방향이라고 칭하고, 제2 방향을 길이 방향이라고 칭하는 경우가 있다.

(1-2) 분리막 본체

<개요>

분리막 본체로서는 사용 방법, 목적 등에 따른 분리 성능을 갖는 막이 사용된다. 분리막 본체는 단일층에 의해 형성되어 있을 수도 있고, 분리 기능층과 기재를 구비하는 복합막일 수도 있다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 복합막에 있어서는, 분리 기능층(203)과 기재(201) 사이에 다공성 지지층(202)이 형성되어 있을 수도 있다.

<분리 기능층>

분리 기능층의 두께는 구체적인 수치에 한정되지 않지만, 분리 성능과 투과 성능의 점에서 5 내지 3000nm인 것이 바람직하다. 특히 역침투막, 정침투막, 나노여과막에서는 5 내지 300nm인 것이 바람직하다.

분리 기능층의 두께는, 지금까지의 분리막의 막 두께 측정법에 준할 수 있다. 예를 들어, 분리막을 수지에 의해 포매하고, 그것을 절단함으로써 초박 절편을 제작하고, 얻어진 절편에 염색 등의 처리를 행한다. 그 후, 투과형 전자 현미경에 의해 관찰함으로써 두께의 측정이 가능하다. 또한, 분리 기능층이 주름 구조를 갖는 경우, 다공성 지지층보다 위에 위치하는 주름 구조의 단면 길이 방향으로 50nm 간격으로 측정하고, 주름의 수를 20개 측정하여, 그 평균으로부터 구할 수 있다.

분리 기능층은 분리 기능 및 지지 기능의 양쪽을 갖는 층일 수도 있고, 분리 기능만을 구비하고 있을 수도 있다. 또한, 「분리 기능층」이란 적어도 분리 기능을 구비하는 층을 가리킨다.

분리 기능층이 분리 기능 및 지지 기능의 양쪽을 갖는 경우, 분리 기능층으로서는, 셀룰로오스, 폴리불화비닐리덴, 폴리에테르술폰 또는 폴리술폰을 주성분으로서 함유하는 층이 바람직하게 적용된다.

또한, 본 명세서에 있어서 「X가 Y를 주성분으로서 함유한다」란, X에 있어서의 Y의 함유율이 50중량％ 이상인 것을 의미하고, 바람직하게는 70중량％ 이상, 보다 바람직하게는 80중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 90중량％ 이상, 가장 바람직하게는 95중량％ 이상이다. 또한, Y에 해당하는 복수개의 성분이 존재하는 경우에는, 그들 복수개의 성분의 합계량이 상술한 범위를 만족하면 된다.

한편, 분리 기능층으로서는, 구멍 직경 제어가 용이하고, 내구성이 우수하다고 하는 점에서 가교 고분자가 바람직하게 사용된다. 특히, 원 유체 중의 성분의 분리 성능이 우수하다는 점에서, 다관능 아민과 다관능 산 할로겐화물을 중축합시켜 이루어지는 폴리아미드 분리 기능층, 유기-무기 하이브리드 기능층 등이 적절하게 사용된다. 이 분리 기능층은 다공성 지지층 상에서 단량체를 중축합함으로써 형성 가능하다.

예를 들어, 분리 기능층은 폴리아미드를 주성분으로서 함유할 수 있다. 이러한 막은 공지된 방법에 의해, 다관능 아민과 다관능 산 할로겐화물을 계면 중축합함으로써 형성된다. 예를 들어, 다공성 지지층에 다관능 아민 수용액을 도포하고, 여분의 아민 수용액을 에어나이프 등으로 제거하고, 그 후, 다관능 산 할로겐화물을 함유하는 유기 용매 용액을 도포함으로써 폴리아미드 분리 기능층이 얻어진다.

또한, 분리 기능층은 Si 원소 등을 갖는 유기-무기 하이브리드 구조를 가질 수도 있다. 유기-무기 하이브리드 구조를 갖는 분리 기능층은, 예를 들어 이하의 화합물 (A), (B):

(A) 에틸렌성 불포화기를 갖는 반응성기 및 가수분해성기가 규소 원자에 직접 결합한 규소 화합물, 및

(B) 상기 화합물 (A) 이외의 화합물이며 에틸렌성 불포화기를 갖는 화합물

을 함유할 수 있다. 구체적으로, 분리 기능층은 화합물 (A)의 가수분해성기의 축합물 및 화합물 (A) 및/또는 (B)의 에틸렌성 불포화기의 중합물을 함유할 수도 있다. 즉, 분리 기능층은,

·화합물 (A)만이 축합 및/또는 중합함으로써 형성된 중합물,

·화합물 (B)만이 중합하여 형성된 중합물, 및

·화합물 (A)와 화합물 (B)의 공중합물

중 적어도 1종의 중합물을 함유할 수 있다. 또한, 중합물에는 축합물이 포함된다. 또한, 화합물 (A)와 화합물 (B)의 공중합체 중에서, 화합물 (A)는 가수분해성기를 개재하여 축합하고 있을 수도 있다.

하이브리드 구조는 공지된 방법으로 형성 가능하다. 하이브리드 구조의 형성 방법의 일례는 다음과 같다. 화합물 (A) 및 화합물 (B)를 함유하는 반응액을 다공성 지지층에 도포한다. 여분의 반응액을 제거한 후, 가수분해성기를 축합시키기 위해서는, 가열 처리하면 된다. 화합물 (A) 및 화합물 (B)의 에틸렌성 불포화기의 중합 방법으로서는, 열처리, 전자파 조사, 전자선 조사, 플라즈마 조사를 행하면 된다. 중합 속도를 빠르게 할 목적으로 분리 기능층 형성 시에 중합 개시제, 중합 촉진제 등을 첨가할 수 있다.

또한, 어느 분리 기능층에 대해서도 사용 전에, 예를 들어 알코올 함유 수 용액, 알칼리 수용액에 의해 막의 표면을 친수화시킬 수도 있다.

<다공성 지지층>

다공성 지지층은 분리 기능층을 지지하는 층으로서, 다공성 수지층이라고 달리 부를 수도 있다.

다공성 지지층에 사용되는 재료나 그의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 다공성 수지에 의해 기판 상에 형성될 수도 있다. 다공성 지지층으로서는, 폴리술폰, 아세트산셀룰로오스, 폴리염화비닐, 에폭시 수지 또는 그들을 혼합, 적층한 것이 사용되고, 화학적, 기계적, 열적으로 안정성이 높고, 구멍 직경을 제어하기 쉬운 폴리술폰을 사용하는 것이 바람직하다.

다공성 지지층은 분리막에 기계적 강도를 부여하고, 이온 등의 분자 크기가 작은 성분에 대하여 분리막과 같은 분리 성능을 갖지 않는다. 다공성 지지층이 갖는 구멍의 크기 및 구멍의 분포는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 다공성 지지층은 균일하고 미세한 구멍을 가질 수도 있거나, 또는 분리 기능층이 형성되는 측의 표면부터 다른 한쪽 면에 걸쳐서 직경이 서서히 커지는 구멍 직경의 분포를 가질 수도 있다. 또한, 어느 경우에도, 분리 기능층이 형성되는 측의 표면에서 원자간력 현미경 또는 전자 현미경 등을 사용하여 측정된 가는 구멍의 투영 면적 원 상당 직경은 1nm 이상 100nm 이하인 것이 바람직하다. 특히 계면 중합 반응성 및 분리 기능층의 유지성 면에서, 다공성 지지층에 있어서 분리 기능층이 형성되는 측의 표면에 있어서의 구멍은 3nm 이상 50nm 이하의 투영 면적 원 상당 직경을 갖는 것이 바람직하다.

다공성 지지층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 분리막에 강도를 부여하기 위하여 등의 이유로부터, 20㎛ 이상 500㎛ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30㎛ 이상 300㎛ 이하이다.

다공성 지지층의 형태는 주사형 전자 현미경이나 투과형 전자 현미경, 원자간 현미경에 의해 관찰할 수 있다. 예를 들어 주사형 전자 현미경으로 관찰하는 것이라면, 기재로부터 다공성 지지층을 박리한 후, 이것을 동결 할단법으로 절단하여 단면 관찰의 샘플로 한다. 이 샘플에 백금 또는 백금-팔라듐 또는 4염화루테늄, 바람직하게는 4염화루테늄을 얇게 코팅해서 3 내지 6kV의 가속 전압으로 고분해능 전계 방사형 주사 전자 현미경(UHR-FE-SEM)으로 관찰한다. 고분해능 전계 방사형 주사 전자 현미경은 가부시끼가이샤 히타치 세이사꾸쇼 제조의 S-900형 전자 현미경 등을 사용할 수 있다. 얻어진 전자 현미경 사진에 기초하여, 다공성 지지층의 막 두께, 표면의 투영 면적 원 상당 직경을 측정할 수 있다.

다공성 지지층의 두께, 구멍 직경은 평균값이며, 다공성 지지층의 두께는 단면 관찰에서 두께 방향에 직교하는 방향으로 20㎛ 간격으로 측정하고, 20점 측정의 평균값이다. 또한, 구멍 직경은 200개의 구멍에 대하여 측정된, 각 투영 면적 원 상당 직경의 평균값이다.

이어서, 다공성 지지층의 형성 방법에 대하여 설명한다. 다공성 지지층은, 예를 들어 상기 폴리술폰의 N,N-디메틸포름아미드(이후, DMF라고 기재) 용액을 후술하는 기재, 예를 들어 촘촘하게 엮은 폴리에스테르포 또는 부직포 상에 일정한 두께로 주형하고, 그것을 수중에서 습식 응고시킴으로써 제조할 수 있다.

다공성 지지층은 문헌 ["오피스·오브·세일린·워터·리서치·앤드·디벨럽먼트·프로그레스·리포트" No.359(1968)]에 기재된 방법에 따라서 형성할 수 있다. 또한, 원하는 형태를 얻기 위해서 중합체 농도, 용매의 온도, 빈용매는 조정 가능하다.

예를 들어, 소정량의 폴리술폰을 DMF에 용해하여, 소정 농도의 폴리술폰 수지 용액을 제조한다. 계속해서, 이 폴리술폰 수지 용액을 폴리에스테르포 또는 부직포를 포함하는 기재 상에 대략 일정한 두께로 도포한 후, 일정 시간 공기 중에서 표면의 용매를 제거한 후, 응고액 중에서 폴리술폰을 응고시킴으로써 얻을 수 있다.

<기재>

분리막 본체의 강도, 치수 안정성 등의 관점에서 분리막 본체는 기재를 가질 수도 있다. 기재로서는, 강도, 요철 형성능 및 유체 투과성의 점에서 섬유 형상 기재를 사용하는 것이 바람직하다.

