KR20170101212A - 분리막 엘리먼트 - Google Patents

Abstract

본 발명의 분리막 엘리먼트는 공급측의 면과 투과측의 면을 갖고, 투과측의 면끼리가 마주보도록 배치됨으로써 분리막 쌍을 형성하는 분리막과, 분리막의 투과측의 면 사이에 설치되는 투과측 유로재를 구비하고, 투과측 유로재는 시트와 해당 시트 위에 설치된 복수의 돌기물을 구비하고, 시트는 표면에 개공부를 갖는 다공질 시트이고, 또한 그 표면에 밀용착부와, 조용착부 및 비용착부를 갖고, 돌기물은 수지를 함유하고, 해당 수지의 일부가 시트의 개공부에 함침하고 있다.

Description

분리막 엘리먼트 {SEPARATION MEMBRANE ELEMENT}

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

해수 및 함수 등에 포함되는 이온성 물질을 제거하기 위한 기술에 있어서는, 최근, 에너지 절약 및 자원 절약을 위한 프로세스로서, 분리막 엘리먼트에 의한 분리법의 이용이 확대되고 있다. 분리막 엘리먼트에 의한 분리법에 사용되는 분리막은, 그 구멍 직경이나 분리 기능의 점에서, 정밀 여과막, 한외 여과막, 나노 여과막, 역침투막, 정침투막으로 분류된다. 이들 막은, 예를 들어 해수, 함수 및 유해물을 포함한 물 등으로의 음료수의 제조, 공업용 초순수의 제조, 그리고 배수 처리 및 유가물의 회수 등에 사용되고 있고, 목적으로 하는 분리 성분 및 분리 성능에 의해 구분지어 사용되고 있다.

분리막 엘리먼트로서는 다양한 형태가 있지만, 분리막의 한쪽 면에 원수를 공급하고, 다른 쪽의 면으로부터 투과 유체를 얻는 점에서는 공통되어 있다. 분리막 엘리먼트는 묶음으로 된 다수의 분리막을 구비함으로써, 1개의 분리막 엘리먼트당의 막 면적이 커지도록, 즉 1개의 분리막 엘리먼트당에 얻어지는 투과 유체의 양이 커지도록 형성되어 있다. 분리막 엘리먼트로서는, 용도나 목적에 맞추어, 스파이럴형, 중공사형, 플레이트ㆍ앤드ㆍ프레임형, 회전 평막형, 평막 집적형 등의 각종 형상이 제안되고 있다.

예를 들어, 역침투 여과에는 스파이럴형 분리막 엘리먼트가 널리 사용된다. 스파이럴형 분리막 엘리먼트는 중심관과, 중심관의 주위에 감긴 적층체를 구비한다. 적층체는 원수(즉, 피처리수)를 분리막 표면으로 공급하는 공급측 유로재, 원수에 포함되는 성분을 분리하는 분리막 및 분리막을 투과하여 공급측 유체로부터 분리된 투과측 유체를 중심관으로 유도하기 위한 투과측 유로재가 적층됨으로써 형성된다. 스파이럴형 분리막 엘리먼트는 원수에 압력을 부여할 수 있으므로, 투과 유체를 많이 취출할 수 있는 점에서 바람직하게 사용되고 있다.

스파이럴형 분리막 엘리먼트로는 일반적으로, 공급측 유체의 유로를 형성시키기 위해, 공급측 유로재로서, 주로 고분자제의 네트가 사용된다. 또한, 분리막으로서, 적층형의 분리막이 사용된다. 적층형의 분리막은 공급측으로부터 투과측에 적층된, 폴리아미드 등의 가교 고분자를 포함하는 분리 기능층, 폴리술폰 등의 고분자를 포함하는 다공성 수지층(다공성 지지층), 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 고분자를 포함하는 부직포의 기재를 구비하고 있다. 또한, 투과측 유로재로서는, 분리막의 하강을 방지하고, 또한 투과측의 유로를 형성시킬 목적으로, 공급측 유로재보다도 간격이 미세한 트리코트라고 불리는 편물 부재가 사용된다.

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

구체적으로는, 특허문헌 1에서는 투과측 유로재로서, 요철 부형된 시트를 구비하는 분리막 엘리먼트가 제안되고 있다. 특허문헌 2에서는 분리막 위에 배치된 베인이라고 칭해지는 엘라스토머로 구성되는 유로재에 의해, 네트 등의 공급측 유로재나 트리코트 등의 투과측 유로재를 필요로 하지 않는 분리막 엘리먼트가 제안되고 있다. 또한, 특허문헌 3에서는 실을 부직포 위에 배치한 유로재를 구비한 분리막 엘리먼트가 제안되고 있다.

일본 특허 공개 2006-247453호 공보 일본 특허 공표 제2012-518538호 공보 미국 특허 출원 공개 제2012-0261333호 명세서

그러나, 상기한 분리막 엘리먼트는 분리 성능, 특히 장기간에 걸쳐 운전을 행하였을 때의 안정 성능의 점에서는 충분하다고는 할 수 없다.

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

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 공급측의 면과 투과측의 면을 갖고, 투과측의 면끼리가 마주보도록 배치됨으로써 분리막 쌍을 형성하는 분리막과, 상기 분리막의 상기 투과측의 면 사이에 설치되는 투과측 유로재를 구비하고, 상기 투과측 유로재는 시트와 해당 시트 위에 설치된 복수의 돌기물을 구비하고, 상기 시트는 표면에 개공부를 갖는 다공질 시트이고, 또한 그의 표면에 밀용착부와, 조용착부 및 비용착부를 갖고, 상기 돌기물은 수지를 함유하고, 해당 수지의 일부가 상기 시트의 상기 개공부에 함침하고 있는 분리막 엘리먼트가 제공된다.

또한, 본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 시트의 표면에 있어서의 밀용착률이 5% 이상 50% 이하인 분리막 엘리먼트가 제공된다.

또한, 본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 비용착부에 있어서의 표면 개공률이 15% 이상 70% 이하인 분리막 엘리먼트가 제공된다.

또한, 본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 시트 표면의 100㎟당에 존재하는 상기 개공부 중, 구멍 직경 150㎛ 이상 200㎛ 이하의 것이 30개 이상인 분리막 엘리먼트가 제공된다.

또한, 본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 시트 표면의 면의 산술 평균 높이가 3㎛ 이상 10㎛ 이하인 분리막 엘리먼트가 제공된다.

또한, 본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 시트 표면에 있어서의 용착부가 무늬를 구성하는 분리막 엘리먼트가 제공된다.

본 발명에 의해, 고효율이고 또한 안정된 투과측 유로를 형성할 수 있고, 분리 성분의 제거 성능과 높은 투과 성능을 갖는 고성능, 고효율의 분리막 엘리먼트를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 분리막 엘리먼트에 있어서의 분리막과 투과측 유로재의 구성을 설명하는 개략 구성도이다.
도 2는 막 리프의 일 형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3은 분리막의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 투과측 유로재를 막 리프에 배치하는 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 시트의 길이 방향(제2 방향)에 있어서 연속적으로 설치된 돌기물을 구비하는 투과측 유로재를 나타내는 평면도이다.
도 6은 시트의 길이 방향(제2 방향)에 있어서 불연속적으로 설치된 돌기물을 구비하는 투과측 유로재를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 5 및 도 6의 분리막의 A-A선 단면도이다.
도 8은 분리막 엘리먼트의 일 형태를 나타내는 전개 사시도이다.
도 9는 투과측 유로재의 단면 모식도이다.
도 10은 분리막 엘리먼트의 제1 형태를 나타내는 일부 전개 사시도이다.
도 11은 분리막 엘리먼트의 제2 형태를 나타내는 일부 전개 사시도이다.
도 12는 분리막 엘리먼트의 제3 형태를 나타내는 일부 전개 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시의 일 형태에 대하여, 상세하게 설명한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 「질량」은 「중량」을 의미하는 것으로 한다.

본 발명의 분리막 엘리먼트는, 도 1에 나타낸 바와 같이 공급측의 면(21)과 투과측의 면(22)을 갖고, 투과측의 면(22)끼리가 마주보도록 배치됨으로써 분리막 쌍(1)을 형성하는 분리막(2)과, 해당 분리막(2)의 투과측의 면(22) 사이에 설치되는 투과측 유로재(31)를 구비하는 것이다. 투과측 유로재(31)는 시트(302)와 해당 시트(302) 위에 설치된 복수의 돌기물(301)을 구비하고 있다. 시트(302)는 표면에 개공부를 갖는 다공질 시트이고, 적어도 그의 표면에는 밀용착부(303)와, 조용착부(304) 및 비용착부(305)를 갖고 있다. 돌기물(301)은 수지를 함유하고, 수지의 일부가 시트의 개공부에 함침하고 있다.

〔1. 분리막〕

(1-1) 분리막의 개요

분리막이란, 분리막 표면에 공급되는 유체 중의 성분을 분리하고, 분리막을 투과한 투과 유체를 얻을 수 있는 막이다. 분리막은 유로를 형성하도록 엠보스 가공이나 수지 등이 배치된 것도 포함할 수 있다. 또한, 분리막은 유로를 형성할 수 없고 분리 기능만을 발현하는 것이어도 된다.

이와 같은 분리막의 예로서, 본 발명의 분리막의 실시 형태의 일례를 포함하는 막 리프의 개략 구성도를 도 2에 나타낸다. 막 리프(4)(본 명세서에 있어서, 간단히 「리프」라고 칭하는 경우가 있음)는 복수의 분리막(2)(2a, 2b)을 포함한다. 분리막(2a)은 공급측의 면(21a)과 투과측의 면(22a)을 갖고, 분리막(2b)은 공급측의 면(21b)과 투과측의 면(22b)을 갖고 있다. 겹쳐진 2매의 분리막(2a, 2b)은 한쪽의 분리막(2a)의 공급측의 면(21a)과, 다른 쪽의 분리막(2b)의 공급측의 면(21b)이, 도시하지 않은 공급측 유로재를 사이에 끼우고, 서로 대향하도록 배치된다. 막 리프(4)에 있어서, 서로 대향하는 분리막의 공급측의 면 사이에는 공급측 유로가 형성된다. 막 리프(4)는 복수의 분리막(2)이 겹쳐져 구성되어도 되고, 1매의 분리막이 공급측의 면(21)이 대향하도록 절곡되어 구성되어도 된다.

또한, 도시는 하지 않지만, 또한 그 분리막(2a, 2b) 위에 겹쳐지는 다른 분리막은 그 분리막의 투과측의 면이, 분리막(2a, 2b)의 투과측의 면(22a, 22b)에 대향하도록 배치된다.

본 명세서에 있어서, 분리막의 「공급측의 면」이란, 분리막의 2개의 면 중, 원수가 공급되는 측의 표면을 의미한다. 「투과측의 면」이란, 그 반대측에서, 분리막을 투과한 투과 유체가 배출되는 측의 표면을 의미한다. 후술하는 바와 같이 분리막(2)이, 도 3에 나타낸 바와 같이 기재(201), 다공성 지지층(202) 및 분리 기능층(203)을 구비하는 경우는, 일반적으로 분리 기능층(203)측의 면이 공급측의 면(21)이고, 기재(201)측의 면이 투과측의 면(22)이다.

또한, 도 2, 도 5 내지 도 9에 x축, y축, z축의 방향축을 나타낸다. x축을 제1 방향, y축을 제2 방향이라고 칭하는 경우가 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 분리막(2)은 직사각형이고, 제1 방향 및 제2 방향은 분리막(2)의 외측 모서리에 평행하다. 제1 방향을 폭 방향이라고 칭하고, 제2 방향을 길이 방향이라고 칭하는 경우가 있다. 또한 도 2 중, 제1 방향(폭 방향)을 CD의 화살표로 나타내고, 제2 방향(길이 방향)을 MD의 화살표로 나타낸다.

(1-2) 분리막

<개요>

분리막으로서는, 사용 방법, 목적 등에 따른 분리 성능을 갖는 막이 사용된다. 분리막은 단일층에 의해 형성되어 있어도 되고, 분리 기능층과 기재를 구비하는 복합막이어도 된다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 바와 같이, 복합막에 있어서는, 기재(201)와 분리 기능층(203) 사이에 다공성 지지층(202)이 설치되고, 이들 기재(201), 다공성 지지층(202) 및 분리 기능층(203)의 적층체로서 구성되어 있어도 된다.

<분리 기능층>

분리 기능층의 두께는 구체적인 수치로 한정되지 않지만, 분리 성능과 투과 성능의 점에서 5㎚ 이상 3000㎚ 이하인 것이 바람직하다. 특히 역침투막, 정침투막, 나노 여과막에서는 5㎚ 이상 300㎚ 이하인 것이 바람직하다.

분리 기능층의 두께는 통상의 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 주름의 단면 관찰에 의해 주름의 두께를 측정하고, 주름의 수를 20개 측정하고, 그의 평균으로부터 구할 수 있다.

분리 기능층은 분리 기능 및 지지 기능의 양쪽을 갖는 층이어도 되고, 분리 기능만을 구비하고 있어도 된다. 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, 통상 50질량% 이상, 바람직하게는 70질량% 이상, 보다 바람직하게는 80질량% 이상, 더욱 바람직하게는 90질량% 이상, 특히 바람직하게는 95질량% 이상인 경우를 의미한다. 또한, Y에 해당하는 복수의 성분이 존재하는 경우는, 그들 복수의 성분의 합계량이, 상술한 범위를 만족시키면 된다.

한편, 다공성 지지층으로 지지되는 분리 기능층으로서는, 구멍 직경 제어가 용이하고, 또한 내구성이 우수하다는 점에서 가교 고분자가 바람직하게 사용된다. 특히, 원수 중의 성분의 분리 성능이 우수하다는 점에서, 다관능 아민과 다관능 산할로겐화물을 중축합시켜 이루어지는 폴리아미드 분리 기능층, 유기-무기 하이브리드 기능층 등이 적합하게 사용된다. 이들 분리 기능층은 다공성 지지층 위에서 단량체를 중축합함으로써 형성 가능하다.

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

또한, 분리 기능층은 Si 원소 등을 갖는 유기-무기 하이브리드 구조를 가져도 된다. 유기-무기 하이브리드 구조를 갖는 분리 기능층은, 예를 들어 이하의 화합물 (A), (B)를 함유할 수 있다:

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

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

구체적으로는, 분리 기능층은 화합물 (A)의 가수분해성기의 축합물, 그리고 화합물 (A) 및/또는 (B)의 에틸렌성 불포화기의 중합물을 함유해도 된다. 즉, 분리 기능층은,

ㆍ 화합물 (A)만이 축합 및/또는 중합함으로써 형성된 중합물,

ㆍ 화합물 (B)만이 중합하여 형성된 중합물, 그리고

ㆍ 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 공중합물 중에서, 화합물 (A)는 가수분해성기를 통해 축합하고 있어도 된다.

유기-무기 하이브리드 구조는 공지의 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, 플라스마 조사를 행하면 된다. 중합 속도를 빠르게 할 목적으로 분리 기능층 형성 시에 중합 개시제, 중합 촉진제 등을 첨가할 수 있다.

또한, 어떤 분리 기능층에 대해서도, 사용 전에, 예를 들어 알코올 함유 수용액, 알칼리 수용액에 의해 막의 표면을 친수화시켜도 된다.

<다공성 지지층>

다공성 지지층은 분리 기능층을 지지하는 층이고, 다공성 수지층으로도 바꿔 말할 수 있다.

