JP2019025420A - Hollow fiber membrane module and production method of hollow fiber membrane module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水処理分野、発酵工業分野、医薬・医療分野、食品工業分野などで使用する中空糸膜モジュールに関し、さらに詳しくは接着剤が硬化する時に発生する硬化発熱量が小さい結束部を有する中空糸膜モジュールに関する。また、本発明は、該中空糸膜モジュールの製造方法に関する。 The present invention relates to a hollow fiber membrane module used in the water treatment field, fermentation industry field, pharmaceutical / medical field, food industry field, and the like, and more specifically, has a binding portion with a small amount of curing heat generated when the adhesive is cured. The present invention relates to a hollow fiber membrane module. The present invention also relates to a method for producing the hollow fiber membrane module.
特許文献1に見られるように、一般に中空糸膜モジュールは、およそ数百〜数万本の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束を筒状ケース内に収容し、該中空糸膜束の少なくとも一方の端部を結束し、筒状ケース内に収容した構成になっている。 As seen in Patent Document 1, generally, a hollow fiber membrane module accommodates a hollow fiber membrane bundle in which approximately several hundred to several tens of thousands of hollow fiber membranes are bundled in a cylindrical case. At least one end is bound and accommodated in a cylindrical case.
ここで、結束された中空糸膜は少なくとも一方の端部で開口しており、中空部がろ過液または被ろ過液の流路となる。ここで、結束部は膜を束ねると共に、ろ過液と被ろ過液を隔絶する機能を有している。この結束部は、接着剤を用いて成形されることが多く、中でもウレタン樹脂またはエポキシ樹脂が広く用いられている。 Here, the bound hollow fiber membrane is open at at least one end, and the hollow portion becomes a flow path of the filtrate or the liquid to be filtered. Here, the bundling portion has a function of bundling the membrane and isolating the filtrate from the filtrate. This binding part is often formed using an adhesive, and among them, urethane resin or epoxy resin is widely used.
特許文献2には、限外濾過膜モジュールあるいは精密濾過膜モジュールによる、浄水あるいは下水の除濁についての適用検討が盛んに実施されていること;この様な分野では、膜モジュールの大型化による処理コストのコストダウンが必要と考えられていること;膜モジュールの大型化には、いくつかの問題があり、その1つに、ケースが耐熱性の低い材質の場合には、ケースの変形を生じるという問題が発生すること;および、この変形という問題は、使用する接着剤の量が2次曲線的に増加し、接着剤の硬化発熱も比例して高くなるためと考えられることなどが記載されている。 Patent Document 2 actively discusses application of clarification of purified water or sewage using an ultrafiltration membrane module or a microfiltration membrane module; in such a field, treatment by increasing the size of the membrane module It is thought that cost reduction is necessary; there are several problems in increasing the size of the membrane module, and one of them is that the case is deformed if the case is made of a material having low heat resistance. And the problem of this deformation is that the amount of adhesive used increases in a quadratic curve, and that the heat of curing of the adhesive also increases in proportion. ing.
また、特許文献2には、大型モジュールでの接着剤の硬化発熱を抑える方法として、接着剤を少量ごとに分ける仕切板を設ける技術が開示されている。 Patent Document 2 discloses a technique of providing a partition plate that divides the adhesive into small amounts as a method for suppressing the heat generated by the adhesive in a large module.
しかし、特許文献2のように仕切板を使用すると、筒状ケース内に充填できる中空糸膜面積が減少し、中空糸膜モジュールのろ過能力が低下する。また、部材数が増えるために中空糸膜モジュールの製造コストが大きくなる。 However, if a partition plate is used like patent document 2, the hollow fiber membrane area which can be filled in a cylindrical case will reduce, and the filtration capability of a hollow fiber membrane module will fall. Further, since the number of members increases, the manufacturing cost of the hollow fiber membrane module increases.
本発明は、上記従来の実情を鑑みてなされたものであって、接着剤をはじめとする結束部の構成成分の硬化発熱による膜、筒状ケース等の強度低下、熱変形という問題を、特許文献2のように仕切り板等の別部材を用いずに解決できる中空糸膜モジュールを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and the problem of strength reduction and thermal deformation of a film, a cylindrical case, and the like due to curing heat generation of constituent components of a binding portion including an adhesive is patented. It is an object of the present invention to provide a hollow fiber membrane module that can be solved without using a separate member such as a partition plate as in Document 2.
本発明者らは、結束部の特定範囲のガラス転移温度および式1で示されるMcと、中空糸膜のビカット軟化温度VSTが式2を満たすように選定することで、中空糸膜モジュールの結束部硬化時の発熱を抑制でき、上記課題を解決できるという新たな知見を得た。 The inventors of the present invention have selected the glass transition temperature in a specific range of the bundling portion, Mc represented by Formula 1, and the Vicat softening temperature VST of the hollow fiber membrane to satisfy Formula 2, thereby binding the hollow fiber membrane module. A new finding was obtained that heat generation during partial curing can be suppressed and the above problems can be solved.
本発明は、この新たな知見に基づくものであり、以下の(1)〜(9)の技術を提供する。
(1)筒状ケースと、上記筒状ケース内に収容される中空糸膜束とを備え、上記中空糸膜束は、複数の中空糸膜が、少なくとも一つの結束部により、上記中空糸膜の中空部の一端または両端が開口した状態で結束されており、上記結束部のガラス転移温度は80℃未満であり、かつ、下記式1で示される上記結束部のMcと、上記結束部の重量Wと、上記中空糸膜のビカット軟化温度VSTとが、下記式2を満たす、中空糸膜モジュール。
The present invention is based on this new knowledge and provides the following techniques (1) to (9).
(1) A cylindrical case and a hollow fiber membrane bundle accommodated in the cylindrical case, wherein the hollow fiber membrane bundle includes a plurality of hollow fiber membranes, and the hollow fiber membrane is formed by at least one binding portion. The hollow portion is bound with one end or both ends thereof open, the glass transition temperature of the binding portion is less than 80 ° C., and the binding portion Mc represented by the following formula 1 and the binding portion A hollow fiber membrane module in which the weight W and the Vicat softening temperature VST of the hollow fiber membrane satisfy the following formula 2.
Mc=2(1+μ)ρRT/E (式1)
μ:ポアソン比、ρ:密度(g/m3)、R:気体定数(J/K/mol)、
T:絶対温度(K)、E:貯蔵弾性率(Pa)
VST≧5.78×W/Mc+420 (式2)
VST:中空糸膜のビカット軟化温度(K)、
W:中空部が開口した結束部一つの重量(g)
(2)上記Mcが、1000以上5000未満である、上記(1)に記載の中空糸膜モジュール。
(3)上記結束部が、(a)エポキシ樹脂と、(b)アミン硬化剤とを含有する、上記(1)または(2)に記載の中空糸膜モジュール。
(4)上記結束部が、(a)ビスフェノール型エポキシ樹脂と、(b)脂肪族アミンを主骨格とする硬化剤とを含有する、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
(5)上記結束部が、平均粒径40μm以下の粒子を、上記結束部を構成する接着剤100g当たりに対して沈降容積が150以上1000ml未満となるように含有する、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
(6)上記筒状ケースと上記結束部とが、シール材によって液密に固定されている、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
(7)上記筒状ケース内に収容される第2筒状ケースを備え、上記第2筒状ケースと上記結束部とがシール材によって液密に固定されている、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
Mc = 2 (1 + μ) ρRT / E (Formula 1)
μ: Poisson's ratio, ρ: density (g / m 3 ), R: gas constant (J / K / mol),
T: Absolute temperature (K), E: Storage elastic modulus (Pa)
VST ≧ 5.78 × W / Mc + 420 (Formula 2)
VST: Vicat softening temperature (K) of the hollow fiber membrane,
W: Weight (g) of one binding part with an open hollow part
(2) The hollow fiber membrane module according to (1), wherein the Mc is 1000 or more and less than 5000.
(3) The hollow fiber membrane module according to (1) or (2), wherein the binding part contains (a) an epoxy resin and (b) an amine curing agent.
(4) The hollow according to any one of (1) to (3), wherein the binding part contains (a) a bisphenol type epoxy resin and (b) a curing agent having an aliphatic amine as a main skeleton. Yarn membrane module.
(5) The above (1) to (1), wherein the binding part contains particles having an average particle size of 40 μm or less with respect to 100 g of the adhesive constituting the binding part so that the sedimentation volume is 150 or more and less than 1000 ml. The hollow fiber membrane module according to any one of 4).
(6) The hollow fiber membrane module according to any one of (1) to (5), wherein the cylindrical case and the binding portion are fixed in a liquid-tight manner with a sealing material.
(7) The above (1) to (5), comprising a second cylindrical case housed in the cylindrical case, wherein the second cylindrical case and the bundling portion are liquid-tightly fixed by a sealing material. ) The hollow fiber membrane module according to any one of the above.
本発明の中空糸膜モジュールでは、結束部のガラス転移温度が80℃未満であることで、接着剤をはじめとする結束部の構成成分の硬化時の発熱量を抑制することができると共に、中空糸膜のビカット軟化温度VSTが式2を満たすことで、硬化発熱による中空糸膜モジュールの損傷が抑制され、これにより生産時に高い製品収率を達成することができる。 In the hollow fiber membrane module of the present invention, since the glass transition temperature of the binding part is less than 80 ° C., the amount of heat generated during the curing of the constituent parts of the binding part including the adhesive can be suppressed, and the hollow part is hollow. When the Vicat softening temperature VST of the yarn membrane satisfies the formula 2, damage to the hollow fiber membrane module due to the heat generated by curing is suppressed, whereby a high product yield can be achieved during production.
以下に、本発明の中空糸膜モジュール形態を図に基づいて詳細に説明する。 Below, the hollow fiber membrane module form of this invention is demonstrated in detail based on figures.
尚、本実施形態により本発明が限定されるものではない。また、本発明の中空糸膜モジュールにおいて、「上」、「下」は、図に示す状態に基づいており、便宜的なものであって、被ろ過液が流入する側を「下」方向、ろ過液が流出する側を「上」方向とする。 In addition, this invention is not limited by this embodiment. Further, in the hollow fiber membrane module of the present invention, “upper” and “lower” are based on the state shown in the figure and are for convenience. The side where the filtrate flows out is the “up” direction.
また、「下」から「上」に向かう方向を「高さ方向」と便宜的に表現する。通常、中空糸膜モジュールの使用時の姿勢において、上下方向は、図における上下方向と一致する。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態にかかる中空糸膜モジュールの構成について、図を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1実施形態にかかる外圧式中空糸膜モジュール100Aの概略縦断面図である。
<中空糸膜モジュール構造>
第1実施形態にかかる中空糸膜モジュール100Aは、高さ方向における第1端と第2端とを有する筒状ケース1と、筒状ケース1内に収容され、第1端側の端部が開口し、第2端側の端部が閉塞している複数の中空糸膜2を有する中空糸膜束12と、中空糸膜2の第1端側の端部を結束する第1結束部3と、第2端側の端部を結束する第2結束部4と、を備えている。
Also, the direction from “down” to “up” is expressed as “height direction” for convenience. Usually, in the posture when the hollow fiber membrane module is used, the vertical direction coincides with the vertical direction in the figure.
[First Embodiment]
The configuration of the hollow fiber membrane module according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an external pressure type hollow fiber membrane module 100A according to the first embodiment of the present invention.
<Hollow fiber membrane module structure>
The hollow fiber membrane module 100A according to the first embodiment includes a cylindrical case 1 having a first end and a second end in the height direction, and is accommodated in the cylindrical case 1, and an end portion on the first end side is A hollow fiber membrane bundle 12 having a plurality of hollow fiber membranes 2 that are open and closed on the second end side, and a first binding portion 3 that binds the end portions on the first end side of the hollow fiber membrane 2. And a second binding portion 4 for binding the end portion on the second end side.
筒状ケース1は、中空状の筒状ケース本体1と、該筒状ケース本体1の両端部に設けられた上部キャップ6と下部キャップ7とで構成されている。 The cylindrical case 1 includes a hollow cylindrical case main body 1 and an upper cap 6 and a lower cap 7 provided at both ends of the cylindrical case main body 1.
図1に示したように、筒状ケース本体1の上部には、ろ過液出口8を有する上部キャップ6が、筒状ケース本体1の下部には、被ろ過液流入口9を有する下部キャップ7がそれぞれ、液密かつ気密に接続されている。上部キャップ6および下部キャップ7は、例えば図1に示したようにガスケット10を使用し、クランプ等で筒状ケース本体1に固定される。 As shown in FIG. 1, an upper cap 6 having a filtrate outlet 8 is provided at the upper part of the cylindrical case body 1, and a lower cap 7 having a filtrate inlet 9 is provided at the lower part of the cylindrical case body 1. Are connected in a liquid-tight and air-tight manner. The upper cap 6 and the lower cap 7 use, for example, a gasket 10 as shown in FIG. 1 and are fixed to the cylindrical case body 1 with a clamp or the like.
筒状ケース本体1は、その上端および下端に筒状ケース本体1の全周に亘って鍔部1Aおよび鍔部1Bを有している。また、筒状ケース本体1の側部には、ろ過液出口8寄りに被ろ過液出口11が設けられている。 The cylindrical case main body 1 has a flange 1A and a flange 1B over the entire circumference of the cylindrical case main body 1 at its upper and lower ends. Further, a filtrate outlet 11 is provided near the filtrate outlet 8 on the side of the cylindrical case body 1.
上部キャップ6は筒状ケース本体1の内径と略等しい内径を有し、その上端側が縮径してろ過液出口8を成形している。上部キャップ6の下端側には、筒状ケース本体1と接続したときに溝を成形するための段部6Aが上部キャップ6の全周に亘って成形されている。 The upper cap 6 has an inner diameter substantially equal to the inner diameter of the cylindrical case body 1, and the upper end side thereof is reduced in diameter to form the filtrate outlet 8. On the lower end side of the upper cap 6, a step portion 6 </ b> A for forming a groove when connected to the cylindrical case body 1 is formed over the entire circumference of the upper cap 6.
下部キャップ7は筒状ケース本体1の内径と略等しい内径を有し、その下端側が縮径して被ろ過液流入口9を成形している。 The lower cap 7 has an inner diameter that is substantially equal to the inner diameter of the cylindrical case body 1, and the lower end side of the lower cap 7 has a reduced diameter to form a filtrate inlet 9.
さらに、中空糸膜モジュール100Aは、複数の中空糸膜2を含む中空糸膜束12と、中空糸膜束12の端部で中空糸膜2間を結束する結束部とを備える。結束部は、筒状ケース1のろ過液出口8側に配置される第1結束部3と、筒状ケース1の被ろ過液流入口9側に配置される第2結束部4とを有する。第2結束部4には、被ろ過液の流路となる孔5が設けられている。 Furthermore, the hollow fiber membrane module 100 </ b> A includes a hollow fiber membrane bundle 12 including a plurality of hollow fiber membranes 2, and a bundling portion that binds the hollow fiber membranes 2 at the end of the hollow fiber membrane bundle 12. The binding portion includes a first binding portion 3 disposed on the filtrate outlet 8 side of the cylindrical case 1 and a second binding portion 4 disposed on the filtrate inlet 9 side of the cylindrical case 1. The second binding part 4 is provided with holes 5 that serve as a flow path for the liquid to be filtered.
