JP2014226618A

JP2014226618A - 中空糸膜モジュールとその製造方法

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Publication number: JP2014226618A
Application number: JP2013109077A
Authority: JP
Inventors: ちえみ藤森; Chiemi Fujimori; 松本　吉正; Yoshimasa Matsumoto; 吉正松本
Original assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Current assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-12-08

Abstract

【課題】中空糸膜の耐久性が高い中空糸膜モジュールの提供。
【解決手段】中空糸膜束12を構成する中空糸膜12aの一端部側から長さＬ１の範囲がコーティング剤14で被覆されている。中空糸膜束12は、コーティング剤14で被覆された中空糸膜12a端部側から長さＬ２の範囲において接着剤13で一体化されている。Ｌ１＞Ｌ２である。
【選択図】図１

Description

本発明は、中空糸膜モジュールとその製造方法に関する。

中空膜モジュールは、各種分野における水処理手段として汎用されている。
中空糸膜モジュールは、モジュールケース内に数百本乃至は数千本の中空糸膜が、それらの一端部または両端部が接着剤で一体化された中空糸膜束として収容されている。
中空膜モジュールを使用して濾過運転するとき、中空糸膜束に対してはモジュールケースのノズル（原水入口、透過水出口、濃縮水出口など）を出入りする液体による圧力が加えられる。
このため、濾過運転を継続する過程において、中空糸膜が損傷して（例えば、孔が開いたり、裂けたりする）液漏れ（リーク）が生じる場合があり、濾過性能を低下させる要因の一つになっていることから、中空糸膜の強度（耐久性）を向上できる手段の開発が求められている。

特開平４−２９３５２７号公報特開平２−１０７３１８号公報特開平１１−０３３３６６号公報特開平１１−０３３３６５号公報特開平９−２２５２６９号公報特開平７−２５１０３９号公報

本発明は、モジュールケース内に収容された中空糸膜の耐久性が向上された中空糸膜モジュールと、その製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、中空糸膜モジュールを使用して濾過運転を継続したとき、中空糸膜の損傷が特に接着剤層に接する部分において生じることに着目して、本発明を完成させた。
本発明は、課題の解決手段として、
モジュールケース内に中空糸膜束が収容された中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜束を構成する中空糸膜が、その少なくとも一端部側から長さＬ１の範囲が合成樹脂製のコーティング剤で被覆されているものであり、
さらに前記中空糸膜束が、合成樹脂製のコーティング剤で被覆された中空糸膜端部側から長さＬ２の範囲において接着剤で一体化されたものであり、
前記合成樹脂製のコーティング剤が熱硬化性樹脂接着剤および熱可塑性樹脂接着剤から選ばれるものであり、
前記の長さＬ１とＬ２の関係がＬ１＞Ｌ２である、中空糸膜モジュールと、その製造方法を提供する。

本発明の中空糸膜モジュールは、所要本数の中空糸膜を一体化している接着剤層に接する部分の中空糸膜の強度が高められているため、長期間の濾過運転を継続実施した場合であっても、中空糸膜が損傷し難く、中空糸膜からの液漏れ（リーク）が発生し難い。

本発明の中空糸膜モジュールの軸Ｘ方向（長さ方向）の断面図であり、内部が見えるようにモジュールケースの約半分を切り取った状態で示している。試験用中空糸膜の作製方法の説明図。試験用中空糸膜モジュールの説明図。

＜中空糸膜モジュール＞
図１により説明する。
中空糸膜モジュール１０は、筒状のモジュールケース１１内に所要本数（例えば、数百本〜数千本）の中空糸膜１２ａからなる中空糸膜束１２が収容されている。
なお、中空糸膜モジュール１０は、筒状のモジュールケース１１内の軸Ｘの中心部分（中空糸膜束１２の内部）に集水管が配置されたものでもよい。

中空糸膜束１２を構成する中空糸膜１２ａは、一端部側（接着剤層１３の軸Ｘ方向外側の端面１３ｂ）から長さＬ１の範囲が合成樹脂製のコーティング剤で被覆された被覆部１４となっている。
中空糸膜束１２は、一端部側（接着剤層１３の軸Ｘ方向外側の端面１３ｂ）から長さＬ２の範囲において接着剤層１３により一体化されている。

長さＬ１とＬ２はＬ１＞Ｌ２の関係となっている。
このため、被覆部１４は長さＬ１中の長さＬ２に相当する部分が接着剤層１３内に埋設され、長さＬ３（即ち、Ｌ１−Ｌ２）に相当する部分が接着剤層１３から露出された状態になっている。
長さＬ３に相当する被覆部１４は、接着剤層１３の軸Ｘ方向内側の端面１３ａに接していることになる。