다공성 지지층에 사용되는 재료나 그의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 다공성 수지에 의해 기판 위에 형성되어도 된다. 다공성 지지층으로서는, 폴리술폰, 아세트산셀룰로오스, 폴리염화비닐, 에폭시 수지 혹은 그들을 혼합, 적층한 것이 사용된다. 그 중에서도, 화학적, 기계적, 열적으로 안정성이 높고, 구멍 직경을 제어하기 쉬운 폴리술폰을 사용하는 것이 바람직하다.

다공성 지지층은 분리막에 기계적 강도를 부여하고, 또한 이온 등의 분자 사이즈의 작은 성분에 대하여 분리 기능층과 같은 분리 성능을 갖지 않는다. 다공성 지지층이 갖는 구멍의 사이즈 및 구멍의 분포는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 다공성 지지층은 균일하고 미세한 구멍을 가져도 되고, 혹은 분리 기능층이 형성되는 측의 표면으로부터 다른 한쪽의 면(기재측)에 걸쳐서 직경이 천천히 커지는 구멍 직경의 분포를 가져도 된다.

또한, 어떤 경우라도, 분리 기능층이 형성되는 측의 표면에서 원자간력 현미경 또는 전자 현미경 등을 사용하여 측정된 세공의 투영 면적 원 상당 직경은 1㎚ 이상 100㎚ 이하인 것이 바람직하다. 특히 계면 중합 반응성 및 분리 기능층의 유지성의 점에서, 다공성 지지층에 있어서 분리 기능층이 형성되는 측의 표면에 있어서의 구멍은 3㎚ 이상 50㎚ 이하의 투영 면적 원 상당 직경을 갖는 것이 바람직하다.

다공성 지지층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 분리막에 강도를 부여하기 위한 것 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, 원자간력 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 사염화루테늄, 바람직하게는 사염화루테늄을 얇게 코팅하여 3㎸ 내지 6㎸의 가속 전압으로, 고분해능 전계 방사형 주사 전자 현미경(UHR-FE-SEM)으로 관찰한다. 고분해능 전계 방사형 주사 전자 현미경은 가부시키가이샤 히다치 세이사쿠쇼제 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 및 구멍 직경은 평균값이고, 다공성 지지층의 두께는 단면 관찰에서 두께 방향에 직교하는 방향으로 20㎛ 간격으로 측정하고, 20점의 두께를 측정한 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 폴리술폰의 N,N-디메틸포름아미드(이후, DMF라고 기재함) 용액을, 후술하는 기재, 예를 들어 밀하게 짠 폴리에스테르 천 혹은 부직포 위에 일정한 두께로 주형하고, 그것을 수중에서 습식 응고시킴으로써 제조할 수 있다.

다공성 지지층은 "오피스 오브 세이 린 워터 리서치 앤드 디벨럽먼트 프로그레스 리포트" No.359(1968)에 기재된 방법에 따라 형성할 수 있다. 또한, 원하는 형태를 얻기 위해, 중합체 농도, 용매의 온도, 빈용매는 조정 가능하다.

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

<기재>

분리막의 강도, 치수 안정성 등의 관점에서, 분리막은 기재를 가질 수 있다. 기재로서는, 강도, 요철 형성능 및 유체 투과성의 점에서 섬유상 기재를 사용하는 것이 바람직하다.

기재로서는, 장섬유 부직포 및 단섬유 부직포 모두 바람직하게 사용할 수 있다. 특히, 장섬유 부직포는 우수한 제막성을 가지므로, 고분자 중합체의 용액을 유연했을 때에, 그 용액이 과침투에 의해 뒤배임되는 것, 분리막이 다공성 지지층을 구비하는 경우는 그 다공성 지지층이 박리되는 것, 나아가 기재의 보풀 등에 의해 막이 불균일화되는 것 및 핀 홀 등의 결점이 발생하는 것 등을 억제할 수 있다. 또한, 기재가 열가소성 연속 필라멘트로 구성되는 장섬유 부직포를 포함함으로써, 단섬유 부직포에 비해, 고분자 용액 유연 시에 섬유의 보풀에 의해 일어나는 막의 불균일화 및 막 결점의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 분리막은 연속 제막될 때에, 제막 방향에 대하여 장력이 가해지므로, 치수 안정성이 우수한 장섬유 부직포를 기재로서 사용하는 것이 바람직하다.

장섬유 부직포는 성형성, 강도의 점에서, 다공성 지지층과는 반대측의 표층에 있어서의 섬유가, 다공성 지지층측의 표층의 섬유보다도 종배향인 것이 바람직하다. 그와 같은 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° 이상 25° 이하인 것이 바람직하고, 또한 다공성 지지층측의 표층에 있어서의 섬유 배향도와의 배향도차가 10° 이상 90° 이하인 것이 바람직하다.

분리막의 제조 공정이나 분리막 엘리먼트의 제조 공정에 있어서는 가열하는 공정이 포함되지만, 가열에 의해 다공성 지지층 또는 분리 기능층이 수축하는 현상이 일어나는 경우가 있다. 특히 연속 제막에 있어서 장력이 부여되어 있지 않은 폭 방향에 있어서, 수축은 현저하다. 수축함으로써, 치수 안정성 등에 문제가 발생하기 때문에, 기재로서는 열 치수 변화율이 작은 것이 요망된다. 기재에 있어서, 다공성 지지층과는 반대측의 표층에 있어서의 섬유 배향도와 다공성 지지층측의 표층에 있어서의 섬유 배향도의 차가 10° 이상 90° 이하이면, 열에 의한 폭 방향의 변화를 억제할 수도 있어, 바람직하다.

여기서, 섬유 배향도란, 다공성 지지층이 고정되는 기재의 섬유의 방향을 나타내는 지표이다. 구체적으로는, 섬유 배향도란, 연속 제막을 행할 때의 제막 방향, 즉 기재의 길이 방향과, 해당 기재를 구성하는 섬유의 길이 방향 사이의 각도의 평균값이다. 즉, 섬유의 길이 방향이 제막 방향과 평행이면, 섬유 배향도는 0°이다. 또한, 섬유의 길이 방향이 제막 방향에 직각이면, 즉 기재의 폭 방향에 평행이면, 그 섬유의 배향도는 90°이다. 따라서, 섬유 배향도가 0°에 가까울수록 종배향이고, 90°에 가까울수록 횡배향인 것을 나타낸다.

섬유 배향도는 이하와 같이 측정된다. 먼저, 기재로부터 랜덤하게 소편 샘플 10개를 채취한다. 이어서, 그 샘플의 표면을 주사형 전자 현미경으로 100 내지 1000배로 촬영한다. 촬영상 중에서, 각 샘플당 10개의 섬유를 선택하고, 기재의 길이 방향을 0°로 했을 때의 섬유의 길이 방향의 각도를 측정한다. 여기서, 기재의 길이 방향이란, 기재 제조 시의 "Machine direction"을 가리킨다. 또한, 기재의 길이 방향은 다공성 지지층의 제막 방향 및 도 2, 도 8의 MD 방향에 일치한다. 도 2, 도 8의 CD 방향은 기재 제조 시의 "Cross direction"에 일치한다.

이렇게 하여, 1매의 부직포당 총 100개의 섬유에 대하여, 각도의 측정이 행해진다. 이렇게 하여 측정된 100개의 섬유에 대하여, 길이 방향의 각도로부터 평균값을 산출한다. 얻어진 평균값의 소수점 이하 첫째 자리를 반올림하여 얻어지는 값이 섬유 배향도이다.

기재와 다공성 지지층의 두께의 합계는 30㎛ 이상 300㎛ 이하의 범위 내, 또는 50㎛ 이상 250㎛ 이하의 범위 내에 있도록, 기재의 두께가 선택되는 것이 바람직하다.

(1-3) 투과측 유로재

<개요>

본 발명의 투과측 유로재는 시트와 돌기물로 구성된다. 시트는 그 표면에 개공부(이하, 「표면 개공부」라고도 함)를 갖는 다공질 시트이다. 시트의 표면에 개공부가 존재함으로써, 돌기물의 시트로의 고착이 강고해지고, 분리막 엘리먼트의 제조 시에 투과측 유로재를 커트하는 공정에 있어서도, 돌기물의 박리가 발생하기 어려워, 제조 프로세스를 안정화시킬 수 있다.

시트는 후술하는 바와 같이, 표면에 밀용착부와, 조용착부 및 비용착부 부직포를 갖고 있고, 시트 표면에 돌기물이 형성된다.

또한, 투과측 유로재(31)는 복수의 분리막(2)이 겹쳐져 구성되는 막 리프(4)에 있어서, 분리막(2)의 투과측의 면(22)에 배치된다. 도 4에 있어서는, 1매의 분리막(2)이 그의 공급측의 면(21)이 대향하도록 절곡되어 막 리프(4)가 형성되고, 그의 투과측의 면(22)측에 투과측 유로재(31)가 배치되어 있다. 이때, 투과측 유로재(31)의 돌기물(301)이 분리막(2)의 투과측의 면(22)에 접하는지, 또는 투과측 유로재(31)의 시트(302)가 분리막(2)의 투과측의 면(22)에 접하는지는 임의이다. 즉, 막 리프(4)의 권위(卷圍) 시 또는 막 리프(4)의 적층 시에, 분리막은 투과측의 면끼리가 대향하도록 배치되므로, 한쪽의 분리막의 투과측의 면에는 돌기물이 접촉하고, 다른 쪽의 분리막의 투과측의 면에는 시트가 접촉하기 때문에, 결국은 동일한 상태가 되기 때문이다. 투과측 유로재의 구성의 상세는 이하와 같다.

<투과측 유로재>

투과측 유로재(31)를 구성하는 시트(302)는 본 발명의 분리막 엘리먼트에 있어서, 도 4에 나타낸 바와 같이 제2 방향(길이 방향)이 권회 방향과 일치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 후술하는 도 10 내지 도 12의 분리막 엘리먼트에 있어서, 시트(302)는 제1 방향(분리막의 폭 방향)이 집수관(6)의 길이 방향에 평행하고, 제2 방향(분리막의 길이 방향)이 집수관(6)의 길이 방향에 직교하도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 투과측 유로재(31)를 구성하는 시트(302)는 분리막의 투과측의 면끼리를 접착하는 영역에 존재한다. 즉, 2매의 분리막은 투과측 유로재를 구성하는 시트를 사이에 끼우고 접착되지만, 그 접착 부분의 적어도 일부에 있어서, 분리막 사이에 당해 시트가 존재하는 것이 바람직하다. 도 4에서는 투과측 유로재를 구성하는 시트(302)의 크기와 분리막의 크기는 대략 동일하지만, 실제로는 시트의 쪽이 커도 되고, 분리막의 쪽이 커도 된다. 분리막의 쪽이 큰 경우는, 시트가 벽이 되기 때문에 접착제의 확대를 억제할 수 있다.

(시트)

상기한 바와 같이, 본 발명에서 사용하는 시트는 다공질 시트이고, 공극을 갖고, 그의 표면에는 개공부를 갖는다.

시트로서는, 그의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 돌기물의 함침 제어나 취급성의 관점에서 부직포로 형성된 시트를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 시트는 밀용착부와, 조용착부 및 비용착부를 갖는다.

또한, 본 발명에 있어서, 시트의 인장 강력이나 인열 강력을 향상시키기 위해, 해당 시트의 표면에 있어서의 밀용착률을 5% 이상 50% 이하로 하는 것이 바람직하다. 밀용착률을 상기 범위로 함으로써, 시트의 섬유 사이의 개공률이 돌기물의 고정(함침)에 적합한 양이 되고, 또한 시트의 보형성도 높아져 반송 시에도 시트의 형상이 무너지기 어려워진다. 또한, 단위 면적당 중량을 저감할 수 있기 때문에, 시트의 섬유 사이의 개공량이 많아져 돌기물이 시트에 함침하기 쉬워진다.

밀용착률이란, 시트의 돌기물이 고착되어 있는 측의 면에 있어서, 시트에 돌기물을 고착한 후의, 돌기물이 고착되어 있지 않은 부분의 시트의 면적에 대한, 밀용착부가 차지하는 면적의 비율이다.

밀용착부란, 복수의 섬유가 열 융착된 영역이고, 밀용착부의 크기는 시트를 구성하는 섬유 직경과 다르다. 예를 들어 시트의 표면을 전자 현미경 등으로 관찰하고, 시트를 구성하는 섬유의 평균 직경보다도 큰 폭을 갖는 부분이 용착부가 되고, 평균 섬유 직경의 1.8배 미만이면 조용착부, 1.8배 이상이 밀용착부가 된다. 또한, 평균 섬유 직경이란, 시트를 구성하고, 다른 섬유와 용착되어 있지 않은 임의의 섬유 50개에 대하여 측정한 직경의 평균값이다.

조용착부에 있어서의, 시트를 돌기물이 고착되는 측에서 본 표면의, 섬유 사이의 공극인 표면 개공률은 시트의 인장 강력이나 인열 강력을 향상시키기 위해 25% 이상 60% 이하가 바람직하다.

특히, 시트를 돌기물이 고착되는 측에서 본 표면에 존재하는 구멍에 대하여, 구멍 직경 150㎛ 이상의 구멍수가 많을수록, 용융 수지가 구멍을 통과할 때의 저항이 내려가고, 함침이 진행되기 때문에 바람직하다. 구체적으로는, 돌기물이 고착된 시트에 대하여, 100㎟당에 존재하는 개공 중, 구멍 직경 150㎛ 이상 200㎛ 이하의 구멍이 30개 이상인 것이 바람직하고, 100개 이상이 특히 바람직하다.

돌기물이 고착된 면의 표면 상부에서 관찰했을 때의, 밀용착부에 있어서의 긴 직경에 대한 짧은 직경의 비율(애스펙트비라고 칭함)은 시트의 강성의 균일성을 유지하기 위해, 0.1 이상 1.0 이하이고, 보다 바람직하게는 0.3 이상 0.8 이하이다.

또한, 돌기물을 박리 제거하고, 고착되어 있던 시트의 영역을 관찰하면, 용융 수지를 시트에 도포하여 냉각 고화하는 경우는, 용융 수지의 열에 의해 시트가 밀용착부가 되는 경우가 있기 때문에, 돌기물이 고착되어 있는 면, 또한 고착되어 있지 않은 영역에서 산출할 수 있다. 또한, 돌기물이 고착되어 있는 영역과, 고착되어 있지 않은 영역의 시트 물성은 동등하다.

비용착부란, 시트를 구성하는 섬유가 용착되어 있지 않은 영역이다. 비용착부에 있어서의, 시트를 돌기물이 고착되는 측에서 본 표면의, 섬유 사이의 공극인 표면 개공률은 시트의 인장 강력이나 인열 강력을 향상시키기 위해 15% 이상 70% 이하가 바람직하다. 또한, 돌기물이 직선 위에 배치되는 경우에는, 시트와 접하는 돌기물의 면적의 20% 이상이 표면 개공부에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 도 1에 나타낸 바와 같이 조용착부(304)와 비용착부(305)는 혼재되어 있는 경우가 있다.

밀용착부의 폭이 지나치게 넓으면, 돌기물을 함침할 수 없는 영역이 넓어지는 점에서, 밀용착부의 폭은 2㎜ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1㎜ 이하이다. 동일한 이유에서, 피치는 1㎜ 이상 50㎜ 이하로 적절히 설계하는 것이 바람직하다. 피치란, 어떤 밀용착부의 무게 중심 위치와, 이 밀용착부에 인접하는 별도의 밀용착부의 무게 중심 위치의 수평 거리이다.