기재로서는, 장섬유 부직포 및 단섬유 부직포 모두 바람직하게 사용할 수 있다. 특히, 장섬유 부직포는 우수한 제막성을 가지므로, 고분자 중합체의 용액을 유연할 때에, 그 용액이 과침투에 의해 뒤배임되는 것, 다공성 지지층이 박리되는 것, 나아가 기재의 보풀 일어나기 등에 의해 막이 불균일화되는 것 및 핀 홀 등의 결점이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 기재가 열가소성 연속 필라멘트로 구성되는 장섬유 부직포를 포함하는 것에 의해, 단섬유 부직포와 비교하여, 고분자 용액 유연 시에 섬유의 보풀 일어나기에 의해 발생하는 불균일화 및 막 결점의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 분리막은 연속 제막될 때에, 제막 방향에 대하여 장력이 걸리므로, 치수 안정성이 우수한 장섬유 부직포를 기재로서 사용하는 것이 바람직하다.

장섬유 부직포는 성형성, 강도의 면에서, 다공성 지지층과는 반대측의 표층에 있어서의 섬유가 다공성 지지층측의 표층의 섬유보다 세로 배향인 것이 바람직하다. 그러한 구조에 의하면, 강도를 유지함으로써 막 파괴 등을 방지하는 높은 효과가 실현될 뿐만 아니라, 분리막에 요철을 부여할 때의, 다공성 지지층과 기재를 포함하는 적층체로서의 성형성도 향상되고, 분리막 표면의 요철 형상이 안정되므로 바람직하다.

보다 구체적으로는, 장섬유 부직포의, 다공성 지지층과는 반대측의 표층에 있어서의 섬유 배향도는 0° 내지 25°인 것이 바람직하고, 또한, 다공성 지지층측 표층에 있어서의 섬유 배향도와의 배향도차가 10° 내지 90°인 것이 바람직하다.

분리막의 제조 공정이나 엘리먼트의 제조 공정에 있어서는 가열하는 공정이 포함되는데, 가열에 의해 다공성 지지층 또는 분리 기능층이 수축하는 현상이 발생한다. 특히 연속 제막에 있어서 장력이 부여되지 않은 폭 방향에 있어서, 수축은 현저하다. 수축함으로써 치수 안정성 등에 문제가 발생하기 때문에, 기재로서는 열 치수 변화율이 작을 것이 요망된다. 부직포에 있어서 다공성 지지층과는 반대측의 표층에 있어서의 섬유 배향도와 다공성 지지층측 표층에 있어서의 섬유 배향도의 차가 10° 내지 90°라면, 열에 의한 폭 방향의 변화를 억제하는 것도 가능하여 바람직하다.

여기서 섬유 배향도란, 다공성 지지층을 구성하는 부직포 기재의 섬유의 방향을 나타내는 지표이다. 구체적으로 섬유 배향도란, 연속 제막을 행할 때의 제막 방향, 즉 부직포 기재의 길이 방향과, 부직포 기재를 구성하는 섬유와의 사이의 각도의 평균값이다. 즉, 섬유의 길이 방향이 제막 방향과 평행하면, 섬유 배향도는 0°이다. 또한, 섬유의 길이 방향이 제막 방향에 직각이면, 즉 부직포 기재의 폭 방향에 평행하면, 그 섬유의 배향도는 90°이다. 따라서, 섬유 배향도가 0°에 가까울수록 세로 배향이며, 90°에 가까울수록 가로 배향인 것을 나타낸다.

섬유 배향도는 이하와 같이 측정된다. 먼저, 부직포로부터 랜덤하게 소편 샘플 10개를 채취한다. 이어서, 그 샘플의 표면을 주사형 전자 현미경으로 100 내지 1000배로 촬영한다. 촬영상 중에서, 각 샘플당 10개를 선택하고, 부직포의 길이 방향(세로 방향, 제막 방향)을 0°로 했을 때의 각도를 측정한다. 즉 1개의 부직포당 총 100개의 섬유에 대해서 각도의 측정이 행하여진다. 이렇게 하여 측정된 100개의 섬유에 관한 각도로부터 평균값을 산출한다. 얻어진 평균값의 소수점 이하 첫째자리를 반올림하여 얻어지는 값이 섬유 배향도이다.

기재의 두께는 기재와 다공성 지지층의 두께의 합계가 30㎛ 이상 300㎛ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 50㎛ 이상 250㎛ 이하의 범위 내가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

(1-3) 투과측 유로재

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 분리막 본체(2)의 투과측의 면(22)에는, 투과측 유로(5)를 형성하도록 복수개의 투과측 유로재(유로재)(3)가 설치된다. 「투과측 유로를 형성하도록 설치된다」란, 분리막이 후술하는 분리막 엘리먼트에 조립되었을 때에, 분리막 본체를 투과한 투과 유체가 집수관에 도달할 수 있도록 유로재가 형성되어 있는 것을 의미한다. 유로재의 구성의 상세는 이하와 같다.

<밀도>

<<유로재의 중량과 투과측의 면에 대한 함침부를 제외한 유로재의 부피와의 비>>

분리막 본체의 투과측의 면에 고착하는 복수개의 유로재의 중량 W(g), 및 상기 복수개의 유로재의 상기 투과측의 면에 대한 함침부를 제외한 부피 V(㎤)는 1.0≤W/V≤2.5인 것이 바람직하고, 1.0≤W/V≤1.5인 것이 보다 바람직하다.

이 범위의 유로재의 중량과 투과측의 면에 대한 함침부를 제외한 유로재의 부피와의 비를 가짐으로써, 가압 여과를 장시간 계속해도, 양호한 조수능을 확보하면서 유로재의 형상 변화는 작게 억제되므로, 유로가 안정적으로 유지된다.

유로재의 중량은, 분리막 본체 및 유로재를 포함하는 분리막 전체의 중량으로부터 분리막 본체의 중량을 감산함으로써 산출된다.

유로재의 부피는, 예를 들어 가부시끼가이샤 키엔스 제조의 고정밀도 형상 측정 시스템 KS-1100 등, 시판되어 있는 시스템을 사용하여 측정할 수 있다. 유로재의 형상이 후술하는 벽 형상이라면 단면의 면적을 측정하고, 벽 형상물의 길이를 측정하여 그들의 곱셈으로부터 유로재 부피를 산출할 수도 있고, 또는 3차원 측정으로부터 부피를 구할 수도 있다. 또한, 도트 형상 등이 짧은 형상이라면 3차원 측정으로 측정할 수 있다. 즉, 후술하는 바와 같이, 분리막 본체에 유로재의 성분이 함침하고 있을 때는, 함침하고 있는 부분은 유로재의 부피에는 포함되지 않는다.

<융점>

시차 주사 열량계를 사용하여 측정한 유로재의 융점은 200℃ 이하인 것이 바람직하고, 100 내지 170℃인 것이 보다 바람직하다. 이 범위의 융점을 갖는 재료는 높은 가공성을 갖는다. 따라서, 제조 시에 후술하는 가압 열처리에 의해, 유로재의 밀도를 상기 범위로 변화시키는 것이 용이해진다. 또한, 유로재가 서로 다른 융점을 갖는 복수의 재료의 혼합물로 형성되어 있는 경우에는, 어느 재료의 융점도 200℃ 이하인 것이 바람직하다.

시차 주사 열량 측정은 다음과 같이 하여 행하여진다. 시료 10.00mg 정도를 전용 알루미늄 팬에 채우고, (1) 30℃부터 250℃까지 10℃/min으로 승온하고, 280℃에서 5분간 유지하고, 계속해서 (2) 250℃부터 30℃까지 10℃/min으로 강온하고, 30℃에서 5분간 더 유지하고, 또한 (3) 10℃/min으로 승온한다. 상기 (3)에 있어서의 흡열 곡선의 피크 톱으로부터 융점이 구해진다. 피크 톱이 복수개 관찰되는 경우에는, 가장 고온측의 피크 톱이 200℃ 이하이면 된다. 측정에는, 예를 들어 세이코 인스트루먼트사 제조의 DSC6200을 사용할 수 있다.

<유로재의 구성 성분>

유로재(3)는 분리막 본체(2)와는 상이한 소재로 형성되어 있다. 상이한 소재란, 분리막 본체(2)에서 사용되는 재료와는 상이한 조성을 갖는 재료를 의미한다. 특히, 유로재(3)의 조성은 분리막 본체(2) 중 유로재(3)가 형성되는 면, 즉 투과측의 면의 조성과는 상이한 것이 바람직하고, 분리막 본체(2)를 형성하는 어느 층의 조성과도 상이한 것이 보다 바람직하다.

유로재를 구성하는 성분으로서는 특별히 한정되지 않지만, 수지가 바람직하게 사용된다. 구체적으로는, 내약품성 면에서, 에틸렌아세트산비닐 공중합체 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀이나 공중합 폴리올레핀 등이 바람직하고, 우레탄 수지, 에폭시 수지 등의 중합체도 선택할 수 있고, 이들을 단독 또는 2종류 이상을 포함하는 혼합물로 하여 사용할 수 있다. 특히, 열가소성 수지는 성형이 용이하기 때문에, 균일한 형상의 유로재를 형성할 수 있다.

예를 들어, 후술하는 바와 같이 유로재를 가압 처리함으로써, 유로재의 융점은 가압 처리 전과 변함없지만, 밀도가 높은 유로재를 얻을 수 있다.

<유로재 형상 및 배치>

<<개요>>

종래 널리 사용되고 있는 트리코트는 편물이며, 입체적으로 교차한 실로 구성되어 있다. 즉, 트리코트는 이차원적으로 연속한 구조를 갖고 있다. 이러한 트리코트가 유로재로서 적용된 경우, 유로의 높이는 트리코트의 두께보다 작아진다. 즉, 트리코트의 두께 모두를 유로의 높이로서 이용할 수는 없다.

이에 비해, 본 발명의 구성의 예로서, 도 1 내지 도 3 등에 도시하는 유로재(3)는 서로 겹치지 않도록 배치되어 있다. 따라서, 본 실시 형태의 유로재(3)의 두께(즉 높이)는 모두 유로의 홈의 높이로서 활용된다. 따라서, 본 실시 형태의 유로재(3)가 적용된 경우, 유로재(3)의 두께와 동일한 두께를 갖는 트리코트가 적용된 경우보다 유로는 높아진다. 즉, 유로의 단면적이 보다 커지므로, 유동 저항은 보다 작아진다.

