JP2007330846A - 中空糸膜モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】離型剤の流動や混合による問題を生じさせず、注型キャップの取り外しを容易に行うことができ、しかも注型キャップの劣化が生じにくい中空糸膜モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】複数本の中空糸膜の束１を注型樹脂７により封止する中空糸膜モジュールの製造方法において、前記注型樹脂７が注入される注型キャップ４の内側に樹脂製容器３を装着しておき、この樹脂製容器３に注型樹脂７を注入して注型樹脂７を硬化させ、硬化後の注型樹脂７を前記樹脂製容器３と共に所定の位置で切断する工程を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数本の中空糸膜の束を注型樹脂により封止する中空糸膜モジュールの製造方法に関し、中空糸膜の両端が開口して封止されたタイプと、中空糸膜の一端のみが開口して封止されたタイプの両者に適用可能な技術である。

従来より、血液透析や海水淡水化には、中空糸膜などを用いた膜分離技術が利用されている。中空糸膜を用いた中空糸膜モジュールには、中空糸膜の両端が開口しつつ封止樹脂（接着材）を介してケースに保持されているものや、中空糸膜の一端が開口しつつ封止樹脂を介してケースに保持され、中空糸膜の他端が閉塞されて、自由状態又は封止樹脂を介してケースに保持されているものなどがある。

このような中空糸膜モジュールの製造方法としては、筒状ケースに中空糸膜束を収納した後、その筒状ケースの両端に注型キャップを装着し、各注型キャップに樹脂を注入して前記中空糸膜束端部の中空糸膜間を接着固定する製造方法が知られている。また、このような製造方法において、中空糸膜の貫通孔が形成される端部側の注型キャップを、その内面と前記中空糸膜束端面とが離間するように装着し、該注型キャップに遠心ポッティング法により樹脂を注入し固化する中空糸膜モジュールの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、この文献には、中空糸膜の一端が開口するように封止を行う場合、まず目止め用樹脂を注型キャップに注入し、これが硬化した後、更に接着用樹脂を注入して硬化させ、その後、注型キャップを取り外して、端部を所定の長さで切断除去する方法が開示されている。

一方、樹脂溜りとなる注型キャップは、樹脂漏れを防止する必要があるため、一般に分割構造は採用されていない。また、筒状ケースとしては、製品ケースを用いるのが一般的であり、注型用ケースを用いて中空糸膜束の端部を封止した後に、製品ケースに移し替えて接着する方法は、現在まで知られていなかった。

上記のように、中空糸膜をエポキシ樹脂等で注型固定する場合、樹脂硬化後に注型キャップと注型樹脂部を分離する作業が必要となる。注型剤は主にウレタン樹脂、エポキシ樹脂を使用するため、注型キャップと注型樹脂部が強固に接着する。そのため注型物に損傷なく容器と注型樹脂部を分離することは非常に困難であり、様々な作製方法が検討されてきた。

その一つとして、樹脂硬化後に注型樹脂部を容易に分離するために、予め注型キャップ内面にシリコングリースやフッ素系グリースのような離型剤を塗布する方法が挙げられる。また、シリコンやフッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの離型性に優れた材質で構成される注型キャップを用いることで注型キャップの離型性を上げる方法がある（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、離型剤を用いる方法では、塗布した離型剤が注型樹脂の注入に伴い移動し、ちょうどケース内壁部の膜束が注型樹脂で固定される接着界面に侵入し、接着力を低下させる場合があり、塗布に注意が必要となる。また、離型剤と注型剤が混ざり変色して外観上問題が発生したり、注型剤自身の硬化不良を起こすことも考えられる。

また、離型性に優れた材質で構成された注型キャップを用いた場合も、注型キャップを繰り返し使用することで離型性が低下し、注型樹脂部が割れてしまう場合がある。このため、一定使用回数毎に注型キャップを交換する必要があるので、コストが大きくなるという問題がある。

