JP6835538B2 - 中空糸膜束の少なくとも一端部を筒状のモジュールケースに固定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空糸膜束の一端部または両端部を筒状のモジュールケースに固定する方法に関する。

中空糸膜モジュールとしては、例えば、数千〜数万本の中空糸膜からなる中空糸膜束をモジュールケース内に収容して、中空糸膜束の端部とモジュールケースを接着剤で固定したものが知られている。

中空糸膜束の端部を接着剤で一体化する方法として、仮キャップを用いた方法が知られている。例えば、円筒状ケ−スに中空糸膜束を充填する工程、中空糸膜束を使用する仮キャップの深さに相当する長さにケ−ス端部より長く切断する工程、中空糸束を含むケ−ス端部と仮キャップを密着させた状態で、まず一段目に中空糸束端部のみを樹脂で硬化させる工程、次いで二段目のケ−ス端部および中空糸相互間の封止を行う工程、硬化後、仮キャップを取り除いて、ケ−スから飛び出た接着封止された中空糸束端部を切断し、中空糸を開口させる工程からなる製造方法が知られている。

しかしながら、上記の仮キャップを用いた方法では、二段目の樹脂が硬化する前に一段目の樹脂が仮キャップから外れるトラブルが生じることがある。このため、このような問題を解決する方法として、特許文献１の発明が知られている。

特許文献１の発明は、段落番号００１１に記載のとおり、仮キャップ下部１および上部３に所定量の接着剤を入れ、底部に均一に広げた後、中空糸束４の端部を静かに浸漬し、仮キャップをケ−ス５の端部に密着させた状態で接着剤を硬化させるという工程を含んでいるものであり、迅速性や確実性の点で改善の余地がある。

その他、中空糸膜束の端部を接着剤で一体化する方法として、遠心接着法（遠心成型法）が知られている（特許文献２〜５）。
特許文献６は、接着剤が移動するための特定の溝を有している仮キャップの発明である。

特開平０７−０３１８５２号公報 特開昭５１−９３７８８号公報 特開昭５２−３８７９７号公報 特開昭６１−１７１５０３号公報 特開昭６１−１７１５０４号公報 特許第５５１９９６９号公報

本発明は、使用する接着剤の粘度の大小に拘わらず、接着剤を使用して中空糸膜束の一端部または両端部を筒状のモジュールケースに固定する方法を提供することを課題とする。

本発明は、中空糸膜束の少なくとも一端部側に合成樹脂からなるチューブを配置する第１工程、
筒状のモジュールケースの少なくとも一端部側の開口部に対して、底板と接着剤の注入口を有する外枠の組み合わせからなるポッティング容器を接続した後、前記チューブが配置された端部側が前記ポッティング容器の底板に当接されるように中空糸膜束を収容する第２工程、
前記ポッティング容器の外枠の接着剤注入口から接着剤を注入する第３工程、
第３工程において接着剤を注入した後、またはさらに接着剤を注入しながら、前記チューブが配置された中空糸膜束の端部側と前記筒状のモジュールケースを遠心接着法により固定する第４工程、
前記ポッティング容器を取り外す第５工程を有している、中空糸膜束の端部を筒状のモジュールケースに固定する方法であって、
前記第２工程において、前記チューブの第１端開口部と前記ポッティング容器の接着剤注入口の一部が接続されるように配置し、第４工程の遠心接着法において、前記チューブの第１開口部と接続されていない接着剤注入口と前記チューブの第２端開口部から接着剤を前記中空糸膜束の端部側に供給する、中空糸膜束の少なくとも一端部を筒状のモジュールケースに固定する方法を提供する。

本発明の固定方法によれば、接着剤の粘度に拘わらず、中空糸膜束の端部を接着剤により一体化できる共に、前記中空糸膜の端部をモジュールケースの内壁面に固定できるようになる。

（ａ）、（ｂ）は第１工程の説明図。 （ａ）、（ｂ）は第１工程の別実施形態の説明図。 （ａ）、（ｂ）は第３工程の説明図。 （ａ）、（ｂ）は第３工程の別実施形態の説明図。 （ａ）、（ｂ）は第４工程の説明図。 （ａ）、（ｂ）は第５工程の説明図。