さらに、中空糸膜モジュール100Aは、被ろ過液出口11と、筒状ケース1の径方向において並ぶように、筒状ケース1と中空糸膜束12との間に配置され、かつ側面に複数の整流孔14を有する第2筒状ケース15と、を備え、第2筒状ケース15を筒状ケース1の第1端側に固定している。
<中空糸膜>
本実施形態の中空糸膜モジュールは、分離膜として、中空糸膜2を備える。中空糸膜は一般的に平膜よりも比表面積が大きく、単位時間当たりにろ過できる液量が多いため有利である。中空糸膜の構造としては、全体的に孔径が一様な対称膜や、膜の厚み方向で孔径が変化する非対称膜、強度を保持するための支持層と対象物質の分離を行うための分離機能層を有する複合膜などが存在する。
Further, the hollow fiber membrane module 100A is disposed between the tubular case 1 and the hollow fiber membrane bundle 12 so as to be aligned in the radial direction of the filtrate outlet 11 and the tubular case 1, and has a plurality of side surfaces. A second cylindrical case 15 having a rectifying hole 14, and the second cylindrical case 15 is fixed to the first end side of the cylindrical case 1.
<Hollow fiber membrane>
The hollow fiber membrane module of this embodiment includes a hollow fiber membrane 2 as a separation membrane. A hollow fiber membrane is advantageous because it generally has a specific surface area larger than that of a flat membrane and a larger amount of liquid can be filtered per unit time. The structure of the hollow fiber membrane includes a symmetrical membrane with a uniform pore size as a whole, an asymmetric membrane whose pore size changes in the thickness direction of the membrane, and a separation for separating the support layer and the target substance to maintain strength. There are composite films having a functional layer.
中空糸膜の平均孔径は分離対象によって適宜選択すれば良いが、細菌類や真菌類などの微生物や、動物細胞の分離などを目的とする場合、10nm以上、600nm以下であることが好ましい。平均孔径が10nm以上とすることで高い透水性を得ることができ、600nm以下とすることで微生物等がろ過液へ漏洩する可能性を抑制できる。本発明での平均孔径とは、最も孔径の小さい緻密層の孔径とする。 The average pore diameter of the hollow fiber membrane may be appropriately selected depending on the separation target, but is preferably 10 nm or more and 600 nm or less for the purpose of separation of microorganisms such as bacteria and fungi and animal cells. By setting the average pore size to 10 nm or more, high water permeability can be obtained, and by setting the average pore size to 600 nm or less, the possibility that microorganisms and the like leak to the filtrate can be suppressed. The average pore size in the present invention is the pore size of the dense layer having the smallest pore size.
中空糸膜の材質は特に限定されないが、中空糸膜は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、エチレン・四フッ化エチレン共重合体などのフッ素系樹脂、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレートなどのセルロースエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどのポリスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリプロピレンなどの樹脂を含有することができる。 The material of the hollow fiber membrane is not particularly limited. Examples of the hollow fiber membrane include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer, ethylene / tetrafluoroethylene. Contains fluororesins such as copolymers, cellulose esters such as cellulose acetate, cellulose acetate propionate, and cellulose acetate butyrate, polysulfone resins such as polysulfone and polyethersulfone, and resins such as polyacrylonitrile, polyimide, and polypropylene be able to.
特に、フッ素系樹脂やポリスルホン系樹脂からなる中空糸膜は耐熱性、物理的強度、化学的耐久性が高いことから、温水殺菌が必要な発酵工業分野、医薬品製造分野、食品工業分野、水処理分野などで中空糸膜モジュールに好適に用いることができる。 In particular, hollow fiber membranes made of fluororesin or polysulfone resin have high heat resistance, physical strength, and chemical durability. Therefore, fermentation industry, pharmaceutical manufacturing, food industry, water treatment that require hot water sterilization. It can be suitably used for a hollow fiber membrane module in a field or the like.
また、中空糸膜は、フッ素系樹脂やポリスルホン系樹脂に加えて、親水性樹脂をさらに含有してもよい。親水性樹脂によって、中空糸膜の親水性を高め、膜の透水性を向上させることができる。 The hollow fiber membrane may further contain a hydrophilic resin in addition to the fluorine-based resin or the polysulfone-based resin. The hydrophilic resin can increase the hydrophilicity of the hollow fiber membrane and improve the water permeability of the membrane.
親水性樹脂は、中空糸膜に親水性を付与することができる樹脂であればよく、具体的な化合物に限定されるものではないが、例えば、セルロースエステル、脂肪酸ビニルエステル、ビニルピロリドン、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ポリメタクリル酸エステル系樹脂、およびポリアクリル酸エステル系樹脂などが好適に用いられる。 The hydrophilic resin may be any resin as long as it can impart hydrophilicity to the hollow fiber membrane, and is not limited to a specific compound. For example, cellulose ester, fatty acid vinyl ester, vinyl pyrrolidone, ethylene oxide , Propylene oxide, polymethacrylic acid ester resin, polyacrylic acid ester resin and the like are preferably used.
中空糸膜モジュールを作製する際は、中空糸膜は主な構成成分として接着剤を含む結束部により結束する。その場合、結束部成形用治具に中空糸膜を充填し、結束部を形成することで固定するが、ハンドリングや接着の問題から予め中空糸膜を乾燥させておく。 When producing a hollow fiber membrane module, the hollow fiber membrane is bound by a binding portion containing an adhesive as a main component. In that case, the hollow fiber membrane is filled in the binding portion forming jig and fixed by forming the binding portion, but the hollow fiber membrane is dried in advance for handling and adhesion problems.
しかし、中空糸膜の多くは乾燥により収縮が起こり、透水性が低下するという問題があるため、グリセリン水溶液に浸漬した後で乾燥させたものを用いる。グリセリン水溶液に浸漬した後で乾燥すると、グリセリンが細孔内に残留することで乾燥による収縮を防止することができ、その後エタノールなどの溶媒で浸漬処理を行うことで透水性を回復させることができる。 However, most of the hollow fiber membranes have a problem that shrinkage occurs due to drying and water permeability is lowered. Therefore, a hollow fiber membrane is used after being dipped in an aqueous glycerin solution. When dried after immersing in an aqueous glycerin solution, glycerin remains in the pores, so that shrinkage due to drying can be prevented, and water permeability can be restored by performing immersion treatment with a solvent such as ethanol after that. .
後述する第1結束部の、筒状ケースと垂直な方向の断面において、中空糸膜が占有する面積は30%以上90%未満であることが好ましい。 It is preferable that the area occupied by the hollow fiber membrane is 30% or more and less than 90% in the cross section in the direction perpendicular to the cylindrical case of the first bundling portion to be described later.
30%以上であると、装置体積当たりの膜面積が大きく、膜面積当たりの製造コストを低減できる。また、第1結束部を成形する際に、結束部の硬化反応による発熱を中空糸膜によって放熱し、過剰な温度上昇を抑制することができる。 If it is 30% or more, the membrane area per unit volume is large, and the production cost per membrane area can be reduced. Further, when the first bundling part is formed, heat generated by the curing reaction of the bundling part can be radiated by the hollow fiber membrane, and an excessive temperature rise can be suppressed.
90%未満とすることで、中空糸膜モジュールを製造する際に、中空糸膜同士が押し合って潰れてしまうことを防ぐことができる。 By making it less than 90%, it is possible to prevent the hollow fiber membranes from being pressed and crushed when the hollow fiber membrane module is manufactured.
中空糸膜モジュールは、温水殺菌を行ってから使用することや温水のろ過に使用することも可能だが、中空糸膜の種類によっては温水との接触により収縮が起こるものがある。そのため、中空糸膜モジュール作製後に温水殺菌或いは温水ろ過を行うと中空糸膜の収縮により中空糸膜が損傷したり、中空糸膜が結束部から脱落したりする可能性がある。従って、予め中空糸膜を蒸気処理或いは温水で処理し、収縮させてから端部結束を行って中空糸膜モジュールを製作することが望ましい。 The hollow fiber membrane module can be used after being sterilized with hot water or used for filtration of hot water, but depending on the type of the hollow fiber membrane, contraction may occur due to contact with hot water. Therefore, if hot water sterilization or hot water filtration is performed after the hollow fiber membrane module is manufactured, the hollow fiber membrane may be damaged due to shrinkage of the hollow fiber membrane, or the hollow fiber membrane may fall off from the binding portion. Therefore, it is desirable to manufacture the hollow fiber membrane module by treating the hollow fiber membrane with steam treatment or warm water in advance and shrinking it before end binding.
温水殺菌は80℃程度で実施することが一般的であるが、工程により温度を変えることがしばしばある。そのため、想定される使用温度以上の温水で予め中空糸膜を処理しておくことが望ましい。 Hot water sterilization is generally performed at about 80 ° C., but the temperature is often changed depending on the process. Therefore, it is desirable to treat the hollow fiber membrane in advance with warm water that is higher than the assumed use temperature.
また、中空糸膜束12は、中空糸膜モジュール100Aを作製する作業性や中空糸膜モジュール洗浄における中空糸膜2の洗浄性を鑑み、緩みを持つ状態で両端の結束部3、4を介して筒状ケース1内に収容されている。 Further, the hollow fiber membrane bundle 12 has a looseness through the binding portions 3 and 4 at both ends in view of workability for producing the hollow fiber membrane module 100A and cleanability of the hollow fiber membrane 2 in washing the hollow fiber membrane module. And is accommodated in the cylindrical case 1.
緩みがあるとは、第1結束部3の第2端側端面から第2結束部4第1端側端面までの直線距離よりも、該部分の中空糸膜2の長さの方が長い状態を指す。
<第1結束部>
筒状ケース1の第1端側には、中空糸膜モジュール100Aの上端側である第1結束部3が配置されている。第1結束部3は、多数本の中空糸膜2からなる中空糸膜束12を結束して構成される。ここで、中空糸膜2の中空部が封止されておらず、開口している状態となっており、開口部からろ過液を上部キャップ6側に取り出す。また、第1結束部3の外径は筒状ケース1の外径よりも小さい構成となっている。
The looseness means that the length of the hollow fiber membrane 2 in the portion is longer than the linear distance from the second end side end surface of the first bundling portion 3 to the second bundling portion 4 first end side end surface. Point to.
<First binding part>
On the first end side of the cylindrical case 1, the first binding portion 3 that is the upper end side of the hollow fiber membrane module 100 </ b> A is disposed. The first bundling portion 3 is configured by bundling a hollow fiber membrane bundle 12 composed of a large number of hollow fiber membranes 2. Here, the hollow part of the hollow fiber membrane 2 is not sealed and is open, and the filtrate is taken out from the opening to the upper cap 6 side. Further, the outer diameter of the first binding portion 3 is smaller than the outer diameter of the cylindrical case 1.
結束部は、主な構成成分として接着剤を含む。これにより、中空糸膜束12を結束することが可能である。その他に、後述のように特定の目的に合わせてフィラーやゴム成分・ゴム粒子等、他成分を含有してもよい。 The binding portion includes an adhesive as a main component. Thereby, the hollow fiber membrane bundle 12 can be bundled. In addition, as described later, other components such as a filler, a rubber component, and rubber particles may be contained in accordance with a specific purpose.
結束部は、ガラス転移温度が80℃未満であることが必要であるが、結束部の主な構成成分である接着剤自体のガラス転移温度が、80℃未満であることが好ましい。 The binding portion needs to have a glass transition temperature of less than 80 ° C., but the glass transition temperature of the adhesive itself, which is the main component of the binding portion, is preferably less than 80 ° C.
ガラス転移温度の測定方法は種々あるが、例えば、示差走査熱量測定(DSC)を行えばよい。示差走査熱量測定機は市販されており、例えば、株式会社島津製作所製DSC−60 Plus等を用いることができる。これにより測定されるガラス転移温度は、結束部の構成成分のうち、主な高分子成分である接着剤のガラス転移温度を表す。結束部が接着剤以外の高分子成分を含む場合には、各高分子成分のガラス転移温度が観測される。この場合には、一般的に結束部組成の過半数を接着剤が占めるため、最大のベースラインシフトが生じたガラス転移温度が接着剤のガラス転移温度を表す。 There are various methods for measuring the glass transition temperature. For example, differential scanning calorimetry (DSC) may be performed. The differential scanning calorimeter is commercially available, and for example, DSC-60 Plus manufactured by Shimadzu Corporation can be used. The glass transition temperature measured by this represents the glass transition temperature of the adhesive which is the main polymer component among the constituent components of the binding part. When the binding portion contains a polymer component other than the adhesive, the glass transition temperature of each polymer component is observed. In this case, since the adhesive generally occupies a majority of the binding portion composition, the glass transition temperature at which the maximum baseline shift occurs represents the glass transition temperature of the adhesive.
結束部の主な構成成分である接着剤、特にエポキシ樹脂のガラス転移温度は、組成分子の選択により、高いもので250℃に達することが知られている。高いガラス転移温度を示す接着剤は高い耐熱性を有するが、その反面、硬化させるために高い温度を必要とする。また、高いガラス転移温度を有する接着剤は硬化時に大きな熱を生じ、特に数百グラム以上の接着剤を硬化させる際には顕著である。 It is known that the glass transition temperature of an adhesive, particularly an epoxy resin, which is a main component of the binding part, is as high as 250 ° C. depending on the selection of composition molecules. An adhesive exhibiting a high glass transition temperature has high heat resistance, but on the other hand, a high temperature is required for curing. In addition, an adhesive having a high glass transition temperature generates a large amount of heat during curing, and is particularly noticeable when curing an adhesive of several hundred grams or more.
ガラス転移温度が80℃未満であることにより、結束部が硬化する時の発熱量を抑えることができ、特に中空糸膜がポリマー製の場合には硬化発熱によって中空糸膜を劣化することなく大容量結束部を硬化成形することができる。さらに、硬化収縮で働く応力が抑制されるため、結束部への亀裂の発生や、結束部とケースを接着している場合には接着剥離を防止することができる。以上により、中空糸膜モジュールの生産時に、中空糸膜モジュールの損傷を抑制しながら高い生産収率を達成することができる。 When the glass transition temperature is less than 80 ° C., the amount of heat generated when the bundling portion is cured can be suppressed. Especially when the hollow fiber membrane is made of a polymer, the hollow fiber membrane is not deteriorated due to the heat generated by curing. The capacity binding portion can be cured and molded. Furthermore, since the stress acting on the curing shrinkage is suppressed, it is possible to prevent the occurrence of cracks in the binding portion and the adhesion peeling when the binding portion and the case are bonded. As described above, when producing the hollow fiber membrane module, a high production yield can be achieved while suppressing damage to the hollow fiber membrane module.
結束部のガラス転移温度は、より好ましくは40℃以上、さらに好ましくは50℃以上、さらに好ましくは60℃以上である。ガラス転移温度がこの領域にあることで、常温液体のろ過に加えて、温水のろ過や温水殺菌に使用することができる。 The glass transition temperature of the binding portion is more preferably 40 ° C. or higher, further preferably 50 ° C. or higher, and further preferably 60 ° C. or higher. When the glass transition temperature is in this region, it can be used for hot water filtration and hot water sterilization in addition to filtration of room temperature liquid.
架橋点間分子量Mcは、古典ゴム論(Flory,P.J.:Chem.Rev.35(1944),51)によって式1の通りに表される。この方法で見積もられる架橋点間分子量は、化学結合由来の架橋のみでなく、分子鎖の絡み合い等の物理架橋も含まれる。 The molecular weight Mc between the cross-linking points is expressed as in the formula 1 by the classical rubber theory (Flory, PJ: Chem. Rev. 35 (1944), 51). The molecular weight between crosslinking points estimated by this method includes not only chemical bond-derived crosslinking but also physical crosslinking such as entanglement of molecular chains.