또한, 각 도면에 있어서는, 불연속인 복수개의 유로재(3)가 1개의 분리막 본체(2) 상에 설치되어 있다. 「불연속」이란, 유로재(3)를 분리막 본체(2)로부터 박리하면, 복수개의 유로재(3)가 서로 나뉘어지는 구조인 것을 가리킨다. 이에 비해, 네트, 트리코트 및 필름 등의 부재는 분리막 본체(2)로부터 분리되어도, 연속한 일체의 형상을 갖는다.

불연속인 복수개의 유로재(3)가 설치되어 있음으로써, 분리막(1)은 후술하는 분리막 엘리먼트(100)에 조립되었을 때에, 압력 손실을 낮게 억제할 수 있다. 이와 같은 구성의 일례로서, 도 1에서는, 유로재(3)는 제1 방향(폭 방향)에 있어서만 불연속으로 형성되어 있고, 도 2에서는 제1 방향 및 제2 방향(길이 방향)의 어느 쪽에 있어서도 불연속으로 형성되어 있다.

또한, 분리막 엘리먼트에 있어서, 분리막은 그의 제2 방향이 권회 방향과 일치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 분리막은 제1 방향이 집수관(8)의 길이 방향과 평행하고, 제2 방향이 집수관(8)의 길이 방향에 직교하도록 배치되는 것이 바람직하다.

도 1에 도시하는 예에서는, 유로재(3)는 제1 방향에 있어서 불연속으로 설치됨과 동시에, 제2 방향에 있어서는, 분리막 본체(2)의 일단부터 타단까지 연속하게 설치되어 있다. 즉, 도 4와 같이 분리막 엘리먼트(100)에 분리막(1)이 조립되었을 때에, 유로재(3)는 권회 방향(제2 방향)에 있어서의 분리막(1)의 내측 단부부터 외측 단부까지 연속하도록 배치된다. 분리막(1)에 있어서, 권회 방향의 내측은 집수관(8)에 가까운 측이며, 권회 방향의 외측은 집수관(8)으로부터 먼 측이다.

도 1과 같이 유로재(3)가 제2 방향으로 연속적으로 설치되어 있는 경우, 가압 여과 시의 막 떨어짐이 특히 억제된다. 막 떨어짐이란, 분리막(1)이 유로(5)에 떨어져서 유로(5)를 좁히는 것이다.

또한, 도 2에서는, 유로재(3)는 제1 방향(폭 방향)과 제2 방향(길이 방향)의 양쪽에 있어서 간격을 두고 설치되어 있다. 즉, 도 2에서는 유로재(3)는 제2 방향에 있어서도 복수개의 부분으로 분할되어 있다. 이와 같이, 2개의 방향에 있어서 불연속인 유로재(3)가 설치됨으로써, 유로재와 유체의 접촉 면적이 작아지므로 압력 손실이 작아진다. 이 형태는 유로(5)가 분기점을 구비하는 구성이라고도 바꿔 말할 수 있다. 즉, 도 2의 구성에 있어서, 투과 유체는 유로(5)를 흐르면서, 유로재(3)에 의해 나뉘어지고, 또한 하류에서 합류할 수 있다.

또한, 도 2에서는, 길이 방향에 있어서, 유로재(3)는 직선을 따라 배열되어 있고, 폭 방향에 있어서의 유로재(3)끼리의 간극도 직선을 따라 배열되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

유로재가 「분리막 본체의 일단부터 타단까지 설치되어 있다」란, 유로재가 분리막 본체의 테두리까지 설치되어 있어야만 한다는 의미는 아니다. 유로재는 투과측의 유로를 형성할 수 있을 정도로, 분리막의 제2 방향 전체에 걸쳐서 배치되어 있으면 된다. 투과측의 면에 있어서의 다른 분리막과의 접착 부분에는 유로재가 설치될 필요가 없다. 또한, 분리막에 있어서, 집수관과의 접착 부분에도 유로재는 설치될 필요가 없다. 기타의 사양상 또는 제조상의 이유에 의해, 분리막의 외연 부근 등의 일부의 개소에는 유로재가 배치되지 않는 영역이 설치되어 있을 수도 있다.

이상에 설명한 어느 형태에 있어서도, 유로재(3)는 분리막 엘리먼트에 조립되었을 때에, 그의 길이 방향이 집수관(8)의 길이 방향에 대하여 대략 수직이 되도록 배치되는 것이 바람직하다. 대략 수직이란, 구체적으로는, 집수관(8)과 유로재(3) 사이의 각도가 75° 내지 105°인 상태를 가리킨다.

<<분리막 본체 및 유로재의 치수>>

(개요)

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, a 내지 f는 하기 값을 가리킨다.

a: 분리막 본체의 길이

b: 분리막 본체의 폭 방향에 있어서의 유로재의 간격

c: 유로재의 두께(높이)(유로재와 분리막 본체의 투과측의 면과의 고저차)

d: 유로재의 폭

e: 분리막 본체의 길이 방향에 있어서의 유로재의 간격

f: 유로재의 길이

값 a 내지 f의 측정에는, 예를 들어 시판되어 있는 형상 측정 시스템 또는 현미경 등을 사용할 수 있다. 각 값은, 1매의 분리막에 있어서 30개소 이상에서 측정을 행하고, 그들의 값을 모두 합한 값을 측정 총 개소의 수로 나누어서 평균값을 산출함으로써, 구해진다. 이와 같이, 적어도 30개소에 있어서의 측정의 결과 얻어지는 각 값이 상기 범위를 만족하면 된다.

(분리막 본체의 길이 a)

길이 a는, 제2 방향에 있어서의 분리막 본체(2)의 일단부터 타단까지의 거리이다. 이 거리가 일정하지 않은 경우, 1매의 분리막 본체(2)에 있어서 30개소 이상의 위치에서 이 거리를 측정하고, 평균값을 구함으로써 길이 a를 얻을 수 있다.

(제1 방향에서의 유로재 간격 b)

제1 방향에 있어서의 유로재(3)의 간격 b는 유로(5)의 폭에 상당한다. 1개의 단면에 있어서 1개의 유로(5)의 폭이 일정하지 않은 경우, 즉 인접하는 2개의 유로재(3)의 측면이 평행하지 않은 경우에는, 1개의 단면 내에서, 1개의 유로(5)의 폭의 최댓값과 최솟값의 평균값을 측정하고, 그 평균값을 산출한다. 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 방향에 수직한 단면에 있어서, 유로재(3)는 위가 가늘고 아래가 굵은 사다리꼴 형상을 나타내는 경우, 먼저, 인접하는 2개의 유로재(3)의 상부 간의 거리와 하부 간의 거리를 측정하고, 그 평균값을 산출한다. 이어서, 임의의 30개소 이상의 단면에 있어서, 유로재(3)의 간격을 측정하고, 각각의 단면에서 이 평균값을 산출한다. 그리고, 이 평균값으로부터 나아가 산술 평균값을 산출함으로써 간격 b가 얻어진다.

또한, 간격 b가 커짐에 따라서 압력 손실이 작아지지만, 막 떨어짐이 발생하기 쉬워진다. 반대로 간격 b가 작을수록 막 떨어짐이 발생하기 어려워지지만, 압력 손실은 커진다. 엘리먼트로서의 성능이나 안정성을 감안하면, 간격 b는 0.05mm 이상 5mm 이하인 것이 바람직하고, 이 범위라면, 막 떨어짐을 억제하면서 압력 손실을 작게 할 수 있다. 간격 b는 보다 바람직하게는 0.2mm 이상 2mm 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.3mm 이상 0.8mm 이하이다.

(유로재의 두께(높이) c)

두께 c는, 유로재와 분리막 본체의 표면과의 고저차이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 두께 c는 제2 방향에 수직한 단면에 있어서의, 유로재(3)의 가장 높은 부분과 분리막 본체의 투과측면의 높이의 차이다. 즉, 유로재의 두께에 대해서는, 기재 중에 함침하고 있는 부분의 두께는 고려하지 않는다. 두께 c는 30개소 이상의 유로재(3)에 대하여 두께를 측정하고, 평균하여 얻어지는 값이다. 유로재의 두께 c는 동일한 평면 내에 있어서의 유로재의 단면 관찰에 의해 얻어질 수도 있고, 복수개의 평면에 있어서의 유로재의 단면 관찰에 의해 얻어질 수도 있다.

두께 c가 크면 유동 저항이 작아진다. 한편, 두께 c가 작으면, 1개의 엘리먼트당의 막의 수는 많아지지만, 유로의 유동 저항이 커져서, 분리 특성 및 투과 성능이 저하된다. 그 결과, 엘리먼트의 조수 능력이 저하되어, 조수량을 증가시키기 위한 운전 비용이 높아진다. 따라서, 상술한 각 성능의 균형이나 운전 비용을 고려하면, 두께 c는 0.03mm 이상 0.8mm 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05mm 이상 0.5mm 이하, 더욱 바람직하게는 0.1mm 이상 0.4mm 이하이다.

또한, 상술한 바와 같이 두께 c가 작으면, 분리막 엘리먼트에 충전되는 분리막을 증가시킬 수 있으므로, 유동 저항이 증가하지만, 분리막의 대면적화에 따라 조수량이 향상되는 경향이 있다. 따라서, 두께 c는 엘리먼트의 사용 조건 및 목적 등에 따라 적절히 선택할 수 있다.

또한, 분리막 중에 (보다 구체적으로는 기재에) 고착되어 있는 복수개의 유로재 중, 유로재와 그의 인접하는 유로재의 높이의 차가 작은 것이 바람직하다. 높이의 차가 크면 가압 여과 시에 분리막의 변형이 발생하므로, 분리막에 결함이 발생하는 경우가 있다. 서로 인접하는 유로재의 높이의 차는 0.1mm 이하가 바람직하고, 0.06mm 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.04mm 이하인 것이 더욱 바람직하다.

마찬가지의 이유로부터, 분리막에 설치된 모든 유로재의 두께의 차의 최댓값(최대 고저차)은 0.25mm 이하인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 0.1mm 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.03mm 이하이다.

(유로재의 폭 d)

폭 d는 다음과 같이 측정된다. 먼저, 제1 방향에 수직한 1개의 단면에 있어서, 1개의 유로재(3)의 최대폭과 최소폭의 평균값을 산출한다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같은 상부가 가늘고 하부가 굵은 유로재(3)에 있어서는, 유로재 하부의 폭과 상부의 폭을 측정하고, 그 평균값을 산출한다. 이러한 평균값을 적어도 30개소의 단면에서 산출하고, 그의 산술 평균을 산출한다.

폭 d는 바람직하게는 0.2mm 이상이며, 보다 바람직하게는 0.3mm 이상이다. 폭 d가 0.2mm 이상인 것에 의해, 분리막 엘리먼트의 운전 시에 유로재(3)에 압력이 가해져도, 유로재의 형상을 유지할 수 있어 투과측 유로가 안정적으로 형성된다.