以下において本発明の固定方法を図１〜図６により工程ごとに説明する。なお、第１工程から第５工程は、第１工程から第５工程までをこの順序で実施しなければならないものではなく、各工程の順序を入れ替えたり、複数の工程を一つにしたり、一つの工程を複数の工程に分けたり、複数の工程を並行実施したりすることができる。

第１工程は、中空糸膜束１０の少なくとも一端部側に合成樹脂からなるチューブ２０を配置する工程である。
図１（ａ）に示すとおり、中空糸膜束１０の第１端部１１と第２端部１２のうち、第１端部１１側に合成樹脂からなるチューブ２０を中空糸膜束１０内に配置する。
なお、図１（ａ）では、第１端部１１側のみチューブ２０を配置しているが、中空糸膜束１０の両端部を接着剤で固定する場合は、さらに第２端部１２側にもチューブ２０を配置する。
また、図１（ａ）では中空糸膜束１０を縦にした状態で示しているが、横にした状態であってもよいし、必要に応じて中空糸膜束１０の１箇所または複数箇所をバンドなどにより束ねたり、中空糸膜束１０の端部を除いた部分をネットで包囲したりしてもよい。
チューブ２０を配置するときは、図１（ａ）に示すとおり、大部分が中空糸膜１０ａで包囲されているが一部面が露出されている形態のほか、中空糸膜１０ａ内に埋設された形態のものでもよい。
中空糸膜束１０を構成する中空糸膜１０ａは、公知の材料（合成樹脂）からなる中空糸膜を使用することができる。

チューブ２０は、公知の合成樹脂（好ましくは熱可塑性樹脂）からなるものであればよいが、中空糸膜１０ａと同じ合成樹脂からなるもの、または後の工程で使用する接着剤と異なる合成樹脂からなるものが好ましい。
チューブ２０は、透明であるものが接着剤の詰まりが確認できるので好ましい。ここで透明とは、肉眼で見たときにチューブ２０を間において反対側が確認できる程度のものである。
チューブ２０の内径は、接着剤を通すことができる大きさであればよく、例えば、１〜１５ｍｍの範囲にすることができ、好ましくは３〜１０ｍｍの範囲にすることができる。
チューブ２０の長さは、最大長さが中空糸膜束１０の直径と同じ長さのものであり、直径長さの２０〜１００％の長さ範囲から選択することができ、３０〜１００％の長さ範囲が好ましい。
チューブ２０は、図１（ｂ）に示すとおり、中空糸膜束１０の直径に沿って配置することが好ましい。

第１工程では、図１に示す実施形態に替えて、図２に示す実施形態にすることもできる。
第１工程では、図２（ａ）、（ｂ）に示すとおり、中空糸膜束１０の第１端部１１側において、合成樹脂からなる長いチューブ３０と短いチューブ３１の２本を配置することもできる。
長いチューブ３０と短いチューブ３１の長さ比は、長いチューブ３０の長さを１とすると、短いチューブ３１の長さは０．３〜０．７の範囲が好ましい。
長いチューブ３０と短いチューブ３１の２本を使用するときは、図２（ｃ）に示すとおり、長いチューブ３０が中空糸膜束１０の長さ方向の外側になり、短いチューブ３１が中空糸膜束１０の長さ方向の内側になるように配置する。

第１工程では、長さの異なる３本以上のチューブを使用することもできる。３本のチューブを使用するときは、長いチューブ、短いチューブ、それらの中間長さのチューブを組み合わせて使用することができる。
長いチューブ、中間長さのチューブ、短いチューブの長さ比は、長いチューブの長さを１とすると、中間長さのチューブ長さは０．５〜０．８、短いチューブの長さは０．３〜０．５の範囲が好ましい。
長いチューブ、中間長さのチューブ、短いチューブの３本を使用するときは、長いチューブが中空糸膜束１０の長さ方向の外側になり、短いチューブが中空糸膜束１０の長さ方向の内側になり、中間長さのチューブがそれらの間に位置するように配置することが好ましい。