結束部は、式1で示されるMcが1000以上5000未満であることが好ましい。Mcが1000以上であることで、硬化発熱がさらに抑制され、硬化収縮で働く応力を抑制することができる。また、Mcが5000未満であることで、適したガラス転移温度範囲の結束部を硬化成形することが可能となりやすい。さらには、結束部構成成分のうち、結束部の硬化発熱量および結束部のガラス転移温度に寄与するのは、接着剤であるため、接着剤自体のMcが1000以上5000未満であることがさらに好ましい。 The bundling portion preferably has an Mc expressed by the formula 1 of 1000 or more and less than 5000. When Mc is 1000 or more, curing heat generation is further suppressed, and stress acting on curing shrinkage can be suppressed. In addition, when Mc is less than 5000, it is easy to cure and form a bound portion having a suitable glass transition temperature range. Furthermore, since it is the adhesive that contributes to the curing heat generation amount of the binding part and the glass transition temperature of the binding part among the constituent parts of the binding part, it is further preferable that the Mc of the adhesive itself is 1000 or more and less than 5000. preferable.
Mc=2(1+μ)ρRT/E (式1)
μ:ポアソン比、ρ:密度(g/m3)、R:気体定数(J/K/mol)、
T:絶対温度(K)、E:貯蔵弾性率(Pa)
架橋点間分子量は、式1を構成する各物性値を以下の方法で測定することで算出できる。測定は、硬化した結束部を用いる。実際に中空糸膜モジュールを製作した場合には、その結束部から切片を切り出して測定を行うことができる。ポアソン比は、JIS K 7161に準じて引張試験を行い、求めることができる。密度は、JIS K 0061に準じてピクノメーター法も用いて求めることができる。貯蔵弾性率は、JIS K 7244に準じて動的粘弾性試験を行い、求めることができる。いずれもガラス転移温度以上における測定値を用い、測定した温度を式1に代入して算出する。
Mc = 2 (1 + μ) ρRT / E (Formula 1)
μ: Poisson's ratio, ρ: density (g / m 3 ), R: gas constant (J / K / mol),
T: Absolute temperature (K), E: Storage elastic modulus (Pa)
The molecular weight between crosslinking points can be calculated by measuring each physical property value constituting the formula 1 by the following method. The measurement uses a cured binding part. When a hollow fiber membrane module is actually manufactured, a section can be cut out from the binding portion and measured. The Poisson's ratio can be obtained by conducting a tensile test according to JIS K 7161. The density can be determined using a pycnometer method according to JIS K0061. The storage elastic modulus can be obtained by conducting a dynamic viscoelasticity test according to JIS K 7244. In either case, the measured value above the glass transition temperature is used, and the measured temperature is substituted into Equation 1 for calculation.
中空糸膜および、筒状ケース等の中空糸膜モジュール部材は温水ろ過や温水殺菌等に耐えうる耐熱性を有する材質を使用することが好ましい。 The hollow fiber membrane and the hollow fiber membrane module member such as a cylindrical case are preferably made of a heat-resistant material that can withstand hot water filtration and hot water sterilization.
耐熱性を有する材質の中で、金属やセラミックと比べて耐熱性が比較的低いポリマー製の材料を使用する場合には、結束部の硬化中の温度は、中空糸膜のビカット軟化温度未満であることが好ましい。結束部の硬化中の温度が中空糸膜のビカット軟化温度未満であれば、ポリマー製中空糸膜は強度、透水性、および分離性能を維持することができる。 When using a polymer material that has a relatively low heat resistance compared to metals and ceramics among the heat-resistant materials, the temperature during curing of the bundling portion is less than the Vicat softening temperature of the hollow fiber membrane. Preferably there is. If the temperature during curing of the binding portion is lower than the Vicat softening temperature of the hollow fiber membrane, the polymer hollow fiber membrane can maintain strength, water permeability, and separation performance.
結束部の硬化中の温度は、中空糸膜内に熱電対を設置する等して測定することができる。 The temperature during curing of the binding portion can be measured by installing a thermocouple in the hollow fiber membrane.
また、中空糸膜の、ビカット軟化温度はJISK7206に則って測定することができる。ビカット軟化温度の測定機は市販されており、例えば、東洋精機製作所製3M−2型HDT試験装置等を用いることができる。中空糸膜のビカット軟化温度は、中空糸膜を製造する原材料、または中空糸膜自身の切片を溶融し、板状に成形して測定を行うとよい。 Moreover, the Vicat softening temperature of the hollow fiber membrane can be measured according to JISK7206. Vicat softening temperature measuring instruments are commercially available, and for example, a 3M-2 type HDT testing apparatus manufactured by Toyo Seiki Seisakusho, etc. can be used. The Vicat softening temperature of the hollow fiber membrane may be measured by melting a raw material for producing the hollow fiber membrane or a section of the hollow fiber membrane itself, and forming it into a plate shape.
硬化中の結束部は、結束部の中央付近ほど放熱が小さく、発熱温度が高くなるため、中空糸膜のビカット軟化温度は、中央付近において発熱温度よりも低いことが好ましい。 Since the heat of the binding portion during curing is smaller in the vicinity of the center of the binding portion and the heat generation temperature becomes higher, the Vicat softening temperature of the hollow fiber membrane is preferably lower than the heat generation temperature in the vicinity of the center.
また、ポリマー製の中空糸膜は、セラミック製の中空糸膜等と比べて耐熱性に劣るが、安価に製造することができ、工業的に用いられ易い。ポリマー製中空糸膜において熱劣化が起こった場合、ろ過対象液が漏洩する等の問題が起こる。本発明者等は、鋭意検討の結果、中空糸膜モジュールにおいて熱劣化によるろ過対象液の漏洩等が起こる始動原理を明らかにすることができた。 In addition, polymer hollow fiber membranes are inferior in heat resistance to ceramic hollow fiber membranes and the like, but can be manufactured at low cost and are easily used industrially. When thermal degradation occurs in the polymer hollow fiber membrane, problems such as leakage of the liquid to be filtered occur. As a result of intensive studies, the present inventors have been able to clarify the starting principle in which leakage of the liquid to be filtered due to thermal degradation occurs in the hollow fiber membrane module.
ポリマー製中空糸膜は、材質によりその耐熱性が異なるが、特に開口部を有する結束部においては、機械的強度を保つために中空糸膜のビカット軟化温度が硬化発熱温度より高いことが重要である。そして、結束部の硬化発熱は、結束部のMcおよびその重量と関係があることを見出し、硬化発熱により中空糸膜を劣化することなく中空糸膜モジュールを製造するのに最適な中空糸膜の選定方法として、式2を導出した。 The heat resistance of polymer hollow fiber membranes varies depending on the material, but it is important that the vicat softening temperature of the hollow fiber membrane is higher than the curing exotherm temperature, especially in the binding portion having openings, in order to maintain the mechanical strength. is there. Then, it is found that the curing heat generation of the binding portion is related to Mc and the weight of the binding portion, and the optimum hollow fiber membrane for manufacturing the hollow fiber membrane module without deteriorating the hollow fiber membrane due to the curing heat generation. Formula 2 was derived as a selection method.
つまり、本発明により、所望の硬化発熱温度を達成可能な結束部を構成する成分は、まず式1に従ってMcを算出し、さらに式2を指標として中空糸膜を選定する製造方法によって、中空糸膜モジュールを、膜の劣化等なく、収率よく生産することが可能となる。逆に、中空糸膜モジュールに搭載する中空糸膜のビガット軟化温度から、式2を指標として結束部を構成する成分を選定することで、上記同様に、中空糸膜モジュールを、膜の劣化等なく、収率よく生産することが可能となる。 That is, according to the present invention, the component constituting the binding portion that can achieve a desired curing heat generation temperature is calculated by first calculating Mc according to Equation 1, and further by selecting a hollow fiber membrane using Equation 2 as an index, by a hollow fiber Membrane modules can be produced with good yield without membrane degradation. On the contrary, by selecting the component constituting the binding portion using the formula 2 as an index from the bigat softening temperature of the hollow fiber membrane to be mounted on the hollow fiber membrane module, the hollow fiber membrane module can be used for the deterioration of the membrane, etc. Therefore, it is possible to produce with good yield.
VST≧5.78×W/Mc+420 (式2)
VST:中空糸膜のビカット軟化温度(K)、W:中空部が開口した結束部一つの重量(g)
また、特許文献2に見られるように、中空糸膜の熱劣化を起こす硬化発熱を抑制するために、エポキシ樹脂を少量ごとに分ける仕切板を設ける技術が開示されている。しかし、仕切板を使用した場合には筒状ケース内に充填できる中空糸膜面積が減少し、中空糸膜モジュールのろ過能力が低下する。また、部材数が増えるために中空糸膜モジュールの製造コストが大きくなる。
VST ≧ 5.78 × W / Mc + 420 (Formula 2)
VST: Vicat softening temperature (K) of the hollow fiber membrane, W: Weight (g) of one binding part where the hollow part is opened
Moreover, as seen in Patent Document 2, a technique for providing a partition plate that divides an epoxy resin into small portions is disclosed in order to suppress curing heat generation that causes thermal degradation of the hollow fiber membrane. However, when a partition plate is used, the hollow fiber membrane area that can be filled in the cylindrical case is reduced, and the filtration capacity of the hollow fiber membrane module is reduced. Further, since the number of members increases, the manufacturing cost of the hollow fiber membrane module increases.
主な構成成分として接着剤を含む、80℃未満の低いガラス転移温度を有する結束部を硬化させる一般的な方法として、架橋点を減らす方法、つまり本発明においてはMcを大きくする方法が挙げられる。Mcが1000より小さいと、ガラス転移温度は高くなり、また硬化発熱が大きくなるため、生産工程において中空糸膜等の中空糸膜モジュール部材の劣化に繋がりやすい。 As a general method for curing a binder having a low glass transition temperature of less than 80 ° C. containing an adhesive as a main component, there is a method of reducing the crosslinking point, that is, a method of increasing Mc in the present invention. . If Mc is less than 1000, the glass transition temperature becomes high and the heat generated by curing increases, which tends to lead to deterioration of a hollow fiber membrane module member such as a hollow fiber membrane in the production process.
Mcが1000以上であることで、硬化時の発熱の抑制のみならず、十分な靭性を備えやすい。Mcが5000未満であることで、より好ましい温度範囲のガラス転移温度を実現しやすくなる。 When Mc is 1000 or more, it is easy to provide sufficient toughness as well as suppression of heat generation during curing. It becomes easy to implement | achieve the glass transition temperature of a more preferable temperature range because Mc is less than 5000.
Mcは、より好ましくは1030以上、さらに好ましくは1760以上である。また、Mcは、より好ましくは4000未満、さらに好ましくは3000未満である。 Mc is more preferably 1030 or more, and further preferably 1760 or more. Further, Mc is more preferably less than 4000, and still more preferably less than 3000.
Mcがこの範囲にあることで、結束部の適切なガラス転移温度と、硬化発熱温度を実現しやすくなる。 It becomes easy to implement | achieve the suitable glass transition temperature of a bundling part, and hardening exothermic temperature because Mc exists in this range.
中空糸膜モジュールの膜結束に好適に用いられる接着剤は、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂である。中でもエポキシ樹脂は、比較的耐熱性が高いことで好適に用いられる。またウレタンは硬化が早いため、生産性を高める上でより望ましい。 An adhesive suitably used for membrane binding of the hollow fiber membrane module is an epoxy resin or a urethane resin. Among these, epoxy resins are preferably used because of their relatively high heat resistance. In addition, urethane is more desirable for enhancing productivity because it cures quickly.
適切なガラス転移温度を有し、かつ硬化発熱を抑制するためには、Mcに加えて、主骨格の非対称性および柔軟性を制御することが好ましい。 In addition to Mc, it is preferable to control the asymmetry and flexibility of the main skeleton in order to have an appropriate glass transition temperature and suppress heat generation from curing.
結束部が、(a)エポキシ樹脂と、(b)アミン硬化剤とを含有し、それらを混合して硬化成形することで、結束部の適したガラス転移温度と、硬化発熱の抑制を実現しやすい。 The binding part contains (a) an epoxy resin and (b) an amine curing agent, and they are mixed and cured to achieve a suitable glass transition temperature for the binding part and suppression of heat generation by curing. Cheap.
(a)エポキシ樹脂は、より好ましくは、(a)ビスフェノール型エポキシ樹脂である。また、(b)アミン硬化剤は、より好ましくは、(b)脂肪族アミンを主骨格とする硬化剤である。 (A) The epoxy resin is more preferably (a) a bisphenol type epoxy resin. The (b) amine curing agent is more preferably a curing agent having (b) an aliphatic amine as a main skeleton.
(a)エポキシ樹脂は、さらに好ましくは、(a)エポキシ当量が150以上250未満のビスフェノール型エポキシ樹脂(下記式(a))である。また、(b)アミン硬化剤は、さらに好ましくは(b)鎖状脂肪族アミンである。(b)アミン硬化剤は、目的のガラス転移温度を達成できる範囲であれば、鎖状脂肪族アミンに加えて、脂環式アミンまたは芳香族アミンのいずれか、または両方を含んでもよい。 (A) The epoxy resin is more preferably a bisphenol type epoxy resin (the following formula (a)) having an epoxy equivalent of 150 or more and less than 250. The (b) amine curing agent is more preferably (b) a chain aliphatic amine. (B) The amine curing agent may contain either or both of an alicyclic amine and an aromatic amine in addition to the chain aliphatic amine as long as the target glass transition temperature can be achieved.
上記式(a)中、nは0以上の整数であり、Xは水素原子またはメチル基である。 In said formula (a), n is an integer greater than or equal to 0, and X is a hydrogen atom or a methyl group.
鎖状脂肪族アミンとしては、ジエチルアミノプロピルアミン、ジプロプレンジアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、などが挙げられる。鎖状脂肪族アミンを硬化剤として使用した場合、(a)のエポキシ基数を(b)のアミノ基数で除して算出される値が大きくなり、硬化したエポキシ樹脂の繰り返し単位の対称性が低くなり、ポリマー鎖のパッキングが整然と起こりづらく、結束部のガラス転移温度を低くすることができる。アミン硬化剤は、単独で用いてもよいし、複数種を混合してもよい。 Examples of chain aliphatic amines include diethylaminopropylamine, dipropylenediamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, and the like. When a chain aliphatic amine is used as a curing agent, the value calculated by dividing the number of epoxy groups in (a) by the number of amino groups in (b) is large, and the symmetry of the repeating unit of the cured epoxy resin is low. As a result, packing of polymer chains is difficult to occur in an orderly manner, and the glass transition temperature of the binding portion can be lowered. An amine hardening | curing agent may be used independently and may mix multiple types.
ビスフェノール型エポキシ樹脂は種々あるが、X=HのビスフェノールF型、またはX=CH3のビスフェノールA型が、液状で取り扱い易く、好ましい。 There are various types of bisphenol type epoxy resins, but bisphenol F type with X = H or bisphenol A type with X = CH 3 is preferable because it is liquid and easy to handle.
(a)エポキシ樹脂中、(a)エポキシ当量が150以上250未満のビスフェノール型エポキシ樹脂(上記式(a))の他に、反応希釈剤等を含んでもよい。反応性希釈剤は、アルキルモノグリシジルエーテル、アルキルフェノールモノグリシジルエーテル、アルキルジグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、などがある。 (A) In addition to the bisphenol-type epoxy resin (the above formula (a)) having an epoxy equivalent of 150 or more and less than 250, the epoxy resin may contain a reaction diluent or the like. The reactive diluent includes alkyl monoglycidyl ether, alkylphenol monoglycidyl ether, alkyl diglycidyl ether, butyl glycidyl ether, 2-ethylhexyl glycidyl ether, 1,6-hexanediol diglycidyl ether, and the like.
活性水素当量の大きい硬化剤を添加した場合等には、(a)のエポキシ基数を(b)のアミノ基数で除して算出される値が小さくなり、この場合には添加した硬化剤により可塑化され、結束部のガラス転移温度は低くなる。 When a curing agent having a large active hydrogen equivalent is added, the value calculated by dividing the number of epoxy groups in (a) by the number of amino groups in (b) becomes smaller. And the glass transition temperature of the binding portion is lowered.