또한, 폭 d는 바람직하게는 2mm 이하이고, 보다 바람직하게는 1.5mm 이하이다. 폭 d가 2mm 이하인 것에 의해, 투과측의 유로를 충분히 확보할 수 있다.

유로재의 폭 d가 제1 방향에서의 인접하는 유로재의 간격 b보다 넓은 것에 의해, 각 유로재에 걸리는 압력을 분산할 수 있다.

도 1 내지 도 3에 있어서, 유로재(3)는 그의 길이가 그의 폭보다 커지도록 형성되어 있다. 이러한 유로재(3)는 「벽 형상물」이라고도 칭해진다.

(유로재 간격 e)

간격 e는 제2 방향에 있어서의 유로재(3) 사이의 거리이다. 간격 e는 바람직하게는 0mm 이상 100mm 이하이고, 보다 바람직하게는 0mm 이상 30mm 이하이다. 간격 e가 상기 범위 내인 것에 의해, 막 떨어짐을 억제하면서, 압력 손실을 비교적 작게 할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 유로재(3)가 제2 방향에 있어서 분리막 본체(2)의 일단부터 타단까지 연속하여 설치되어 있는 경우, 간격 e는 0mm이다.

(유로재의 길이 f)

길이 f는 제2 방향에 있어서의 유로재(3)의 길이다. 길이 f는 1매의 분리막(1) 내에서 30개 이상의 유로재(3)의 길이를 측정하고, 그 평균값을 산출함으로써 구해진다. 유로재의 길이 f는 분리막 본체의 길이 a 이하이면 된다. 분리막(1)의 권회 방향에 있어서의 내측 단부부터 외측 단부까지 유로재(3)가 연속적으로 설치되어 있는 경우에는, 유로재의 길이 f는 분리막 본체의 길이 a와 동등하다.

길이 f는 바람직하게는 10mm 이상이며, 보다 바람직하게는 20mm 이상이다. 길이 f가 10mm 이상인 것에 의해, 압력 하에서도 유로가 확보된다.

(치수 a 내지 f의 관계)

상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 유로재는, 종래의 트리코트와 같이 연속 형상을 갖는 유로재에 비하여 압력 손실을 작게 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태의 기술에 의하면, 압력 손실이 동등하여도, 종래 기술보다 리프 길이를 크게 할 수 있다. 리프 길이를 크게 할 수 있으면, 리프수를 저감할 수 있다.

또한, 막 리프(또는 간단히 「리프」라고 칭함)는 엘리먼트에 조립되기에 적합한 길이로 재단되고, 공급측의 면이 서로 대향하는 2매 1조의 분리막(또는 공급측의 면을 내측으로 하여 접혀진 1매의 분리막)이다. 막 리프에 있어서는, 분리막 사이에 공급측 유로재가 끼워진다.

치수 a 내지 f가 이하의 수식을 만족하도록 설정됨으로써, 리프수를 특히 저감할 수 있다.

i) a²f²(b+c)²(b+d)×10^-6/b³c³(e+f)²≤1400 또한

ii) 850≤a≤7000 또한

iii) b≤2 또한

iv) c≤0.5 또한

v) 0.15≤df/(b+d)(e+f)≤0.85

(유로재의 폭과 간격의 비)

유로재를 배치할수록, 즉 유로재의 폭이 넓어질수록 가압 여과 시에도 투과측 유로를 안정적으로 확보하기 쉬워진다. 그러나, 투과측 유로, 즉 유로재의 간격(홈 폭) b가 좁아질수록 유동 저항이 높아져버린다. 반대로, 유로재의 배치가 너무 적으면 유동 저항은 낮아지지만, 가압 여과 시의 유로를 안정적으로 확보할 수 없다. 따라서, 유로재의 폭과 간격의 균형이 중요하며 유로재의 제1 방향에 있어서, 상기 유로재의 폭 d에 대한 상기 유로재의 간격 b의 비가 0.3 이상 1.3 이하인 것이 바람직하다. 유로재의 폭 d에 대한 상기 유로재의 간격 b의 비의 하한은 0.4 이상인 것이 보다 바람직하고, 상한은 1 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.75 이하인 것이 더욱 바람직하다.

(유로재의 폭과 두께(높이)의 비)

본 발명에서는 유로재가 가압 열처리되기 때문에, 유로재의 두께(높이)가 낮고, 또한 폭이 넓어지는 경향이 있기 때문에 유로가 좁아지는 경향이 있다. 그렇게 하면, 유동 저항이 커져 가압 여과에 의한 조수 효율이 저하된다. 따라서, 유로재의 폭과 높이의 균형이 중요하며, 상기 유로재의 폭 d에 대한 유로재의 두께(높이)의 비가 0.2 이상 1 이하인 것이 바람직하고, 0.25 이상 0.7 이하가 더욱 바람직하다.

(유로재의 형상)

유로재의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 유로의 유동 저항을 작게 하고, 투과시켰을 때의 유로를 안정화시키는 형상이 선택될 수 있다. 이와 같은 점에서, 분리막의 면 방향에 수직한 어느 하나의 단면에 있어서, 유로재의 형상은 곧은 기둥 형상이나 사다리꼴 형상, 굽은 기둥 형상, 또는 그들의 조합일 수도 있다.

유로재의 단면 형상이 사다리꼴인 경우, 예를 들어 윗변 폭이 아랫변 폭에 대하여 극단적으로 작으면, 아랫변측의 홈 폭이 가압 여과 시의 막 떨어짐을 억제할 수 있는 간격이어도, 윗변에서의 홈 폭이 커져서 막 떨어짐이 아랫변측에 비하여 발생하기 쉬워진다. 즉, 윗변 폭 W2와 아랫변 폭 W1의 차가 너무 크면, 폭이 넓은 쪽에서 가압 여과 시의 막 떨어짐이 발생하기 쉬워진다. 아랫변의 길이에 대한 윗변의 길이 비율은 0.6 이상 1.4 이하가 바람직하고, 0.8 이상 1.2 이하가 보다 바람직하다.

유로재의 단면 형상은 유동 저항을 저감하는 관점에서, 후술하는 분리막면에 대하여 수직인 곧은 기둥 형상인 것이 바람직하다. 또한, 유로재는 높은 개소일수록 폭이 좁아지도록 형성되어 있을 수도 있고, 반대로 높은 개소일수록 폭이 넓어지도록 형성되어 있을 수도 있고, 분리막 표면으로부터의 높이에 의하지 않고 동일한 폭을 갖도록 형성되어 있을 수도 있다.

단, 가압 여과 시의 유로재 변형이 현저하지 않은 범위라면, 유로재의 단면에 있어서, 그 윗변이 둥글게 되어 있을 수도 있다.

유로재가 열가소성 수지라면, 처리 온도 및 선택하는 열가소성 수지의 종류를 변경함으로써, 요구되는 분리 특성이나 투과 성능의 조건을 만족할 수 있도록 자유롭게 유로재의 형상을 조정할 수 있다.

또한, 유로재의 분리막의 평면 방향에 있어서의 형상은, 예를 들어 도트 형상 또는 선 형상일 수도 있고, 선 형상이란, 직선 형상, 곡선 형상, 톱니 형상 등 파선(波線) 형상, 파선(破線) 형상 등을 포함한다.

또한, 유로재의 분리막의 평면 방향에 있어서의 형상이 도트 형상이나 직선 형상인 경우, 인접하는 유로재는 서로 대략 평행하게 배치되어 있을 수도 있다. 「대략 평행하게 배치된다」란, 예를 들어 유로재가 분리막 상에서 교차하지 않는 것, 인접하는 유로재의 연장선이 이루는 각도가 0°이상 30°이하인 것, 상기 각도가 0°이상 15°이하인 것 및 상기 각도가 0°이상 5°이하인 것 등을 포함한다.

유로를 안정하게 형성하기 위해서는, 분리막 엘리먼트에 있어서 분리막 본체가 가압되었을 때의 분리막 본체의 떨어짐을 억제할 수 있는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 분리막 본체와 유로재의 접촉 면적이 큰 것, 즉 분리막 본체의 면적에 대한 유로재의 면적(분리막 본체의 막면에 대한 투영 면적)이 큰 것이 바람직하다. 한편, 압력 손실을 저감시키기 위해서는, 유로의 단면적이 넓은 것이 바람직하다. 유로의 단면이란, 유로의 길이 방향에 대하여 수직한 분리막 본체와 유로재의 접촉 면적을 크게 확보하면서, 또한 유로의 단면적을 넓게 확보하기 위해서는, 유로의 단면 형상은 오목 렌즈 형상인 것이 바람직하다. 또한, 유로재(3)는 권회 방향에 수직인 방향에서의 단면 형상에 있어서, 폭에 변화가 없는 곧은 기둥 형상일 수도 있다. 또한, 분리막 성능에 영향을 주지 않는 범위 내이면, 권회 방향에 수직인 방향에서의 단면 형상에 있어서, 폭에 변화가 있는 사다리꼴 형상의 벽 형상물, 타원 기둥, 타원뿔, 사각뿔 또는 반구와 같은 형상일 수도 있다.

유로재의 형상은 도 1 내지 도 3에 도시하는 형상에 한정되는 것은 아니다. 분리막 본체의 투과측의 면에, 예를 들어 핫 멜트법으로 유로재를 배치하는 경우에는, 처리 온도나 선택하는 핫 멜트용 수지의 종류를 변경함으로써, 요구되는 분리 특성 및 투과 성능의 조건을 만족할 수 있도록 유로재의 형상을 자유롭게 조정할 수 있다.

도 1 내지 도 3에서는, 유로재(3)의 평면 형상은 길이 방향에 있어서 직선 형상이다. 단, 유로재(3)는 분리막 본체(2)의 표면에 대하여 볼록이며, 또한 분리막 엘리먼트로서의 원하는 효과가 손상되지 않는 범위라면 다른 형상으로 변경 가능하다. 즉, 유로재의 평면 방향에 있어서의 형상은 곡선 형상 및 파선(波線) 형상 등일 수도 있다. 또한, 1개의 분리막에 포함되는 복수개의 유로재는 폭 및 길이 중 적어도 한쪽이 서로 상이하게 형성되어 있을 수도 있다.

<투영 면적비>

분리막 본체의 투과측의 면에 대한 상이한 소재의 투영 면적비는, 특히 투과측 유로의 유동 저항을 저감하고, 유로를 안정적으로 형성시키는 점에서는, 0.03 이상 0.85 이하인 것이 바람직하고, 0.2 이상 0.75 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.3 이상 0.6 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 투영 면적비란, 분리막을 5cm×5cm로 잘라내고, 분리막의 면 방향에 평행한 평면에 투영했을 때에 얻어지는 유로재의 투영 면적을, 잘라낸 면적(25㎠)으로 나눈 값이다.