特開２００４−４９９８６号公報 実公平２−３６５７７号公報

そこで、本発明の目的は、離型剤の流動や混合による問題を生じさせず、注型キャップの取り外しを容易に行うことができ、しかも注型キャップの劣化が生じにくい中空糸膜モジュールの製造方法を提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明の中空糸膜モジュールの製造方法は、複数本の中空糸膜の束を注型樹脂により封止する中空糸膜モジュールの製造方法において、前記注型樹脂が注入される注型キャップの内側に樹脂製容器を装着しておき、この樹脂製容器に注型樹脂を注入して注型樹脂を硬化させ、硬化後の注型樹脂を前記樹脂製容器と共に所定の位置で切断する工程を含むことを特徴とする。

本発明の中空糸膜モジュールの製造方法によると、離型剤を塗布する代わりに樹脂製容器を注型キャップの内側に装着するため、離型剤を使用せずに注型キャップを容易に取り外すことができる。また、注型キャップと注型樹脂とが基本的に接触しないため、注型キャップの劣化も生じにくい。その結果、離型剤の流動や混合による問題を生じさせず、注型キャップの取り外しを容易に行うことができ、しかも注型キャップの劣化が生じにくい中空糸膜モジュールの製造方法を提供することができる。

上記において、前記樹脂製容器を構成する樹脂と前記注型樹脂とが、同種の樹脂成分を含むことが好ましい。これによって、樹脂製容器と注型樹脂とが強固に接着し、また、同種の樹脂成分によって、物性や外観などが近づくため、樹脂製容器と注型樹脂との一体性がより高くなる。

また、前記注型キャップを注型用ケースの端部に取り付けておき、前記樹脂製容器の深さを超えない量だけ注型樹脂を注入して硬化させた後、製品ケースに移し替えて、切断された前記樹脂製容器を製品ケースに接着する工程を含むことが好ましい。樹脂製容器の深さを超えない量だけ注型樹脂を注入することで、注型用ケースとの接着が生じにくくなるため、中空糸膜束を容易に製品ケースに移し替えることができる。また、切断された樹脂製容器を製品ケースに接着することで、膜の供給側と透過側との流路の混合を防止する封止構造を容易に形成することができる。

あるいは、前記注型キャップを製品ケースの端部に取り付けておき、前記樹脂製容器の深さを超える量だけ注型樹脂を注入して硬化させる工程を含むことが好ましい。この場合には、製品ケースと注型樹脂とが接着するため、注型樹脂の硬化によって製品ケースに中空糸膜束を接着して封止構造を形成することができる。

また、前記注型キャップを取り付ける際、前記樹脂製容器の外周に当接する環状シールを前記注型キャップと前記製品ケースの端部との間に保持させることが好ましい。これによって、製品ケースと樹脂製容器との間に隙間が有る場合でも、注型キャップと樹脂製容器との間や、注型キャップと製品ケースとの間に注型樹脂が入り混むのを防止して、良好な離型を行うことができる。

また、前記樹脂製容器に注入された注型樹脂に対し、容器底部側に向けて遠心力を付与する工程を含むことが好ましい。この工程によって、複数本の中空糸膜の隙間に、注型樹脂を好適に充填することができ、良好な封止状態とすることができる。

また、前記注型キャップが、取り外す際に分割可能な構造であることが好ましい。このような分割構造によって、注型樹脂の硬化後に、注型キャップを容易に取り外すことができる。更に、分割構造であっても、樹脂製容器を内側に装着するため、遠心力を付与する場合（高圧力が生じる場合）でも、注型樹脂の漏れが生じにくくなる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１〜図４は、本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の一例を示す工程図である。

本発明の中空糸膜モジュールの製造方法は、図１〜図４に示すように、複数本の中空糸膜の束（膜束）１を注型樹脂７により封止するものであり、中空糸膜の両端が開口して封止されたタイプと、中空糸膜の一端のみが開口して封止されたタイプの両者に適用可能である。本実施形態では、図４に示すように、中空糸膜の両端が開口しつつ注型樹脂７により封止されているものを製造する場合の例を示す。

