JPH11239718A - 中空糸膜モジュールの製造方法 - Google Patents

中空糸膜モジュールの製造方法

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JPH11239718A
JPH11239718A JP4361498A JP4361498A JPH11239718A JP H11239718 A JPH11239718 A JP H11239718A JP 4361498 A JP4361498 A JP 4361498A JP 4361498 A JP4361498 A JP 4361498A JP H11239718 A JPH11239718 A JP H11239718A
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JP
Japan
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hollow fiber
fiber membrane
filler
membrane module
membranes
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JP4361498A
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Masahide Taniguchi
雅英 谷口
Toshiji Onoe
利次 尾上
Masahiro Kihara
正浩 木原
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明においては、中空糸膜の片端が自由に揺
動する中空糸膜モジュールを容易に作製することを目的
とする。 【解決手段】複数の中空糸膜からなり、固定端部及び封
止された自由端部を有する中空糸膜モジュールの製造方
法であって、中空糸膜を開口した状態で接着固定し、中
空糸膜内の開口部に対し充填材を中空糸膜内に充填硬化
させ、その後、接着固定部分を除去することによって自
由端部とすることを特徴とする中空糸膜モジュールの製
造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、中空糸膜モジュー
ルの製造方法に関するものであり、詳しくは、複数の中
空糸膜の片方の端部を開口させ、もう片方の端部を封止
させた中空糸膜モジュールの製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、中空糸膜モジュールはスパイラル
型やチューブラー型モジュールと比べて、単位容積当た
りの有効膜面積が大きくとれ、精密濾過、限外濾過など
の水処理関係、窒素、酸素、水素等のガス分離関係、薬
品関係、バイオ関係など、非常に多くの分野で使用され
ている。
【0003】この中空糸膜をモジュール化するには、端
部で中空糸膜と中空糸膜の間、および中空糸膜とモジュ
ール容器の間を気密にシール(ポッティング)する必要
がある。これによって、中空糸膜の外部と内部を中空糸
膜自体によって隔離し、膜を通して分離処理を行うこと
ができる。
【0004】これまで、中空糸膜モジュールの構造とし
ては、中空糸膜の両端部をポッティングした後、両端か
ら開口する、例えば、特開平3−238027号公報、
実開平2−100636号公報、実開平3−15628
号公報、実開平3−59028号公報などに見られるよ
うな、「両端開口型」、実開平3−15629号公報な
どに見られるような、両端をポッティングした後に片方
だけを開口させる「片端開口型」、実開平3−5473
3号公報などに見られるような、中空糸膜をU字型にし
て中空糸膜端部を片方だけにして開口させる「U字型」
が採用されており、濾過方向としても中空糸膜の内側に
処理対象水を流す場合(内圧式)と外側に流す場合(外
圧式)がある。なお、「片端開口型」「U字型」は、中
空糸内側は出口しか存在せず、これらは、中空糸膜の外
側に処理対象水を供給し、中空糸膜内側から透過水を得
る方式(外圧式)になる。
【0005】ところで、膜による水処理技術は、最近に
なって中空糸膜モジュールを下水処理、排水処理など様
々な汚濁物質が含まれた処理対象水に展開されはじめて
おり、様々な処理対象水への適用が試みられている。と
くに、外圧式の場合は、処理対象水が汚れていても適用
できることから、今後の展開が非常に期待される方法で
ある。
【0006】しかし、現在、処理対象水によっては中空
糸膜に糸状のくずなどがからみつき中空糸膜モジュール
の性能が大きく低下するという問題が生じている。
【0007】本発明者らが性能低下したモジュールを調
査したところ、外圧式中空糸膜モジュールへのくずのか
らみつきは、内圧式の場合は、処理対象水の流れる下流
側のポッティング部分と「U字型」モジュールの中空糸
折り返し部(すなわち、U字部)によって生じることが
判明した。
【0008】そこで、かかる問題を解決するために、こ
のような状況に陥る可能性のある処理対象水に中空糸膜
を適用するにあたり、中空糸膜の片方の端部をポッティ