このように、架橋点間分子量のみならず、主骨格の非対称性および柔軟性を制御することで、80℃未満の適正なガラス転移温度およびMcが1000以上5000未満の結束部を得ることができ、これにより結束部の硬化発熱を抑制しやすくなる。 Thus, by controlling not only the molecular weight between cross-linking points but also the asymmetry and flexibility of the main skeleton, an appropriate glass transition temperature of less than 80 ° C. and a binding part having an Mc of 1000 or more and less than 5000 can be obtained. This makes it easier to suppress the heat generated by curing the bundling portion.
結束部の主成分が(a)エポキシ樹脂の場合、結束部は、(a)エポキシ樹脂および(b)アミン硬化剤以外の他の成分を含んでいてもよい。 When the main component of the binding part is (a) an epoxy resin, the binding part may contain components other than (a) the epoxy resin and (b) the amine curing agent.
例えば、結束部の硬化反応時間を制御するための3級アミン類、またはイミダゾール等の硬化促進剤、反応性希釈剤、フィラー等を添加してもよい。 For example, tertiary amines for controlling the curing reaction time of the binding part, a curing accelerator such as imidazole, a reactive diluent, a filler, or the like may be added.
また、結束部の硬化成形時の中空糸膜間への流動性や、混合時の取扱い性を鑑みて粘度を調整することがあり、フィラー、界面活性剤、シランカップリング剤等を添加してもよい。 In addition, the viscosity may be adjusted in view of the fluidity between the hollow fiber membranes at the time of curing and forming the bundling part and the handling property at the time of mixing, and fillers, surfactants, silane coupling agents, etc. may be added. Also good.
硬化成形した結束部の靭性向上が課題となる場合には、ゴム成分やゴム粒子を添加することが多い。中でも、コアシェル型ゴム粒子は、耐熱性を損なうことなく靭性を向上することができるため効果的である。 When improvement of the toughness of the cured part is a problem, rubber components and rubber particles are often added. Among these, core-shell type rubber particles are effective because they can improve toughness without impairing heat resistance.
シリカ、タルク、ゼオライト、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム等のフィラーは硬化発熱の抑制、強度向上、増粘等の様々な目的で添加されることがある。しかし、多量に添加することによって粘度が上昇し、取扱い性が低下することがあり、好ましくない。 Fillers such as silica, talc, zeolite, calcium hydroxide, and calcium carbonate may be added for various purposes such as suppression of curing heat generation, improvement of strength, and thickening. However, the addition of a large amount is not preferable because the viscosity increases and the handleability may decrease.
中空糸膜の外側から中空部側へ、細孔内を結束部の構成成分が透過して中空部が閉塞される、結束部の過浸透が起こる場合がある。過浸透が第1結束部で発生すると、ろ過液の流路がなくなり、ろ過できない。 From the outside of the hollow fiber membrane to the hollow portion side, the component of the binding portion permeates through the pores and the hollow portion is blocked, and the binding portion may be excessively permeated. When excessive permeation occurs in the first binding part, the flow path of the filtrate disappears and filtration is impossible.
この過浸透を抑制するためには、上記結束部が、平均粒径40μm以下の粒子を、結束部を構成する接着剤100gに対して沈降容積が150ml以上1000ml未満となるように含有するとよい。 In order to suppress this excessive permeation, the binding part may contain particles having an average particle size of 40 μm or less so that the sedimentation volume is 150 ml or more and less than 1000 ml with respect to 100 g of the adhesive constituting the binding part.
より好ましくは、上記結束部が、平均粒径20μm以下の粒子を、結束部を構成する接着剤100gに対して沈降容積が200ml以上500ml未満となるように含有するとよい。 More preferably, the binding part may contain particles having an average particle size of 20 μm or less so that the sedimentation volume is 200 ml or more and less than 500 ml with respect to 100 g of the adhesive constituting the binding part.
平均粒径はレーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置を使って測定することができる。例えば、株式会社堀場製作所製Partica mini LA−350等の市販品を用いればよい。 The average particle size can be measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus. For example, a commercially available product such as Partica mini LA-350 manufactured by Horiba, Ltd. may be used.
沈降容積は、空のメスシリンダー中に粒子を入れ、静置した際の粒子容積として求めることができる。沈降容積が150ml未満の場合、結束部の構成成分の過浸透を完全に防ぐことが難しい。 The sedimentation volume can be determined as the particle volume when particles are placed in an empty graduated cylinder and allowed to stand. When the sedimentation volume is less than 150 ml, it is difficult to completely prevent the excessive penetration of the constituent components of the binding portion.
また、沈降容積が1000ml以上の場合、粒子を添加した結束部の粘度が高く、中空糸膜間への流動性や混合時の取扱い性が損なわれる。 Moreover, when the sedimentation volume is 1000 ml or more, the viscosity of the binding part to which the particles are added is high, and the fluidity between the hollow fiber membranes and the handling property at the time of mixing are impaired.
添加する粒子の材質は、大きさ、沈降容積を満たせば構わないが、粘度制御がシランカップリング剤等の他成分で調整しやすいことから、シリカが好適に用いられる。 The material of the particles to be added may satisfy the size and the sedimentation volume, but silica is preferably used because viscosity control can be easily adjusted with other components such as a silane coupling agent.
また、添加する粒子は、例えば、(a)エポキシ樹脂、および(b)アミン硬化剤の何れかに、(a)エポキシ樹脂と(b)アミン硬化剤の混合による硬化の前に予め分散させておくとよい。通常、(a)エポキシ樹脂と(b)アミン硬化剤の内、粘度が高い方に粒子を添加しておくことで、長期間保管しても粒子が液体中で沈降しづらい。シランカップリング剤を添加して粘度を調整する場合には、粒子と同じ液体中に予め添加しておくことが好ましい。 Further, the particles to be added are dispersed in advance, for example, in any one of (a) epoxy resin and (b) amine curing agent before curing by mixing (a) epoxy resin and (b) amine curing agent. It is good to leave. Usually, by adding particles to the higher viscosity of (a) epoxy resin and (b) amine curing agent, the particles are difficult to settle in the liquid even if stored for a long time. When adjusting the viscosity by adding a silane coupling agent, it is preferable to add it in advance in the same liquid as the particles.
このように得られた結束部は、中空糸膜モジュールを使用するプロセスで汎用に用いられる膜洗浄用の薬品、具体的には、塩酸、硫酸などの無機酸や、酢酸、クエン酸、乳酸等の有機酸、および次亜塩素酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等のアルカリ、さらに亜硫酸水素ナトリウム等の還元剤に対する化学的耐久性も高い。そのため、食品、バイオ、医薬等の分野においてこの中空糸膜モジュールを使用した際も、溶出物の懸念等は少ない。 The bundling portion thus obtained is a membrane cleaning chemical that is generally used in the process of using the hollow fiber membrane module, specifically, inorganic acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid, acetic acid, citric acid, lactic acid, etc. Chemical durability to organic acids, alkalis such as sodium hypochlorite, sodium hydroxide and sodium carbonate, and reducing agents such as sodium hydrogen sulfite is also high. Therefore, even when this hollow fiber membrane module is used in the fields of food, biotechnology, medicine, etc., there are few concerns about the eluate.
第1結束部は、通常円柱に近い形状で成形されるが、直方体或いは立方体に近い形状であってもよい。円柱に近い形状の場合、ケースを筒状としやすく、原水等を移液する配管との接続が容易であるため好ましい。円柱状に成形された第1結束部は、外径が70mm以上250mm未満であるとよい。70mm以上であることで、装置体積当たりの膜面積を増大でき、膜面積当たりの装置製造コストを抑制することができる。 The first bundling portion is usually formed in a shape close to a cylinder, but may be a shape close to a rectangular parallelepiped or a cube. A shape close to a cylinder is preferable because the case can be easily formed into a cylindrical shape and easily connected to a pipe for transferring raw water or the like. The first bundling portion formed in a columnar shape preferably has an outer diameter of 70 mm or more and less than 250 mm. By being 70 mm or more, the film area per apparatus volume can be increased, and the apparatus manufacturing cost per film area can be suppressed.
上記の方法で得られた結束部は、硬化時の発熱が抑制されているために、第1結束部の外形が70mm以上と大型であっても、硬化時に過剰な温度上昇を起こさない。また、外径を250mm未満とすることで、装置自身の重量を抑制し、接続する配管等への負荷を抑制することができる。 Since the bundling portion obtained by the above method suppresses heat generation during curing, even if the outer shape of the first bundling portion is as large as 70 mm or more, an excessive temperature rise does not occur during curing. Further, by setting the outer diameter to less than 250 mm, the weight of the device itself can be suppressed, and the load on the pipes to be connected can be suppressed.
発酵工業や医薬・医療分野においては、被ろ過液、或いはろ液への雑菌混入(コンタミネーション)を防ぐ必要があり、そのような分野において中空糸膜モジュールを使用する際には、使用前に中空糸膜モジュール内の殺菌、或いは滅菌操作を行う。 In the fermentation industry and the pharmaceutical / medical field, it is necessary to prevent contamination of the filtrate or the filtrate (contamination). When using a hollow fiber membrane module in such a field, before use Sterilization in the hollow fiber membrane module or sterilization operation is performed.
一般的な殺菌、滅菌の方法としては、温水殺菌、紫外線滅菌、ガンマ線滅菌、ガス滅菌等の方法が挙げられる。特に、大型の槽や、槽に連結された配管、分離膜モジュールの殺菌または滅菌を行う場合は、温水殺菌(通常は80℃、1時間)が有効な方法である。
<第2結束部>
筒状ケース1の被ろ過液流入口9側、つまり中空糸膜モジュール100Aの下端側に配置される第2結束部4は、中空糸膜2を第2端部において、中空部を閉塞した状態で結束している。
Examples of general sterilization and sterilization methods include hot water sterilization, ultraviolet sterilization, gamma ray sterilization, and gas sterilization. In particular, when sterilizing or sterilizing a large tank, piping connected to the tank, or separation membrane module, hot water sterilization (usually 80 ° C., 1 hour) is an effective method.
<Second binding unit>
The second bundling portion 4 disposed on the filtrate inlet 9 side of the cylindrical case 1, that is, on the lower end side of the hollow fiber membrane module 100 </ b> A, closes the hollow portion at the second end of the hollow fiber membrane 2. They are united together.
結束方法は、結束部の機械的強度、化学的耐久性、熱的耐久性などを満たせば特に限定されないが、熱収縮チューブ等で中空糸膜束12の外周を覆い、加熱して結束する方法や、シートに中空糸膜を並べてのり巻き状に結束する方法、接着剤を用いて接着する方法などが挙げられる。 The bundling method is not particularly limited as long as the mechanical strength, chemical durability, thermal durability, and the like of the bundling portion are satisfied, but the outer periphery of the hollow fiber membrane bundle 12 is covered with a heat shrinkable tube or the like, and heated and bundled And a method of arranging hollow fiber membranes on a sheet and binding them in a wound form, a method of bonding using an adhesive, and the like.
結束部は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはポリウレタン樹脂などを主な構成成分として含有することができるが、第1結束部3と同じ接着剤をポリマー主成分とすることが好ましい。尚、ポリマー主成分とは含有成分中に含まれるポリマーの内、最も質量が多く含まれる成分を指す。第2結束部4は、筒状ケース1に液密に、或いは通液可能に固定されていてもよく、その固定方法は本発明とは何ら関わりない。
<第2結束部中の貫通孔>
第2結束部4は、被ろ過液等の流体流路となる孔5を有している。第2結束部4の第1端部側端面近傍での流れの滞留部を低減するためには、高さ方向に垂直な断面における孔5の総面積が、上記第2結束部を含む、上記高さ方向に垂直な断面における上記筒状ケース内側の面積に対して、2%以上35%未満であることが好ましい。
The binding portion can contain a silicone resin, an epoxy resin, a polyurethane resin, or the like as a main component, but it is preferable that the same adhesive as that of the first binding portion 3 is a polymer main component. In addition, a polymer main component refers to the component with most mass contained in the polymer contained in a containing component. The second binding portion 4 may be fixed to the cylindrical case 1 in a liquid-tight or liquid-permeable manner, and the fixing method has nothing to do with the present invention.
<Through hole in the second binding part>
The 2nd binding part 4 has the hole 5 used as fluid flow paths, such as to-be-filtered liquid. In order to reduce the flow retention portion in the vicinity of the first end side end surface of the second binding portion 4, the total area of the holes 5 in the cross section perpendicular to the height direction includes the second binding portion, It is preferable that it is 2% or more and less than 35% with respect to the area inside the cylindrical case in the cross section perpendicular to the height direction.
孔5の総面積を2%以上とすることで、滞留箇所になり得る各孔5の間の面積を小さくすることができる。また、孔5を流体が通過するときの圧力損失を低減し、下から上に流体が流れる場合にはポンプ動力費を削減できる。さらに、上から下に流体が流れる場合には流れが起こりやすく、濁質が孔5を塞ぐ可能性を抑えられる。さらに、第2結束部を第1結束部と同様に接着剤を用いて成形する場合には、孔5は硬化発熱で発生した熱を放熱する役割を果たす。 By setting the total area of the holes 5 to 2% or more, it is possible to reduce the area between the holes 5 that may be a staying place. Further, the pressure loss when the fluid passes through the hole 5 can be reduced, and the pump power cost can be reduced when the fluid flows from the bottom to the top. Further, when the fluid flows from the top to the bottom, the flow is likely to occur, and the possibility that turbidity blocks the holes 5 can be suppressed. Further, when the second bundling portion is formed using an adhesive in the same manner as the first bundling portion, the hole 5 plays a role of radiating heat generated by the heat generated by curing.
一方、孔5の総面積を35%未満とすることで、第2結束部4における中空糸膜2以外の部分の断面積が大きくなるため、中空糸膜2が密集して中空糸膜2の第2端側封止不良が生じる、或いは中空糸膜2間に堆積した濁質を排出しにくくなるなどの不具合を防止することができる。さらに、孔5を流体が下から上に流れる場合に、流入する流れに偏りがあると、滞留部が発生しやすく、濁質が堆積しやすい。孔5の総面積が35%未満であれば、流体の圧力損失は十分であり、孔5に流入する流れに偏りは小さい。 On the other hand, by setting the total area of the holes 5 to less than 35%, the cross-sectional area of the second binding portion 4 other than the hollow fiber membrane 2 is increased. It is possible to prevent problems such as occurrence of a second end side sealing failure or difficulty in discharging turbidity deposited between the hollow fiber membranes 2. Furthermore, when the fluid flows through the holes 5 from the bottom to the top, if there is a bias in the inflowing flow, a stagnant portion is likely to occur and turbidity is likely to accumulate. If the total area of the holes 5 is less than 35%, the pressure loss of the fluid is sufficient, and the flow flowing into the holes 5 is less biased.
複数の孔5が存在することが好ましく、各孔5の配置は、多数の正三角形の頂点の位置や、放射線と同心円との交点の位置、格子上の交点の位置など任意であるが、隣り合う孔どうしの間隔に偏りがあると、該間隔が他より大きい箇所は滞留しやすいので、該間隔に大差がないように等間隔にすることが好ましい。 It is preferable that a plurality of holes 5 exist, and the arrangement of each hole 5 is arbitrary, such as the positions of the vertices of many equilateral triangles, the positions of intersections of radiation and concentric circles, and the positions of intersections on the lattice. If there is a deviation in the interval between the matching holes, a portion where the interval is larger than the others tends to stay. Therefore, it is preferable to make the interval equal so that there is no great difference in the interval.