第１工程では、中空糸膜束１０の第１端部１１と第２端部１２の両方またはいずれか一方において、合成樹脂からなる同じ長さのチューブを２本または３本以上配置することもできる。
複数本のチューブを使用するときは、中空糸膜束１０の長さ方向に重ねて配置する。

第２工程は、筒状のモジュールケース４０の少なくとも一端部側の開口部に対して、底板５１と接着剤注入口５３を有する外枠５２の組み合わせからなるポッティング容器５０を接続した後、前記チューブ２０が配置された端部側が前記ポッティング容器５０の底板５１に当接されるように中空糸膜束１０を収容する工程である。

ポッティング容器５０は、底板５１と、底板５１の周囲を囲む外枠５２の組み合わせからなるものである。
底板５１と外枠５２は、金属または合成樹脂からなるものを使用することができる。
底板５１は、モジュールケース４０の半径方向の断面積よりも十分に大きくなっている。
外枠５２は、短い筒形状のものであり、第１開口部５２ａが底板５１に当接されており、反対側の第２開口部５２ｂがモジュールケース４０の第１端開口部４１に外側から嵌め込まれている。
外枠５２の第１開口部５２ａと底板５１は、例えば底板５１に形成された環状溝内に外枠５２の第１開口部５２ａが嵌め込まれるようにされている。
外枠５２の第２開口部５２ｂとモジュールケース４０の第１端開口部４１は、互いの外径を調整することで圧入されるようになっているか、互いの接続部分においてねじ合わされるようになっている。
外枠５２の接着剤注入口５３は、外枠５２内に接着剤６０を注入するための外側注入口５３ａと、外側注入口５３ａから注入された接着剤６０が中空糸膜束１０の第１端部１１側に移行するための内側注入口５３ｂを有している。

第２工程では、図３または図４に示すように、中空糸膜束１０は１本または２本のチューブ２０が配置された第１端部１１側がポッティング容器５０の底板５１に当接されるように収容する。
なお、図３または図４は、モジュールケース４０を縦にした状態にしているが、モジュールケース４０内に中空糸膜束１０を収容するときは、モジュールケース４０は横にしたり、斜めにしたりすることもできる。
また、ポッティング容器５０を接続する前のモジュールケース４０に中空糸膜束１０を収容した後、チューブ２０を配置してもよいし、モジュールケース４０に外枠５２のみを接続して、そこに中空糸膜束１０を収容した後でチューブ２０を配置してもよい。
さらに第２工程では、チューブ２０の第１端開口部２０ａと外枠５２の内側注入口５３ｂの一部が接続されるように配置する。
内側注入口５３ｂの開口径（ｄ１）とチューブ２０の第１開口部の径（ｄ２）は、ｄ１＞ｄ２の関係を満たしている。
ｄ２／ｄ１は、０．１〜０．５が好ましく、０．２〜０．４がより好ましい。
第２工程では、内側注入口５３ｂの中心軸とチューブ２０の中心軸が一致するように接続することが好ましい。

第３工程は、ポッティング容器５０の外枠５２に形成された接着剤注入口５３から接着剤６０を注入する工程である。
第３工程では、必要量の全量の接着剤６０を注入することができるし、必要用の一部量の接着剤６０は次工程にて注入するようにしてもよい。
接着剤６０は、熱可塑性樹脂接着剤、熱硬化性樹脂接着剤、ゴム系接着剤などの公知の合成樹脂製の接着剤を使用することができるが、熱可塑性樹脂接着剤が好ましい。
接着剤６０は、幅広い粘度のものを使用することができるが、本発明では特に高粘度の接着剤６０を使用したときに優れた効果が得られるものであり、例えば、粘度が４００mPa・s以上の接着剤を使用することができ、好ましくは粘度が４００〜６００mPa・sの接着剤を使用することができる。粘度は、ＢＨ型粘度計を用い、液温が４５℃、ローターＮＯ．４、２０ｒ／ｍの測定条件により測定される数値である。

第４工程は、図５に示すとおり、第３工程において接着剤６０を注入した後、またはさらに接着剤６０を注入しながら、中空糸膜束１０の第１端部１０ａ側と筒状のモジュールケース４０を遠心接着法により固定する工程である。
第３工程と第４工程は、一つの工程として連続して実施することができる。