비용착부에서는 돌기물의 수지 함침이 진행되고, 용착부에서 함침이 진행되지 않기 때문에, 돌기물이 고정된 시트는 해당 돌기물이 시트에 함침한 영역과 함침하고 있지 않은 영역으로 나뉜다. 따라서, 본 발명에 있어서 돌기물을 시트에 용융 수지를 도포하여 고화시켜 제조할 때는, 이들 2개의 영역의 열수축 거동이 다르기 때문에, 균일하게 함침한 경우와 같은 시트가 컬링되는 품질 저하가 일어나기 어려운 경향이 있다.

(밀용착률 및 표면 개공률의 측정 방법)

시트에 있어서의 밀용착률 및 표면 개공률의 측정 방법으로서는, 예를 들어, 다음에 나타내는 스캐닝법이나 마이크로스코프법을 들 수 있다.

스캐닝법에서는, 먼저, 임의의 사이즈로 커트한 투과측 유로재를 디지털 스캐너(예를 들어, 캐논 가부시키가이샤제 CanoScan N676U)로, 돌기물이 고착된 면에 대하여 스캔하고, 얻어진 디지털 화상을 화상 해석 소프트웨어(ImageJ)로 해석한다. 계속해서, 얻어진 화상의 돌기물이 고착되어 있지 않은 영역에 대하여, 밀용착률 또는 표면 개공률(%)=100×(밀용착부 또는 개공부의 면적/커팅 면적)으로 하여 산출하거나, 이 조작을 반복하여, 그의 평균값을 밀용착률 또는 표면 개공률로 할 수 있다.

또한, 마이크로스코프법에서는, 예를 들어 키엔스사제 고정밀도 형상 측정 시스템 KS-1100을 사용하여, 배율 100배로 투과측 유로재 돌기물이 고착된 면으로부터 촬영하고, 텍스처의 수치를 제로로 하여 화상을 흑백화한다. 계속해서, 얻어진 디지털 화상을 화상 해석 소프트웨어(ImageJ)로 해석하고, 얻어진 화상의 돌기물이 고착되어 있지 않은 영역에 대하여, 밀용착률 또는 표면 개공률(%)=100×(밀용착부 또는 개공부의 면적/커팅 면적)으로 하여 산출하는 것을 회 반복하여, 그의 평균값을 밀용착률 또는 표면 개공률로 할 수 있다.

(면의 산술 평균 높이)

면의 산술 평균 높이란 표면의 평균면에 대하여, 각 점의 높이의 차의 절댓값의 평균값을 가리킨다. 돌기물의 시트로의 함침과, 높이의 균일성을 겸비시키는 관점에서, 시트의 표면의 산술 평균 높이는 3㎛ 이상 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 시트의 표면의 산술 평균 높이가 3㎛를 하회하는 경우는, 돌기물의 높이는 균일해지지만, 돌기물 중의 수지의 시트로의 함침이 진행되지 않고 박리되기 쉬워지는 경우가 있다. 10㎛를 초과하는 경우는, 돌기물 중의 수지의 시트로의 함침이 양호해지지만 돌기물을 시트 위에 배치시킬 때 돌기물의 형상이 무너지기 쉽고 높이가 불균일해지는 경향이 있다.

이와 같은 면의 산술 평균 높이는, 예를 들어 시트가 부직포인 경우는 단위 면적당 중량, 압착 조건, 섬유의 굵기를 변경함으로써 제어 가능하다.

예를 들어, 압착 시에 있어서의 롤 온도, 프레스 압력이 커질수록 면의 산술 평균 높이가 낮아지는 경향이 있다.

또한, 면의 산술 평균 높이는 ISO25178에 기재된 방법에 따라 평가할 수 있고, 예를 들어 원자간력 현미경이나 레이저 현미경, 비접촉 삼차원 측정기를 사용할 수 있다. 비접촉 삼차원 측정기로서는, 예를 들어 키엔스사제 원샷 3D 측정 마크로스코프를 사용할 수 있고, 측정 개소나 주사 방향에 의존하는 결과의 변동을 억제하면서 고정밀도이고 또한 간편하게 측정할 수 있기 때문에 바람직하다.

또한, 면의 산술 평균 높이는 투과측 유로재에 대하여, 돌기물이 고착되어 있지 않은 면과 표리 반대의 면에 대하여 측정할 수 있다.

(밀용착부의 무늬)

시트의 표면에 밀용착부가 규칙적으로 존재함으로써 시트의 강성 분균일이 적어지고, 반송 시의 주름이나 찢어짐 등을 억제할 수 있다. 시트에 설치된 복수의 밀용착부가 모양을 형성하고, MD 방향으로 마찬가지로 배열되어 있는 영역이 있는 경우는, 복수의 밀용착부가 형성하는 모양을 "무늬"라고 칭하는 경우도 있다. MD 방향에 걸쳐서 규칙적으로 존재하는 개소가 있으면, 돌기물이 고착된 시트의 강성의 변동이 작아지기 때문에, 분리막 엘리먼트의 권위성이 향상되기 때문에 바람직하다. 특히, 소위 격자상이나 지그재그상, 혹은 그의 조합이 더욱 바람직하다.

밀용착부의 무늬의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 돌기물이 고착된 면의 표면 상부에서 관찰한 형으로는, 타원, 원, 장원, 사다리꼴, 삼각형, 직사각형, 정사각형, 평행사변형, 마름모형 등을 들 수 있다.

(용착 방법)

시트를 용착하는 방법으로서는 레이저 조사나 열 롤, 캘린더 가공 등 종래 공지의 방법을 채용할 수 있다. 열 롤로 용착시키는 경우는, 제조 시에 안정적으로 밀용착부를 형성할 수 있는 점에서 엠보스 가공이 바람직하다.

엠보스 가공이란, 시트를 엠보싱 롤을 사용하여 열 프레스 처리하는 것이고, 통상은 표면이 평활한 롤과 엠보싱 무늬를 갖는 열 롤의 2개의 롤에 의해 프레스된다. 프레스 시의 선압으로서는 1 내지 50㎏/㎝인 것이 바람직하고, 선압이 지나치게 낮은 경우에는 충분한 강도를 부여할 수 없고, 선압이 지나치게 높은 경우에는 시트를 구성하는 섬유가 필름화되어 버려, 돌기물이 부직포로 함침하기 어려워지는 경향이 있다.

엠보스 가공은 시트의 편면, 양면 중 어디에든 실시해도 되지만, 편면의 경우는, 고저차가 존재하는 면측이, 다른 한쪽의 면측보다도 밀용착률이 낮아지는 경향에 있기 때문에, 돌기물을 함침시키는 점에 대해서는 적합하다. 단, 양면에 실시한 쪽이 밀용착부가 두께 방향에서 대조적으로 존재하는 것이기 때문에 강성이 높아져, 안정적으로 반송시키는 점에 관해서는 우수하다.

(엠보스 가공에 의한 시트의 고저차)

엠보스 가공에 의해 시트에 고저차가 부여되는 경우는, 분리막 엘리먼트의 분리 특성이나 물 투과 성능이 요구되는 조건을 만족시키도록 가압 열처리 조건을 변경함으로써 자유롭게 조정할 수 있다. 그러나, 고저차가 지나치게 깊으면 엘리먼트화한 경우에 베셀에 충전할 수 있는 막 리프수가 적어진다. 그로 인해, 엘리먼트의 조수 능력이 저하되고, 조수량을 증가시키기 위한 운전 비용이 높아진다.

따라서, 상술한 각 성능의 밸런스나 운전 비용을 고려하면, 분리막에 있어서는, 분리막의 공급측 표면의 밀용착부의 고저차는, 바람직하게는 0.1㎜ 이하가 바람직하고, 0.07㎜ 이하가 더욱 바람직하다.

이와 같은 고저차는, 예를 들어 막 두께 측정기(Anritsu사제, KG601A)를 사용하여 평균의 고저차를 해석하고, 5㎛ 이상의 고저차가 있는 30개소를 측정하고, 각 높이의 값을 총합한 값을 측정 총개소의 수로 나누어 구할 수 있다.

(투과측 유로재를 구성하는 시트의 두께)

투과측 유로재를 구성하는 시트의 두께는 0.2㎜ 이하인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 겹쳐진 분리막의 투과측의 면 사이를 밀봉하기 때문에, 시트에는 접착제가 함침하는 것이 바람직하기 때문이다. 또한, 시트를 얇게 할수록 후술하는 돌기물이 높아지고, 투과측 유로재로서의 유동 저항이 저하되고, 엘리먼트 성능이 향상되는 경향이 있다.

(투과측 유로재를 구성하는 시트의 공극률)

투과측 유로재를 구성하는 시트의 공극률은 20% 이상 90% 이하가 바람직하고, 45% 이상 80% 이하가 특히 바람직하다. 여기서, 공극률이란, 시트의 단위 체적당의 공극의 비율을 말하고, 소정의 외관 체적을 갖는 시트에 순수를 포함시켰을 때의 중량으로부터, 시트의 건조 시의 중량을 뺀 값을, 시트의 외관 체적으로 나눈 값을 백분율(%)로 나타냄으로써 얻을 수 있다.

시트의 공극률이 20% 이상 90% 이하인 것에 의해, 돌기물(301)을 함침시켜 고정할 수 있고, 또한 시트 중에 있어서 물을 투과할 수 있는 공간을 확보하기 쉬워진다.

<돌기물의 구성 성분>

돌기물을 구성하는 성분으로서는, 구체적인 물질로는 한정되지 않지만, 수지가 바람직하게 사용된다. 구체적으로는, 내약품성의 점에서, 에틸렌아세트산비닐 공중합체 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀이나 폴리올레핀 공중합체 등이 바람직하다. 또한, 투과측 유로재의 재료로서, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에테르술폰, 폴리아크릴로니트릴, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스티렌-부타디엔-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리아세탈, 폴리메틸메타크릴레이트, 메타크릴-스티렌 공중합체, 아세트산셀롤, 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부타디엔테레프탈레이트나 불소 수지(삼불화염화에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 사불화에틸렌, 사불화에틸렌-육불화프로필렌 공중합, 사불화에틸렌-퍼플루오로알콕시에틸렌 공중합, 사불화에틸렌-에틸렌 공중합 등) 등의 중합체도 선택할 수 있다. 또한, 이들 재료는 단독 혹은 2종류 이상 포함하는 혼합물로서 사용된다. 특히, 열가소성 수지는 성형이 용이하기 때문에, 균일한 형상의 투과측 유로재를 형성할 수 있고, 시트와 돌기물이 동일 소재여도 되고, 상이 소재여도 된다.

<<폴리프로필렌으로 구성되는 돌기물>>

또한, 돌기물이 이하의 구성을 취함으로써, 내압성 및 유연성의 밸런스를 양립할 수 있고, 운전 안정성을 향상시킬 수 있다. 즉, 돌기물은 고결정성 폴리프로필렌을 포함해도 되고, 또한 하기 요건 (a) 및 (b)를 만족시켜도 된다.

(a) 고결정성 폴리프로필렌의 함유량이, 돌기물을 구성하는 조성물 중, 20 내지 95질량%이다.

(b) 상기 돌기물의 융해 흡열량(ΔH)이 20 내지 70J/g이다.

이 경우, 고결정성 폴리프로필렌의 함유량을, 돌기물을 구성하는 조성물 중, 95질량% 이하로 함으로써, 시트 위에 돌기물이 형성된 투과측 유로재의 컬을 억제할 수 있다. 그것에 의해, 투과측 유로재의 취급성이 향상되고, 예를 들어 분리막 엘리먼트의 제조 공정의 하나인, 분리막 쌍을 적층하는 공정에서의 통과성이 각별히 양호해진다. 고결정성 폴리프로필렌의 함유량은 85질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 75질량% 이하인 것이 더욱 바람직하다.

한편, 고결정성 폴리프로필렌의 함유량을, 돌기물을 구성하는 조성물 중, 20질량% 이상으로 함으로써, 시트의 컬이 개선될 뿐만 아니라, 예를 들어 본 발명의 분리막 엘리먼트를, 2㎫을 초과하는 가압 조건에서 운전해도, 돌기물의 압축 변형을 억제할 수 있고, 그 결과, 분리막 엘리먼트 성능(특히 조수 성능)의 저하를 억제할 수 있고, 안정된 성능을 발현할 수 있다. 압축 변형량을 억제하는 점에서, 고결정성 폴리프로필렌의 함유량은 45질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 50질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다.

고결정성 폴리프로필렌이란, 예를 들어 프로필렌 단독 중합체; 프로필렌 랜덤 공중합체; 프로필렌 블록 공중합체 등을 들 수 있고, 이들을 단독으로, 또는 2종 이상 혼합하여 사용해도 된다. 또한 고결정성 폴리프로필렌의 융점은 140℃ 이상인 것이 바람직하고, 150℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한 융점은 시차 주사 열량계(DSC)로 측정되는 값이다. 예를 들어, 시료를, 세이코 인스트루먼츠사제 열 기계 분석 장치 TMA/SS-6000 등의 열분석 장치를 사용하여, 프로브: 침입 프로브, 측정 하중: 10g, 승온 속도: 5℃/분의 조건에서 평가에 제공함으로써 융점을 측정할 수 있다.

또한 고결정성 폴리프로필렌의 멜트 플로우 레이트(MFR)는 10 내지 2000g/10분인 것이 바람직하다. MFR을 이와 같은 범위로 함으로써, 투과측 유로재의 용융 성형이 용이해진다. 또한 용융 성형 온도를 낮게 설정하는 것이 가능해지고, 그 결과, 용융 성형 시의 분리막의 열에 의한 손상이나 분리막 성능의 저하를 억제할 수 있고, 나아가 분리막의 투과측의 면으로의 고착성이 양호해진다. 고결정성 폴리프로필렌의 MFR은 30 내지 1800g/10분인 것이 보다 바람직하고, 50 내지 1500g/분인 것이 더욱 바람직하다. 또한 MFR은 JIS-K7200(1999)에 준하여 230℃, 하중 2.16㎏의 조건 하에서 측정한 값이다.

돌기물의 융해 흡열량(ΔH)은 20 내지 70J/g이면 된다. 융해 흡열량(ΔH)이 20 내지 70J/g인 것에 의해, 시트의 컬을 억제하면서, 또한 돌기물의 끈적거림이 억제되기 때문에, 투과측 유로재의 공정 통과성이 양호하다.

돌기물의 ΔH는 25 내지 65J/g인 것이 보다 바람직하고, 30 내지 60J/g인 것이 더욱 바람직하다. 또한 융해 흡열량은 시차 주사 열량계(DSC)로 측정되는 수치이다. 예를 들어, 퍼킨엘머사제 시차 주사 열량계 DSC-7형을 사용하여 측정하고, 시료 10㎎을, 승온 속도 10℃/분으로 20℃부터 220℃까지 승온하고, 220℃에서 10분간 유지한 후, 강온 속도 10℃/분으로 20℃까지 강온시키는 측정에 있어서, 강온했을 때에 관측되는, 결정화에 기초하는 발열량으로 할 수 있다.