<기재 중으로의 함침>

도 3에 도시한 바와 같이, 분리막 본체(2) 중에, 보다 구체적으로는 기재(201) 중에 유로재(3)의 성분이 함침하고 있을 수도 있다. 분리막의 기재측, 즉 투과측에 유로재(3)를 배치하고, 핫 멜트법 등으로 기재측으로부터 가열하면, 분리막의 이측(즉, 분리막 본체의 투과측의 면측)으로부터 표측(즉, 분리막 본체의 공급측의 면측)을 향하여 유로재(3)의 함침이 진행된다. 함침이 진행됨에 따라서 유로재와 기재의 접착이 강고해져서, 가압 여과해도 유로재가 기재로부터 박리하기 어려워진다. 기재 중에서 유로재의 성분이 함침하고 있는 부분을, 도 3에서 「함침부(31)」라고 나타내고 있다.

단, 유로재의 성분이 분리 기능층의 근방까지 함침하고 있으면, 가압 여과했을 때에 함침한 유로재가 분리 기능층을 파괴해버린다. 그로 인해, 유로재의 성분이 기재에 함침하고 있을 경우, 기재의 두께 T1에 대한 유로재 함침 두께 T2의 비율(즉 함침률)은 5％ 이상 95％ 이하의 범위인 것이 바람직하고, 10％ 이상 80％ 이하의 범위인 것이 보다 바람직하고, 20％ 이상 60％ 이하의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 비율의 계산에 있어서, 함침 두께란, 1개의 단면에 있어서, 그 유로재에 대응하는 함침부(31)의 두께의 최댓값이다.

이와 같이 분리막 본체의 투과측의 면에 유로재를 배치함으로써, 종래 트리코트와 같이 연속 형상을 갖는 유로재에 비하여 유동 저항이 작고, 투영 면적비가 작아도 내압성이 우수한 막 엘리먼트를 설계할 수 있다.

〔2. 분리막 엘리먼트〕

(2-1) 개요

도 4에 도시한 바와 같이, 분리막 엘리먼트(100)는 집수관(8)과, 상술한 어느 하나의 구성을 구비하고, 집수관(8)의 주위에 권회된 분리막(1)을 구비한다. 또한, 분리막 엘리먼트(100)는 도시하지 않은 단부판 등의 부재를 더 구비한다.

(2-2) 분리막

분리막(1)은 집수관(8)의 주위에 권회되어 있고, 폭 방향이 집수관(8)의 길이 방향을 따르도록 배치된다. 그 결과, 분리막(1)은 길이 방향이 권회 방향을 따르도록 배치된다.

따라서, 벽 형상 부재인 유로재(3)는 분리막(1)을 구성하는 분리막 본체(2)의 투과측의 면(22)에 있어서, 적어도 집수관(8)의 길이 방향을 따라서 불연속 형상으로 배치된다. 즉, 유로(5)는 권회 방향에 있어서 분리막(1)의 외측 단부부터 내측 단부까지 연속하게 형성된다. 그 결과, 투과수가 집수관(8)의 중심 파이프에 도달하기 쉽고, 즉 유동 저항이 작아지므로, 큰 조수량이 얻어진다.

「권회 방향의 내측」 및 「권회 방향의 외측」은 도 4에 도시하는 바와 같다. 즉, 「권회 방향의 내측 단부」 및 「권회 방향의 외측 단부」는 각각 분리막(1)에 있어서 집수관(8)에 가까운 쪽의 단부 및 먼 쪽의 단부에 해당한다.

상술한 바와 같이, 유로재는 분리막의 테두리까지 다다르지 않아도 되므로, 예를 들어 권회 방향에 있어서의 봉투 형상막의 외측 단부 및 집수관 길이 방향에 있어서의 봉투 형상막의 단부에서는, 유로재가 설치되어 있지 않아도 된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 분리막은 분리막쌍(4)을 형성한다. 분리막(1)은 공급측의 면(21)이 공급측 유로재(6)를 끼워서 다른 분리막(7)의 공급측의 면(71)과 대향하도록 배치된다. 분리막 엘리먼트(100)에 있어서, 서로 대향하는 분리막의 공급측의 면의 사이에는 공급측 유로가 형성되고, 투과측의 면의 사이에는 투과측 유로가 형성된다.

또한, 분리막(1) 상에는 또한, 도시하지 않은 다른 분리막이 겹쳐져서, 분리막(1)과 봉투 형상막을 형성한다. 봉투 형상막이란, 투과측의 면이 대향하도록 배치된 2매 1조의 분리막이다. 봉투 형상막은 직사각형상이며, 투과수가 집수관(8)에 흐르도록, 투과측의 면의 사이가 권회 방향 내측의 1변에서만 개방되고, 다른 3변에 있어서는 밀봉된다. 이렇게 해서, 분리막은 투과측의 면을 내측으로 향하게 한 봉투 형상막을 형성한다. 투과수는 이 봉투 형상막에 의해 공급수로부터 격리된다.

밀봉으로서는 접착제 또는 핫 멜트 등에 의해 접착되어 있는 형태, 가열 또는 레이저 등에 의해 융착되어 있는 형태 및 고무제 시트가 끼워져 있는 형태를 들 수 있다. 접착에 의한 밀봉은 가장 간편하고 효과가 높기 때문에 특히 바람직하다.

또한, 분리막의 공급측의 면에 있어서, 권회 방향에 있어서의 내측 단부는 절첩 또는 밀봉에 의해 폐쇄되어 있다. 분리막의 공급측면이 절첩되어 있는 것이 아니라 밀봉되어 있음으로써, 분리막의 단부에 있어서의 휨이 발생하기 어렵다. 접음선 근방에서의 휨의 발생이 억제됨으로써, 권회했을 때에 분리막 사이에서의 공극의 발생 및 이 공극에 의한 누설의 발생이 억제된다.

또한, 서로 대향하는 분리막은 동일한 구성을 구비할 수도 있고, 상이한 구성을 구비할 수도 있다. 즉, 분리막 엘리먼트에 있어서, 대향하는 2매의 투과측의 면 중 적어도 한쪽에 상술한 투과측 유로재가 설치되어 있으면 되므로, 투과측 유로재를 구비하는 분리막과, 구비하지 않는 분리막이 교대로 겹쳐져 있을 수도 있다. 단, 설명의 편의상, 분리막 엘리먼트 및 그것에 관계하는 설명에 있어서는, 「분리막」은 투과측 유로재를 구비하지 않은 분리막(예를 들어 분리막 본체와 동일한 구성을 구비하는 막)을 포함한다.

투과측의 면에 있어서 또는 공급측의 면에 있어서, 서로 대향하는 분리막은 2매의 상이한 분리막일 수도 있고, 1매의 막이 절첩된 것일 수도 있다.

(2-3) 공급측 유로

<유로재>

분리막 엘리먼트(100)는 중첩되는 분리막의 공급측의 면의 사이에, 분리막(1)에 대한 투영 면적비가 0을 초과하고 1 미만이 되는 유로재를 구비한다(도시하지 않음). 공급측 유로재의 투영 면적비는 0.03 이상 0.50 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.10 이상 0.40 이하, 특히 바람직하게는, 0.15 이상 0.35 이하이다. 투영 면적비가 0.03 이상 0.50 이하인 것에 의해, 유동 저항이 비교적 작게 억제된다.

또한, 투영 면적비는, 분리막과 공급측 유로재를 5cm×5cm로 잘라내고, 공급측 유로재를 분리막의 면 방향에 평행한 평면에 투영했을 때에 얻어지는 투영 면적을 잘라낸 면적으로 나눈 값이다.

공급측 유로재의 형상은 특별히 한정되지 않고, 연속 형상을 가질 수도 있고 불연속인 형상을 가질 수도 있다. 연속 형상을 갖는 유로재로서는, 필름 및 네트와 같은 부재를 들 수 있다. 여기서, 연속 형상이란, 실질적으로 유로재의 전체 범위에서 연속인 것을 의미한다. 연속 형상에는, 조수량이 저하되는 등의 문제가 발생하지 않을 정도로, 유로재의 일부가 불연속이 되는 개소가 포함되어 있을 수도 있다.

불연속인 형상으로서는, 도트 형상(진원 형상 및 타원 형상을 포함함), 직선 형상, 곡선 형상, 파선(破線) 형상 등의 다양한 형상을 들 수 있다.

공급측 유로재의 두께는 80㎛ 이상인 것이 바람직하고, 100㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 공급측 유로재의 두께가 80㎛ 이상인 것에 의해, 유동 저항을 작게 할 수 있다. 또한, 공급측 유로재의 두께는 2000㎛ 이하인 것이 바람직하고, 예를 들어 1500㎛ 이하 또는 1000㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 유로재의 두께가 2000㎛ 이하인 것에 의해, 1개의 엘리먼트당의 막 면적을 크게 할 수 있다.

분리막의 공급측 유로재의 두께는 상술한 분리막 투과측의 유로재의 두께와 동일 방법으로 구할 수 있다.

<요철 가공막>

또한, 공급측의 유로는 분리막 본체 자체의 요철 형상에 의해 형성되어 있을 수도 있다. 요철의 높이, 피치 등은 유로재와 동일하게 설정 가능하다.

(2-4) 투과측 유로

상술한 바와 같이, 투과측 유로는 분리막 본체 상에 설치된 투과측 유로재에 의해 형성된다.

(2-5) 집수관

집수관(8)은 그 안을 투과수가 흐르도록 구성되어 있으면 되고, 재질, 형상, 크기 등은 특별히 한정되지 않는다. 집수관(8)으로서는, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 복수개의 구멍(도시하지 않음)이 설치된 측면을 갖는 원통 형상의 부재가 사용된다.

〔3. 분리막의 제조 방법〕

(3-1) 분리막 본체

분리막 본체의 제조 방법에 대해서는 상술했지만, 간단하게 통합하면 이하와 같다.

양용매에 수지를 용해하고, 얻어진 수지 용액을 기재에 캐스팅하고 순수 중에 침지하여 다공성 지지층과 기재를 복합시킨다. 그 후, 상술한 바와 같이, 다공성 지지층 상에 분리 기능층을 형성한다. 또한, 필요에 따라 분리 성능, 투과 성능을 높이기 위해, 염소, 산, 알칼리, 아질산 등의 화학 처리를 실시하고, 또한 단량체 등을 세정하여 분리막 본체의 연속 시트를 제작한다.

또한, 화학 처리 전 또는 후에, 엠보싱 등에 의해 분리막 본체에 요철을 형성할 수도 있다.