中空糸膜としては、精密ろ過膜、限外ろ過膜、逆浸透膜、透析膜などが挙げられ、その用途や製法に応じた、孔径、外径、長さのものが使用できる。

本発明では、図１に示すように、予め、注型樹脂７が注入される注型キャップ４の内側に、樹脂製容器３を装着しておく。これによって、注型樹脂７と注型キャップ４の離型のために、シリコングリース等の離型剤を使用せずに、安定的に中空糸膜モジュールを製造することが出来る。本実施形態では、注型キャップ４を筒状の製品ケース２の両端部に取り付ける例を示す。

本発明は、注型キャップ４を取り付ける筒状ケースとして、製品ケース２を用いる場合と、注型用ケースを用いる場合とに適用可能であるが、本実施形態では、製品ケース２（ハウジング）を用いる場合を示す。

注型樹脂７としては、中空糸膜が封止可能な材料であれば何れでもよいが、特に、エポキシ樹脂、又はウレタン樹脂が好ましい。製品ケース２としては、樹脂注入口６を有していればよく、これがろ過原液等の供給・排出口と兼用していてもよい。製品ケース２の材質としては、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂などが挙げられる。

また、樹脂製容器３の材質は、注型樹脂７が硬化したときにある程度以上の接着性を有するものであれば何れでもよいが、注型樹脂７と同種の樹脂成分を含むことが好ましい。樹脂製容器３は、樹脂製パイプと樹脂製底板とを用いて製造すること等も可能であるが、注型樹脂７などを用いて、射出成型、モールド成型、注型成型などで成型する方が、コスト的に有利である。

樹脂製容器３の厚みについては、切断性と成型性等を考慮し設定するが、一般的には、厚みが０．５〜３ｍｍが好ましい。また、樹脂製容器３の外径は、注型キャップ４の内径と同等程度であることが好ましい。また、樹脂製容器３の深さは、注型キャップ４の内側面を少なくとも覆うサイズが好ましい。これによって、注型樹脂７が注型キャップ４に接触しにくくなり、注型キャップ４を容易に取り外すことができる。

本発明では、図２に示すように、上記の状態で樹脂製容器３に注型樹脂７を注入して注型樹脂７を硬化させる。その際、硬化により、樹脂製容器３と注型樹脂７とが一体化又は密着した状態となるのが好ましい。本実施形態では、注型樹脂７を注入する際に、樹脂製容器３の深さを超える高さまで注入を行っているが、こうすることによって、中空糸膜の両端部を注型樹脂７を介して製品ケース２に接着・保持させることができる。

注型樹脂７の注入は、樹脂注入口６に接続したチューブ等により行うことができる。注入の際には、アルミ製などの注型キャップ４を製品ケース２にVバンド５やボルト締結などで固定しておく。

本発明では、上記の際、樹脂製容器３に注入された注型樹脂７に対し、容器底部側に向けて遠心力（矢印の方向）を付与する工程を含むことが好ましいが、遠心力の代わりに自己の重力を利用することも可能である。このような遠心力は、例えば遠心注型機を用いて、回転軸Ｏの回りに全体を回転させることによって付与することができる。また、遠心力を付与しながら、注型樹脂７を注入してもよく、樹脂注入口６に接続したチューブにより注型樹脂７が注入される。

注型樹脂７の硬化は、反応硬化性樹脂の硬化反応によるものでも、溶融した熱可塑性樹脂の冷却による硬化でもよい。硬化の際の条件は、使用する注型樹脂７に応じて適宜設定することができる。

なお、セットする膜束１の端部が開口状態であると、遠心力を付与する際にその内部に注型樹脂７が進入して、最終製品の膜束１の端部が閉塞する可能性がある。このため、膜束１の端部を樹脂等を用いて予め閉塞（目止め）させておくのが好ましい。

本発明では、図３に示すように、硬化後に前記注型キャップ４を取り外す工程を含む。その際、樹脂製容器３が注型樹脂７との間に介在するため、容易に注型キャップ４を取り外すことができる。

本実施形態では、この段階で、膜束１の両端部は注型樹脂７を介して製品ケース２に接着・保持されている。そして、製品ケース２と樹脂製容器３との間に、注型樹脂７が部分的に浸透して、これによって両者を接着させてもよい。また、この段階では、中空糸膜の両端部は、開口した状態となっていない。