또한, 돌기물을 구성하는 조성물에는 저결정성의 α-올레핀계 중합체를 포함하는 것이 바람직하고, 그 함유량은 돌기물을 구성하는 조성물 중, 5 내지 60질량%인 것이 바람직하다.

본 발명의 저결정성 α-올레핀계 중합체란, 비정질성 또는 저결정성 α-올레핀계 중합체이고, 예를 들어 어택틱 폴리프로필렌이나 입체 규칙성이 낮은 이소택틱 폴리프로필렌 등의 저결정성 폴리프로필렌; 에틸렌 및 탄소수 3 내지 20의 α-올레핀으로 이루어지는 군에서 선택된 에틸렌ㆍα-올레핀 공중합체(탄소수 3 내지 20의 α-올레핀으로서는, 직쇄상 및 분지상의 α-올레핀이 포함되고, 구체적으로는 직쇄상의 α-올레핀으로서는, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센, 1-운데센, 1-도데센, 1-트리, 1- 테트라데센, 1-펜타데센, 1- 헥사데센, 1-헵타데센, 1-옥타데센, 1-노나데센, 1-에이코센 등이 예시되고, 분지상의 α-올레핀으로서는, 3-메틸-1-부텐, 3-메틸-1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 2-에틸-1-헥센, 2,2,4-트리메틸-1-펜텐 등을 들 수 있음); 시판품으로서, 미쯔이 가가쿠 가부시키가이샤제 「타프머」, 스미토모 가가쿠 가부시키가이샤제 「타프셀렌」 등의 프로필렌ㆍ올레핀 공중합체 등을 예시할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 그 중에서도 저결정성 α-올레핀계 중합체로서는, 고결정성 폴리프로필렌과의 양호한 상용성, 범용성, 시트의 컬 개선 효과 등의 관점에서, 저결정성 폴리프로필렌 및 프로필렌ㆍ올레핀 공중합체가 보다 바람직하다.

저결정성 α-올레핀계 중합체의 함유량은 돌기물을 구성하는 조성물의 전량에 대하여, 5 내지 60질량%인 것이 바람직하다. 저결정성 α-올레핀계 중합체의 함유량을 5질량% 이상으로 함으로써, 돌기물에 유연성을 부여할 수 있고, 또한 고결정성 폴리프로필렌의 결정화 속도를 지연시킬 수 있고, 그 결과, 시트의 컬을 억제할 수 있다. 한편, 저결정성 α-올레핀계 중합체의 함유량이 60질량%를 초과하면, 시트의 컬을 크게 개선할 수 있지만, 돌기물의 유연성이 현저하게 높아지고, 예를 들어 2㎫을 초과하는 가압 조건에서 운전하면, 돌기물의 압축 변형량이 커지고, 그 결과, 유로 폐색에 의해, 분리막 엘리먼트 성능(특히 조수 성능)이 크게 저하되는 경우가 있다. 저결정성 α-올레핀계 중합체의 함유량은 돌기물의 유연성 및 가압 하에 있어서의 압축 변형성의 관점에서, 10 내지 55질량%인 것이 보다 바람직하고, 15 내지 50질량%인 것이 더욱 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 돌기물에는 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서, 열유동성 향상제, 필러, 산화 방지제, 활제 등의 첨가제를 1종류 혹은 2종류 이상 포함하고 있어도 된다.

열유동성 향상제로서는, 예를 들어 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 어택틱 폴리프로필렌 왁스, 피셔ㆍ트롭쉬 왁스 등의 합성 왁스; 파라핀 왁스, 마이크로 왁스 등의 석유 왁스; 카르나우바 왁스, 밀랍 등의 천연 왁스; 로진, 수소 첨가 로진, 중합 로진, 로진 에스테르 등의 로진계 수지; 테르펜, 수소화 테르펜, 방향족 변성 테르펜, 방향족 변성 수소화 테르펜 등의 테르펜계 수지; 이데미츠 고산 가부시키가이샤제 「아이마브」(상품명), 아라카와 가가쿠 고교 가부시키가이샤제 「알콘」(상품명), 도소 가부시키가이샤제 「페트콜」, 「페트로태크」(모두 상품명) 등의 수소화 석유 수지 등을 예시할 수 있지만, 이들로 한정되지 않는다. 또한 이들을 단독으로, 또는 2종 이상 혼합하여 사용해도 된다. 이들 중, 조성물의 열유동성 향상 효과, 고결정성 폴리프로필렌과의 상용성, 가열 용융 시의 조성물의 내열 분해성의 점에서, 합성 왁스, 테르펜계 수지, 수소화 석유 수지가 바람직하다. 또한 그 함유량은 돌기물을 구성하는 조성물의 용융 점도를 조정하기 위해, 적절히 설정할 수 있지만, 돌기물의 내압성 저하나 돌기물 표면으로의 블리드 아웃의 발생을 방지하는 것을 고려하면, 돌기물을 구성하는 조성물 중, 50질량% 이하인 것이 바람직하고, 40질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.

산화 방지제로서는, 페놀계 화합물; 인계 화합물; 힌더드 아민계 화합물; 황계 화합물 등을 예시할 수 있지만, 이들로 한정되지 않는다. 또한 이들을 단독으로, 또는 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 돌기물의 성형 시, 조성물의 열분해를 억제하는 점에서, 함유량은 돌기물을 구성하는 조성물에 대하여, 0.001 내지 1질량%인 것이 바람직하다.

활제로서는, 스테아르산아미드, 올레산아미드, 에루크산아미드, 에틸렌비스스테아르산아미드 등의 지방산 아미드계 화합물; 스테아르산칼슘, 스테아르산아연, 스테아르산마그네슘, 스테아르산아연 등의 금속 비누; 지방산 에스테르계 화합물 등을 예시할 수 있지만, 이들로 한정되지 않는다. 또한, 이들을 단독으로, 또한 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.

필러로서는, 탄산칼슘, 탈크, 알루미나, 실리카, 마이카, 클레이 등 무기계 화합물 등을 예시할 수 있지만, 이들로 한정되지 않는다. 또한 이들을 단독으로, 또한 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 돌기물의 성형성, 조성물의 증점, 가공 장치의 마모의 점에서, 함유량은 돌기물을 구성하는 조성물에 대하여, 3 내지 30질량%인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 분리막의 투과측의 면에 고착하는 돌기물의 인장 신도는5% 이상인 것이 바람직하다. 인장 신도가 5% 이상인 경우, 분리막을 롤 반송하거나, 권취기에 권취해도, 돌기물의 파손이나 파괴를 억제할 수 있고, 고품질의 분리막을 얻을 수 있고, 또한 엘리먼트 제조 공정에 있어서, 취급성이 양호해진다. 인장 신도는 7% 이상인 것이 보다 바람직하고, 10% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 인장 신도는 높을수록 파괴에 필요로 하는 에너지가 높아지고, 인성의 점에서는 바람직하지만, 과도하게 높게 하면, 정응력 하에서의 변형량이 커져 버리기 때문에, 300% 이하가 바람직하고, 200% 이하가 보다 바람직하다.

본 발명에 있어서, 돌기물의 인장 탄성률은 0.2 내지 2.0㎬인 것이 바람직하다. 인장 탄성률을 0.2㎬ 이상으로 함으로써, 분리막 엘리먼트를 2.0㎫을 초과하는 가압 조건 하에서 운전해도, 돌기물의 압축 변형량을 억제할 수 있고, 그 결과, 조수 성능의 저하를 억제할 수 있다. 인장 탄성률은 0.25㎬ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.30㎬ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 인장 탄성률은 높으면 높을수록, 가압 운전 시의 돌기물의 압축 변형량을 억제할 수 있지만, 실질적으로 2.0㎬ 이상을 달성하는 것은 곤란하다.

<돌기물의 형상 및 배치>

<<개요>>

종래 널리 사용되어 있는 트리코트는 편물이고, 입체적으로 교차한 실로 구성되어 있다. 즉, 트리코트는 이차원적으로 연속한 구조를 갖고 있다. 이와 같은 트리코트가 투과측 유로재로서 적용된 경우, 유로의 높이는 트리코트의 두께보다도 작아진다. 즉, 홈이 되지 않는 비율이 많은 구조이다.

이에 비해, 본 발명의 구성예로서, 도 5 등에 나타내는 돌기물(301)이, 시트(302)에 배치되어 있다. 따라서, 돌기물(301)의 높이(즉, 두께)가 유로의 홈의 높이로서 활용되기 때문에, 시트가 얇고 돌기물이 높을수록, 본 발명의 돌기물과 동일한 두께를 갖는 트리코트가 적용된 경우보다도, 유로(돌기물(301) 사이의 홈이나 시트(302)의 표면 개공부)가 넓게 존재하기 때문에, 유동 저항은 보다 작아지는 경향이 있다.

또한, 도 5 내지 도 7에 나타낸 형태에서는 불연속인 복수의 돌기물(301)이, 하나의 시트(302) 위에 고착되어 있다. 「불연속」이란, 복수의 유로재가, 간격을 두고 설치되어 있는 상태이다. 즉, 1매의 돌기물(301)을 시트(302)로부터 박리하면, 서로 나뉘어진 복수의 돌기물(301)이 얻어진다. 이에 대해, 네트, 트리코트 및 필름 등의 부재는 유로가 시트(302)로부터 분리되어도, 연속한 일체의 형상을 나타낸다.

시트(302) 위에 불연속인 복수의 돌기물(301)이 설치되어 있음으로써, 분리막(2)은 후술하는 분리막 엘리먼트(100)에 삽입될 때에, 압력 손실을 낮게 억제할 수 있다. 이와 같은 구성의 일례로서, 도 5에서는 돌기물(301)은 제1 방향(시트(302)의 폭 방향)에 있어서만 불연속으로 형성되어 있고, 도 6에서는 제1 방향(시트(302)의 폭 방향) 및 제2 방향(분리막의 길이 방향)의 어느 것에 있어서도 불연속으로 형성되어 있다.

도 5 및 도 6에 있어서, 인접하는 돌기물(301) 사이의 공간에, 투과측 유로(5)가 형성된다.

돌기물(301)은, 도 5에 나타내는 형태에서는 제1 방향에 있어서 불연속으로 설치됨과 함께, 제2 방향에 있어서, 시트(302)의 일단부로부터 타단부까지 연속하도록 설치된다. 즉, 도 8과 같이 분리막 엘리먼트에 투과측 유로재(31)가 삽입될 때에, 돌기물(301)은 권회 방향에 있어서의 시트(302)의 내측 단부로부터 외측 단부까지 연속하도록 배치된다. 권회 방향의 내측이란, 분리막에 있어서 집수관(6)에 가까운 측이고, 권회 방향의 외측이란, 분리막에 있어서 집수관(6)으로부터 먼 측이다.

돌기물이 「제2 방향에 있어서 연속한다」란, 도 5와 같이 돌기물(301)이 도중에 끊어지는 일 없이 설치되어 있는 경우와, 도 6과 같이, 돌기물(301)이 도중에 끊어지는 개소는 있지만, 돌기물(301)이 실질적으로 연속하고 있는 경우의 양쪽을 포함한다. 「실질적으로 연속한다」는 형태란, 바람직하게는 도 6에 나타낸 바와 같이, 제2 방향에 있어서의 돌기물(301)의 간격 e(즉, 돌기물(301)에 있어서 도중에 끊어져 있는 부분의 길이)가 5㎜ 이하인 것을 만족시킨다. 특히, 간격 e는 1㎜ 이하를 만족시키는 것이 보다 바람직하고, 0.5㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 제2 방향에 있어서 배열하는 일렬의 돌기물(301)의 선두로부터 최후미까지 포함되는 간격 e의 합계값이, 100㎜ 이하인 것이 바람직하고, 30㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고 3㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 도 5의 형태에서는, 간격 e는 0(제로)이다.

도 5와 같이 돌기물(301)이 제2 방향으로 도중에 끊어지지 않고 설치되어 있는 경우, 가압 여과 시에 막 하강이 억제된다. 막 하강이란, 분리막이 유로로 하강하여 유로를 좁히는 것이다.

도 6에서는, 돌기물(301)은 제1 방향뿐만 아니라 제2 방향에 있어서도 불연속이도록 설치되어 있다. 즉, 돌기물(301)은 길이 방향에 있어서 간격을 두고 설치되어 있다. 단, 상술한 바와 같이, 돌기물(301)이 제2 방향에 있어서 실질적으로 연속하고 있음으로써, 막 하강이 억제된다. 그러나, 이와 같이, 2개의 방향에 있어서 불연속인 돌기물(301)이 설치됨으로써, 돌기물과 유체의 접촉 면적이 작아지므로 압력 손실이 작아진다. 이 형태는 투과측 유로(5)가 분기점을 구비하는 구성이라고도 바꿔 말할 수 있다. 즉, 도 6의 구성에 있어서, 투과 유체는 투과측 유로(5)를 흐르면서, 돌기물(301)이나 시트(302)에 의해 나뉘고, 또한 하류에서 합류할 수 있다.

상술한 바와 같이, 도 5에서는 돌기물(301)이, 제2 방향에 있어서 시트(302)의 일단부로부터 타단부까지 연속하도록 설치되어 있다. 또한, 도 6에서는 제2 방향에 있어서 돌기물(301)은 복수의 부분으로 분할되어 있지만, 이들 복수의 부분이, 시트(302)의 일단부로부터 타단부까지 배열하도록 설치되어 있다.

돌기물이 「시트의 일단부로부터 타단부까지 설치되어 있다」란, 돌기물(301)이 시트(302)의 모서리까지 설치되어 있는 형태와, 모서리 근방에 있어서 돌기물(301)이 설치되어 있지 않은 영역이 있는 형태의 양쪽을 포함한다. 즉, 돌기물(301)은 분리막의 투과측의 면에 있어서의 유로를 형성할 수 있을 정도로, 제2 방향에 걸쳐서 분포되어 있으면 되고, 시트(302)에 있어서, 돌기물(301)이 설치되지 않는 부분이 있어도 된다. 예를 들어, 분리막의 투과측의 면에 있어서, 분리막과 접착된 부분(접촉 부분이라고 바꿔 말할 수 있음)에는 돌기물(301)이 설치될 필요는 없다. 또한, 그 밖의 사양상 또는 제조상의 이유에 의해, 분리막의 단부 등의 일부의 개소에, 돌기물(301)이 배치되지 않은 영역이 설치되어 있어도 된다.

제1 방향에 있어서도, 돌기물(301)은 시트(302)의 전체에 걸쳐서 거의 균등하게 분포할 수 있다. 단, 제2 방향에 있어서의 분포와 마찬가지로, 분리막의 투과측의 면에 있어서의 분리막과의 접착 부분에는 돌기물(301)이 설치될 필요는 없다. 또한, 그 밖의 사양상 또는 제조상의 이유에 의해, 시트(302)의 단부 등의 일부의 개소에, 돌기물(301)이 배치되지 않은 영역이 설치되어 있어도 된다.

<<돌기물의 치수>>

도 5 내지 도 7에 있어서, a 내지 f는 하기 값을 가리킨다.

a: 분리막의 길이

b: 분리막의 폭 방향에 있어서의 돌기물(301)의 간격

c: 돌기물(301)의 높이(돌기물(301)의 가장 높은 부분과 시트의 돌기물(301) 고정면의 고저차)

d: 돌기물(301)의 폭

e: 분리막의 길이 방향에 있어서의 돌기물(301)의 간격

f: 돌기물(301)의 길이

값 a, b, c, d, e, f의 측정에는, 예를 들어 시판의 형상 측정 시스템 또는 현미경 등을 사용할 수 있다. 각 값은 1매의 분리막에 있어서 30개소 이상에서 측정을 행하고, 그들의 값을 총합한 값을 측정 총개소의 수로 나누어 평균값을 산출함으로써 구해진다. 이와 같이, 적어도 30개소에 있어서의 측정의 결과 얻어지는 각 값이, 이하에 기재하는 범위를 만족시키면 된다.