(3-2) 투과측 유로재

<배치>

분리막의 제조 방법은 분리막 본체의 투과측의 면에 불연속인 유로재를 설치하는 공정을 구비한다. 이 공정은 분리막 제조의 어느 시점에서 행하여져도 된다. 예를 들어, 유로재는 기재 상에 다공성 지지층이 형성되기 전에 설치될 수도 있고, 다공성 지지층이 설치된 후이며 분리 기능층이 형성되기 전에 설치될 수도 있고, 분리 기능층이 형성된 후, 상술한 화학 처리가 실시되기 전 또는 후에 행하여져도 된다.

유로재를 배치하는 방법으로서는, 예를 들어 도포, 인쇄, 분무 등을 들 수 있다. 또한, 사용되는 기재로서는, 노즐형의 핫 멜트 어플리케이터, 스프레이형의 핫 멜트 어플리케이터, 플랫 노즐형의 핫 멜트 어플리케이터, 롤형 코터, 압출형 코터, 그라비아 인쇄기, 분무기 등을 들 수 있다.

<가압>

투과측의 유로재는 가압 처리될 수도 있다. 가압 처리에 의해, 유로재의 밀도가 높아지므로, 가압 여과 시의 유로재 변형을 억제하여, 유로를 안정적으로 확보할 수 있다.

또한, 가압 처리에 의해, 유로재에 미세한 기복이 없어져서 평활해진다. 또한, 분리막 전체에 있어서의 유로재의 높이도 균일화된다. 따라서, 가압 여과 시에 있어서의 국부적 또는 불균일한 변형을 억제할 수 있어, 성능이나 내구성을 더욱 향상시키는 것이 가능하게 된다.

가압 처리의 방법은 유로재에 압력이 부하되는 것이라면, 구체적인 방법에는 한정되지 않는다. 예를 들어, 롤 등의 고체를 사용하여 압력을 가하는 방법, 물 등의 액체를 매체로 하여 압력을 가하는 방법 등을 들 수 있다.

또한, 롤에 의한 가압 처리에서 롤의 종류는 금속제이거나 고무제, 또는 종이제일 수도 있고, 본 발명의 효과가 얻어지는 범위라면 특별히 한정되지 않는다.

가압 처리는 엘리먼트화되기 전의 평막으로 행할 수도 있고, 또는 엘리먼트화한 후의 권회된 막에 행할 수도 있다. 공정 간편성의 관점에서 평막에 대한 가압 처리에는 롤을 사용하는 것이 바람직하고, 엘리먼트화 후에 가압 열처리를 행하는 경우에는 물 등의 액체를 매체로 하여 행하는 것이 바람직하다.

가압 처리 시의 압력은 1MPa 이상인 것이 바람직하다. 압력이 이 범위 내에 있음으로써, 유로재의 밀도를 충분히 높게 할 수 있다. 또한, 가압 처리 시의 압력은 10MPa 이하인 것이 바람직하다. 압력이 이 범위 내에 있음으로써, 유로재의 파손을 억제할 수 있다.

가압 시의 온도 조건은 구체적인 수치에 한정되지 않고, 유로재의 조성, 얻어지는 분리막의 사용 목적 및 목표로 하는 유로재의 밀도 등에 따라서 설정된다. 가압 처리는 냉각 하, 실온 하, 가열 하 중 어느 것으로 행하여져도 된다. 단, 가압 처리 시의 온도가 높을수록 수지가 연화되므로, 수지의 가공성을 향상시킬 수 있다. 한편, 고온은 막을 열화시키는 요인이 될 수 있다. 따라서, 가압 열 처리 시의 온도는 5℃ 이상 190℃ 이하가 바람직하고, 25℃ 이상 100℃ 이하가 특히 바람직하다. 가압 시의 온도는, 예를 들어 가압에 사용되는 상술한 롤 및 액체의 온도를 원하는 온도로 조정함으로써 조정된다.

가압 처리 시에, 분리막은 물 등의 액체를 포함한 상태일 수도 있고, 또한 글리세린 등의 습윤제를 분리막에 함침시킨 후에 건조한 상태일 수도 있다. 특히, 가압 처리를 행하는 경우, 분리막이 액체를 포함하거나, 습윤제를 또한 막 표면이 가압 열처리에 의해 손상되지 않도록 보호 필름 등을 막면측에 깔고 가압 처리할 수도 있다.

〔4. 분리막 엘리먼트의 제조 방법〕

(4-1) 개요

분리막 엘리먼트의 제조에는 종래의 엘리먼트 제작 장치를 사용할 수 있다. 또한, 엘리먼트 제작 방법으로서는, 참고 문헌(일본 특허 공고 (소)44-14216호 공보, 일본 특허 공고 (평)4-11928호 공보, 일본 특허 공개 (평)11-226366호 공보)에 기재되는 방법을 사용할 수 있다. 상세하게는 이하와 같다.

(4-2) 공급측 유로의 형성

공급측 유로재가 네트 등의 연속적으로 형성된 부재인 경우에는, 분리막과 공급측 유로재를 중첩함으로써 공급측 유로를 형성할 수 있다.

또한, 분리막에 수지를 직접 도포함으로써, 불연속적이거나 또는 연속적인 형상을 갖는 공급측 유로재를 형성할 수 있다. 분리막 본체에 고착된 공급측 유로재에 의해 형성되는 경우도, 공급측 유로재의 배치가 분리막의 제조 방법의 일부라고 간주해도 된다.

또한, 분리막 본체를 요철 가공함으로써 유로를 형성할 수도 있다. 요철 가공법으로서는, 엠보싱 성형, 수압 성형, 캘린더 가공과 같은 방법을 들 수 있다. 엠보싱 가공의 조건, 엠보싱 가공 형상 등은 요구되는 분리막 엘리먼트의 성능 등에 따라서 변경 가능하다. 이 요철 가공은 분리막의 제조 방법의 일부라고 간주해도 된다.

(4-3) 분리막의 적층 및 권회

1매의 분리막을 투과측면이 내측을 향하도록 절첩하여 접합함으로써, 또는 2매의 분리막을 투과측면이 내측을 향하도록 겹쳐서 접합함으로써 봉투 형상막이 형성된다. 상술한 바와 같이, 봉투 형상막은 3변이 밀봉된다. 밀봉은 접착제 또는 핫 멜트 등에 의한 접착, 열 또는 레이저에 의한 융착 등에 의해 실행할 수 있다.

봉투 형상막의 형성에 사용되는 접착제는 점도가 40poise(ps) 이상 150ps 이하의 범위 내인 것이 바람직하고, 또한 50ps 이상 120ps 이하가 보다 바람직하다. 분리막에 주름이 발생하면, 분리막 엘리먼트의 성능이 저하하는 경우가 있지만, 접착제 점도가 150ps 이하인 것에 의해, 분리막을 집수관에 권회할 때에 주름이 발생하기 어려워진다. 또한, 접착제 점도가 40ps 이상인 경우, 분리막 사이에서의 접착제의 유출이 억제되어, 불필요한 부분에 접착제가 부착될 위험성이 저하된다. 또한, 1ps=0.1Pa·s이다.

접착제의 도포량은, 분리막이 집수관에 권회된 후에, 접착제가 도포되는 부분의 폭이 10mm 이상 100mm 이하인 양인 것이 바람직하다. 이에 의해, 분리막이 확실하게 접착되므로, 원 유체의 투과측으로의 유입이 억제된다. 또한, 유효 막 면적도 비교적 크게 확보할 수 있다.

접착제로서는 우레탄계 접착제가 바람직하고, 점도를 40ps 이상 150ps 이하의 범위로 하기 위해서는, 주제(主劑)인 이소시아네이트와 경화제인 폴리올이 이소시아네이트:폴리올=1:1 내지 1:5의 비율로 혼합된 것이 바람직하다. 접착제의 점도는, 미리 주제, 경화제 단체 및 배합 비율을 규정한 혼합물의 점도를 B형 점도계(JIS K 6833)로 측정한다.

이렇게 하여 접착제가 도포된 분리막은, 봉투 형상막의 폐구(閉口) 부분이 권회 방향 내측에 위치하도록 배치되어, 집수관의 주위에 분리막을 둘러 감을 수 있다. 이렇게 해서, 분리막이 스파이럴 형상으로 권회된다.

(4-4) 기타의 공정

분리막 엘리먼트의 제조 방법은 상술한 바와 같이 형성된 분리막의 권회체의 외측에 필름 및 필라멘트 등을 더 둘러 감는 것을 포함하고 있을 수도 있고, 집수관의 길이 방향에 있어서의 분리막의 단을 가지런히 자르는 에지 커트, 단부판의 부착 등의 추가 공정을 포함하고 있을 수도 있다.

〔5. 분리막 엘리먼트의 이용〕

분리막 엘리먼트는, 또한 직렬 또는 병렬로 접속하여 압력 용기에 수납됨으로써, 분리막 모듈로서 사용될 수도 있다.

또한, 상기의 분리막 엘리먼트, 모듈은 그들에 유체를 공급하는 펌프나, 그 유체를 전처리하는 장치 등과 조합하여 유체 분리 장치를 구성할 수 있다. 이 분리 장치를 사용함으로써, 예를 들어 공급수를 음료수 등의 투과수와 막을 투과하지 않은 농축수로 분리하여, 목적에 맞는 물을 얻을 수 있다.

유체 분리 장치의 운전 압력은 높은 쪽이 제거율은 향상되지만, 운전에 필요한 에너지도 증가하는 것, 또한, 분리막 엘리먼트의 공급 유로, 투과 유로의 유지성을 고려하면, 막 모듈에 피처리수를 투과시킬 때의 운전 압력은 0.2 내지 5MPa가 바람직하다. 공급수 온도는 높아지면 염제거율이 저하되지만, 낮아짐에 따라 막투과 유속도 감소하므로, 5 내지 45℃가 바람직하다. 또한, 공급수의 pH가 중성 영역에 있는 경우, 공급수가 해수 등의 고염농도의 액체여도, 마그네슘 등의 스케일의 발생이 억제되고, 또한 막의 열화도 억제된다.

분리막 엘리먼트에 의해 처리되는 유체는 특별히 한정되지 않지만, 수 처리에 사용하는 경우, 공급수로서는 해수, 함수, 배수 등의 500mg/L 내지 100g/L의 TDS(Total Dissolved Solids: 총 용해 고형분)를 함유하는 액상 혼합물을 들 수 있다. 일반적으로, TDS는 총 용해 고형분량을 가리키고, 「중량÷부피」 또는 「중량비」로 표현된다. 정의에 의하면, 0.45㎛의 필터로 여과한 용액을 39.5 내지 40.5℃의 온도에서 증발시키고 잔류물의 무게로부터 산출할 수 있지만, 보다 간편하게는 실용 염분(S)으로부터 환산한다.