さらに、第2結束部4の第1端側端面のうち、最も低い部位から高さ3mm以内の範囲の領域に、少なくとも1つの孔5の終端が配置されているとより好ましい。流体が上から下に流れ落ちる場合において、第2結束部4の第1端側端面が水平でない場合には、最も低い部位に滞留部が発生しやすく、該部位からの排水を確実に行うためである。 Furthermore, it is more preferable that the terminal end of at least one hole 5 is arranged in a region within a range of 3 mm in height from the lowest portion of the first end side end surface of the second binding portion 4. In the case where the fluid flows down from the top, if the first end side end surface of the second bundling portion 4 is not horizontal, a stagnant portion is likely to occur at the lowest portion, and the drainage from the portion is reliably performed. is there.
第2結束部4の第1端側端面が水平でない場合は、例えば、以下の様な場合が挙げられる。第2結束部4を接着剤によって成形し、特に遠心ポッティング法を行った場合には、遠心力の影響で第1結束部の第2端側中央部に凹みができる。また、重力の影響で接着時の上方向と下方向で傾斜が形成される。 When the 1st end side end surface of the 2nd binding part 4 is not horizontal, the following cases are mentioned, for example. When the 2nd binding part 4 is shape | molded with an adhesive agent and especially the centrifugal potting method was performed, a dent will be made in the 2nd end side center part of a 1st binding part by the influence of centrifugal force. In addition, an inclination is formed in the upward and downward directions due to the influence of gravity.
一方、静置ポッティング法では、第1結束部3の第2端側端面を水平にすることもできるが、第2結束部成形用治具17を鉛直方向から傾けた状態でポッティングを行った場合には、第2端側端面に傾斜が形成される。 On the other hand, in the stationary potting method, the second end side end face of the first binding part 3 can be horizontal, but when the second binding part forming jig 17 is tilted from the vertical direction, potting is performed. In this case, an inclination is formed on the second end side end face.
また、孔5の高さ方向に垂直な断面形状は円形、楕円形、多角形、星型など任意である。
<筒状ケース、第2筒状ケースの材質>
中空糸膜モジュールで使用する筒状ケース1の材質は機械的強度、化学的耐久性、熱的耐久性などを満たせば特に限定されないが、例えば、塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂などのフッ素系樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ステンレス、アルミニウムなどを挙げることができる。
Moreover, the cross-sectional shape perpendicular | vertical to the height direction of the hole 5 is arbitrary, such as circular, an ellipse, a polygon, and a star shape.
<Material of cylindrical case and second cylindrical case>
The material of the cylindrical case 1 used in the hollow fiber membrane module is not particularly limited as long as it satisfies mechanical strength, chemical durability, thermal durability, etc. For example, vinyl chloride resin, polypropylene resin, polysulfone resin Fluorine resins such as polytetrafluoroethylene and perfluoroalkoxy fluororesin, polycarbonate, polypropylene, polymethylpentene, polyphenylene sulfide, polyether ketone, stainless steel, aluminum and the like.
また、中空糸膜モジュールで使用する第2筒状ケース15の材質は特に限定されないが、例えば、筒状ケース1と同様の材料から選択することができる。
<中空糸膜モジュールの製造方法>
以下に、第1実施形態にかかる中空糸膜モジュールの製造方法について説明する。尚、ここに記載する製造方法は第1実施形態に限定されるものではなく、後述するいずれの実施形態でも同様の方法で中空糸膜モジュールを製造できる。
Further, the material of the second cylindrical case 15 used in the hollow fiber membrane module is not particularly limited, but can be selected from the same material as that of the cylindrical case 1, for example.
<Method for producing hollow fiber membrane module>
Below, the manufacturing method of the hollow fiber membrane module concerning 1st Embodiment is demonstrated. In addition, the manufacturing method described here is not limited to 1st Embodiment, A hollow fiber membrane module can be manufactured with the same method also in any embodiment mentioned later.
以下において、第1結束部3および第2結束部4を、接着剤を用いて硬化成形し、中空糸膜2をポッティングする方法で説明する。 Below, the 1st binding part 3 and the 2nd binding part 4 are hardened using an adhesive agent, and the method of potting the hollow fiber membrane 2 is demonstrated.
ポッティング方法としては、遠心力を利用して液状の接着剤を中空糸膜間に浸透させてから硬化させる遠心ポッティング法と、液状の接着剤を定量ポンプやヘッドにより送液し自然に流動させることにより中空糸膜2間に浸透させてから硬化させる静置ポッティング法のいずれを用いてもよい。 The potting method includes centrifugal potting, in which liquid adhesive penetrates between hollow fiber membranes using centrifugal force and then hardens, and liquid adhesive is fed by a metering pump or head to flow naturally. Any of the stationary potting methods in which the hollow fiber membrane 2 is allowed to penetrate and then cured can be used.
ポッティングを行う際は、0℃以上60℃未満で雰囲気温度を管理することが好ましい。0℃以上にすることで、接着剤の硬化反応を進行させることができる。エポキシ樹脂においては、エポキシ基とアミンの反応を進行させることができる。より好ましくは、5℃以上であることで反応時間を短縮することができる。また、60℃未満とすることで過剰な硬化発熱を抑制することができる。より好ましくは、50℃未満とすることで作業者の耐熱措置が軽微であり、作業性がよい。 When potting is performed, it is preferable to control the ambient temperature between 0 ° C. and less than 60 ° C. By setting the temperature to 0 ° C. or higher, the curing reaction of the adhesive can be advanced. In the epoxy resin, the reaction between the epoxy group and the amine can proceed. More preferably, reaction time can be shortened by being 5 degreeC or more. Moreover, excessive hardening heat_generation | fever can be suppressed by setting it as less than 60 degreeC. More preferably, by setting the temperature to less than 50 ° C., the heat resistance measures of the worker are slight and workability is good.
硬化した接着剤は、後工程で加熱することによりその強度を高めることができる。具体的には、80℃以上で熱処理することが好ましい。80℃以上で熱処理することで、接着剤の強度は温水殺菌時等の加温運転においても十分な強度を有する。また、中空糸膜のビカット軟化温度以下の温度における熱処理によって、中空糸膜等の接着剤以外の他の部材の熱による損傷を防止することができる。より好ましくは、90℃以上で熱処理することで、接着剤が十分な強度を有し、接着剤以外の他の部材の熱による損傷を防止することができる。 The cured adhesive can be increased in strength by heating in a subsequent step. Specifically, it is preferable to perform heat treatment at 80 ° C. or higher. By heat-treating at 80 ° C. or higher, the strength of the adhesive has a sufficient strength even in a heating operation such as during hot water sterilization. Further, heat treatment at a temperature equal to or lower than the Vicat softening temperature of the hollow fiber membrane can prevent damage to members other than the adhesive such as the hollow fiber membrane due to heat. More preferably, by performing the heat treatment at 90 ° C. or higher, the adhesive has sufficient strength, and damage to other members other than the adhesive due to heat can be prevented.
また、熱処理は段階的に温度を上げていくとよい。例えば、60℃で一定時間熱処理した後に80℃、100℃、120℃と、複数の温度ステップで熱処理を行うことが好ましい。 In addition, the temperature of the heat treatment should be raised stepwise. For example, it is preferable to perform heat treatment at a plurality of temperature steps of 80 ° C., 100 ° C., and 120 ° C. after heat treatment at 60 ° C. for a certain time.
遠心ポッティング法は、遠心力により接着剤が中空糸膜間に浸透しやすく、高粘度の接着剤も使用することができる。また、中空糸膜2を接着する接着剤にポリウレタン樹脂を使用する場合、中空糸膜2に含まれる水分とイソシアネートが反応して二酸化炭素が発生し発泡するため、静置ポッティング法でポリウレタン樹脂を使用することは難しい。 In the centrifugal potting method, the adhesive easily penetrates between the hollow fiber membranes by centrifugal force, and a highly viscous adhesive can also be used. In addition, when a polyurethane resin is used as an adhesive for adhering the hollow fiber membrane 2, since the moisture and isocyanate contained in the hollow fiber membrane 2 react to generate carbon dioxide and foam, the polyurethane resin is formed by a stationary potting method. It is difficult to use.
遠心ポッティング法ならば遠心力により中空糸膜モジュールの端部方向に圧力が生じ、気泡が内側方向に抜けるため、中空糸膜2を接着する接着剤としてポリウレタン樹脂を使用することができる。一方で、静置ポッティングでは遠心成形機などの大型設備は不要である。 If the centrifugal potting method is used, pressure is generated in the end direction of the hollow fiber membrane module due to centrifugal force, and bubbles are released in the inner direction. Therefore, polyurethane resin can be used as an adhesive for bonding the hollow fiber membrane 2. On the other hand, stationary potting does not require large equipment such as a centrifugal molding machine.
ポッティングが終了し接着剤が硬化したら、第1結束部3の第1端側の結束部をカットすることで中空糸膜2の端面を開口させる。ポッティングを行う前には、中空糸膜2の第1端側端部の中空部をシリコーン接着剤などで封止する目止め処理を実施しておくことが望ましい。目止め処理を行うと、それ以上中空部にポッティング剤が進入することを防ぎ、中空部がポッティング剤で満たされて透過液が出なくなる不通糸の発生を防止することができる。 When the potting is finished and the adhesive is cured, the end surface of the hollow fiber membrane 2 is opened by cutting the binding portion on the first end side of the first binding portion 3. Prior to potting, it is desirable to carry out a sealing process for sealing the hollow portion of the first end side end portion of the hollow fiber membrane 2 with a silicone adhesive or the like. When the sealing treatment is performed, it is possible to prevent the potting agent from further entering the hollow portion, and to prevent the occurrence of thread breakage in which the hollow portion is filled with the potting agent and the permeate does not come out.
また、第2筒状ケース15の内側に第1結束部3を接着する場合および筒状ケース1に接着して結束部を固定する場合は、接着性を向上させるため第2筒状ケース15および筒状ケース1の内側の表面にヤスリがけ、プラズマ処理、プライマー処理などを実施してもよい。 Further, when the first binding portion 3 is bonded to the inner side of the second cylindrical case 15 and when the binding portion is fixed by bonding to the cylindrical case 1, the second cylindrical case 15 and the The inner surface of the cylindrical case 1 may be filed and subjected to plasma treatment, primer treatment, or the like.
次に、第1実施形態にかかる中空糸膜モジュール100Aの製造方法について、図2のフローチャートを参照して説明する。ただし、以下に説明する製造方法は、後述のいずれの実施形態の中空糸膜モジュールにも適用可能である。 Next, the manufacturing method of the hollow fiber membrane module 100A concerning 1st Embodiment is demonstrated with reference to the flowchart of FIG. However, the manufacturing method described below can be applied to the hollow fiber membrane module of any embodiment described later.
まず、中空糸膜束12を図3に示す遠心ポッティング装置に設置して遠心ポッティングを行い、第1結束部および第2結束部を成形する(ステップS1)。 First, the hollow fiber membrane bundle 12 is installed in the centrifugal potting apparatus shown in FIG. 3 and centrifugal potting is performed to form the first and second binding portions (step S1).
ここで、中空糸膜束12は筒状ケース1に収められ、中空糸膜束12の第1端部は第2筒状ケース15に、さらに第2筒状ケース15は第1結束部成形用治具16に、中空糸膜束12の第2端部は第2結束部成形用治具17に、それぞれ挿入されている。また、第2結束部成形用治具17底部の貫通孔に、ピン18が挿入されている。尚、中空糸膜2の第1端部は予めシリコーン接着剤で目止め処理されている。 Here, the hollow fiber membrane bundle 12 is housed in the cylindrical case 1, the first end of the hollow fiber membrane bundle 12 is used as the second cylindrical case 15, and the second cylindrical case 15 is used for forming the first binding unit. The second end portion of the hollow fiber membrane bundle 12 is inserted into the jig 16 into the second binding portion forming jig 17. A pin 18 is inserted into the through hole at the bottom of the second binding part forming jig 17. The first end portion of the hollow fiber membrane 2 is preliminarily treated with a silicone adhesive.
筒状ケース1にはポッティング剤投入器19が接続されており、この装置全体を遠心成形機内で回転させることで、遠心力によりポッティング剤を第1結束部ケース16および第2結束部成形用治具17に供給することができる。尚、ポッティング剤は第1結束部成形用治具16および第2結束部成形用治具17に同時に供給することもできるし、別々に供給することもできる。 A potting agent feeder 19 is connected to the cylindrical case 1, and by rotating the entire apparatus in a centrifugal molding machine, the potting agent is treated by the centrifugal force to form the first binding part case 16 and the second binding part molding treatment. The tool 17 can be supplied. The potting agent can be supplied simultaneously to the first bundling part forming jig 16 and the second bundling part forming jig 17 or separately.
接着剤が硬化した後に、第1結束部成形用治具16、第2結束部成形用治具17およびピン18を取り外す。硬化に要する時間および温度は接着剤の成分により異なるため、適した条件を適宜適用すればよい。 After the adhesive is cured, the first binding part forming jig 16, the second binding part forming jig 17, and the pin 18 are removed. Since the time and temperature required for curing vary depending on the components of the adhesive, suitable conditions may be applied as appropriate.
チップソー式回転刃で図3のC−C線部分を切断し、中空糸膜2の第1端部を開口させる(ステップS2)。 The CC line part of FIG. 3 is cut | disconnected with a tip-saw type rotary blade, and the 1st end part of the hollow fiber membrane 2 is opened (step S2).
最後に、筒状ケース1の第1端側に上部キャップ6を、第2端側に下部キャップ7を固定して中空糸膜モジュール100Aを製造できる(ステップS3)。 Finally, the hollow cap membrane module 100A can be manufactured by fixing the upper cap 6 to the first end side of the cylindrical case 1 and the lower cap 7 to the second end side (step S3).
結束部成形用治具の材質は、耐熱性、化学的耐久性などを満たせば特に限定されないが、例えば、塩化ビニル系樹脂、ナイロン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリエチレン系樹脂、シリコーン系樹脂等が離型性にも優れ、好適に用いられる。ポッティング部成形用治具は、単一の材質を用いても、上述したような材質を少なくとも一つ含むように複数の材質を組み合わせて用いてもよい。 The material of the binding part forming jig is not particularly limited as long as it satisfies heat resistance, chemical durability, and the like. For example, vinyl chloride resin, nylon resin, fluorine resin, polypropylene resin, polyacetal resin, polyethylene Resins, silicone resins and the like are excellent in releasability and are preferably used. The potting part forming jig may be made of a single material or a combination of a plurality of materials so as to include at least one material as described above.
また、ピンの材質も耐熱性、化学的耐久性などを満たせば特に限定されないが、例えば結束部成形用治具と同様の材質を用いることができる。金属を用いる場合は、離型性を向上するためにフッ素系樹脂のコーティングなどを行うとよい。
<中空糸膜モジュールの運転方法>
中空糸膜モジュール100Aを用いたろ過運転中には、被ろ過液は、被ろ過液流入口9から入り、第2結束部4の第2端側から孔5を下から上に通過し、中空糸膜束12の間に導入される。被ろ過液は中空糸膜2内を通過し、ろ過液として第1結束部3と上部キャップ6で囲まれた空間に移動した後に、ろ過液出口8から中空糸膜モジュール外に取り出される。
Further, the material of the pin is not particularly limited as long as it satisfies heat resistance, chemical durability, and the like. For example, the same material as that for the binding portion forming jig can be used. In the case of using a metal, a fluororesin coating or the like is preferably performed in order to improve releasability.
<Operation method of hollow fiber membrane module>
During the filtration operation using the hollow fiber membrane module 100A, the filtrate to be filtered enters from the filtrate inlet 9 and passes through the hole 5 from the second end side of the second bundling portion 4 from the bottom to the hollow. It is introduced between the yarn membrane bundles 12. The filtrate to be filtered passes through the hollow fiber membrane 2 and moves as a filtrate into a space surrounded by the first binding portion 3 and the upper cap 6 and then is taken out from the filtrate outlet 8 to the outside of the hollow fiber membrane module.