長さＬ１とＬ２の関係は、中空糸膜１２ａの耐久性を高めるため、Ｌ１／Ｌ２＝１．２〜２．０の範囲が好ましく、１．３〜１．８の範囲がより好ましく、１．４〜１．７の範囲がさらに好ましい。

中空糸膜束１２（中空糸膜１２ａ）の長さが９００〜１１００ｍｍであるとき、Ｌ１は３０〜５０ｍｍの範囲が好ましく、Ｌ２は２０〜３０ｍｍの範囲が好ましい。このとき、Ｌ３は１０〜２０ｍｍが好ましい範囲となる。

被覆部１４を形成する合成樹脂製のコーティング剤と接着剤層１３を形成する接着剤は、同じものでもよいし異なるものでもよい。
被覆部１４を形成する合成樹脂製のコーティング剤（塗料は含まれない）としては、熱硬化性樹脂接着剤、熱可塑性樹脂接着剤から選ばれるものを使用することができるが、耐久性を高めるためには、熱硬化性樹脂接着剤が好ましい。
熱硬化性樹脂接着剤としては、エポキシ樹脂接着剤、ウレタン樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤、不飽和ポリエステル樹脂接着剤、メラミン樹脂接着剤、尿素樹脂接着剤などを挙げることができる。

図１に示す中空糸膜モジュール１０は、一端側のみに接着剤層１３と被覆部１４を有するものが示されているが、耐久性を高めるためには、両端側に同じ構造を有しているものが好ましい。
筒状のモジュールケース１１は、一端側が液出入口１６ａ、１７ａを有しているキャップ１５ａで閉塞され、他端側が液出入口１６ｂ、１７ｂを有しているキャップ１５ｂで閉塞されているが、例えば、キャップ１５ａ側の筒状のモジュールケース１１の開口部が予め閉塞されたものでもよい。

＜中空糸膜モジュールの製造方法＞
次に、図１に示す中空糸膜モジュール１０の製造方法を説明する。
第１工程では、中空糸膜１２ａの少なくとも一端部側から長さＬ１の範囲を合成樹脂製のコーティング剤で被覆して被覆部１４を形成する。
この第１工程における合成樹脂製のコーティング剤で被覆する方法は特に制限されるものではなく、例えば、合成樹脂製のコーティング剤からなる浴中に中空糸膜を浸漬する方法、合成樹脂製のコーティング剤を中空糸膜に塗布する方法などを適用することができる。
第１工程の後、必要に応じて乾燥または乾燥・硬化工程を設けることができる。乾燥または乾燥・硬化工程は、冷風乃至は温風を吹き付ける乾燥方法、加熱雰囲気にて保持する乾燥・硬化方法でもよいし、次工程に移行する間に自然乾燥させる方法でもよい。
被覆部１４の厚さは使用するコーティング剤の種類によっても異なるが、例えば乾燥（または乾燥・硬化）後の厚さが０．０１〜０．５ｍｍになる程度でよい。

第２工程では、被覆部１４が形成された所要本数の中空糸膜１２ａをモジュールケース１１内に収容する。
モジュールケース１１は公知のものであり、大きさ（内径や長さ）は収容する中空糸膜１２ａの本数や長さに応じて調整する。

第３工程では、被覆部１４が形成された所要本数の中空糸膜１２ａの端部（被覆部１４を含む端部）と、それに正対するモジュールケース１１の内壁面１１ａとを長さがＬ２の範囲になるように接着剤で一体化する。
接着剤層１３を形成して所要本数の中空糸膜１２ａを一体化する方法は、例えば、特開２００６−２８１０５１号公報に記載の方法を適用することができる。

第４工程では、筒状のモジュールケース１１の端面から飛び出した、接着剤で一体化されている中空糸膜束１２の端部（接着剤層１３となる部分）を切断し、中空糸膜１２ａを開口させる。
このとき、切断後の接着剤層１３の長さＬ２が所望長さになるように調整する。

その後、使用したモジュールケース１１の形状に応じて、キャップを被せて開口部を閉塞して、中空糸膜モジュール１０を得る。

本発明の中空糸膜モジュール１０の濾過運転時において、接着剤層１３で固定されていない中空糸膜１２ａは、濾過運転に伴う液圧（透過液や濃縮液などの出入りに伴う圧力）を受けて揺れ動く。
このとき、中空糸膜１２ａの長さ方向中央部分であれば、揺れ動くことである程度の圧力を吸収することができるが、中空糸膜１２ａの接着剤層１３と接する部分は、液圧を受けて揺れ動くことで集中的に力が加えられることになる。
このため、濾過運転時において、中空糸膜１２ａの接着剤層１３と接する部分に特に損傷（例えば、孔が開いたり、裂けたりする）が発生し易くなる。