[실시예]

이하에 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이 실시예에 의해 전혀 한정되지 않는다.

(분리막 투과측의 고저차)

가부시끼가이샤 키엔스 제조의 고정밀도 형상 측정 시스템 KS-1100을 사용하여, 5cm×5cm의 투과측의 측정 결과로부터 평균의 고저차를 해석하였다. 10㎛ 이상의 고저차가 있는 30개소를 측정하고, 각 높이의 값을 모두 합한 값을 측정 총 개소의 수로 나누어서 구하였다.

또한, 투과측의 고저차란, 투과측의 면에 유로재가 설치되어 있을 때는 유로재의 두께이며, 분리막 본체에 요철이 부착되어 있을 때는 요철의 고저차이다.

(투과측 유로재의 피치 및 간격)

주사형 전자 현미경(S-800)(가부시끼가이샤 히타치 세이사꾸쇼제)을 사용해서 30개의 임의의 유로재 단면을 500배로 사진 촬영하고, 유로재 단면의 피치 및 간격(상술한 값 「b」)을 측정하였다.

또한, 피치란, 분리막의 투과측에 있어서의 높은 개소의 가장 높은 곳부터 근접하는 높은 개소의 가장 높은 개소까지의 수평 거리를 200개소에 대하여 측정하여 얻어진 값의 평균값이다.

(유로재의 투영 면적비)

유로재와 함께 분리막을 5cm×5cm로 잘라내고, 레이저 현미경(배율 10 내지 500배 중에서 선택)을 사용하여, 스테이지를 이동시켜, 그 유로재의 전체 투영 면적을 측정하였다. 그 유로재를 분리막 투과측 또는 공급측으로부터 투영했을 때에 얻어지는 투영 면적을 잘라낸 면적으로 나눈 값을 투영 면적비로 하였다.

(유로재의 융점 측정)

세이코 인스트루먼트사 제조의 DSC6200을 사용하고, 질소 분위기 하에서, 약 10mg의 시료를 250℃까지 승온하고, 10분간 유지한 후, 10℃/분으로 30℃까지 냉각하였다. 30℃에서 5분간 유지한 후, 10℃/분으로 250℃까지 승온시켰을 때의 흡열 곡선의 피크 톱으로부터 융점을 산출하였다. 또한, 제3 step에 있어서의 흡열 피크를 융점이라 정의하고, 피크가 복수개 관찰되는 경우에는 가장 고온측의 피크 톱을 표에 기재하였다.

(유로재의 중량과 투과측의 면에 대한 함침부를 제외한 유로재의 부피와의 비)

분리막 중 투과측 유로재가 형성된 영역을 5cm 사방으로 잘라내고, 중량을 측정하였다. 그 분리막의 분리막 본체와 동일한 구성의 막을 동일 면적으로 잘라내고, 중량을 측정하고, 상술한 분리막 전체의 중량으로부터 감산함으로써 투과측 유로재의 중량을 산출하였다.

중량 측정에 사용한 5cm 사방의 시료에 대해서, 유로재의 길이 및 단면적을 측정하고, 부피를 산출하였다. 이렇게 하여 얻어진 유로재의 중량 및 부피로부터 밀도를 산출하였다.

(조수량)

분리막 또는 분리막 엘리먼트에 대해서, 공급수로서, 농도 1,500mg/L, pH 6.5의 NaCL 수용액을 사용하고, 운전 압력 2.5MPa, 온도 25℃의 조건 하에서 100시간 운전한 것에 10분간의 샘플링을 행하고, 막의 단위 면적당, 그리고 1일당의 투수량(입방 미터)을 조수량(㎥/일)으로서 나타냈다.

또한, 이 공급수의 염 농도는, 소위 함수에 해당하는 것이라고 생각된다.

(탈염률(TDS 제거율))

조수량 측정으로 샘플링한 투과수와 공급수의 TDS 농도를 전도율 측정에 의해 구하고, 하기 식으로부터 TDS 제거율을 산출하였다.

TDS 제거율(％)=100×{1-(투과수 중의 TDS 농도/공급수 중의 TDS 농도)}

또한, 1시간 후의 측정값과 2시간 후의 측정값으로 0.1％ 이상의 변화를 한 경우에, 그 결과를 부기하였다.

(내압성)

공급수로서, 농도 1,500mg/L, pH6.5의 NaCL 수용액을 사용하고, 운전 압력 2.5MPa, 온도 25℃의 조건 하에서, 엘리먼트를 1분 운전한 후, 운전을 종료하였다. 이 사이클(발진 정지)을 1000회 반복한 후에 분리막 엘리먼트를 해체하여 유로재의 고저차를 측정하고, 내압성(％)=(발진 정지 1000회 후의 유로재의 고저차)/가압 여과 전의 유로재의 고저차×100으로 하였다.

(내열성)

유로재를 고착시키기 전의 분리막과, 유로재를 고착시킨 후의 분리막 엘리먼트에 대하여 상술한 조수량 시험을 실시하고, 내열성(％)=유로재의 고착 후의 조수량/유로재 고착 전의 조수량×100으로 하였다.

(실시예 1)

폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 포함하는 초지법으로 얻어진 부직포(실 직경: 1데시텍스, 두께: 90㎛, 통기도: 0.9cc/㎠/sec) 상에 폴리술폰의 15.0중량％의 DMF 용액을 180㎛의 두께로 실온(25℃)에서 캐스팅하고, 곧 순수 중에 침지해서 5분간 방치하였다. 또한, 80℃의 온수에서 1분간 침지함으로써 섬유 보강 폴리술폰 지지막을 포함하는 다공성 지지층 롤을 제작했다(두께 130㎛).

그 후, 다공성 지지층 롤을 권출하고, 폴리술폰 표면에, m-PDA의 4.0중량％ 수용액 중에 2분간 침지하고, 그 지지막을 수직 방향으로 천천히 인상하였다. 그 후, 에어 노즐로부터 질소를 분사하여 지지막 표면으로부터 여분의 수용액을 제거하였다. 또한, 트리메스산클로라이드 0.185중량％를 포함하는 n-데칸 용액을 표면이 완전히 젖게 도포해서 1분간 정치하였다. 그 후, 막으로부터 여분의 용액을 에어 블로우 제거하고, 80℃의 열수로 세정하고, 에어 블로우로 물기 제거하여 분리막 롤을 얻었다.

계속해서, 투과측의 면에 그라비아 롤을 사용하고, 백업 롤을 20℃로 온도 조절하면서, 비누화 에틸렌아세트산비닐 공중합체 수지(상품명: 멜센 6822X, 도소 가부시끼가이샤 제조)를 수지 온도 160℃, 주행 속도 2.5m/min으로 도트 형상으로 도포하였다. 또한, 수지의 고화 후에 압력 3MPa, 온도 50℃, 클리어런스 0.26mm로 가압 열처리하여 투과측 유로재를 얻었다.

얻어진 유로재에 있어서의 치수는 표 1에 나타내는 바와 같았다.

또한, 얻어진 분리막을 43㎠로 잘라내고, 압력 용기에 넣고, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 조수량, 탈염률, 내압성 및 내열성은 표 1에 나타내는 바와 같았다.

이하의 각 실시예 및 비교예에 있어서의 조건 및 평가 결과를 표 1 내지 표 4에 나타내었다. 또한, 실시예 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 및 15, 및 비교예 2 및 3에 있어서, 인접하는 투과측 유로재의 사이의 고저차는 30㎛ 이하였다.

(실시예 2)

실시예 1에서 얻은 분리막 롤을, 분리막 엘리먼트에서의 유효 면적이 37.0㎡가 되도록 절첩 재단 가공하였다. 네트(두께: 0.7mm, 피치: 5mm×5mm, 섬유 직경: 350㎛, 투영 면적비: 0.30)를 공급측 유로재로 하고, 공급측 유로재와 그것을 끼우도록 절첩된 분리막을 갖는, 폭 930mm로 26매의 막 리프를 제작하였다.

이 막 리프를 ABS제 집수관(폭: 1,020mm, 직경: 30mm, 구멍수 40개×직선 형상 1열)에 스파이럴 형상으로 감고, 또한 외주에 필름을 감았다. 외주를 테이프로 고정한 후에, 에지 커트, 단부판 부착 및 필라멘트 와인딩을 행함으로써 8인치의 분리막 엘리먼트를 제작하였다.

이 분리막 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 조수량, 탈염률, 내압성 및 내열성은 표 1에 나타내는 바와 같았다.

(실시예 3)

실시예 1과 동일하게 하여 얻어진 분리막의 투과측의 면에, 분리막 엘리먼트에 있어서 집수관의 길이 방향에 대하여 수직이 되고, 또한 막 리프에 있어서 권회 방향의 내측 단부부터 외측 단부까지 연속하도록 수지를 직선 형상으로 도포하였다.

구체적으로는, 슬릿 폭 0.7mm, 피치 1.4mm의 빗형 심을 장전한 어플리케이터를 사용하고, 백업 롤을 20℃로 온도 조절하면서, 분리막 상에 비누화 에틸렌아세트산비닐 공중합체 수지(상품명: 멜센 6822X, 도소 가부시끼가이샤 제조)를 수지 온도 160℃, 주행 속도 2.5m/min으로 직선 형상으로 도포하였다.

수지의 고화 후에, 압력 3MPa, 온도 50℃, 클리어런스 0.26mm로 가압 열 처리함으로써, 가압된 투과측 유로재를 얻었다.

얻어진 유로재의 각 치수는 표 1에 나타내는 바와 같았다.

이렇게 하여 얻어진 분리막을 사용하여 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 조수량, 탈염률, 내압성 및 내열성은 표 1에 나타내는 바와 같았다.

(실시예 4)

실시예 3에서 얻은 분리막 롤을 사용하여, 실시예 2와 동일하게 분리막 엘리먼트를 제작하였다. 이 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 조수량, 탈염률, 내압성 및 내열성은 표 1에 나타내는 바와 같았다.

(실시예 5)

유로재로서 사용하는 수지를 변성 폴리올레핀 핫 멜트(상품명: PHC-9275, 프라임폴리머사 제조)로 하고, 수지 온도 120℃, 주행 속도 3.5m/min으로 직선 형상으로 도포하고, 수지의 고화 후에 압력 2MPa, 온도 50℃, 클리어런스 0.26mm로 가압 열처리한 것 이외에는, 모두 실시예 3과 동일한 조작을 행하여 분리막 롤을 제작하였다.

이렇게 하여 얻어진 분리막을 사용하여, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 조수량, 탈염률, 내압성 및 내열성은 표 1에 나타내는 바와 같았다.

(실시예 6)

실시예 5에서 얻어진 분리막 롤을 사용하여, 실시예 2와 동일하게 분리막 엘리먼트를 제작하였다.