デッドエンドろ過を行う場合には、被ろ過液出口11は閉止しておくが、クロスフローろ過を行う場合には、被ろ過液出口11から、筒状ケース1内に導入された被ろ過液の一部を取り出し、取り出された被ろ過液は、再び被ろ過液流入口9から中空糸膜モジュール内に導入される。 When performing dead-end filtration, the filtrate outlet 11 is closed, but when performing cross-flow filtration, the filtrate to be filtered introduced into the cylindrical case 1 from the filtrate outlet 11 is used. A part is taken out, and the taken out filtrate is again introduced into the hollow fiber membrane module from the filtrate inlet 9.
クロスフローろ過を行うことで、中空糸膜モジュール内に流れが起き易く、濁質堆積の低減や、膜面近傍の流れによる膜面洗浄の効果が得られる。クロスフローろ過は、特に、発酵工業分野、医薬・医療分野、食品工業分野において広く用いられる。 By performing the cross flow filtration, a flow easily occurs in the hollow fiber membrane module, and the effect of reducing the turbidity accumulation and the membrane surface cleaning by the flow in the vicinity of the membrane surface can be obtained. Cross flow filtration is widely used particularly in the fermentation industry, the pharmaceutical / medical field, and the food industry.
また、一般的に、一定期間中空糸膜モジュールを用いてろ過運転を行った後には、中空糸膜モジュール内を洗浄する工程が設けられており、被ろ過液流入口9から、水、薬液、気体などが供給される。特に、温水殺菌が必要な工程では80℃程度の温水が供給される。 Moreover, generally, after performing a filtration operation using a hollow fiber membrane module for a certain period of time, a step of washing the inside of the hollow fiber membrane module is provided, and water, a chemical solution, Gas etc. are supplied. In particular, in a process that requires hot water sterilization, hot water of about 80 ° C. is supplied.
一方、洗浄工程において、ろ過液出口8から、ろ過液や、水、または洗浄液を導入し、中空糸膜2の中空部から外側に排出する方法をとる場合等は、孔5を上から下に排水が流れ、被ろ過液流入口9から排水が中空糸膜モジュール外に排出される。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態にかかる中空糸膜モジュール100Bの構成について、図を参照しながら説明する。図4は、第2実施形態にかかる中空糸膜モジュール100Bの概略縦断面図である。尚、以下で言及しない中空糸膜モジュール100Bの構成については、第1実施形態の中空糸膜モジュール100Aと同様の構造を適用可能である。第1実施形態で説明した部材と同様の機能を有する部材については、同じ符号を付して、その説明を省略する。
On the other hand, in the washing step, when the filtrate, water, or washing liquid is introduced from the filtrate outlet 8 and discharged from the hollow portion of the hollow fiber membrane 2 to the outside, the hole 5 is lowered from the top to the bottom. The drainage flows, and the drainage is discharged out of the hollow fiber membrane module from the filtrate inlet 9.
[Second Embodiment]
The configuration of the hollow fiber membrane module 100B according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view of a hollow fiber membrane module 100B according to the second embodiment. In addition, about the structure of the hollow fiber membrane module 100B which is not mentioned below, the structure similar to the hollow fiber membrane module 100A of 1st Embodiment is applicable. Members having the same functions as those described in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
第2実施形態にかかる内圧式中空糸膜モジュール100Bを用いたろ過運転中には、被ろ過液は、被ろ過液流入口21から入り、第2結束部4の第2端側から中空糸膜2の中空部を通過し、被ろ過液出口20から中空糸膜モジュール外に取り出される。被ろ過液は中空糸膜2内を通過し、ろ過液として筒状ケース1に囲まれた中空糸膜束12間に取り出され、その後ろ過液出口22、23から中空糸膜モジュール外に取り出される。 During the filtration operation using the internal pressure type hollow fiber membrane module 100B according to the second embodiment, the liquid to be filtered enters from the liquid inlet 21 and the hollow fiber membrane from the second end side of the second binding unit 4. 2 passes through the hollow portion 2 and is taken out from the filtrate outlet 20 to the outside of the hollow fiber membrane module. The liquid to be filtered passes through the hollow fiber membrane 2 and is taken out as a filtrate between the hollow fiber membrane bundles 12 surrounded by the tubular case 1 and then taken out from the filtrate outlets 22 and 23 to the outside of the hollow fiber membrane module. .
デッドエンドろ過を行う場合には、被ろ過液出口20は閉止しておくが、クロスフローろ過を行う場合には、被ろ過液出口20から取り出された被ろ過液は、再び被ろ過液流入口21から中空糸膜モジュール内に導入される。 When performing dead-end filtration, the filtrate outlet 20 is closed. However, when performing cross-flow filtration, the filtrate extracted from the filtrate outlet 20 is again filtered into the filtrate inlet. 21 is introduced into the hollow fiber membrane module.
クロスフローろ過を行うことで、膜面近傍の流れによる膜面洗浄の効果が得られる。クロスフローろ過は、特に発酵工業分野、医薬・医療分野、食品工業分野において広く用いられる。 By performing the cross flow filtration, the effect of cleaning the membrane surface by the flow in the vicinity of the membrane surface can be obtained. Cross flow filtration is widely used particularly in the fermentation industry, the pharmaceutical / medical field, and the food industry.
また、一般的に、一定期間中空糸膜モジュールを用いてろ過運転を行った後には、中空糸膜モジュール内を洗浄する工程が設けられており、被ろ過液流入口21から、水、薬液、気体などが供給される。特に、温水殺菌が必要な工程では80℃程度の温水が供給される。 Moreover, generally, after performing a filtration operation using a hollow fiber membrane module for a certain period of time, a step of washing the inside of the hollow fiber membrane module is provided, and water, a chemical solution, Gas etc. are supplied. In particular, in a process that requires hot water sterilization, hot water of about 80 ° C. is supplied.
一方、洗浄工程において、ろ過液出口22、23から、ろ過液や、水、または洗浄液を導入し、中空糸膜2の中空部から内側に排出する方法をとる場合等はろ過液出口23、または被ろ過液流入口21から排水が中空糸膜モジュール外に排出される。
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態にかかる中空糸膜モジュール100Cの構成について、図を参照しながら説明する。図5は、第3実施形態にかかる中空糸膜モジュール100Cの第1端側の概略縦断面図である。尚、以下で言及しない中空糸膜モジュール100Cの構成については、第1実施形態の中空糸膜モジュール100Aと同様の構造を適用可能である。第1実施形態で説明した部材と同様の機能を有する部材については、同じ符号を付して、その説明を省略する。
On the other hand, in the washing step, when taking a method of introducing the filtrate, water, or the washing liquid from the filtrate outlets 22 and 23 and discharging it from the hollow portion of the hollow fiber membrane 2 to the inside, the filtrate outlet 23 or Waste water is discharged from the filtrate inlet 21 to the outside of the hollow fiber membrane module.
[Third Embodiment]
A configuration of a hollow fiber membrane module 100C according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view of the first end side of the hollow fiber membrane module 100C according to the third embodiment. In addition, about the structure of the hollow fiber membrane module 100C which is not mentioned below, the structure similar to the hollow fiber membrane module 100A of 1st Embodiment is applicable. Members having the same functions as those described in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
第3実施形態にかかる中空糸膜モジュール100Cでは、第1結束部3は、シール材25およびシール材26を潰して、第2筒状ケース15および上部キャップ6に液密に固定されている。 In the hollow fiber membrane module 100 </ b> C according to the third embodiment, the first bundling portion 3 crushes the sealing material 25 and the sealing material 26 and is liquid-tightly fixed to the second cylindrical case 15 and the upper cap 6.
第2筒状ケース15は、ガスケット10およびシール材24を潰して、筒状ケース1に液密に固定されている。 The second cylindrical case 15 is fixed to the cylindrical case 1 in a liquid-tight manner by crushing the gasket 10 and the sealing material 24.
この第1結束部3および第2筒状ケース15の固定方法以外は、第1実施形態の中空糸膜モジュール100Aと同様の構造、運転方法、製造方法である。第1結束部3を、シール材を介して第2筒状ケース15に液密に固定したことにより、第1結束部3と第2筒状ケース15との接着面が存在せず、従って接着剥離の不良が起こることがない。 The structure, operation method, and manufacturing method are the same as those of the hollow fiber membrane module 100A of the first embodiment except for the fixing method of the first binding unit 3 and the second cylindrical case 15. Since the first binding part 3 is liquid-tightly fixed to the second cylindrical case 15 via a sealing material, there is no bonding surface between the first binding part 3 and the second cylindrical case 15, and hence the bonding No peeling failure occurs.
これにより、第1結束部3に結束された中空糸膜束12の劣化等が起こった際には、第2筒状ケース15および筒状ケース1を再利用することが可能となる。 As a result, when the hollow fiber membrane bundle 12 bound to the first binding portion 3 is deteriorated, the second cylindrical case 15 and the cylindrical case 1 can be reused.
尚、第2筒状ケース15は筒状ケース1内、中空糸膜2の外側の液流を制御するために用いているが、該部分における液流の流速が小さい場合には第2筒状ケース15を用いなくてもよい。その場合、筒状ケース1と第1結束部3が、シール材によって液密に固定されており、接着面が存在せず、従って接着剥離の不良が起こることがない。 The second cylindrical case 15 is used to control the liquid flow inside the cylindrical case 1 and outside the hollow fiber membrane 2. However, when the flow rate of the liquid flow in the portion is small, the second cylindrical case 15 is used. Case 15 may not be used. In that case, the cylindrical case 1 and the first bundling portion 3 are fixed in a liquid-tight manner by the sealing material, and there is no adhesive surface.
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
(a)中空糸膜の製造
重量平均分子量41.7万のフッ化ビニリデンホモポリマー38質量部とγ−ブチロラクトン62質量部を混合し、160℃で溶解した。この高分子溶液を、85質量%γ−ブチロラクトン水溶液を中空部形成液体として随伴させながら二重管の口金から吐出し、口金の30mm下方に設置した温度20℃のγ−ブチロラクトン85質量%水溶液からなる冷却浴中で凝固させて、球状構造からなる中空糸膜を作製した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
(A) Production of Hollow Fiber Membrane 38 parts by mass of vinylidene fluoride homopolymer having a weight average molecular weight of 41,000 and 62 parts by mass of γ-butyrolactone were mixed and dissolved at 160 ° C. This polymer solution was discharged from a double-tube base while an 85% by mass γ-butyrolactone aqueous solution was accompanied as a hollow portion forming liquid, and from an 85% by mass γ-butyrolactone aqueous solution at a temperature of 20 ° C. placed 30 mm below the base. A hollow fiber membrane having a spherical structure was produced by solidifying in a cooling bath.
次いで、重量平均分子量28.4万のフッ化ビニリデンホモポリマー14質量部、セルロースアセテートプロピオネート(イーストマンケミカル社製、CAP482−0.5)1質量部、N−メチル−2−ピロリドン77質量部、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル(三洋化成工業株式会社製、イオネット(登録商標)T−20C)5質量部、水3質量部を混合し、95℃で溶解して高分子溶液を作製した。 Subsequently, 14 parts by mass of vinylidene fluoride homopolymer having a weight average molecular weight of 284,000, 1 part by mass of cellulose acetate propionate (manufactured by Eastman Chemical Co., CAP482-0.5), 77 parts by mass of N-methyl-2-pyrrolidone Part, 5 parts by mass of polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ionet (registered trademark) T-20C) and 3 parts by mass of water were mixed and dissolved at 95 ° C. to prepare a polymer solution.
この製膜原液を、上記で得られた球状構造からなる中空糸膜の表面に均一に塗布し、すぐに水浴中で凝固させて、球状構造層の上に三次元編目構造を形成させた中空糸膜2を作製した。 This membrane-forming stock solution was uniformly applied to the surface of the hollow fiber membrane having the spherical structure obtained above, and immediately solidified in a water bath to form a three-dimensional stitch structure on the spherical structure layer. A thread membrane 2 was produced.
得られた中空糸膜2は、外径1350μm、内径800μmで、膜表面平均孔径は40nmであり、中空糸膜切片を溶融して板状に成形し、HDT試験装置(東洋精機製作所製3M−2型)を用いてビカット軟化温度を測定したところ、170℃であった。
(b)中空糸膜モジュールの製造
上記(a)で得られた中空糸膜2を長さ1800mmにカットし、30質量%グリセリン水溶液に1時間浸漬後、風乾した。この中空糸膜2を125℃の水蒸気で1時間加熱処理して風乾させ、長さ1200mmにカットした。
The obtained hollow fiber membrane 2 has an outer diameter of 1350 μm, an inner diameter of 800 μm, and an average pore diameter of the membrane surface of 40 nm. The hollow fiber membrane section is melted and formed into a plate shape. The Vicat softening temperature was measured using a second type and found to be 170 ° C.
(B) Production of hollow fiber membrane module The hollow fiber membrane 2 obtained in the above (a) was cut to a length of 1800 mm, immersed in a 30% by mass glycerin aqueous solution for 1 hour, and then air-dried. The hollow fiber membrane 2 was heat-treated with steam at 125 ° C. for 1 hour, air-dried, and cut into a length of 1200 mm.
その後、シリコーン接着剤(東レ・ダウコーニング株式会社製、SH850A/B、2剤を質量比が50:50となるように混合したもの)で、中空糸膜2の第1端側を目止めした。 Thereafter, the first end side of the hollow fiber membrane 2 was spotted with a silicone adhesive (made by Toray Dow Corning Co., Ltd., SH850A / B, in which two components were mixed so that the mass ratio was 50:50). .
その後、図3に示すようにステンレス製筒状ケース1(内径145mm、外径155mm、長さ1000mm、割り型)に、前述の中空糸膜2を5000本充填した。 Thereafter, as shown in FIG. 3, 5000 stainless steel cylindrical cases 1 (inner diameter 145 mm, outer diameter 155 mm, length 1000 mm, split mold) were filled with 5000 of the aforementioned hollow fiber membranes 2.
さらに、ステンレス製筒状ケース1内の第1端側にポリスルホン製第2筒状ケース15を配置した。 Furthermore, the polysulfone 2nd cylindrical case 15 was arrange | positioned at the 1st end side in the stainless steel cylindrical case 1. FIG.
ステンレス製筒状ケース1の両端に、第1結束部成形用治具16、第2結束部成形用治具17を配置した。第2結束部成形用治具17底部の貫通孔にはピン18が挿入されていた。
(実施例1)
(a)エポキシ樹脂の硬化温度測定
結束部を成形する接着剤(ポッティング剤)として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学株式会社製、JER828)と脂肪族系硬化剤(和光純薬工業株式会社製、ジエチルアミノプロピルアミン)を質量比が100:35となるように合計2000g(片端当たり1000g)を混合し、ポッティング剤投入器19に入れた。硬化時に達した接着剤の最高発熱温度は150℃であり、中空糸膜モジュール100Aの部材に発熱による損傷は与えなかった。
A first bundling part forming jig 16 and a second bundling part forming jig 17 are disposed at both ends of the stainless steel cylindrical case 1. A pin 18 was inserted into the through hole at the bottom of the second binding part forming jig 17.
Example 1
(A) Curing temperature measurement of epoxy resin As an adhesive (potting agent) for molding a binding part, a bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, JER828) and an aliphatic curing agent (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) , Diethylaminopropylamine) was mixed in a total of 2000 g (1000 g per one end) so that the mass ratio was 100: 35, and placed in the potting agent feeder 19. The maximum heat generation temperature of the adhesive reached at the time of curing was 150 ° C., and the members of the hollow fiber membrane module 100A were not damaged by heat generation.