(분리막의 길이 a)

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

(분리막의 폭 방향에 있어서의 돌기물의 간격 b)

제1 방향(분리막의 폭 방향)에 있어서 인접하는 돌기물(301)의 간격 b는 투과측 유로(5)의 폭에 상당한다. 하나의 단면에 있어서 하나의 투과측 유로(5)의 폭이 일정하지 않은 경우, 즉 인접하는 2개의 돌기물(301)의 측면이 평행하지 않은 경우는, 하나의 단면 내에서, 하나의 투과측 유로(5)의 폭의 최댓값과 최솟값의 평균값을 측정하고, 그의 평균값을 산출한다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 제2 방향에 수직인 단면에 있어서, 돌기물(301)은 위가 가늘고 아래가 굵은 사다리꼴 형상을 나타내는 경우, 먼저, 인접하는 2개의 돌기물(301)의 상부간의 거리와 하부간의 거리를 측정하고, 그의 평균값을 산출한다. 임의의 30개소 이상의 단면에 있어서, 인접하는 2개의 돌기물(301)의 간격을 측정하고, 각각의 단면에 있어서 평균값을 산출한다. 그리고, 이렇게 하여 얻어진 평균값의 상가 평균값을 더 산출함으로써, 간격 b가 산출된다.

간격 b가 커짐에 따라 압력 손실이 작아지지만, 막 하강이 발생하기 쉬워진다. 반대로 간격 b가 작을수록 막 하강이 발생하기 어려워지지만, 압력 손실은 커진다. 압력 손실을 고려하면, 간격 b는 0.05㎜ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2㎜ 이상, 더욱 바람직하게는 0.3㎜ 이상이다. 또한, 막 하강의 억제라는 면에서는, 간격 b는 5㎜ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 3㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 2㎜ 이하, 특히 바람직하게는 0.8㎜ 이하이다.

이들의 상한 및 하한은 임의로 조합된다. 예를 들어, 간격 b는 0.05㎜ 이상 5㎜ 이하인 것이 바람직하고, 이 범위라면, 막 하강을 억제하면서 압력 손실을 작게 할 수 있다. 간격 b는 보다 바람직하게는, 0.05㎜ 이상 3㎜ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.2㎜ 이상 2㎜ 이하이고, 특히 바람직하게는 0.3㎜ 이상 0.8㎜ 이하이다.

(돌기물의 높이 c)

높이 c란, 돌기물과 시트(302)의 표면과의 고저차이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 높이 c는 제2 방향에 수직인 단면에 있어서의, 돌기물(301)의 가장 높은 부분과 시트(302)의 돌기물(301)이 고정된 면의 높이의 차이다. 즉, 돌기물(301)의 높이로서는, 시트(302) 중에 함침하고 있는 부분의 두께는 고려하지 않는다. 높이 c는 30개소 이상의 돌기물(301)에 대하여 높이를 측정하고, 평균하여 얻어지는 값이다. 돌기물의 높이 c는 동일한 평면 내에 있어서의 유로재의 단면의 관찰에 의해 얻어져도 되고, 복수의 평면에 있어서의 유로재의 단면의 관찰에 의해 얻어져도 된다.

높이 c는 분리막 엘리먼트의 사용 조건 및 목적 등에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 예를 들어 이하와 같이 설정되어도 된다.

높이 c가 큰 쪽이 유동 저항은 작아진다. 따라서, 높이 c는 0.03㎜ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05㎜ 이상, 더욱 바람직하게는 0.1㎜ 이상이다. 한편, 높이 c가 작은 쪽이, 하나의 분리막 엘리먼트당에 충전되는 막의 수가 많아진다. 따라서, 높이 c는 0.8㎜ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.4㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 0.32㎜ 이하이다. 이들의 상한 및 하한은 조합 가능하고, 예를 들어 높이 c는 0.03㎜ 이상 0.8㎜ 이하(30㎛ 이상 800㎛ 이하)인 것이 바람직하고, 0.05㎜ 이상 0.4㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.1㎜ 이상 0.32㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 인접하는 2개의 돌기물의 높이의 차가 작은 것이 바람직하다. 높이의 차가 크면 가압 여과 시에 분리막의 변형이 발생하므로, 분리막에 결함이 발생하는 경우가 있다. 인접하는 2개의 돌기물의 고저차는 0.1㎜ 이하(100㎛ 이하)인 것이 바람직하고, 0.06㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.04㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

동일한 이유에서, 시트(302)에 설치된 모든 돌기물(301)의 최대 고저차는 0.25㎜ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1㎜ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.03㎜ 이하이다.

(유로재의 폭 d)

돌기물(301)의 폭 d는 다음과 같이 측정된다. 먼저, 제1 방향(분리막의 폭 방향)에 수직인 하나의 단면에 있어서, 하나의 돌기물(301)의 최대폭과 최소폭의 평균값을 산출한다. 즉, 도 7에 나타낸 바와 같은 상부가 가늘고 하부가 굵은 돌기물(301)에 있어서는, 유로재 하부의 폭과 상부의 폭을 측정하고, 그의 평균값을 산출한다. 이와 같은 평균값을 적어도 30개소의 단면에 있어서 산출하고, 그의 상가 평균을 산출함으로써, 1매의 막당의 폭 d를 산출할 수 있다.

돌기물(301)의 폭 d는 바람직하게는 0.2㎜ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.3㎜ 이상이다. 폭 d가 0.2㎜ 이상인 것에 의해, 분리막 엘리먼트의 운전 시에 돌기물(301)이나 시트(302)에 압력이 가해져도, 돌기물의 형상을 유지할 수 있어 투과측 유로가 안정적으로 형성된다. 폭 d는 바람직하게는 2㎜ 이하이고, 보다 바람직하게는 1.5㎜ 이하이다. 폭 d가 2㎜ 이하인 것에 의해, 분리막의 투과측의 면측의 유로를 충분히 확보할 수 있다.

돌기물(301)의 폭 d가 제2 방향에서의 돌기물(301)의 간격 b보다도 넓은 것에 의해, 돌기물에 가하는 압력을 분산할 수 있다.

돌기물(301)은 그 길이가 그 폭보다도 커지도록 형성되어 있다. 이와 같이 긴 돌기물(301)은 「벽상물」이라고도 칭해진다.

(분리막의 길이 방향에 있어서의 돌기물의 간격 e)

제2 방향(분리막의 길이 방향)에 있어서의 돌기물(301)의 간격 e는 제2 방향(분리막의 길이 방향)에 있어서 인접하는 돌기물(301) 사이의 최단 거리이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 돌기물(301)이 제2 방향에 있어서 분리막(2)의 일단부로부터 타단부까지(분리막 엘리먼트 내에서는 권회 방향의 내측 단부로부터 외측 단부까지) 연속해서 설치되어 있는 경우, 간격 e는 0㎜이다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 돌기물(301)이 제2 방향에 있어서 도중에 끊어져 있는 경우, 간격 e는 바람직하게는 5㎜ 이하이고, 보다 바람직하게는 1㎜ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.5㎜ 이하이다. 간격 e가 상기 범위 내인 것에 의해, 막 하강이 발생해도 막으로의 기계적 부하가 작고, 유로 폐색에 의한 압력 손실을 비교적 작게 할 수 있다. 또한, 간격 e의 하한은 0㎜이다.

(돌기물의 길이 f)

돌기물(301)의 길이 f는 분리막의 길이 방향(즉, 제2 방향)에 있어서의 돌기물(301)의 길이이다. 길이 f는 1매의 분리막 내에서, 30개 이상의 돌기물(301)의 길이를 측정하고, 그의 평균값을 산출함으로써 구해진다. 돌기물(301)의 길이 f는 분리막의 길이 a 이하이면 된다. 돌기물(301)의 길이 f가 분리막의 길이 a와 동등할 때는, 돌기물(301)이 분리막의 권회 방향 내측 단부로부터 외측 단부로 연속적으로 설치되어 있는 것을 가리킨다. 길이 f는 바람직하게는 10㎜ 이상이고, 보다 바람직하게는 20㎜ 이상이다. 길이 f가 10㎜ 이상인 것에 의해, 압력 하에서도 유로가 확보된다.

(돌기물의 형상)

돌기물(301)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 유로의 유동 저항을 적게 하고, 투과시켰을 때의 유로를 안정화시키는 형상이 선택될 수 있다. 이들의 점에서, 분리막의 면 방향에 수직인 어느 단면에 있어서, 돌기물(301)의 형상은 직주상이나 사다리꼴 형상, 곡주상, 혹은 그들의 조합이어도 된다.

돌기물(301)의 단면 형상이 사다리꼴인 경우, 윗변의 길이와 아랫변의 길이의 차가 지나치게 크면, 작은 쪽에 접하는 막에서 가압 여과 시의 막 하강이 발생하기 쉬워진다. 예를 들어, 유로재의 윗변의 쪽이 아랫변보다도 짧은 경우, 그 사이의 유로에 있어서는, 상부의 폭은 하부의 폭보다도 넓다. 따라서, 위의 막이 아래를 향해 하강하기 쉽다. 그래서, 이와 같은 하강을 억제하기 위해, 유로재의 아랫변의 길이에 대한 윗변의 길이의 비율은 0.6 이상 1.4 이하가 바람직하고, 0.8 이상 1.2 이하가 더욱 바람직하다.

돌기물(301)의 형상은 유동 저항을 저감하는 관점에서, 분리막 표면에 대하여 수직인 직주상인 것이 바람직하다. 또한, 돌기물(301)은 높은 개소일수록 폭이 작아지도록 형성되어 있어도 되고, 반대로 높은 개소일수록 폭이 넓어지도록 형성되어 있어도 되고, 분리막 표면으로부터의 높이에 의하지 않고, 동일한 폭을 갖도록 형성되어 있어도 된다.

단, 가압 여과 시의 돌기물의 변형이 현저하지 않은 범위라면, 돌기물(301)의 단면에 있어서, 그의 상변이 둥그스름 해도 된다.

돌기물(301)은 열가소성 수지로 형성 가능하다. 돌기물(301)이 열가소성 수지이면, 처리 온도 및 선택하는 열가소성 수지의 종류를 변경함으로써, 요구되는 분리 특성이나 투과 성능의 조건을 만족시킬 수 있도록 자유롭게 유로재의 형상을 조정할 수 있다.

또한, 돌기물(301)의 분리막의 평면 방향에 있어서의 형상은 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 전체적으로 직선상이어도 되고, 그 밖의 형상으로서, 예를 들어 곡선상, 톱니상, 파선상이어도 된다. 또한, 이들 형상에 있어서, 돌기물(301)은 파선상이나 도트상이어도 된다. 유동 저항을 저감하는 관점에서 도트상이나 파선상이 바람직하지만, 돌기물이 도중에 끊어지기 때문에 가압 여과 시의 막 하강이 발생하는 개소가 많아지기 때문에, 용도에 따라 적절히 설정하면 된다.

또한, 돌기물(301)의 시트(302)의 평면 방향에 있어서의 형상이 직선상인 경우, 인접하는 돌기물은 서로 대략 평행하게 배치되어 있어도 된다. 「대략 평행하게 배치된다」란, 예를 들어 돌기물이 분리막 위에서 교차하지 않는 것, 인접하는 2개의 돌기물의 길이 방향이 이루는 각도가 0° 이상 30° 이하인 것, 상기 각도가 0° 이상 15° 이하인 것 및 상기 각도가 0° 이상 5° 이하인 것 등을 포함한다.

또한, 돌기물(301)의 길이 방향과 집수관(6)의 길이 방향이 이루는 각도는 60° 이상 120° 이하인 것이 바람직하고, 75° 이상 105° 이하인 것이 보다 바람직하고, 85° 이상 95° 이하인 것이 더욱 바람직하다. 돌기물의 길이 방향과 집수관의 길이 방향이 이루는 각도가 상기 범위인 것에 의해, 투과수가 효율적으로 집수관에 모아진다.

유로를 안정적으로 형성하기 위해서는, 분리막 엘리먼트에 있어서 분리막이 가압되었을 때의 분리막의 하강을 억제할 수 있는 것이 바람직하다. 그것을 위해서는, 분리막과 돌기물의 접촉 면적이 큰 것, 즉 분리막의 면적에 대한 돌기물의 면적(분리막의 막면에 대한 돌기물의 투영 면적)이 큰 것이 바람직하다. 한편, 압력 손실을 저감시키기 위해서는, 유로의 단면적이 넓은 것이 바람직하다. 유로의 단면으로서는, 유로의 길이 방향에 대하여 수직인 분리막과 돌기물의 접촉 면적을 크게 확보하면서, 또한 유로의 단면적을 넓게 확보하기 위해서는, 유로의 단면 형상은 오목 렌즈상인 것이 바람직하다. 또한, 돌기물은 권회 방향에 수직인 방향에서의 단면 형상에 있어서, 폭에 변화가 없는 직주상이어도 된다. 또한, 분리막 성능에 영향을 미치지 않는 범위 내이면, 돌기물은 권회 방향에 수직인 방향에서의 단면 형상에 있어서, 폭에 변화가 있는 사다리꼴 형상의 벽상물, 타원주, 타원뿔, 사각뿔 혹은 반구와 같은 형상이어도 된다.

돌기물(301)의 형상은 도 5 내지 도 7에 나타내는 형상으로 한정되는 것은 아니다. 시트(302)에, 예를 들어 핫 멜트법과 같이, 용융한 재료를 고착시킴으로써 돌기물을 배치하는 경우는, 처리 온도나 선택하는 핫 멜트용 수지의 종류를 변경함으로써, 요구되는 분리 특성 및 투과 성능의 조건을 만족시킬 수 있도록, 돌기물(301)의 형상을 자유롭게 조정할 수 있다.

도 5에서는, 돌기물(301)의 평면 형상은 길이 방향에 있어서 직선상이다. 단, 돌기물(301)은 분리막(2)의 표면에 대하여 볼록이고, 또한 분리막 엘리먼트로서의 원하는 효과가 손상되지 않는 범위라면, 다른 형상으로 변경 가능하다. 즉, 돌기물의 평면 방향에 있어서의 형상은 곡선상 및 파선상 등이어도 된다. 또한, 하나의 분리막에 포함되는 복수의 돌기물이, 폭 및 길이 중 적어도 한쪽이 서로 다르게 형성되어 있어도 된다.

(투영 면적비)

분리막의 투과측의 면에 대한 돌기물(301)의 투영 면적비는 특히 투과측 유로의 유동 저항을 저감하고, 유로를 안정적으로 형성시키는 점에서는, 0.03 이상 0.85 이하인 것이 바람직하고, 0.15 이상 0.85 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.2 이상 0.75 이하인 것이 더욱 바람직하고, 0.3 이상 0.6 이하인 것이 특히 바람직하다. 또한, 투영 면적비란, 분리막과 투과측 유로재를 5㎝×5㎝로 잘라내고, 투과측 유로재를 분리막의 면 방향에 평행인 평면에 투영했을 때에 얻어지는 유로재의 투영 면적을, 커팅 면적(25㎠)으로 나눈 값이다.