本発明では、図４に示すように、硬化後の注型樹脂７を樹脂製容器４と共に所定の位置で切断する工程を含む。これによって、切断面ＣＳにおいて、中空糸膜の両端が開口しつつ注型樹脂７により封止されて製品ケース２に保持されている中空糸膜モジュールを製造することができる。

膜束１を保持した製品ケース２は、そのまま使用することも可能であるが、一般的には、製品ケース２の両側に、透過液等の供給・排出口を有する製品キャップが取付られる。

このような中空糸膜モジュールを用いた膜分離では、例えば製品ケース２に設けられた供給口（樹脂注入口６の一方）から原液が供給され、中空糸膜で分離された透過液が中空糸膜の中空内を流動し、端部の開口から流出して製品キャップの排出口から排出されると共に、濃縮液は製品ケース２に設けられた排出口（樹脂注入口６の他方）から排出される。逆に、中空糸膜の中空内に原液を供給することも可能である。

［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、中空糸膜束の両端を開口させつつ注型樹脂で封止する例を示したが、本発明の製造方法は、中空糸膜束の一端をエポキシ樹脂等で予め封止・閉口させた膜束を用いる場合や、複数本の中空糸膜をＵ字状に曲げた膜束を用いる場合にも適用可能である（例えば図５参照）。

（２）前述の実施形態では、製品ケースを用いて中空糸膜束の端部を注型樹脂で封止する例を示したが、本発明では、注型用ケースを用いて中空糸膜束の端部を封止した後に、製品ケースに移し替えて接着する方法にも適用可能である。

その場合、例えば、図６〜図７に示すように、注型キャップ４を注型用ケース１２の端部に取り付けておき、樹脂製容器３の深さを超えない量だけ注型樹脂７を注入して硬化させた後、製品ケース（図示省略）に移し替えて、切断された樹脂製容器３を製品ケースに接着する工程を含む。

具体的には、図６に示すように、注型用ケース１２の端部に取り付けた注型キャップ４の内側に樹脂製容器３を装着しておき、樹脂製容器３の深さを超えない量だけ注型樹脂７を注入して注型樹脂７を硬化させる。硬化後に、注型キャップ４を取り外す。

次に、図７に示すように、硬化後の注型樹脂７を樹脂製容器３と共に所定の位置で切断し、注型用ケース１２から取り外して、製品ケース（図示省略）に移し替える。切断は、製品ケースに移し替え後に行ってもよく、製品ケースに接着後に行ってもよい。

その後、切断された樹脂製容器３を製品ケースに接着する。接着の方法は、接着剤を用いる方法、ホットメルト融着、超音波融着など何れでもよい。

（３）前述の実施形態では、製品ケース又は注型用ケースの端面で注型樹脂の切断を行う例を示したが、本発明では、中空糸膜の端部が開口しつつ封止（接着）されている位置であれば、注型樹脂の何れの部分を樹脂製容器と共に切断してもよい。

（４）前述の実施形態では、注型樹脂を１種類のみ注入する例を示したが、本発明は、２種類以上の注型樹脂を注入する製造方法にも適用することができる。その場合、最初の注型樹脂を注入した後、必要により硬化させ、その後追加して次の注型樹脂を注入すればよい。

（５）本発明では、図８〜図９に示すように、注型キャップ４が、取り外す際に分割可能な構造であることが好ましい。分割構造としては、注型キャップ４の内周面が分割・拡径するように、２分割又はそれ以上に分割する構造が採用できるが、分割の比率は等分割である必要はない。

図８に示した例では、注型キャップ４の側面を上下に２分割するように、水平方向に延びる分割境界線４ａが設けられている。また、分割した注型キャップ４を一体保持するために、拘束ベルト８が使用され、注型キャップ４のベルト溝４ｂに着脱可能な拘束ベルト８が巻かれている。注型樹脂７の硬化後に、拘束ベルト８を外した後、矢印の方向に注型キャップ４を分割することによって、注型キャップ４を容易に取り外すことができる。