続いて、遠心成型機を回転させ、接着剤を両端の結束部成形用治具16、17に充填して第1結束部3および第2結束部4を成形し、接着剤を硬化させた。遠心成型機内の温度は35℃、回転数は350rpm、遠心時間は5時間とした。 Subsequently, the centrifugal molding machine was rotated, and the adhesive was filled into the binding part forming jigs 16 and 17 at both ends to form the first binding part 3 and the second binding part 4, and the adhesive was cured. The temperature in the centrifugal molding machine was 35 ° C., the rotation speed was 350 rpm, and the centrifugation time was 5 hours.
硬化後、100℃で24時間熱処理した。 After curing, heat treatment was performed at 100 ° C. for 24 hours.
その後、結束部成形用治具16、17とピン18を取り外した後、第1結束部3の端部(図3に示すC−C面)をチップソー式回転刃でカットし、中空糸膜2の端面を開口させた。 Thereafter, the binding portion forming jigs 16 and 17 and the pin 18 are removed, and then the end portion (the C-C surface shown in FIG. 3) of the first binding portion 3 is cut with a tip saw type rotary blade, and the hollow fiber membrane 2 is cut. The end face of was opened.
続いて、両端に上部キャップ6、下部キャップ7を取り付け、図1に示すような中空糸膜モジュール100Aとした。その後、中空糸膜モジュール100Aにエタノールを送液してろ過を行い、中空糸膜2の細孔内をエタノールで満たした。続いて、RO(Reverse Osmosis)水を送液してろ過を行い、エタノールをRO水に置換した。 Subsequently, an upper cap 6 and a lower cap 7 were attached to both ends to obtain a hollow fiber membrane module 100A as shown in FIG. Thereafter, ethanol was fed to the hollow fiber membrane module 100A and filtered, and the pores of the hollow fiber membrane 2 were filled with ethanol. Subsequently, RO (Reverse Osmosis) water was fed and filtered, and ethanol was replaced with RO water.
(b)ガラス転移温度測定
(a)で硬化した接着剤の一部を切り出し、株式会社島津製作所製DSC−60 Plusを用いて温度を25℃から300℃へ10℃/分で上昇させた際の熱量を測定し、ガラス転移温度を求めた。
(B) When a part of the adhesive cured in the glass transition temperature measurement (a) is cut out and the temperature is increased from 25 ° C. to 300 ° C. at 10 ° C./min using DSC-60 Plus manufactured by Shimadzu Corporation. The amount of heat was measured and the glass transition temperature was determined.
結果を表1に示す。ガラス転移温度は43℃であった。 The results are shown in Table 1. The glass transition temperature was 43 ° C.
(c)引張試験
(a)と同じ組成、硬化条件でJISK7113に準拠したダンベル試験片1号を5個製作し、JISK7161に準拠して引張試験を行った。ダンベルは80℃雰囲気に制御した恒温テンシロンで5mm/分でN=5で引張試験を行った。ひずみゲージを使用して求めたところ、ポアソン比は0.5であった。
(d)密度測定
(a)と同じ組成、硬化条件でシートを作製した。シートから各辺7mmの立方体を20個を切り出し、JISK0061に準拠してピクノメーター法により80℃における密度を算出した結果、1.0g/mlであった。測定はN=2で行った。
(C) Tensile test Five dumbbell test pieces No. 1 based on JISK7113 were manufactured under the same composition and curing conditions as in (a), and a tensile test was performed based on JISK7161. The dumbbell was subjected to a tensile test at 5 mm / min and N = 5 with a constant temperature tensilon controlled in an 80 ° C. atmosphere. When calculated using a strain gauge, the Poisson's ratio was 0.5.
(D) Density measurement A sheet was produced with the same composition and curing conditions as in (a). 20 cubes each having a side of 7 mm were cut out from the sheet, and the density at 80 ° C. was calculated by the pycnometer method in accordance with JISK0061. As a result, it was 1.0 g / ml. The measurement was performed at N = 2.
(e)粘弾性測定
(a)と同じ組成、硬化条件でシートを作製した。シートから厚み1mm、幅10mm、長さ50mmの試験片を切り出し、動的粘弾性装置(Rheogel−E4000、UBM製)を用い、25〜200℃の温度範囲で5℃/分の昇温速度で加熱しながら、貯蔵弾性率(E)の温度依存性を測定した。このとき、測定長さを20mm、周波数を10Hz、引っ張り歪みを0.05%とした。測定はN=3で行い、80℃において平均貯蔵弾性率は7MPaであった。
(E) Viscoelasticity measurement A sheet was produced with the same composition and curing conditions as in (a). A test piece having a thickness of 1 mm, a width of 10 mm, and a length of 50 mm was cut out from the sheet, and using a dynamic viscoelastic device (Rheogel-E4000, manufactured by UBM) at a temperature increase rate of 5 ° C./min in a temperature range of 25 to 200 ° C. While heating, the temperature dependence of the storage modulus (E) was measured. At this time, the measurement length was 20 mm, the frequency was 10 Hz, and the tensile strain was 0.05%. The measurement was performed at N = 3, and the average storage modulus at 80 ° C. was 7 MPa.
(f)Mcの算出
(式1)に、(c)、(d)、(e)で測定した値を代入してMcを算出した。結果を表1に示す。Mcは1781であった。
(F) Calculation of Mc Mc was calculated by substituting the values measured in (c), (d), and (e) into (Equation 1). The results are shown in Table 1. Mc was 1781.
(g)生産収率評価
(a)と同じ手順により、中空糸膜モジュールを10本生産した結果、全ての中空糸膜モジュールについて、各部材に損傷は認められず、かつ、ポリスルホン製第2筒状ケース15と第1結束部3との間に剥離は生じなかった。
(実施例2)
(a)エポキシ樹脂の硬化温度測定
結束部を成形する接着剤(ポッティング剤)として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学株式会社製、JER828)と脂肪族鎖状アミン系硬化剤(東京化成工業株式会社、テトラエチレンペンタミン)を質量比が100:16となるように混合した以外は、実施例1と同じである。
(G) Production yield evaluation According to the same procedure as in (a), 10 hollow fiber membrane modules were produced. As a result, no damage was observed on each member of all hollow fiber membrane modules, and the second tube made of polysulfone No peeling occurred between the case 15 and the first binding part 3.
(Example 2)
(A) Curing temperature measurement of epoxy resin As an adhesive (potting agent) for forming a binding part, bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, JER828) and aliphatic chain amine curing agent (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) (Company, Tetraethylenepentamine) is the same as Example 1 except that the mass ratio is 100: 16.
硬化時に達した接着剤の最高発熱温度は155℃であり、中空糸膜モジュール100Aの部材に発熱による損傷は与えなかった。
(b)ガラス転移温度測定
(a)で硬化した接着剤の一部を切り出し、実施例1と同様にガラス転移温度を求めた。結果を表1に示す。ガラス転移温度は78℃であった。
(c)引張試験
(a)と同じ組成で、実施例1と同様の方法で引張試験を行った結果、ポアソン比は0.5であった。
(d)密度測定
実施例1と同様にして、ピクノメーター法で密度を算出した結果、1.1g/mlであった。
(e)粘弾性測定
実施例1と同様にして、粘弾性試験を行った結果、平均貯蔵弾性率は9MPaであった。
(f)Mcの算出
(式1)に、(c)、(d)、(e)で測定した値を代入してMcを算出した。結果を表1に示す。Mcは1765であった。
The maximum heat generation temperature of the adhesive reached at the time of curing was 155 ° C., and the members of the hollow fiber membrane module 100A were not damaged by heat generation.
(B) Measurement of glass transition temperature A part of the adhesive cured in (a) was cut out, and the glass transition temperature was determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. The glass transition temperature was 78 ° C.
(C) Tensile test A tensile test was performed in the same manner as in Example 1 with the same composition as in (a). As a result, the Poisson's ratio was 0.5.
(D) Density measurement It was 1.1 g / ml as a result of calculating a density by the pycnometer method similarly to Example 1. FIG.
(E) Viscoelasticity measurement A viscoelasticity test was conducted in the same manner as in Example 1. As a result, the average storage elastic modulus was 9 MPa.
(F) Calculation of Mc Mc was calculated by substituting the values measured in (c), (d), and (e) into (Equation 1). The results are shown in Table 1. Mc was 1765.
(g)生産収率評価
(a)と同じ手順により、中空糸膜モジュールを10本生産した結果、全ての中空糸膜モジュールについて、各部材に損傷は認められず、かつ、ポリスルホン製第2筒状ケース15と第1結束部3との間に剥離は生じなかった。
(実施例3)
(a)エポキシ樹脂の硬化温度測定
結束部を成形する接着剤(ポッティング剤)として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学株式会社製、JER828)と脂肪族環状アミン系硬化剤(和光純薬工業株式会社製、4,4−メチレンビス(シクロヘキシルアミン))と脂肪族鎖状アミン系硬化剤(和光純薬工業株式会社製、ジエチルアミノプロピルアミン)を質量比が100:11:25となるように混合した以外は、実施例1と同じである。
(G) Production yield evaluation According to the same procedure as in (a), 10 hollow fiber membrane modules were produced. As a result, no damage was observed on each member of all hollow fiber membrane modules, and the second tube made of polysulfone No peeling occurred between the case 15 and the first binding part 3.
(Example 3)
(A) Measurement of curing temperature of epoxy resin As an adhesive (potting agent) for molding the binding part, bisphenol A type epoxy resin (Mitsubishi Chemical Co., Ltd., JER828) and aliphatic cyclic amine curing agent (Wako Pure Chemical Industries Ltd.) 4,4-methylenebis (cyclohexylamine) manufactured by company and aliphatic chain amine curing agent (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., diethylaminopropylamine) were mixed so that the mass ratio was 100: 11: 25. Other than the above, the second embodiment is the same as the first embodiment.
硬化時に達した接着剤の最高発熱温度は148℃であり、中空糸膜モジュール100Aの部材に発熱による損傷は与えなかった。
(b)ガラス転移温度測定
(a)で硬化した接着剤の一部を切り出し、実施例1と同様にガラス転移温度を求めた。結果を表1に示す。ガラス転移温度は60℃であった。
(c)引張試験
(a)と同じ組成で、実施例1と同様の方法で引張試験を行った結果、ポアソン比は0.5であった。
(d)密度測定
実施例1と同様にして、ピクノメーター法で密度を算出した結果、1.3g/mlであった。
(e)粘弾性測定
実施例1と同様にして、粘弾性試験を行った結果、平均貯蔵弾性率は8MPaであった。
(f)Mcの算出
(式1)に、(c)、(d)、(e)で測定した値を代入してMcを算出した。結果を表1に示す。Mcは1776であった。
The maximum heat generation temperature of the adhesive reached at the time of curing was 148 ° C., and the members of the hollow fiber membrane module 100A were not damaged by heat generation.
(B) Measurement of glass transition temperature A part of the adhesive cured in (a) was cut out, and the glass transition temperature was determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. The glass transition temperature was 60 ° C.
(C) Tensile test A tensile test was performed in the same manner as in Example 1 with the same composition as in (a). As a result, the Poisson's ratio was 0.5.
(D) Density measurement It was 1.3 g / ml as a result of calculating a density by the pycnometer method similarly to Example 1. FIG.
(E) Viscoelasticity measurement The viscoelasticity test was conducted in the same manner as in Example 1. As a result, the average storage elastic modulus was 8 MPa.
(F) Calculation of Mc Mc was calculated by substituting the values measured in (c), (d), and (e) into (Equation 1). The results are shown in Table 1. Mc was 1776.
(g)生産収率評価
(a)と同じ手順により、中空糸膜モジュールを10本生産した結果、全ての中空糸膜モジュールについて、各部材に損傷は認められず、かつ、ポリスルホン製第2筒状ケース15と第1結束部3との間に剥離は生じなかった。
(実施例4)
(a)エポキシ樹脂の硬化温度測定
結束部を成形する接着剤(ポッティング剤)として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学株式会社製、JER828)とアルキルモノグリシジルエーテル(三菱ケミカル株式会社製、YED111N)と脂肪族鎖状アミン系硬化剤(和光純薬工業株式会社製、ジエチルアミノプロピルアミン)を質量比が85:15:36となるように混合した以外は、実施例1と同じである。
(G) Production yield evaluation According to the same procedure as in (a), 10 hollow fiber membrane modules were produced. As a result, no damage was observed on each member of all hollow fiber membrane modules, and the second tube made of polysulfone No peeling occurred between the case 15 and the first binding part 3.
Example 4
(A) Curing temperature measurement of epoxy resin As an adhesive (potting agent) for molding a binding part, bisphenol A type epoxy resin (Mitsubishi Chemical Corporation, JER828) and alkyl monoglycidyl ether (Mitsubishi Chemical Corporation, YED111N) And an aliphatic chain amine curing agent (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., diethylaminopropylamine) are the same as in Example 1 except that the mass ratio is 85:15:36.
硬化時に達した接着剤の最高発熱温度は140℃であり、中空糸膜モジュール100Aの部材に発熱による損傷は与えなかった。 The maximum heat generation temperature of the adhesive reached at the time of curing was 140 ° C., and the members of the hollow fiber membrane module 100A were not damaged by heat generation.
(b)ガラス転移温度測定
(a)で硬化した接着剤の一部を切り出し、実施例1と同様にガラス転移温度を求めた。結果を表1に示す。ガラス転移温度は40℃であった
(c)引張試験
(a)と同じ組成、硬化条件で、実施例1と同様に引張試験を行った結果、ポアソン比は0.5であった。
(d)密度測定
実施例1と同様にして、ピクノメーター法により80℃における密度を算出した結果1.2g/mlであった。測定はN=2で行った。
(e)粘弾性測定
実施例1と同様にして、粘弾性試験を行った結果、80℃において平均貯蔵弾性率は8MPaであった。
(f)Mcの算出
(式1)に、(c)、(d)、(e)で測定した値を代入してMcを算出した。結果を表1に示す。Mcは1790であった。
(B) Glass transition temperature measurement A part of the adhesive cured in (a) was cut out, and the glass transition temperature was determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. The glass transition temperature was 40 ° C. (c) A tensile test was conducted in the same manner as in Example 1 under the same composition and curing conditions as in the tensile test (a). As a result, the Poisson's ratio was 0.5.
(D) Density measurement It was 1.2 g / ml as a result of calculating the density in 80 degreeC by the pycnometer method like Example 1. FIG. The measurement was performed at N = 2.
(E) Viscoelasticity measurement As a result of conducting a viscoelasticity test in the same manner as in Example 1, the average storage elastic modulus at 8O 0 C was 8 MPa.
(F) Calculation of Mc Mc was calculated by substituting the values measured in (c), (d), and (e) into (Equation 1). The results are shown in Table 1. Mc was 1790.
(g)生産収率評価
(a)と同じ手順により、中空糸膜モジュールを10本生産した結果、全ての中空糸膜モジュールについて、各部材に損傷は認められず、かつ、ポリスルホン製第2筒状ケース15と第1結束部3との間に剥離は生じなかった。
(実施例5)
(a)エポキシ樹脂の硬化温度測定
結束部を成形する接着剤(ポッティング剤)として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学株式会社製、JER828)と脂肪族鎖状アミン系硬化剤(和光純薬工業株式会社製、ジエチルアミノプロピルアミン)を質量比が100:35となるように混合した。遠心成形機を用いた接着剤の硬化後、熱処理の工程を実施しなかった以外は実施例1と同様に中空糸膜モジュールを作製した。
(G) Production yield evaluation According to the same procedure as in (a), 10 hollow fiber membrane modules were produced. As a result, no damage was observed on each member of all hollow fiber membrane modules, and the second tube made of polysulfone No peeling occurred between the case 15 and the first binding part 3.