(결점률)

도 8에 나타낸 바와 같이, 분리막(2)을 투과한 물은 투과측 유로(5)를 통과하여 집수관(6)에 모아진다. 분리막(2)에 있어서, 집수관(6)으로부터 먼 영역, 즉 권회 방향 외측의 단부 근방의 영역(도 8에 있어서의 우측 단부에 가까운 영역)을 투과한 물은 집수관(6)을 향하는 동안에, 권회 방향에 있어서, 보다 내측의 영역을 투과한 물과 합류하여, 집수관(6)을 향한다. 따라서, 투과측 유로(5)에 있어서는, 집수관(6)으로부터 먼 쪽이, 존재하는 수량이 적다.

그로 인해, 권회 방향 외측의 단부 근방의 영역에 있어서, 투과측 유로재(31)가 존재하지 않고, 그 영역에서의 유동 저항이 높아져도, 분리막 엘리먼트 전체의 조수량에 미치는 영향은 경미하다. 동일한 이유로, 권회 방향 외측의 단부 근방의 영역에 있어서, 돌기물의 형성 정밀도가 낮고, 돌기물을 형성하는 수지가 제1 방향(분리막의 폭 방향)에 있어서 연속해서 도포되어 있어도, 분리막 엘리먼트로서의 조수량에 미치는 영향은 작다. 이 영역에 있어서, 분리막의 면 방향(x-y 평면)에 있어서, 돌기물을 형성하는 수지가 간극 없이 도포되어 있는 경우도 마찬가지이다.

도 9는 투과측 유로재(31)의 권회 방향 외측의 단부를, 돌기물(301)의 길이 방향으로 절단한 단면도이다. 도 9에 있어서, 시트(302)에 돌기물(301)이 고착되고, 해당 돌기물(301)은 투과측 유로재(31)의 권회 방향 외측 단부의 앞까지 연장되어 있다. 또한, 도 9에서는 설명의 편의상, 돌기물(301)이 길이 방향으로 연속으로 설치되어 있는 형태를 나타내고 있지만, 돌기물(301)로서 상술한 다양한 형태가 적용되는 것은 이미 설명한 바와 같다.

도 9에 있어서, 돌기물(301)이 설치되어 있는 영역을 R2, 돌기물(301)(투과측 유로재)이 설치되어 있지 않은 영역을 R3으로 나타내고 있다. 즉, 영역 R2는 투과측 유로가 형성되어 있는 영역이다. 또한 분리막(2)의 MD 방향의 길이를 L1, 돌기물(301)의 MD 방향의 길이(즉, 영역 R2의 길이)를 L2, 돌기물(301)이 존재하지 않는 영역 R3의 MD 방향의 길이를 L3으로 나타내고 있다. 여기서 MD 방향은 분리막의 길이 방향 및 분리막의 권회 방향을 나타낸다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 투과측 유로재(31)에 있어서의 시트의 권회 방향 외측의 단부로부터 돌기물(301)의 권회 방향 외측의 단부까지의 거리, 즉, 분리막(2)의 권회 방향 외측 단부에 설치된 영역이며, 투과측 유로가 형성되어 있지 않은 영역인, 영역 R3의 제2 방향(분리막의 길이 방향)에 있어서의 길이 L3이, 투과측 유로재(31)의 제2 방향에 있어서의 길이 L1(상술한 "분리막의 길이 a"에 상당함)에 대하여 차지하는 비율은 0% 이상 30% 이하가 바람직하고, 0% 이상 10% 이하가 더욱 바람직하고, 0% 이상 3% 이하가 특히 바람직하다. 이 비율을 결점률이라고 칭한다.

결점률은 (L3/L1)×100(%)로 표현된다.

또한, 도 9에서는 설명의 편의상, 영역 R3에 돌기물(301)이 설치되어 있지 않은 형태를 나타내고 있다. 단, 영역 R3은 폭 방향으로 연속의 돌기물이 설치된 영역이어도 된다.

〔2. 분리막 엘리먼트〕

(2-1) 개요

도 8에 나타낸 바와 같이, 분리막 엘리먼트(100)는 집수관(6)과, 상술한 어느 구성을 구비하여 집수관(6)의 주위에 권회된 분리막(2)을 구비한다.

(2-2) 분리막

<개요>

도 8에 나타낸 바와 같이, 분리막(2)은 집수관(6)의 주위에 권회되어 있고, 분리막(2)의 폭 방향이 집수관(6)의 길이 방향을 따르도록 배치된다. 그 결과, 분리막(2)은 길이 방향이 권회 방향을 따르도록 배치된다.

따라서, 도 8에 나타낸 바와 같이, 돌기물(301)은 분리막(2)의 투과측의 면(22)에 있어서, 적어도 집수관(6)의 길이 방향에 대하여 불연속 형상으로 배치된다. 즉, 투과측 유로(5)는 권회 방향에 있어서 분리막의 외측 단부로부터 내측 단부까지 연속하도록 형성된다. 그 결과, 투과수가 중심의 집수관(6)에 도달하기 쉽고, 즉 유동 저항이 작아지므로, 큰 조수량이 얻어진다.

「권회 방향의 내측」 및 「권회 방향의 외측」은 도 8에 나타낸 바와 같다. 즉, 「권회 방향의 내측 단부」 및 「권회 방향의 외측 단부」는 각각, 분리막(2)에 있어서 집수관(6)에 가까운 쪽의 단부 및 먼 쪽의 단부에 해당한다.

상술한 바와 같이, 돌기물은 분리막의 모서리까지 도달하고 있지 않아도 되므로, 예를 들어 도 8에 있어서, 권회 방향에 있어서의 봉투상 막(분리막(2))의 외측 단부 및 집수관 길이 방향에 있어서의 봉투상 막(분리막(2))의 단부에서는 돌기물이 설치되어 있지 않아도 된다.

<봉투상 막>

본 발명에 있어서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 분리막(2)은 분리막 엘리먼트에 삽입될 때에, 분리막(2)의 투과측의 면(22)끼리가 대향하도록 배치된 분리막 쌍(1)을 형성한다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 공급측의 면(21)이 대향하도록 하여 절곡된 분리막(2)(막 리프(4))이 겹쳐짐으로써, 한쪽의 분리막(2)의 투과측의 면(22)에 다른 분리막(2)의 투과측의 면(22)이 대향하도록 배치됨으로써, 봉투상 막이 형성된다. 봉투상 막은 대향하는 투과측의 면이 대향하도록 배치된 2매 1조의 분리막 쌍이다. 봉투상 막은 직사각 형상이고, 투과수가 집수관(6)에 흐르도록, 투과측의 면 사이가 분리막의 직사각 형상에 있어서, 권회 방향 내측의 1변에 있어서만 개방되고, 다른 3변에 있어서는 밀봉된다. 투과수는 이 봉투상 막에 의해 원수로부터 격리된다.

밀봉으로서는, 접착제 또는 핫 멜트 등에 의해 접착되어 있는 형태, 가열 또는 레이저 등에 의해 융착되어 있는 형태 및 고무제 시트가 끼워 넣어져 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 공급측 면이, 절첩되어 있는 것이 아니고 밀봉되어 있음으로써, 분리막의 단부에 있어서의 휨이 발생하기 어렵다. 접음선 근방에서의 휨의 발생이 억제됨으로써, 권위했을 때에 분리막 사이에서의 공극의 발생 및 이 공극에 의한 누설의 발생이 억제된다.

이와 같이 하여 누설의 발생이 억제됨으로써, 봉투상 막의 회수율이 향상된다. 봉투상 막의 회수율은 다음과 같이 구해진다. 즉, 수중에서 분리막 엘리먼트의 에어 리크 테스트(air leak test)를 행하고, 누설이 발생한 봉투상 막 수를 카운트한다. 그 카운트 결과에 기초하여, (에어 누설이 발생한 봉투상 막의 수/평가에 제공한 봉투상 막의 수)의 비율을, 봉투상 막의 회수율로서 산출한다.

구체적인 에어 리크 테스트의 방법은 이하와 같다. 분리막 엘리먼트의 중심 파이프의 단부를 밀봉하고, 다른 한쪽의 단부로부터 공기를 주입한다. 주입된 공기는 집수관의 구멍을 통과하여 분리막의 투과측에 도달하지만, 상기와 같이 분리막의 절첩이 불충분하여 접음선 근방에서 휨이 발생하거나 하여 공극이 존재하면, 공기가 그 공극을 이동해 버린다. 그 결과, 분리막의 공급측으로 공기가 이동하고, 분리막 엘리먼트의 단부(공급측)로부터 수중으로 공기가 도달한다. 이와 같이 에어 누설을 기포의 발생으로서 확인할 수 있다.

절첩에 의해 막 리프를 형성하는 경우, 리프가 길수록(즉, 원의 분리막이 길수록) 분리막의 절첩에 필요로 하는 시간은 길다. 그러나, 분리막의 공급측 면을, 절첩이 아니고 밀봉함으로써, 리프가 길어도 제조 시간의 증대를 억제할 수 있다.

또한, 막 리프 및 봉투상 막에 있어서, 서로 대향하는 분리막은 동일한 구성을 구비해도 되고, 다른 구성을 구비해도 된다. 즉, 분리막 엘리먼트에 있어서, 대향하는 투과측의 면 중 적어도 한쪽에 상술한 투과측 유로재가 설치되어 있으면 되므로, 투과측 유로재를 구비하는 분리막과, 투과측 유로재를 구비하지 않은 분리막이 교대로 겹쳐져 있어도 된다. 단, 설명의 편의상, 분리막 엘리먼트 및 그것에 관계되는 설명에 있어서는, 「분리막」은 투과측 유로재를 구비하지 않은 분리막(예를 들어, 분리막과 동일한 구성을 구비하는 막)을 포함한다.

분리막의 투과측의 면에 있어서, 또는 공급측의 면에 있어서, 서로 대향하는 분리막은 2매의 다른 분리막이어도 되고, 1매의 막이 절첩된 것이어도 된다.

(2-3) 투과측 유로

상술한 바와 같이, 투과측 유로재(31)에 있어서, 시트(302)는 돌기물(301)을 구비하고 있다. 돌기물(301)에 의해, 봉투상 막의 내측, 즉 대향하는 분리막의 투과측의 면 사이에는 투과측 유로가 형성된다.

(2-4) 공급측 유로

(유로재)

분리막 엘리먼트(100)는, 도 1에 나타낸 바와 같이 대향하는 분리막(2)의 공급측의 면(21) 사이에, 분리막(2)에 대한 투영 면적비가 0을 초과하고 1 미만이 되는 공급측 유로재(32)를 구비한다.

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 면적비란, 분리막과 공급측 유로재를 5㎝×5㎝로 잘라내고, 공급측 유로재를 분리막의 면 방향에 평행한 평면에 투영했을 때에 얻어지는 유로재의 투영 면적을, 커팅 면적(25㎠)으로 나눈 값이다.

공급측 유로재의 높이(두께)는, 후술하는 바와 같이 각 성능의 밸런스나 운전 비용을 고려하면 0.5㎜를 초과하고 2.0㎜ 이하가 바람직하고, 0.6㎜ 이상 1.0㎜ 이하가 더욱 바람직하다.

공급측 유로재의 형상은 특별히 한정되지 않고, 연속 형상을 갖고 있어도 되고, 불연속의 형상을 갖고 있어도 된다. 연속 형상을 갖는 유로재로서는, 필름 및 네트 등의 부재를 들 수 있다. 여기서, 연속 형상이란, 실질적으로 유로재의 전체 범위에 있어서 연속인 것을 의미한다. 연속 형상에는 조수량이 저하되는 등의 문제가 발생하지 않을 정도로, 유로재의 일부가 불연속이 되는 개소가 포함되어 있어도 된다. 또한, 「불연속」의 정의에 대해서는, 상기 <투과측의 유로재>에서 설명한 바와 같다. 또한, 공급측 유로재의 재료는 특별히 한정되지 않고, 분리막과 동일 소재여도 되고 상이 소재여도 된다.

(2-5) 집수관

집수관(6)은 그 속을 투과수가 흐르도록 구성되어 있으면 되고, 재질, 형상, 크기 등은 특별히 한정되지 않는다. 집수관(6)으로서는, 예를 들어 복수의 구멍이 형성된 측면을 갖는 원통상의 부재가 사용된다.

(2-6) 제1 형태

보다 구체적인 형태로서, 도 10 내지 도 12에 제1 내지 제3 형태의 분리막 엘리먼트(100A, 100B, 100C)를 나타낸다.

도 10은 제1 형태의 분리막 엘리먼트(100A)를 부분적으로 분해하여 나타내는 설명도이고, 집수관(6)의 주위에 복수매의 분리막(2)이 권회되어 있다. 또한, 분리막 엘리먼트(100A)는 상술한 구성에 더하여, 이하의 구성을 더 구비한다.

즉, 분리막 엘리먼트(100A)는 그의 양단부(즉, 제1 단부 및 제2 단부)에 구멍 있는 단부판(92)을 구비한다. 또한, 분리막 엘리먼트(100A)에 있어서, 권위된 분리막(이하, 「권위체」라고 칭함)의 외주면에는 외장체(81)가 권위되어 있다.

또한, 후술하는 구멍 없는 단부판(91)은 원수가 통과 가능한 구멍을 구비하고 있지 않은 것에 비해, 구멍 있는 단부판(92)은 원수를 통과시킬 수 있는 복수의 구멍을 구비한다.

또한, 분리막(2)은 봉투상 막(11)을 형성하고 있고, 봉투상 막(11)의 내측에는, 상술한 바와 같이 돌기물(301)이 설치된 투과측 유로재(31)가 배치되어 있다. 봉투상 막(11)끼리의 사이에는 공급측 유로재(32)가 배치되어 있다.

또한, 편의상, 도 10 내지 도 12에서는, 투과측 유로재(31)의 돌기물(301)은 도트 형상으로 하여 나타나지만, 상술한 바와 같이 투과측 유로재의 형상은 이 형상으로 한정되지 않는다.

이어서, 분리막 엘리먼트(100A)를 사용한 수처리에 대하여 설명한다. 분리막 엘리먼트(100A)의 제1 단부로부터 공급된 원수(101)는 단부판(92)의 구멍을 통해, 공급측 유로에 유입된다. 이렇게 하여, 분리막(2)의 공급측의 면에 접촉한 원수(101)는 분리막(2)에 의해, 투과수(102)와 농축수(103)로 분리된다. 투과수(102)는 투과측 유로를 거쳐, 집수관(6)에 유입된다. 집수관(6)을 통한 투과수(102)는 분리막 엘리먼트(100A)의 제2 단부로부터 분리막 엘리먼트(100A)의 밖으로 유출된다. 농축수(103)는 공급측 유로를 통해, 제2 단부에 설치된 단부판(92)의 구멍으로부터 분리막 엘리먼트(100A)의 외부로 유출된다.

(2-7) 제2 형태

도 11을 참조하여, 제2 형태의 분리막 엘리먼트(100B)에 대하여 설명한다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.

분리막 엘리먼트(100B)는 그의 제1 단부에 배치되고, 또한 구멍을 갖지 않는 구멍 없는 단부판(91)과, 제2 단부에 배치되고, 또한 구멍을 갖는 구멍 있는 단부판(92)을 구비한다. 또한, 분리막 엘리먼트(100B)는 권위된 분리막(2)의 최외면에 더 감긴 다공성 부재(82)를 구비한다.