第４工程では、チューブ２０の第１端開口部２０ａと接続されていない接着剤注入口５３ｂと、チューブ２０の第２端開口部２０ｂの両方から接着剤６０を中空糸膜束１０の第１端部１１側に供給する。
接着剤注入口５３の開口径（ｄ１）とチューブ２０の第１端開口部の径（ｄ２）がｄ１＞ｄ２の関係を満たしているため、接着剤６０は内側注入口５３ｂとチューブ２０の両方から供給される。

遠心接着法（または遠心成型法）は公知であり、特開昭５２−３８７９７号公報の第５図など示された遠心接着法（遠心成型法）、特開昭５１−９３７８８号公報、特開昭６１−１７１５０３号公報、特開昭６１−１７１５０４号公報、実開平５−５１４３０号公報、特開平４−２５６４２２号公報、特開平９−２２５２６９号公報、特開平１１−３３３６５号公報、特開平１１−３３３６６号公報、特開平１１−１６５０４５号公報（図１など）に記載の方法などを使用することができる。
遠心接着時における回転数は、例えば粘度が４００〜６００mPa・sの接着剤を使用するとき、６００〜２０００ｒ／ｍが好ましい。
遠心接着時における温度は、例えば粘度が４００〜６００mPa・sの接着剤を使用するとき、３０〜７０℃が好ましい。

第４工程では、接着剤６０は内側注入口５３ｂとチューブ２０の両方から供給されるため、遠心接着時において接着剤６０が中空糸膜束１０の第１端部１１の全体に拡散し易くなっている。
このため、粘度の低い接着剤は勿論のこと、粘度の高い接着剤を使用した場合でも接着剤の拡散が容易になっている。
第４工程の終了時には、中空糸膜束１０の第１端部１１の全ての中空糸膜１０ａ同士が接着剤６０により一体化されていると共に、中空糸膜束１０の第１端部１１とモジュールケース４０の内壁面が固定されている。

第５工程は、図６に示すとおり、ポッティング容器５０を取り外す工程である。
チューブ２０は、接着剤６０により中空糸膜束１０の第１端部１１側に埋設された状態になっている。
その後、モジュールケース４０の第１開口部４１に沿う辺り（図６の矢印部分）にて、固化した接着剤６０と第１開口部４１から飛び出ている中空糸膜束１０を切断する。このとき、チューブ２０は切断された部分に含まれていることになる。
なお、モジュールケース４０の第１開口部４１から飛び出した状態の固化した接着剤６０は切断されるものであるため、ポッティング容器５０を取り外すときに固化した接着剤６０の一部が破壊されてもよい。
その後、モジュールケース４０の開口されている端部に液出入り口を有するキャップを接続して、中空糸膜モジュールを得ることができる。

実施例１
中空糸膜束として、次の３種類の膜を使用した。
ＦＵＳ１０２１：ダイセン・メンブレン・システムズ（株）製のポリエーテルスルホン膜，内径０．２１ｍｍ、外径０．３１ｍｍ
ＦＵＳ１０３１：ダイセン・メンブレン・システムズ（株）製のポリエーテルスルホン膜，内径０．３０ｍｍ、外径０．４８ｍｍ
ＦＵＳ１０４１：ダイセン・メンブレン・システムズ（株）製のポリエーテルスルホン膜，内径０．４０ｍｍ、外径０．６８ｍｍ
中空糸膜束の直径は約３７ｍｍ、長さは約２６０ｍｍであった。
チューブとして、外径４ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、長さ３７ｍｍのポリプロピレンからなるものを１本用意した。
モジュールケースとして、内径３７．５ｍｍ、外径４１ｍｍ、長さ２２８ｍｍの筒状モジュールケースを用意した。
ポッティング容器として、シリコンゴムからなる底板（縦１１４ｍｍ、横６５ｍｍ、厚さ３ｍｍ）、ポリプロピレンからなる外枠（接着剤注入口を除いた開口部の直径約３７．５ｍｍ）を用意した。
接着剤として、２液硬化型ポリウレタン接着剤（温度４５℃における粘度５００mPa・s）を用意した。
遠心接着装置として、遠心機、遠心ワーク、注入ポットからなる小型遠心接着装置を用意した。