(실시예 7)

유로재로서 사용하는 수지를 폴리올레핀계 접착제(상품명: S10CL, 프라임폴리머사 제조)로 하고, 수지 온도 200℃, 주행 속도 2.0m/min으로 직선 형상으로 도포하고, 수지의 고화 후에 압력 5MPa, 온도 70℃, 클리어런스 0.26mm로 가압 열처리한 것 이외에는, 모두 실시예 3과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

이 분리막을 사용하여, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 조수량, 탈염률, 내압성 및 내열성은 표 1에 나타내는 바와 같았다.

(실시예 8)

실시예 7에서 얻어진 분리막 롤을 사용하여, 실시예 2와 동일하게 분리막 엘리먼트를 제작하였다.

그 분리막 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 표 2에 나타내는 바와 같이, 조수량 및 탈염률은 34.7㎥/day 및 98.3％, 내압성 97.6％였다.

(실시예 9)

빗형 심을 슬릿 폭 0.7mm, 피치 1.2mm로 변경하고, 가압 열처리한 후에 표 2에 나타내는 치수의 유로재를 분리막의 전체에 고착한 것 이외에는, 모두 실시예 3과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

이 분리막을 사용하여, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 조수량, 탈염률, 내압성 및 내열성은 표 2에 나타내는 바와 같았다.

(실시예 10)

실시예 9에서 얻어진 분리막 롤을 사용하여, 실시예 2와 동일하게 분리막 엘리먼트를 제작하였다.

이 분리막 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 조수량, 탈염률, 내압성 및 내열성은 표 2에 나타내는 바와 같았다.

(실시예 11)

빗형 심을 슬릿 폭 0.7mm, 피치 1.8mm로 변경하고, 가압 열처리한 후에 표 2에 나타내는 치수의 유로재를 분리막의 전체에 고착한 것 이외에는 모두 실시예 3과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

(실시예 12)

실시예 11에서 얻어진 분리막 롤을 사용하여, 실시예 2와 동일하게 분리막 엘리먼트를 제작하였다.

이 분리막 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 조수량, 탈염률, 내압성 및 내열성은 표 2에 나타내는 바와 같았다. .

(실시예 13)

빗형 심을 슬릿 폭 0.7mm, 피치 2.2mm로 변경하고, 가압 열처리한 후에 표 2에 나타내는 치수의 유로재를 분리막의 전체에 고착한 것 이외에는 모두 실시예 3과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

(실시예 14)

실시예 13에서 얻어진 분리막 롤을 사용하여, 실시예 2와 동일하게 분리막 엘리먼트를 제작하였다.

(실시예 15)

기재를 폴리에스테르 장섬유 부직포(실 직경: 1데시텍스, 두께: 약 90㎛, 통기도: 1.0cc/㎠/sec, 다공성 지지층측 표층의 섬유 배향도: 40°, 다공성 지지층과는 반대측의 표층에서의 섬유 배향°: 20°)로 한 것 이외에는, 모두 실시예 3과 동일하게 하여 분리막 롤을 제작하였다.

이 분리막 롤을 사용하여, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 제막 시의 막 결점이 감소하고, 조수량, 탈염률, 내압성 및 내열성은 표 2에 나타내는 바와 같았다.

(실시예 16)

빗형 심의 슬릿 폭을 0.4mm, 피치 1.0mm로 변경하고, 가압 열처리한 후에 표 3에 나타내는 치수의 유로재를 분리막의 투과측에 고착한 것 이외에는 모두 실시예 3과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

얻어진 분리막 롤을 사용하여, 실시예 2와 동일하게 분리막 엘리먼트를 제작하였다.

이 분리막 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 조수량, 탈염률, 내압성 및 내열성은 표 3에 나타내는 바와 같았다.

(실시예 17)

빗형 심의 슬릿 폭을 0.3mm, 피치 0.8mm로 변경하고, 가압 열처리한 후에 표 3에 나타내는 치수의 유로재를 분리막의 투과측에 고착한 것 이외에는 모두 실시예 3과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

(실시예 18)

빗형 심의 슬릿 폭을 1.3mm, 피치 1.8mm로 변경하고, 가압 열처리한 후에 표 3에 나타내는 치수의 유로재를 분리막의 투과측에 고착한 것 이외에는 모두 실시예 3과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

(실시예 19)

빗형 심의 슬릿 폭을 0.4mm, 피치 1.1mm로 변경하고, 가압 열처리한 후에 표 3에 나타내는 치수의 유로재를 분리막의 투과측에 고착한 것 이외에는 모두 실시예 3과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

(실시예 20)

가압 열처리한 후에 표 3에 나타내는 치수의 유로재를 분리막의 투과측에 고착한 것 이외에는 모두 실시예 17과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

(실시예 21)

백업 롤의 온도 조절을 실시하지 않은 것 이외에는 모두 실시예 17과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

(실시예 22)

빗형 심의 슬릿 폭을 0.4mm, 피치 1.0mm로 변경하고, 백업 롤의 온도 조절을 실시하지 않고, 가압 열처리한 후에 표 3에 나타내는 치수의 유로재를 분리막의 투과측에 고착한 것 이외에는 모두 실시예 7과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

(비교예 1)

투과측의 면에 불연속인 유로재를 배치하지 않고, 트리코트(두께: 300㎛, 홈 폭: 200㎛, 이랑 폭: 300㎛, 홈 깊이: 105㎛)를 사용한 것 이외에는 모두 실시예 1과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

이렇게 하여 얻어진 분리막 롤을 사용하여, 실시예 2와 동일하게 하여, 8인치의 분리막 엘리먼트를 제작하였다.

이 분리막 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 조수량, 탈염률, 내압성 및 내열성은 표 4에 나타내는 바와 같았다.

(비교예 2)

가압 열처리를 실시하지 않은 것 이외에는, 모두 실시예 1과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

(비교예 3)

실시예 1과 동일하게 하여 얻어진 분리막의 투과측의 면에, 분리막 엘리먼트에 있어서 집수관의 길이 방향에 대하여 수직이 되고, 또한, 막 리프에 있어서 권회 방향의 내측 단부부터 외측 단부까지 연속하게, 수지를 직선 형상으로 도포하였다.

구체적으로는, 슬릿 폭 0.9mm, 피치 1.4mm의 빗형 심을 장전한 어플리케이터를 사용하여, 표 4에 나타내는 치수의 유로재를 분리막 투과측에 고착시킨 것 이외에는, 모두 실시예 1과 동일하게 하여, 분리막 롤을 제작하였다.

이렇게 하여 얻어진 분리막 롤로부터 제작한 리프 매수가 26매이며, 이 26매의 리프를 사용한 것 이외에는, 실시예 2와 동일하게 하여, 8인치의 분리막 엘리먼트를 제작하였다.

이 분리막 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 조수량, 탈염률은 표 4에 나타내는 바와 같았다.

(비교예 4)

수지를 폴리스티렌(상품명: CR-2500, DIC 가부시끼가이샤 제조)으로 하고, 수지 온도를 300℃, 가공 속도를 2.5m/분으로 변경하고, 백업 롤의 온도 조절을 실시하지 않고, 가압 열처리한 후에 표 4에 나타내는 치수의 유로재를 분리막의 투과측에 고착한 것 이외에는 모두 실시예 17과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

이 분리막 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 용융 수지가 고온이기 때문에 분리막이 열 열화를 일으키고, 조수량, 탈염률, 내압성 및 내열성은 표 4에 나타내는 바와 같았다.

(비교예 5)

가압 열처리를 실시하지 않고, 표 4에 나타내는 치수의 유로재를 분리막의 투과측에 고착한 것 이외에는 모두 실시예 17과 동일하게 분리막 롤을 제작하였다.

얻어진 분리막 롤을 실시예 2와 동일하게 분리막 엘리먼트를 제작하였다.

이 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 상술한 조건으로 투과수를 얻은 바, 조수량, 탈염률, 내압성 및 내열성은 표 4에 나타내는 바와 같았다.

표 1 내지 표 4의 결과로부터 명백해진 바와 같이, 실시예의 분리막 및 분리막 엘리먼트는 높은 조수 성능, 안정 운전 성능, 우수한 제거 성능을 갖고 있다.

본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 여러가지 변형이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 명확하다. 본 출원은, 2012년 6월 28일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2012-145157호)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명의 막 엘리먼트는, 특히 함수나 해수의 탈염에 적절하게 사용할 수 있다.

1: 분리막
2: 분리막 본체
21: 공급측의 면
22: 투과측의 면
201: 기재
202: 다공성 지지층
203: 분리 기능층
3: 투과측 유로재
31: 함침부
4: 분리막쌍
5: 투과측 유로
6: 공급측 유로재
7: 다른 분리막
71: 공급측의 면
72: 투과측의 면
8: 집수관
100: 분리막 엘리먼트
a: 분리막 본체의 길이
b: 분리막 본체의 폭 방향에 있어서의 유로재의 간격
c: 유로재의 두께(높이)
d: 유로재의 폭
e: 분리막 본체의 길이 방향에 있어서의 유로재의 간격
f: 유로재의 길이
W1: 아랫변 폭
W2: 윗변 폭
T1: 기재의 두께
T2: 유로재 함침 두께

Claims

공급측의 면과 투과측의 면을 구비한 분리막 본체와, 상기 분리막 본체의 투과측의 면에 고착하는 복수개의 유로재를 구비하는 분리막이며,
상기 복수개의 유로재의 중량 W(g), 및 상기 복수개의 유로재의 상기 투과측의 면에 대한 함침부를 제외한 부피 V(㎤)가
1.0≤W/V≤2.5를 만족시키고,
시차 주사 열량계를 사용하여 측정한 상기 유로재의 융점이 200℃ 이하인 분리막.
제1항에 있어서, 상기 투과측의 면에 평행한 제1 방향에서의 상기 유로재의 폭에 대한 상기 유로재의 두께의 비가 0.2 이상 1 이하인, 분리막.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유로재의 폭이 상기 투과측의 면에 평행한 제1 방향에 있어서 인접하는 상기 유로재의 간격보다 넓어지도록, 서로 이격되어서 설치되는, 분리막.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 방향에 있어서, 상기 유로재의 폭에 대한 상기 유로재의 간격의 비가 0.3 이상 1.3 이하인, 분리막.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리막에 설치된 모든 유로재의 두께의 차의 최댓값이 0.25 mm 이하인, 분리막.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리막 본체가 기재와, 상기 기재 상에 설치된 다공성 지지층과, 상기 다공성 지지층 상에 설치된 분리 기능층을 구비하고, 상기 기재가 장섬유 부직포인, 분리막.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 분리막을 포함하는 분리막 엘리먼트.