ングの後、開口させることによって透過水を得るととも
に、反対端部を中空糸膜1本単位で封止して1本1本が
自由に揺動できる状態とし、ポッティング部分から自由
端部の方へ処理対象水の流れを生じさせることによっ
て、くずのからみつきを防止する「くし型」中空糸膜モ
ジュールが、特公平7−83823号公報、特開平3−
242230号公報などにより提案されている。
【0009】ポッティングを行う方法としては、接着剤
を中空糸膜の間および内部へ浸透させるにあたり、静置
状態で行う方法「静置法」と遠心力を用いて浸透させる
方法「遠心法」が一般的な方法として挙げられる。これ
らの方法では、固定端部を形成させるために、中空糸膜
間のみに接着剤を浸透させることはできても、中空糸膜
内部に浸透させるためには、中空糸膜の間にも接着剤が
浸透してしまうために、本発明にかかる「くし型」モジ
ュールの自由端の中空糸膜1本ずつを独立して封止する
ことはできなかった。そのため、封止された自由端を形
成させるためには、1本ずつ封止しなければならないた
め、「くし型」モジュールの生産性を大きく低下させて
いた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解決しようとするものであり、中空糸膜の
片端が自由に揺動する中空糸膜モジュールを容易に作製
することが可能な中空糸膜モジュールの製造方法を提供
することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の本発明の目的は、
「複数の中空糸膜からなり、固定端部及び封止された自
由端部を有する中空糸膜モジュールの製造方法であっ
て、中空糸膜を開口した状態で接着固定し、中空糸膜内
の開口部に対し充填材を中空糸膜内に充填硬化させ、そ
の後、接着固定部分を除去することによって自由端部と
することを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法」
により基本的に達成される。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明についてさらに詳し
く説明する。
【0013】すなわち、本発明は、「くし型」モジュー
ルの封止された自由端を作製するにあたり、まず、固定
端部と同様のポッティングを行って開口した固定部分を
形成させ、その後、中空糸膜の内部に充填材を導入させ
ることによって中空糸膜の間に充填材がしみこむことな
く、中空糸膜1本1本に充填材を送り込むことができる
ようになる。その上で、固定部分を除去するものであ
る。このようにすることにより、中空糸膜1本ずつを独
立して封止することが容易に可能となる。なお、中空糸
膜のもう片方の固定端部は従来より行っているポッティ
ング法によりポッティングを行った後、開口させればよ
い。
【0014】具体的には、図11に例示するように、ま
ず、固定端部となる側の中空糸膜端部を接着剤などを用
いて目止め部8を形成させた後、中空糸膜端部を閉じた
状態とし、中空糸膜内部に接着剤が浸入しないようにし
た上で、中空糸膜間にポッティング材を注入,硬化後、
端面を切除して中空糸膜端部を開口させるものである。
【0015】本発明を適用した中空糸膜モジュールの外
観と中空糸膜自由端部の封止された部分の形状を図1、
図2に示す。
【0016】図1、図2において、1は中空糸膜、2は
ポッティング部、3は集水部、4は中空糸膜封止部であ
る。
【0017】ここで、中空糸膜の片方の端部を封止して
自由端部にする方法を順に説明する。まず、自由端部と
する中空糸膜部分を固定端部と同じように、ポッティン
グした後、開口させる。つづいて、この状態の中空糸膜
束に未硬化の充填材を満たした上で硬化させる。ここ
で、充填材を中空糸膜束に入れる方法は、特に限定され
るものではないが、次にあげる3通りの方法を中空糸膜
や充填材の種類に応じて使い分けると好ましい。
【0018】まず第一の方法は、図3に例を示す。ここ
では、集水ノズル5に中空糸膜1を固定させ、開口した
状態で、ポッティング部2が接続された状態で、充填材
6を中空糸膜端面に接触させて、充填材の液位を適当に
調節し、充填材を中空糸膜内に浸入させるものである。
この後、図4に示すように、端部を切除することで封止
された自由端部を得ることができる。この方法は、中空
糸膜の内径が小さい場合は、毛管吸引力(表面張力によ
り中空糸膜内に充填材が浸み上がる現象)も作用するた
め、その分も考慮して充填材の液位を決定する必要があ
る。毛管吸引力を利用した場合、充填材の液位を低くす
ることができるので、使用する充填材を少なくすること
ができるとともに、図4に示すように、後の接着固定部
分除去が容易になるため、なるべく毛管吸引力の高い充
填材を用いることが好ましい。
【0019】この点に関し、本発明者らが鋭意検討を行
った結果、中空糸膜内径に関しては、3mm以下の場合
に、ある程度の効果が得られ、特に、1mm以下の内径
になると大きな効果になるという結果が得られた。充填
材粘度に関しては、硬化前の状態で、粘度500cp以
下の充填材を用いることが好ましく、さらに好ましく