（第１工程〜第３工程）
図１に示すように、中空糸膜束の一端部側に１本のチューブを直径に沿って配置した。
その後、図３（ａ）、（ｂ）に示すようにして中空糸膜束を配置した。
その後、遠心接着装置に取り付けた状態で、図５（ａ）、（ｂ）に示すようにして接着剤を注入した。

（第４工程〜第５工程）
その後、遠心接着装置を作動させ、遠心接着（１４００r/m，温度６０℃）を実施した。
その後、図６に示すようにポッティング容器を取り外した。
その後、モジュールケースから飛び出している中空糸膜束（チューブを含まない）と樹脂を切断して切断面を観察したところ、全ての中空糸膜が接着剤で一体化されており、さらに中空糸膜束がモジュールケースの内壁面に対して固定されていた。

本発明の固定方法は、各種中空糸膜を使用した中空糸膜モジュールの製造に利用できる。

１０ 中空糸膜束
１０ａ 中空糸膜
２０ チューブ
４０ モジュールケース
５０ ポッティング容器
５１ 底板
５２ 外枠
５３ 接着剤注入口

Claims (5)

1. 中空糸膜束の少なくとも一端部側に合成樹脂からなり、開口径ｄ２の第１端開口部と第２端開口部を有するチューブを配置する第１工程、
   筒状のモジュールケースの少なくとも一端部側の開口部に対して、底板と開口径ｄ１の接着剤注入口を有する外枠の組み合わせからなるポッティング容器を接続した後、前記チューブが配置された端部側が前記ポッティング容器の底板に当接されるように中空糸膜束を収容する第２工程、
   前記ポッティング容器の外枠の接着剤注入口から接着剤を注入する第３工程、
   第３工程において接着剤を注入した後、またはさらに接着剤を注入しながら、前記チューブが配置された中空糸膜束の端部側と前記筒状のモジュールケースを遠心接着法により固定する第４工程、
   前記ポッティング容器を取り外す第５工程を有している、中空糸膜束の端部を筒状のモジュールケースに固定する方法であって、
   前記第１工程において、前記チューブが、一部のみが露出され、残部が前記中空糸膜束で包囲されているか、または全部が前記中空糸膜束に埋設されており、
   前記第２工程において、チューブの第１端開口部の開口径ｄ２と接着剤注入口の開口径ｄ１がｄ１＞ｄ２の関係を満たしており、前記チューブの第１端開口部と前記ポッティング容器の接着剤注入口の一部が接続されるように配置し、第４工程の遠心接着法において、前記チューブの第１端開口部と接続されていない接着剤注入口と前記チューブの第２端開口部から接着剤を前記中空糸膜束の端部側に供給する、中空糸膜束の少なくとも一端部を筒状のモジュールケースに固定する方法。
2. 前記チューブの第１端開口部の開口径ｄ２と接着剤注入口の開口径ｄ１がｄ２／ｄ１＝０．１〜０．５であり、前記チューブを前記中空糸膜束の端部の直径に沿って配置する、請求項１記載の中空糸膜束の少なくとも一端部を筒状のモジュールケースに固定する方法。
3. 前記チューブが、異なる長さの複数本のチューブの組み合わせであり、長いチューブが前記中空糸膜束の長さ方向の外側になり、短いチューブが前記中空糸膜束の長さ方向の内側になるように中空糸膜束の端部側に配置する、請求項１または２記載の中空糸膜束の少なくとも一端部を筒状のモジュールケースに固定する方法。
4. 前記チューブが、同じ長さの複数本のチューブの組み合わせであり、前記中空糸膜束の長さ方向に重ねて配置する、請求項１または２記載の中空糸膜束の少なくとも一端部を筒状のモジュールケースに固定する方法。
5. 前記接着剤として、粘度４００〜６００mPa・s範囲のものを使用する、請求項１〜４のいずれか１項記載の中空糸膜束の少なくとも一端部を筒状のモジュールケースに固定する方法。

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