図９（ａ）に示す例では、注型キャップ４の分割境界線４ａに沿ってヒンジ４ｃが設けられている。注型キャップ４の分割前には、そのフランジ部４ｄは、Vバンド等で製品ケース２に固定されており、ヒンジ４ｃの存在によって注型キャップ４が一体保持されている。注型樹脂７の硬化後に、Vバンド等を外した後、矢印の方向に注型キャップ４を分割することによって、注型キャップ４を容易に取り外すことができる。

図９（ｂ）に示す例では、注型キャップ４の外周面に雄ネジ４ｅが形成されており、雌ネジ９ａを内周面に有するリング９を矢印の方向に螺合することによって、注型キャップ４を一体保持することができる。注型樹脂７の硬化後に、注型キャップ４からリング９を外すことによって、注型キャップ４を分割して容易に取り外すことができる。

（６）前述の実施形態では、製品ケースと樹脂製容器との間に隙間が有ると、その隙間に注型樹脂が進入する可能性があるが、本発明では、図１０に示すように、これによる問題を防止することも可能である。図１０には、図１に示す工程に対応する断面図が、拡大図とともに示されている。

即ち、本発明では、図１に示すように、注型キャップ４を取り付ける際、樹脂製容器３の外周に当接（好ましくは全周にわたって当接する）する環状シール１１を注型キャップ４と前記製品ケース２の端部との間に保持させることが好ましい。これによって、製品ケース２と樹脂製容器３との間に隙間が有る場合でも、注型キャップ４と樹脂製容器３との間や、注型キャップ４と製品ケース２との間に注型樹脂が入り混むのを防止して、良好な離型を行うことができる。

環状シール１１を保持するための構造としては、フラットな端面で環状シール１１を挟持する構造でもよいが、注型キャップ４と製品ケース２の何れか一方又は両方に環状の切欠き部を設けるのが好ましい。環状シール１１としては、ゴム製や樹脂製のＯリングなどが使用可能であるが、離型性の観点から、シリコーン系やフッ素樹脂系の材料が好ましい。

本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の一例を示す工程図 本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の一例を示す工程図 本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の一例を示す工程図 本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の一例を示す工程図 本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の他の例を示す工程図 本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の他の例を示す工程図 本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の他の例を示す工程図 本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の他の例を示す工程図 本発明の製造方法に用いられる注型キャップの他の例を示す斜視図 本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の他の例を示す工程図

符号の説明

１ 中空糸膜の束（膜束）
２ 製品ケース
３ 樹脂製容器
４ 注型キャップ
４ａ 分割境界線
５ Vバンド
６ 樹脂注入口
７ 注型樹脂
１１ 環状シール
１２ 注型用ケース

Claims (7)

1. 複数本の中空糸膜の束を注型樹脂により封止する中空糸膜モジュールの製造方法において、前記注型樹脂が注入される注型キャップの内側に樹脂製容器を装着しておき、この樹脂製容器に注型樹脂を注入して注型樹脂を硬化させ、硬化後の注型樹脂を前記樹脂製容器と共に所定の位置で切断する工程を含むことを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。
2. 前記樹脂製容器を構成する樹脂と前記注型樹脂とが、同種の樹脂成分を含むものである請求項１記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
3. 前記注型キャップを注型用ケースの端部に取り付けておき、前記樹脂製容器の深さを超えない量だけ注型樹脂を注入して硬化させた後、製品ケースに移し替えて、切断された前記樹脂製容器を製品ケースに接着する工程を含む請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
4. 前記注型キャップを製品ケースの端部に取り付けておき、前記樹脂製容器の深さを超える量だけ注型樹脂を注入して硬化させる工程を含む請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
5. 前記注型キャップを取り付ける際、前記樹脂製容器の外周に当接する環状シールを前記注型キャップと前記製品ケースの端部との間に保持させる請求項４に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
6. 前記樹脂製容器に注入された注型樹脂に対し、容器底部側に向けて遠心力を付与する工程を含む請求項１〜５いずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
7. 前記注型キャップが、取り外す際に分割可能な構造である請求項１〜６いずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。

Images