は、粘度250cp以下にすることによって充填材の液
位を接着固定部分より下にしても十分に充填材を導入さ
せることが可能になり、先に図4で示したような容易な
接着固定部除去が可能となる。
【0020】第2の方法は、第一の方法同様に中空糸膜
端部を充填材に浸漬した上で、遠心力を与え、充填材を
中空糸膜内に導入する方法である。この方法を採れば、
粘度の高い充填材を用いても充填材を中空糸膜内に導入
することが可能となるとともに、図5に示すように、充
填材の液位が中空糸膜内部と外部で等しくなるため、中
空糸膜内部へ導入する量を正確に定めることが容易にな
る。ただし、この方法に関しても、充填材の粘度が高い
と中空糸膜内部への浸入が困難になる。本発明者らの検
討の結果、内径3mm以下の中空糸膜の場合、粘度10
00cp以下にすると十分な浸透性が得られるという結
論に達した。
【0021】ここで、遠心力を与える方法としては、特
に限定されるものではないが、例えば、遠心分離器に代
表されるような回転力によって中空糸膜モジュールに遠
心力を付与する方法があげられる。
【0022】なお、第1の方法と第2の方法では、必ず
しも固定端部のポッティングを自由端部の封止よりも先
に行う必要があるわけではなく、どちらを先に行っても
問題はないが、中空糸膜の両端部とも固定端部を形成さ
せなければならないことを考慮すると、先に、両端部の
固定端部を形成させた上で、片方の端部に充填材を導入
させて自由端部を形成させる方法を採る方が合理的であ
る。
【0023】第3の方法は、中空糸膜内部を減圧して充
填材を吸い上げる方法である。これは、図6に示すよう
に、中空糸膜の反対端部である固定端部を先に作製して
おいて吸引減圧する方法を採ることができる。
【0024】ところで、本発明において対象となる中空
糸膜としては、均質中空糸膜、多孔質中空糸膜、複合中
空糸膜などが挙げられるが、特に限定はない。これらの
中空糸膜の具体例として、ポリアクリロニトリル多孔質
中空糸膜、ポリイミド多孔質中空糸膜、ポリエーテルス
ルホン多孔質中空糸膜、ポリフェニレンスルフィドスル
ホン多孔質中空糸膜、ポリテトラフルオロエチレン多孔
質中空糸膜、ポリプロピレン多孔質中空糸膜、ポリエチ
レン多孔質中空糸膜などの多孔質中空糸膜や、これら多
孔質中空糸膜に機能層としては架橋型シリコーン、ポリ
ブタジエン、ポリアクリロニトリルブタジエン、エチレ
ンプロピレンラバー、ネオプレンゴム等のゴム状高分子
を複合化した複合中空糸膜や架橋型シリコーンチューブ
などの均質中空糸膜を挙げることができる。
【0025】また、中空糸膜の内径、外径としても特に
制限されるものではなく、1mm以下の内径を有するも
のから数mm以上の内径を有するものでも適用可能であ
る。前述したが、本発明を適用するのに、内径が大きな
中空糸膜は毛管吸引力の利用が難しい他は、容易に適用
可能であり、充填材の粘度も広範囲のものを使用するこ
とができる。内径が小さくなると、毛管吸引力の利用が
可能になってくるため、効率よく充填材を浸透させるこ
とができるようになるが、充填材の粘度を小さくする必
要が生じる。
【0026】本発明に用いる充填材は、特に限定される
ものでなく、各種接着剤、シール材、充填材、ポリマ等
を使用することが可能である。硬化させる手段として
も、二液混合反応、紫外線硬化、加熱硬化、溶媒抽出な
ど特に限定されない。ただし、中空糸膜自体に悪影響を
及ぼさないようにすることは必要不可欠である。
【0027】ポッティング材及び充填材として用いるこ
とができる接着剤としては、エポキシ系接着剤、ウレタ
ン系接着剤などがあげられるが、中空糸膜の端部で中空
糸膜と一体となることから、硬化後の充填材の硬度が中
空糸膜に比べてあまり大きいと充填材の中空糸の海面で
亀裂を生じやすくなるため、その点からすると、硬化後
の硬度があまり高くないウレタン系接着剤が好ましい。
【0028】また、充填材として用いる場合は、その目
的からして強度はあまり要求されないため、シリコー
ン、ブチルゴム、ニトリルゴム、SBRをはじめとする
各種シール材を用いることも可能である。また、各種ポ
リマを充填させる場合は、モノマーを中空糸膜内で重合
させる方法や、溶媒に溶かした液を中空糸膜内で脱溶媒
させる方法などがあげられる。重合させる場合は、重合
度によって硬化後の硬度を制御できるため、中空糸膜の
種類によって最適化することが可能である。
【0029】
【実施例】以下実施例をもってもって本発明をさらに具
体的に説明する。ただし、本発明はこれにより限定され
るものではない。
【0030】実施例1 ポリアクリロニトリルを素材とする平均細孔径0.01
μm、外径450μm、内径350μmの多幸質中空糸
膜800本を束ねた中空糸膜を内径34mm、長さ22
0mmのポリスチレン製の容器に挿入して、中空糸端部
のポッティング部分にポッティング材が入り目詰まりを
起こさないように、コロネート4403、ニッポラン4
226(日本ポリウレタン社製)により目止め接着し
た。
【0031】次に、コロネート4403、KN−213
(日本ポリウレタン社製)を用いてポッティングを行っ
た後、ポッティング固定部を切断し、図7に示すように