다공성 부재(82)로서는, 원수를 통과시킬 수 있는 복수의 구멍을 갖는 부재가 사용된다. 다공성 부재(82)에 형성된 이들의 구멍은 원수의 공급구라고 바꿔 말할 수도 있다. 다공성 부재(82)는 복수의 구멍을 갖고 있으면, 그의 재질, 크기, 두께, 강성 등은 특별히 한정되는 것은 아니다. 다공성 부재(82)로서, 비교적 작은 두께를 갖는 부재를 채용함으로써, 분리막 엘리먼트의 단위 체적당의 막 면적을 증대시킬 수 있다.

다공성 부재(82)의 두께는, 예를 들어 1㎜ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 0.2㎜ 이하이다. 또한, 다공성 부재(82)는 권위체의 외주 형상을 따르도록 변형할 수 있는, 유연성 또는 가요성을 갖는 부재여도 된다. 보다 구체적으로는, 다공성 부재(82)로서, 네트, 다공성 필름 등이 적용 가능하다. 네트 및 다공성 필름은 권위체를 내부에 수용할 수 있도록 통상으로 형성되어 있어도 되고, 긴 형상이며, 권위체의 주위에 감겨 있어도 된다.

다공성 부재(82)는 분리막 엘리먼트(100B)의 외주면에 배치된다. 다공성 부재(82)가 이와 같이 설치됨으로써, 구멍이 분리막 엘리먼트(100B)의 외주면에 형성된다. 「외주면」이란, 특히, 분리막 엘리먼트(100B)의 외주면의 전체 중, 상술한 제1 단부의 면 및 제2 단부의 면을 제외한 부분이라고도 할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 다공성 부재(82)는 권위체의 외주면의 거의 전체를 덮도록 배치된다.

본 실시 형태에 의하면, 분리막 엘리먼트(100B)의 외주면(권위체의 외주면)으로부터 다공성 부재(82)를 통해 원수가 공급된다. 따라서, 분리막 엘리먼트(100B)가 반복해서 운전되어도, 또는 분리막 엘리먼트(100B)가 고압 조건 하에서 운전되어도, 권위된 분리막(2) 등이 길이 방향으로 압출되는 것에 의한 권위체의 변형(소위 텔레스코프)의 억제가 가능하다. 또한 본 실시 형태에서는, 원수가 압력 용기(도시하지 않음)와 분리막 엘리먼트 사이의 간극으로부터 공급되므로, 원수가 이상한 체류의 발생이 억제된다.

분리막 엘리먼트(100B)에 있어서는, 제1 단부의 단부판이 구멍 없는 단부판(91)이므로, 제1 단부의 면으로부터는, 분리막 엘리먼트(100B) 내에 원수는 유입되지 않는다. 원수(101)는 분리막(2)에 대하여, 분리막 엘리먼트(100B)의 외주면으로부터, 다공성 부재(82)를 통해 공급된다. 이렇게 하여 공급된 원수(101)는 분리막에 의해 투과수(102)와 농축수(103)로 나뉜다. 투과수(102)는 집수관(6)을 통해, 분리막 엘리먼트(100B)의 제2 단부로부터 취출된다. 농축수(103)는 제2 단부의 구멍 있는 단부판(92)의 구멍을 통해, 분리막 엘리먼트(100B) 밖으로 유출된다.

(2-8) 제3 형태

도 12를 참조하여, 제3 형태의 분리막 엘리먼트(100C)에 대하여 설명한다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.

분리막 엘리먼트(100C)는 그의 제1 단부 및 제2 단부에 각각 배치되고, 구멍 있는 단부판(92)을 구비하는 것 이외는 제2 형태의 엘리먼트와 동일하다. 또한, 분리막 엘리먼트(100C)는 분리막 엘리먼트(100B)와 마찬가지로, 다공성 부재(82)를 구비한다.

이 구성에 의해, 본 실시 형태에서는, 원수(101)는 다공성 부재(82)의 구멍을 통해 분리막 엘리먼트(100C)의 외주면으로부터 권위체에 공급될 뿐만 아니라, 제1 단부의 구멍 있는 단부판(92)의 구멍을 통해, 분리막 엘리먼트(100C)의 제1 단부로부터 권위체에 공급된다. 투과수(102) 및 농축수(103)는 제1 형태의 분리막 엘리먼트(100A)와 마찬가지로, 제2 단부로부터 분리막 엘리먼트(100C)의 외부로 배출된다.

분리막 엘리먼트(100C)의 일단부(즉, 구멍 있는 단부판(92))뿐만 아니라, 분리막 엘리먼트(100C)의 외주면으로부터도 다공성 부재(82)를 통해 권위체에 원수가 공급되므로, 권위체의 변형의 억제가 가능하다. 또한, 본 형태에 있어서도, 원수가 압력 용기와 분리막 엘리먼트 사이의 간극으로부터 공급되므로, 이상한 체류의 발생이 억제된다.

〔3. 분리막 엘리먼트의 제조 방법〕

분리막 엘리먼트의 제조 방법에 있어서의 각 공정에 대하여, 이하에 설명한다.

(3-1) 분리막의 제조 및 후속 가공

분리막의 제조 방법에 대해서는 상술했지만, 간단하게 정리하면 이하와 같다.

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

또한, 화학 처리 전 또는 후에, 엠보싱 등에 의해 분리막에 요철을 형성해도 되고, 수지에 의해 분리막의 투과측의 면 및/또는 공급측의 면에, 유로재를 형성 해도 된다.

분리막에 요철 가공을 실시하는 경우는, 엠보싱 성형, 수압 성형, 캘린더 가공 등의 방법으로 분리막의 공급측에 고저차를 부여할 수도 있다.

공급측 유로가 네트 등의 연속적으로 형성된 부재인 경우는, 분리막에 투과측 유로재가 배치됨으로써 분리막이 제조된 후, 이 분리막과 공급측 유로재를 중첩하면 된다.

돌기물을 배치하는 방법은, 예를 들어 부드러운 재료를 시트 위에 배치하는 공정과, 그것을 경화하는 공정을 구비한다. 구체적으로는, 돌기물의 배치에는 열가소성 수지, 자외선 경화 수지, 화학 중합, 핫 멜트, 건조 등이 이용된다. 특히, 열가소성 수지나 핫 멜트는 바람직하게 사용되고, 구체적으로는, 열에 의해 수지 등의 재료를 연화하는(즉, 열 용융함) 공정, 연화된 재료를 분리막 위에 배치하는 공정, 이 재료를 냉각에 의해 경화함으로써 시트 위에 고착시키는 공정을 포함한다.

돌기물을 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, 인쇄기, 분무기 등을 들 수 있다.

(3-2) 막 리프의 형성

막 리프는, 상술한 바와 같이 공급측의 면이 내측을 향하도록 분리막을 절첩함으로써 형성되어도 되고, 각각의 2매의 분리막을, 공급측의 면이 대향하도록 접합함으로써 형성되어도 된다.

분리막 엘리먼트의 제조 방법은 분리막의 권회 방향에 있어서의 내측 단부를, 공급측의 면에 있어서 밀봉하는 공정을 구비하는 것이 바람직하다. 밀봉하는 공정에 있어서는, 2매의 분리막을, 서로의 공급측의 면이 대향하도록 겹친다. 또한, 겹쳐진 분리막의 권회 방향에 있어서의 내측 단부, 즉 도 8에 있어서의 좌측 단부를, 투과수가 집수관(6)에 유입 가능하도록 밀봉한다.

「밀봉」하는 방법으로서는, 접착제 또는 핫 멜트 등에 의한 접착, 가열 또는 레이저 등에 의한 융착 및 고무제 시트를 끼워 넣는 방법을 들 수 있다. 접착에 의한 밀봉은 가장 간편하고 효과가 높기 때문에 특히 바람직하다.

이때, 겹쳐진 분리막의 공급측의 면끼리의 사이에, 분리막과는 별도로 형성된 공급측 유로재를 배치해도 된다. 상술한 바와 같이, 엠보싱 또는 수지 도포 등에 의해 분리막의 공급측의 면에 미리 고저차를 형성함으로써, 공급측 유로재의 배치를 생략할 수도 있다.

공급측의 면의 밀봉과 투과측의 면의 밀봉(봉투상 막의 형성)은 어느 쪽이 먼저 행해져도 상관없고, 분리막을 겹치면서, 공급측의 면의 밀봉과 투과측의 면의 밀봉을 병행하여 행해도 된다. 단, 권회 시에 있어서의 분리막에서의 주름의 발생을 억제하기 위해서는, 인접하는 분리막이 권회에 의해 길이 방향으로 어긋나는 것을 허용하도록, 폭 방향 단부에 있어서의 접착제 또는 핫 멜트의 고화 등, 즉 봉투상 막을 형성하기 위한 고화 등을, 권회의 종료 후에 완료시키는 것이 바람직하다.

(3-3) 봉투상 막의 형성

1매의 분리막을 투과측 면이 내측을 향하도록 절첩하고, 또한 대향하는 분리막 사이에 상술한 돌기물을 구비하는 시트(투과측 유로재)를 끼우고, 접합함으로써 또는 2매의 분리막을 투과측 면이 내측을 향하도록 겹치고, 또한 1매의 분리막과 다른 1매의 분리막 사이에 상술한 돌기물을 구비하는 시트(투과측 유로재)를 끼우고 접합함으로써 봉투상 막을 형성할 수 있다. 직사각 형상의 봉투상 막에 있어서는, 길이 방향의 일단부만이 개구하도록, 다른 3변을 밀봉한다. 밀봉은 접착제 또는 핫 멜트 등에 의한 접착, 열 또는 레이저에 의한 융착 등에 의해 실행할 수 있다.

이때, 밀봉되어 있는 부분에서는 분리막 사이에 시트가 존재해도 되고, 시트는 분리막의 밀봉 부분보다 내측에 배치되어 있어도 된다.

봉투상 막의 형성에 사용되는 접착제는 점도가 40P(푸아즈) 이상 150P(푸아즈) 이하의 범위 내인 것이 바람직하고, 또한 50P(푸아즈) 이상 120P(푸아즈) 이하가 보다 바람직하다. 접착제 점도가 지나치게 높은 경우에는, 적층한 리프를 집수관에 권위할 때에, 주름이 발생하기 쉬워진다. 주름은 분리막 엘리먼트의 성능을 손상시키는 경우가 있다. 반대로, 접착제 점도가 지나치게 낮은 경우에는, 리프의 단부로부터 접착제가 유출되어 장치를 오염시키는 경우가 있다. 또한, 접착해야 할 부분 이외에 접착제가 부착되면, 분리막 엘리먼트의 성능이 손상됨과 함께, 유출된 접착제의 처리 작업에 의해 작업 효율이 현저하게 저하된다.

접착제의 도포량은 막 리프를 집수관에 권위한 후에, 접착제가 도포되는 부분의 폭이 10㎜ 이상 100㎜ 이하의 양인 것이 바람직하다. 이에 의해, 분리막이 확실하게 접착되므로, 원수의 투과측으로의 유입이 억제된다. 또한, 분리막 엘리먼트의 유효 막 면적도 비교적 크게 확보할 수 있다.

접착제로서는 우레탄계 접착제가 바람직하고, 점도를 40P(푸아즈) 이상 150P(푸아즈) 이하의 범위로 하기 위해서는, 주제의 이소시아네이트와 경화제의 폴리올을, 이소시아네이트/폴리올의 중량 비율이 1/5 이상 1 이하가 되도록 혼합한 것이 바람직하다. 접착제의 점도는, 미리 주제, 경화제 단체 및 배합 비율을 규정한 혼합물의 점도를 B형 점도계(JIS K6833)로 측정한 것이다.

밀봉 부분에 시트가 존재하는 경우, 시트 내에 배어든 접착제에 의해, 시트를 통해 분리막끼리가 접착할 수 있다. 또한, 밀봉 부분에는, 시트가 없는 경우는 분리막은 직접 접합된다.

(3-4) 분리막의 권회

분리막 엘리먼트의 제조에는 종래의 엘리먼트 제작 장치를 사용할 수 있다. 또한, 엘리먼트 제작 방법으로서는, 참고 문헌(일본 특허 공고 소44-14216호 공보, 일본 특허 공고 평4-11928호 공보, 일본 특허 공개 평11-226366호 공보)에 기재되는 방법을 사용할 수 있다. 상세는 이하와 같다.

집수관의 주위에 분리막을 권회할 때는, 분리막을, 리프의 폐쇄된 단부, 즉 봉투상 막의 폐구 부분이 집수관을 향하도록 배치한다. 이와 같은 배치에서 집수관의 주위에 분리막을 감음으로써, 분리막을 스파이럴상으로 권회한다.

집수관에 트리코트나 기재와 같은 스페이서를 권회해 두면, 분리막 엘리먼트 권위 시에 집수관으로 도포한 접착제가 유동하기 어려워, 누설의 억제로 연결되고, 나아가 집수관 주변의 유로가 안정적으로 확보된다. 또한, 스페이서는 집수관의 원주보다 길게 권회해 두면 된다.

(3-5) 그 밖의 공정

분리막 엘리먼트의 제조 방법은 상술한 바와 같이 형성된 분리막의 권회체의 외측에, 필름 및 필라멘트 등을 더 감는 것을 포함하고 있어도 되고, 집수관의 길이 방향에 있어서의 분리막의 단부를 가지런히 자르는 에지 커트, 단부판의 설치 등의 가일층의 공정을 포함하고 있어도 된다.

〔4. 분리막 엘리먼트의 이용〕

분리막 엘리먼트는, 또한, 직렬 또는 병렬로 접속하여 압력 용기에 수납됨으로써, 분리막 모듈로서 사용되어도 된다.

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

유체 분리 장치의 조작 압력은 높은 쪽이 제거율은 향상되지만, 운전에 필요한 에너지도 증가하는 것, 또한 분리막 엘리먼트의 공급 유로, 투과 유로의 유지성을 고려하면, 막 모듈에 피처리수를 투과할 때의 조작 압력은 0.2㎫ 이상 5㎫ 이하가 바람직하다. 원수 온도가 높아지면 염 제거율이 저하되지만, 낮아짐에 따라 막투과 유속도 감소하므로, 5℃ 이상 45℃ 이하가 바람직하다. 또한, 원수의 pH가 중성 영역에 있는 경우, 원수가 해수 등의 고염농도의 액체라도, 마그네슘 등의 스케일의 발생이 억제되고, 또한 막의 열화도 억제된다.

분리막 엘리먼트에 의해 처리되는 유체는 특별히 한정되지 않지만, 수처리에 사용하는 경우, 원수로서는, 해수, 함수, 배수 등의 500㎎/L 이상 100g/L 이하의 TDS(Total Dissolved Solids: 총용해 고형분)를 함유하는 액상 혼합물을 들 수 있다. 일반적으로, TDS는 총 용해 고형분량을 가리키고, 「질량÷체적」으로 표현되지만, 1L를 1㎏으로 간주하여 「중량비」로 표현되는 경우도 있다. 정의에 의하면, 0.45㎛의 필터로 여과한 용액을 39.5℃ 이상 40.5℃ 이하의 온도에서 증발시켜 잔류물의 무게로부터 산출할 수 있지만, 보다 간편하게는 실용 염분(S)으로부터 환산한다.

실시예

이하에 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 전혀 아니다.