本発明の中空糸膜モジュール１０で使用している中空糸膜束１２（中空糸膜１２ａ）は、接着剤層１３で一体化された部分と、接着剤層１３に一部が埋設され、残部が接着剤層１３から飛び出して露出された被覆部１４を有している。
このため、中空糸膜１２ａの接着剤層１３と接する部分の強度（耐久性）が高められていることから、濾過運転を長期間継続した場合であっても、中空糸膜１２ａの接着剤層１３と接する部分に損傷が発生し難くなるとから、液漏れ（リーク）も発生し難くなる。

実施例および比較例
下記のものを使用して、図１に示す中空糸膜モジュールと同じ試験用モジュールを作製した。
・モジュールケース：ポリサルホン製，外径８９ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ１０６６ｍｍ
・キャップ：ポリサルホン製
・中空糸膜：ポリエーテルサルホン，内径０．８ｍｍ、外１．３ｍｍ
・接着剤層に使用する接着剤：エポキシ樹脂接着剤
・コーティング剤：
耐熱ウレタン：サンユレック社製のウレタン樹脂，主剤SA-7520B，硬化剤SA-7520A
エポキシ：ジャパンエポキシレジン社製のエポキシ樹脂，主剤815，硬化剤ST12
ペンキ：商品名水性多用途（株式会社アサヒペン），水系合成樹脂塗料（アクリル樹脂，顔料，サビドメ剤，防カビ剤，水）

中空糸膜は、図２に示すように一端側のＬ１長さ部分と、他端側のＬ１長さ部分を同じコーティング剤でコーティングした。
コーティングは、コーティング剤を入れた容器内に中空糸膜を浸漬することで実施した。浸漬後、室温にて自然乾燥させた。
このようにして両端を同じコーティング剤（それぞれウレタン、エポキシまたはペンキの３種類を使用した）で被覆した試験用中空糸膜を得た（表１に示す中空糸膜）。なお、両端にコーティング剤を塗布していないもの（ブランク）を有するものも合わせて作製した。

次にモジュールケース１１内を仕切板にて４室に仕切ったものを用意した。それぞれの室に対して、中空糸膜の両端を同じコーティング剤（それぞれウレタン、エポキシまたはペンキ）でコーティングした被覆部を有するものと、コーティングしていないものを充填した（表１に示す本数と充填率）。

試験用中空糸膜モジュールのＦｌｕｘとエアー透過量は表１に示すとおりであり、中空糸膜モジュールとして正常に機能するものであることを確認した。この試験用中空糸膜モジュールを使用して、熱ショック試験を行うことで、耐久性を評価した。結果を表１に示す。
なお、例えば表１の比較例１中、「１（１）」または「「１（２）」のような表示は、熱ショックサイクル０〜９６回までに１本のリークが発生したこと（括弧内は合計本数）を示し、熱ショックサイクル９７〜１５４回までに１本のリークが発生したこと（括弧内は合計本数）を示す。

表１に示すとおり、実施例１、２と比較例１、２を比べると、実施例１、２の中空糸膜の耐久性が向上されていることが確認された。

１０中空糸膜モジュール
１１モジュールケース
１２中空糸膜束
１２ａ中空糸膜
１３接着剤層
１４被覆部

Claims

モジュールケース内に中空糸膜束が収容された中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜束を構成する中空糸膜が、その少なくとも一端部側から長さＬ１の範囲が合成樹脂製のコーティング剤で被覆されているものであり、
さらに前記中空糸膜束が、合成樹脂製のコーティング剤で被覆された中空糸膜端部側から長さＬ２の範囲において接着剤で一体化されたものであり、
前記合成樹脂製のコーティング剤が熱硬化性樹脂接着剤および熱可塑性樹脂接着剤から選ばれるものであり、
前記の長さＬ１とＬ２の関係がＬ１＞Ｌ２である、中空糸膜モジュール。
前記の長さＬ１とＬ２の関係がＬ１／Ｌ２＝１．２〜２．０の範囲である、請求項１記載の中空糸膜モジュール。
前記中空糸膜束の長さが９００〜１１００ｍｍであるとき、前記Ｌ１が３０〜５０ｍｍであり、前記Ｌ２が２０〜３０ｍｍである、請求項１または２記載の中空糸膜モジュール。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法であって、
中空糸膜の少なくとも一端部側から長さＬ１の範囲を合成樹脂製のコーティング剤で被覆する工程、
所要本数の中空糸膜をモジュールケース内に収容する工程、
前記所要本数の中空糸膜の少なくとも一端部と、それに正対する前記モジュールケース内壁面とを長さがＬ２の範囲になるように接着剤で一体化する工程、
前記筒状のモジュールケースの端面から飛び出した、接着剤で一体化されている中空糸膜束の端部を切断し、中空糸膜を開口させる工程、
を有している、中空糸膜モジュールの製造方法。