中空糸膜両端部を開口させた。このモジュールの片方の
端部を、中空糸膜自由端の充填材としてKC−152、
KN241(日本ポリウレタン製)に浸漬し、室温にて
5時間静置した。さらに、KC−152、KN−241
を浸漬した端部を図8に示すように切除した後、反対の
開口させたポッティング部分に集水具を取り付け、図9
に示すような中空糸膜有効長さ190mmのモジュール
を製作した。得られたモジュールは、漏れもなく、これ
まで通り良好な濾過性能を発揮した。
【0032】実施例2 中空糸膜自由端の充填材としてコロネート4403、K
N−213(日本ポリウレタン製)を用いて図10のよ
うに10Gの遠心力をかける他は実施例1と同様のモジ
ュールを作製した。得られたモジュールは、漏れもな
く、これまで通り良好な濾過性能を発揮した。
【0033】
【発明の効果】本発明において、複数の中空糸膜からな
り、固定端部及び封止された自由端部を有する中空糸膜
モジュールの製造方法であって、中空糸膜を開口した状
態で接着固定し、中空糸膜内の開口部に対し充填材を中
空糸膜内に充填硬化させ、その後、接着固定部分を除去
することによって自由端部とすることを特徴とする中空
糸膜モジュールの製造方法により、下水処理、排水処理
など様々な汚濁物質が含まれた処理対象水に適した中空
糸膜モジュールを容易に作製することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る、中空糸膜モジュールの一例の外
観図である。
【図2】本発明に係る、中空糸膜モジュールの一例の中
空糸膜の自由端部分の外観図である。
【図3】本発明に係る、中空糸膜モジュールの製造方法
の一例の側断面図である。
【図4】本発明に係る、毛管吸引力を利用した場合の中
空糸膜モジュールの製造方法の一例の側断面図である。
【図5】本発明に係る、遠心力を利用した場合の中空糸
膜モジュールの製造方法の一例の側断面図である。
【図6】本発明に係る、中空糸膜内部を吸引減圧した場
合の中空糸膜モジュールの製造方法の一例の側断面図で
ある。
【図7】本発明に係る、中空糸膜モジュールの製造方法
の実施例における過程の側断面図である。
【図8】本発明に係る、中空糸膜モジュールの製造方法
の実施例の側断面図である。
【図9】本発明に係る、中空糸膜モジュールの製造方法
によって製作した中空糸膜モジュールの実施例の側断面
図である。
【図10】本発明に係る、中空糸膜モジュールの製造方
法の実施例の側断面図である。
【図11】本発明に係る、中空糸膜モジュールの固定端
部の製造方法の一例を示す側断面図である。
【符号の説明】
1:中空糸膜 2:ポッティング部 3:集水部 4:中空糸膜封止部 5:集水ノズル 6:充填材 7:筒体 8:目止め部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の中空糸膜からなり、固定端部及び封
    止された自由端部を有する中空糸膜モジュールの製造方
    法であって、中空糸膜を開口した状態で接着固定し、中
    空糸膜内の開口部に対し充填材を中空糸膜内に充填硬化
    させ、その後、接着固定部分を除去することによって自
    由端部とすることを特徴とする中空糸膜モジュールの製
    造方法。
  2. 【請求項2】該充填材を中空糸膜内に充填させるにあた
    り、遠心力を利用することを特徴とする請求項1記載の
    中空糸膜モジュールの製造方法。
  3. 【請求項3】中空糸膜の平均内径が3mm以下で、か
    つ、硬化前の充填材の粘度が1000cp以下であるこ
    とを特徴とする請求項2に記載の中空糸膜モジュールの
    製造方法。
  4. 【請求項4】該充填材を中空糸膜内に充填させるにあた
    り、毛管吸引力を利用することを特徴とする請求項1記
    載の中空糸膜モジュールの製造方法。
  5. 【請求項5】中空糸膜の平均内径が3mm以下で、か
    つ、硬化前の充填材の粘度が500cp以下であること
    を特徴とする請求項4に記載の中空糸膜モジュールの製
    造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010064041A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Mitsubishi Rayon Eng Co Ltd 中空糸膜モジュールの製造方法
JP2010234308A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Asahi Kasei Kuraray Medical Co Ltd 目止め用治具及び流体処理器の製造方法
US7988855B2 (en) 2003-10-21 2011-08-02 Zenon Technology Partnership Membrane bioreactor having single header membrane module

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