(시트의 두께 및 돌기물의 높이)

시트의 두께와 돌기물의 높이는 키엔스사제 고정밀도 형상 측정 시스템 KS-1100으로 측정했다. 구체적으로는, 돌기물의 높이는 키엔스사제 고정밀도 형상 측정 시스템 KS-1100을 사용하여, 5㎝×5㎝의 투과측의 측정 결과로부터 평균의 고저차를 해석했다. 10㎛ 이상의 고저차가 있는 30개소를 측정하고, 각 높이의 값을 총합한 값을 측정 총개소(30개소)의 수로 나누어 구한 값을 돌기물의 높이로 했다.

(투과측 유로재의 피치 및 간격, 폭, 길이)

키엔스사제 고정밀도 형상 측정 시스템 KS-1100을 사용하여, 분리막의 투과측에 있어서의 유로재의 정점으로부터, 인접한 유로재의 정점까지의 수평 거리를 200개소에 대하여 측정하고, 그의 평균값을 피치로서 산출했다.

또한, 간격 b, 간격 e, 폭 d, 길이 f에 대해서는, 피치를 측정한 사진에 있어서, 상술한 방법으로 측정했다(도 5 및 도 6 참조).

(밀용착부 사이의 피치)

키엔스사제 고정밀도 형상 측정 시스템 KS-1100을 사용하여, 어떤 밀용착부의 무게 중심 위치와, 이 밀용착부에 인접하는 별도의 밀용착부의 무게 중심 위치의 수평 거리를 50개소에 대하여 측정했다.

(스캐닝법에 의한 밀용착률 및 표면 개공률)

50㎜×50㎜로 커트한 투과측 유로재를 디지털 스캐너(캐논 가부시키가이샤제 CanoScan N676U)로, 돌기물이 고착된 면에 대하여 스캔하고, 얻어진 디지털 화상을 화상 해석 소프트웨어(ImageJ)로 해석했다. 얻어진 화상의 돌기물이 고착되어 있지 않은 영역에 대하여, 밀용착률 또는 표면 개공률(%)=100×(밀용착부 또는 개공부의 면적/커팅 면적)으로 하여 산출했다. 이 조작을 50회 반복하여, 그의 평균값을 밀용착률 또는 표면 개공률로 했다.

(마이크로스코프법에 의한 밀용착률 및 표면 개공률)

키엔스사제 고정밀도 형상 측정 시스템 KS-1100을 사용하여, 배율 100배로 투과측 유로재 돌기물이 고착된 면으로부터 촬영하고, 텍스처의 수치를 제로로 하여 화상을 흑백화했다. 얻어진 디지털 화상을 화상 해석 소프트웨어(ImageJ)로 해석했다. 얻어진 화상의 돌기물이 고착되어 있지 않은 영역에 대하여, 밀용착률 또는 표면 개공률(%)=100×(밀용착부 또는 개공부의 면적/ 커팅 면적)으로 하여 산출했다. 이 조작을 30회 반복하여, 그의 평균값을 밀용착률 또는 표면 개공률로 했다.

(공극률)

건조한 샘플의 외관 체적(㎤)을 측정하고, 계속해서 그 샘플에 순수를 포함시켜 중량을 측정했다. 물을 포함한 샘플 중량으로부터 샘플의 건조 시의 중량을 뺀 값, 즉 기재의 공극에 들어간 물의 중량(g: 즉, 물의 체적㎤)을 산출하고, 샘플의 외관 체적으로 나눈 백분율(%)로 하여, 공극률을 얻었다.

(면의 산술 평균 높이)

투과측 유로재의 돌기물이 배치되어 있는 면과, 표리 반대측의 면에 대하여, 키엔스사제 원샷 3D 측정 마크로스코프를 사용하여, 하기의 조건에서 임의의 30개소를 측정하고, 얻어진 면의 산술 평균 높이의 평균값으로 했다.

측정 배율: 40배

측정 범위: 5㎜×5㎜

필터: 가우스

종단부 효과의 보정: 유효

S 필터: 없음

L 필터: 0.8㎜

(조수량)

분리막 또는 분리막 엘리먼트에 대하여, 공급수로서, 농도 1,000㎎/L, pH6.5의 NaCl 수용액을 사용하여, 운전 압력 0.7㎫, 온도 25℃의 조건 하에서 100시간 운전한 후에 10분간의 샘플링을 행하고, 막의 단위 면적당, 또한 1일당의 투수량(입방 미터)을 조수량(㎥/일)으로 하여 나타냈다.

(탈염률(TDS 제거율))

조수량의 측정에 있어서의 10분간의 운전에서 사용한 원수 및 샘플링한 투과수에 대하여, TDS 농도를 전도율 측정에 의해 구하고, 하기 식으로부터 TDS 제거율을 산출했다.

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

(박리율)

시트에 돌기물이 고착된 투과측 유로재에 대하여, 편날을 사용하여 CD 방향으로 5m/min으로 재단하고, 돌기물의 총수에 대한 시트로부터 박리한 스트라이프의 개수의 비를 산출하여 박리율로 했다. 또한, 박리율은 본 평가를 100회 실시하고, 그의 평균값으로 했다.

(결점률)

모든 벽상물에 대하여 분리막의 길이 L1과, 분리막의 길이에 대하여 집수관으로부터 먼 곳의 단부로부터 벽상물이 존재하지 않는 거리 또는 한 면에 도포되어 있는 길이 L3을 측정하고, 결점률(%)=L3/L1×100의 식에 기초하여 산출한 후에, 1개의 벽상물당의 평균값을 구했다. 이하, 얻어진 평균값을 「결점률」이라고 표기한다.

(실시예 1)

폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 포함하는 부직포(실 직경: 1데시텍스, 두께: 약 0.09㎜, 밀도 0.80g/㎤) 위에 폴리술폰의 15.0질량%의 DMF 용액을 180㎛의 두께로 실온(25℃)에서 캐스트하고, 바로 순수 중에 침지하여 5분간 방치하고, 80℃의 온수에서 1분간 침지함으로써 섬유 보강 폴리술폰 지지막을 포함하는, 다공성 지지층(두께 0.13㎜)을 제작했다.

그 후, 다공성 지지층 롤을 권출하고, 폴리술폰 표면에, m-PDA(메타페닐렌디아민)의 1.9질량%, ε-카프로락탐 4.5질량% 수용액 중을 도포하고, 에어 노즐로부터 질소를 분사하여 지지막 표면으로부터 여분의 수용액을 제거한 후, 트리메스산클로라이드 0.06질량%를 포함하는 25℃의 n-데칸 용액을 표면이 완전히 젖도록 도포했다.

그 후, 막으로부터 여분의 용액을 에어 블로우로 제거하고, 50℃의 열수로 세정하여 분리막 롤을 얻었다.

이와 같이 얻어진 분리막을, 분리막 엘리먼트에서의 유효 면적이 37.0㎡가 되도록 절첩 재단 가공하고, 네트(두께: 0.7㎜, 피치: 5㎜×5㎜, 섬유 직경: 350㎛, 투영 면적비: 0.13)를 공급측 유로재로 하여 폭 900㎜이고 또한 리프 길이 800㎜인 26매의 리프를 제작했다.

한편, 돌기물을 시트 전체에 걸쳐서 형성했다. 즉, 슬릿 폭 0.5㎜, 피치 0.9㎜의 빗형 심을 장전한 어플리케이터를 사용하여, 백업 롤을 20℃로 온도 조절하면서, 분리막 엘리먼트로 한 경우에 집수관의 길이 방향에 대하여 수직이고 또한 봉투상 막으로 한 경우에 권회 방향의 내측 단부로부터 외측 단부까지 집수관의 길이 방향에 대하여 수직이 되도록 직선상으로, 고결정성 PP(MFR 1000g/10분, 융점 161℃) 60질량%와 저결정성 α-올레핀계 중합체(이데미츠 고산 가부시키가이샤제; 저입체 규칙성 폴리프로필렌 「L-MODUㆍS400」(상품명)) 40질량%를 포함하는 조성물 펠릿을 수지 온도 205℃, 주행 속도 10m/min으로 직선상으로 도포했다. 또한, 시트는 표 1과 같이 부직포였다.

얻어진 돌기물의 형상은 시트의 두께와 돌기물의 높이의 합계가 0.26㎜이고, 돌기물 폭이 0.5㎜이고, 제1 방향 및 제2 방향에 있어서 인접하는 돌기물의 간격이 0.4㎜이고, 피치가 0.9㎜였다.

얻어진 리프의 투과측 면에 투과측 유로재를 적층하고, ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌)제 집수관(폭: 1,020㎜, 직경: 30㎜, 구멍수 40개×직선상 1열)에 스파이럴상으로 감고, 외주에 필름을 더 감았다. 테이프로 고정한 후에, 에지 커트, 단부판의 설치 및 필라멘트 와인딩을 행함으로써, 직경이 8인치인 분리막 엘리먼트를 제작했다. 또한, 단부판은 양쪽 모두 구멍 있는 단부판이었다. 즉, 본 실시예에서는 도 10에 나타내는 제1 형태의 분리막 엘리먼트를 제작했다.

분리막 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 농도 1,000㎎/L, pH6.5의 NaCL 수용액을 사용하여, 운전 압력 0.7㎫, 운전 온도 25℃, pH6.5로 운전(회수율 15%)한바, 조수량 및 탈염률, 박리율은 표 1과 같았다.

(실시예 2 내지 12)

시트를 표 1 내지 3과 같은 부직포로 하고, 돌기물을 표 1 내지 3과 같이 한 것 이외는 모두 실시예 1과 마찬가지로 하여, 분리막 및 분리막 엘리먼트를 제작했다.

분리막 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 상술한 조건에서 운전을 행하여 투과수를 얻은바, 조수량 및 탈염률, 박리율은 표 1 내지 3과 같았다.

(실시예 13, 14)

실시예 1에서 얻은 벽상물을 고착한 분리막 롤을, 분리막 엘리먼트에서의 폭이 256㎜, 유효 면적이 0.5㎡가 되도록 절첩 재단 가공하고, 네트(두께: 510㎛, 피치: 2㎜×2㎜, 섬유 직경: 255㎛, 투영 면적비: 0.21)를 공급측 유로재로서 2매의 리프를 제작했다.

한편, 시트를 표 4와 같은 부직포로 하고, 돌기물을 표 4와 같이 한 것 이외는 모두 실시예 1과 마찬가지로 하여 투과측 유로재를 제작했다.

그 후, 리프의 투과측 면에 투과측 유로재를 적층하고, ABS제 집수관(폭: 300㎜, 외경: 17㎜, 구멍수 8개×직선상 2열)에 감으면서 2매의 리프를 스파이럴상으로 감은 분리막 엘리먼트를 제작하고, 외주에 필름을 감고, 테이프로 고정한 후에 에지 커트, 단부판 설치를 행하여, 2인치 엘리먼트를 제작했다.

분리막 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 농도 1,000㎎/L, pH6.5의 NaCL 수용액을 사용하여, 운전 압력 0.7㎫, 운전 온도 25℃, pH6.5로 운전(회수율 15%)한바, 조수량 및 탈염률, 박리율은 표 4와 같았다.

(비교예 1)

시트로서 2축 연신 폴리에스테르 필름(도레이 가부시키가이샤제 루미러, 두께 0.03㎜)을 사용한바, 용착률이 지나치게 높기 때문에 돌기물이 시트에 함침하지 않고, 반송 시에 돌기물이 박리되는 개소가 있어 유로재를 얻을 수 없었다.

(비교예 2)

시트를 표 5와 같은 부직포로 하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 돌기물을 배치한바, 시트에는 밀용착부가 존재하지 않고, 조용착부 및 비용착부뿐이었기 때문에, 돌기물을 고착시켰을 때에 뒤배임이 발생하여 유로재를 얻을 수 없었다.

표 1 내지 표 5에 나타낸 결과로부터 명백해진 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 12의 분리막 엘리먼트는 장시간에 걸쳐 운전해도, 높은 탈염률을 갖는 충분한 양의 투과수를 얻을 수 있고, 우수한 분리 성능을 안정적으로 구비하고 있다고 할 수 있다.

본 발명을 상세하고 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명확하다. 본 출원은 2014년 12월 26일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2014-264344), 2015년 4월 22일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2015-087253) 및 2015년 7월 30일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2015-150355)에 기초하는 것이고, 그의 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명의 분리막 엘리먼트는, 특히 함수나 해수의 탈염에 적합하게 사용할 수 있다.

1 : 분리막 쌍
11 : 봉투상 막
2 : 분리막
2a : 분리막(한쪽의 분리막)
2b : 분리막(다른 쪽의 분리막)
21 : 공급측의 면
21a : 공급측의 면
21b : 공급측의 면
22 : 투과측의 면
22a : 투과측의 면
22b : 투과측의 면
201 : 기재
202 : 다공성 지지층
203 : 분리 기능층
31 : 투과측 유로재
32 : 공급측 유로재
301 : 돌기물
302 : 시트
303 : 밀용착부
304 : 조용착부
305 : 비용착부
4 : 막 리프
5 : 투과측 유로
6 : 집수관
81 : 외장체
82 : 다공성 부재
91 : 구멍 없는 단부판
92 : 구멍 있는 단부판
100 : 분리막 엘리먼트
a : 분리막의 길이
b : 분리막의 폭 방향에 있어서의 돌기물의 간격
c : 돌기물의 높이
d : 돌기물의 폭
e : 분리막의 길이 방향에 있어서의 돌기물의 간격
f : 돌기물의 길이
R2 : 분리막의 권회 방향 내측으로부터 외측을 향해 돌기물이 설치되어 있는 영역
R3 : 분리막의 권회 방향 외측 단부에 있어서 돌기물이 설치되어 있지 않은 영역
L1 : 분리막의 길이
L2 : 영역 R2의 길이
L3 : 영역 R3의 길이
100A : 분리막 엘리먼트(제1 형태)
100B : 분리막 엘리먼트(제2 형태)
100C : 분리막 엘리먼트(제3 형태)
101 : 원수
102 : 투과수
103 : 농축수

Claims (6)

1. 공급측의 면과 투과측의 면을 갖고, 투과측의 면끼리가 마주보도록 배치됨으로써 분리막 쌍을 형성하는 분리막과,
   상기 분리막의 상기 투과측의 면 사이에 설치되는 투과측 유로재를 구비하고,
   상기 투과측 유로재는 시트와 해당 시트 위에 설치된 복수의 돌기물을 구비하고,
   상기 시트는 표면에 개공부를 갖는 다공질 시트이고, 또한 그 표면에 밀용착부와, 조용착부 및 비용착부를 갖고,
   상기 돌기물은 수지를 함유하고, 해당 수지의 일부가 상기 시트의 상기 개공부에 함침하고 있는, 분리막 엘리먼트.
2. 제1항에 있어서, 상기 시트의 표면에 있어서의 밀용착률이 5% 이상 50% 이하인, 분리막 엘리먼트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비용착부에 있어서의 표면 개공률이 15% 이상 70% 이하인, 분리막 엘리먼트.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트 표면의 100㎟당에 존재하는 상기 개공부 중, 구멍 직경 150㎛ 이상 200㎛ 이하의 것이 30개 이상인, 분리막 엘리먼트.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트 표면의 면의 산술 평균 높이가 3㎛ 이상 10㎛ 이하인, 분리막 엘리먼트.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트 표면에 있어서의 용착부가 무늬를 구성하는, 분리막 엘리먼트.

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