(Example 5)
(A) Curing temperature measurement of epoxy resin As an adhesive (potting agent) for forming a binding part, bisphenol A type epoxy resin (Mitsubishi Chemical Co., Ltd., JER828) and aliphatic chain amine curing agent (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Co., Ltd., diethylaminopropylamine) was mixed so that the mass ratio was 100: 35. A hollow fiber membrane module was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment step was not performed after the adhesive was cured using a centrifugal molding machine.
硬化時に達した接着剤の最高発熱温度は150℃であり、中空糸膜モジュール100Aの部材に発熱による損傷は与えなかった。
(b)ガラス転移温度測定
(a)で硬化した接着剤の一部を切り出し、実施例1と同様にガラス転移温度を求めた。結果を表1に示す。ガラス転移温度は43℃であった。
(c)引張試験
(a)と同じ組成で、実施例1と同様の方法で引張試験を行った結果、ポアソン比は0.5であった。
(d)密度測定
実施例1と同様にして、ピクノメーター法で密度を算出した結果、1.0g/mlであった。
(e)粘弾性測定
実施例1と同様にして、粘弾性試験を行った結果、平均貯蔵弾性率は7MPaであった。
(f)Mcの算出
(式1)に、(c)、(d)、(e)で測定した値を代入してMcを算出した。結果を表1に示す。Mcは1781であった。
The maximum heat generation temperature of the adhesive reached at the time of curing was 150 ° C., and the members of the hollow fiber membrane module 100A were not damaged by heat generation.
(B) Measurement of glass transition temperature A part of the adhesive cured in (a) was cut out, and the glass transition temperature was determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. The glass transition temperature was 43 ° C.
(C) Tensile test A tensile test was performed in the same manner as in Example 1 with the same composition as in (a). As a result, the Poisson's ratio was 0.5.
(D) Density measurement It was 1.0 g / ml as a result of calculating a density by the pycnometer method like Example 1. FIG.
(E) Viscoelasticity measurement The viscoelasticity test was conducted in the same manner as in Example 1. As a result, the average storage elastic modulus was 7 MPa.
(F) Calculation of Mc Mc was calculated by substituting the values measured in (c), (d), and (e) into (Equation 1). The results are shown in Table 1. Mc was 1781.
(g)生産収率評価
(a)と同じ手順により、中空糸膜モジュールを10本生産した結果、全ての中空糸膜モジュールについて、各部材に損傷は認められず、かつ、ポリスルホン製第2筒状ケース15と第1結束部3との間に剥離は生じなかった。
(実施例6)
(a)中空糸膜の製造 ポリエーテルスルホン(Victres 200)20質量部、ポリビニルピロリドン(重量平均分子量36万)10質量部、N−メチル−2−ピロリドン65質量部、イソプロパノール5質量部を混合溶解し、二重管の口金から吐出し、すぐに温度20℃の水中で固化した。得られた中空糸状分離膜をエタノールに浸漬させ、さらにヘキサンに浸漬させて脱水した。その後、150℃雰囲気下で2時間熱処理を行い、ポリビニルピロリドンを架橋させた。中空糸膜切片を溶融して板状に成形し、HDT試験装置(東洋精機製作所製3M−2型)を用いてビカット軟化温度を測定したところ、220℃であった。
(b)エポキシ樹脂の硬化温度測定
結束部を成形する接着剤を合計6000g(片端当たり3000g)を混合したこと、およびポリエーテルスルホン製中空糸膜を用いた以外は、実施例1と同じである。硬化時に達した接着剤の最高発熱温度は152℃であり、中空糸膜モジュール100Aの部材に発熱による損傷は与えなかった。
(c)ガラス転移温度測定
(b)で硬化した接着剤の一部を切り出し、実施例1と同様にガラス転移温度を求めた。結果を表1に示す。ガラス転移温度は42℃であった。
(d)引張試験
(b)と同じ組成で、実施例1と同様に引張試験を行った結果、ポアソン比は0.5であった。
(e)密度測定
実施例1と同様にして、ピクノメーター法で密度を算出した結果、1.0g/mlであった。
(f)粘弾性測定
実施例1と同様にして、粘弾性試験を行った結果、平均貯蔵弾性率は7MPaであった。
(g)Mcの算出
(式1)に(d)、(e)、(f)で測定した値を代入してMcを算出した。結果を表1に示す。Mcは1781であった。
(G) Production yield evaluation According to the same procedure as in (a), 10 hollow fiber membrane modules were produced. As a result, no damage was observed on each member of all hollow fiber membrane modules, and the second tube made of polysulfone No peeling occurred between the case 15 and the first binding part 3.
(Example 6)
(A) Production of hollow fiber membrane 20 parts by mass of polyethersulfone (Victres 200), 10 parts by mass of polyvinylpyrrolidone (weight average molecular weight 360,000), 65 parts by mass of N-methyl-2-pyrrolidone, and 5 parts by mass of isopropanol are mixed and dissolved. Then, it was discharged from a double tube cap and immediately solidified in water at a temperature of 20 ° C. The obtained hollow fiber separation membrane was immersed in ethanol and further immersed in hexane for dehydration. Thereafter, heat treatment was performed for 2 hours at 150 ° C. to crosslink polyvinylpyrrolidone. The hollow fiber membrane slice was melted and formed into a plate shape, and the Vicat softening temperature was measured using an HDT test apparatus (Model 3M-2 manufactured by Toyo Seiki Seisakusho).
(B) Measurement of curing temperature of epoxy resin Same as Example 1 except that a total of 6000 g (3000 g per one end) of the adhesive forming the binding part was mixed and a polyethersulfone hollow fiber membrane was used. . The maximum heat generation temperature of the adhesive reached at the time of curing was 152 ° C., and the members of the hollow fiber membrane module 100A were not damaged by heat generation.
(C) Glass transition temperature measurement A part of the adhesive cured in (b) was cut out, and the glass transition temperature was determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. The glass transition temperature was 42 ° C.
(D) Tensile test As a result of conducting a tensile test in the same manner as in Example 1 with the same composition as in (b), the Poisson's ratio was 0.5.
(E) Density measurement It was 1.0 g / ml as a result of calculating a density by the pycnometer method like Example 1. FIG.
(F) Viscoelasticity measurement A viscoelasticity test was conducted in the same manner as in Example 1. As a result, the average storage elastic modulus was 7 MPa.
(G) Calculation of Mc Mc was calculated by substituting the values measured in (d), (e), and (f) into (Equation 1). The results are shown in Table 1. Mc was 1781.
(g)生産収率評価
(a)と同じ手順により、中空糸膜モジュールを10本生産した結果、全ての中空糸膜モジュールについて、各部材に損傷は認められず、かつ、ポリスルホン製第2筒状ケース15と第1結束部3との間に剥離は生じなかった。
(比較例1)
(a)エポキシ樹脂の硬化温度測定
結束部を成形する接着剤(ポッティング剤)として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学株式会社製、JER828)と脂肪族鎖状アミン系硬化剤(和光純薬工業株式会社製、ジエチレントリアミン)を質量比が100:11となるように混合した以外は、実施例1と同じである。
(G) Production yield evaluation According to the same procedure as in (a), 10 hollow fiber membrane modules were produced. As a result, no damage was observed on each member of all hollow fiber membrane modules, and the second tube made of polysulfone No peeling occurred between the case 15 and the first binding part 3.
(Comparative Example 1)
(A) Curing temperature measurement of epoxy resin As an adhesive (potting agent) for forming a binding part, bisphenol A type epoxy resin (Mitsubishi Chemical Co., Ltd., JER828) and aliphatic chain amine curing agent (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Example 1 except that diethylenetriamine) was mixed so that the mass ratio was 100: 11.
硬化時に達した接着剤の最高発熱温度は191℃であった。
(b)ガラス転移温度測定
(a)で硬化した接着剤の一部を切り出し、実施例1と同様にガラス転移温度を求めた。結果を表1に示す。ガラス転移温度は117℃であった。
(c)引張試験
(a)と同じ組成で、180℃の雰囲気温度で実施した以外は、実施例1と同様の方法で引張試験を行った結果、ポアソン比は0.5であった。
(d)密度測定
180℃の雰囲気温度で実施した以外は、実施例1と同様にして、ピクノメーター法で密度を算出した結果、1.1g/mlであった。
(e)粘弾性測定
実施例1と同様にして、粘弾性試験を行った結果、180℃における平均貯蔵弾性率は98MPaであった。
(f)Mcの算出
(式1)に、(c)、(d)、(e)で測定した値を代入してMcを算出した。結果を表1に示す。Mcは130と小さかった。
(g)生産収率評価
(a)と同じ手順により、中空糸膜モジュールを10本生産した結果、7本の中空糸膜モジュールについて、損傷が認められた。損傷した7本の中空糸膜モジュールのうち、6本については中空糸膜モジュール100Aのポリフッ化ビニリデン製中空糸膜2が融解した。これは、接着剤の硬化発熱温度が中空糸膜の軟化温度よりも高かったことが起因したと考えられる。また、損傷した7本の中空糸膜モジュールのうち、4本の中空糸膜モジュールについて、ポリスルホン製第2筒状ケース15と第1結束部3の間に剥離が生じた。これは、接着剤のガラス転移温度が高いため、接着剤の硬化収縮時に働く応力が大きかった結果、亀裂が生じたと考えられた。
(比較例2)
(a)エポキシ樹脂の硬化温度測定
結束部を成形する接着剤(ポッティング剤)として、多官能型エポキシ樹脂(三菱化学株式会社製、JER604)と脂肪族環状アミン系硬化剤(和光純薬工業株式会社製、4,4−メチレンビス(シクロヘキシルアミン))を質量比が100:44となるように混合した以外は、実施例1と同じである。
The maximum exothermic temperature of the adhesive reached upon curing was 191 ° C.
(B) Measurement of glass transition temperature A part of the adhesive cured in (a) was cut out, and the glass transition temperature was determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. The glass transition temperature was 117 ° C.
(C) Tensile test A Poisson's ratio was 0.5 as a result of conducting a tensile test in the same manner as in Example 1 except that the tensile test was performed at an atmospheric temperature of 180 ° C with the same composition as (a).
(D) Density measurement The density was calculated to be 1.1 g / ml by the pycnometer method in the same manner as in Example 1 except that the measurement was performed at an atmospheric temperature of 180 ° C.
(E) Viscoelasticity measurement As a result of conducting a viscoelasticity test like Example 1, the average storage elastic modulus in 180 degreeC was 98 Mpa.
(F) Calculation of Mc Mc was calculated by substituting the values measured in (c), (d), and (e) into (Equation 1). The results are shown in Table 1. Mc was as small as 130.
(G) Production yield evaluation According to the same procedure as in (a), 10 hollow fiber membrane modules were produced. As a result, 7 hollow fiber membrane modules were damaged. Of the seven damaged hollow fiber membrane modules, the hollow fiber membrane 2 made of polyvinylidene fluoride of the hollow fiber membrane module 100A melted. This is considered due to the fact that the curing exothermic temperature of the adhesive was higher than the softening temperature of the hollow fiber membrane. In addition, among the seven damaged hollow fiber membrane modules, peeling occurred between the second tubular case 15 made of polysulfone and the first binding portion 3 for four hollow fiber membrane modules. It was considered that cracking occurred as a result of a large stress acting during the curing shrinkage of the adhesive because the glass transition temperature of the adhesive was high.
(Comparative Example 2)
(A) Curing temperature measurement of epoxy resin Multifunctional epoxy resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, JER604) and aliphatic cyclic amine curing agent (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) The same as Example 1, except that 4,4-methylenebis (cyclohexylamine) manufactured by company was mixed so that the mass ratio was 100: 44.
硬化時に達した接着剤の最高発熱温度は195℃と高温であった。
(b)ガラス転移温度測定
(a)で硬化した接着剤の一部を切り出し、実施例1と同様にガラス転移温度を求めた。結果を表1に示す。ガラス転移温度は114℃であった。
(c)引張試験
(a)と同じ組成で、180℃の雰囲気温度で実施した以外は、実施例1と同様の方法で引張試験を行った結果、ポアソン比は0.5であった。
(d)密度測定
180℃の雰囲気温度で実施した以外は、実施例1と同様にして、ピクノメーター法で密度を算出した結果、1.1g/mlであった。
(e)粘弾性測定
実施例1と同様にして、粘弾性試験を行った結果、180℃における平均貯蔵弾性率は101MPaであった。
(f)Mcの算出
(式1)に、(c)、(d)、(e)で測定した値を代入してMcを算出した。結果を表1に示す。Mcは120と小さかった。
(g)生産収率評価
(a)と同じ手順により、中空糸膜モジュールを10本生産した結果、9本の中空糸膜モジュールについて、損傷が認められた。損傷した9本の中空糸膜モジュールのうち、8本については中空糸膜モジュール100Aのポリフッ化ビニリデン製中空糸膜2が融解した。これは、接着剤の硬化発熱温度が中空糸膜の軟化温度よりも高かったことが起因したと考えられる。また、損傷した9本の中空糸膜モジュールのうち、6本の中空糸膜モジュールについて、ポリスルホン製第2筒状ケース15と第1結束部3の間に剥離が生じた。これは、接着剤のガラス転移温度が高温いため、接着剤の硬化収縮時に働く応力が大きかった結果、亀裂が生じたと考えられた。
The maximum exothermic temperature of the adhesive reached upon curing was as high as 195 ° C.
(B) Measurement of glass transition temperature A part of the adhesive cured in (a) was cut out, and the glass transition temperature was determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. The glass transition temperature was 114 ° C.
(C) Tensile test A Poisson's ratio was 0.5 as a result of conducting a tensile test in the same manner as in Example 1 except that the tensile test was performed at an atmospheric temperature of 180 ° C with the same composition as (a).
(D) Density measurement The density was calculated to be 1.1 g / ml by the pycnometer method in the same manner as in Example 1 except that the measurement was performed at an atmospheric temperature of 180 ° C.
(E) Viscoelasticity measurement As a result of conducting a viscoelasticity test like Example 1, the average storage elastic modulus in 180 degreeC was 101 Mpa.
(F) Calculation of Mc Mc was calculated by substituting the values measured in (c), (d), and (e) into (Equation 1). The results are shown in Table 1. Mc was as small as 120.
(G) Production yield evaluation As a result of producing 10 hollow fiber membrane modules by the same procedure as in (a), damage was observed in 9 hollow fiber membrane modules. Of the nine damaged hollow fiber membrane modules, the hollow fiber membrane 2 made of polyvinylidene fluoride of the hollow fiber membrane module 100A melted. This is considered due to the fact that the curing exothermic temperature of the adhesive was higher than the softening temperature of the hollow fiber membrane. In addition, among the nine damaged hollow fiber membrane modules, peeling occurred between the second tubular case 15 made of polysulfone and the first binding portion 3 in six hollow fiber membrane modules. It was considered that cracking occurred as a result of a large stress acting during the curing shrinkage of the adhesive because the glass transition temperature of the adhesive was high.
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。 Although the present invention has been described in detail and with reference to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
本発明の中空糸膜モジュールは、結束部の硬化時の発熱を抑制できるため、生産工程で発生し得る中空糸膜モジュール本体の損傷を抑制することができ、高い収率を達成することができる。さらに硬化発熱の抑制は、大容量の接着剤を同時に硬化させて、ポリマー製中空糸膜を結束することを可能とし、そのため装置体積あたりの膜面積が大きいポリマー製中空糸膜モジュールを安価に製造することができる。 Since the hollow fiber membrane module of the present invention can suppress heat generation during curing of the binding portion, it can suppress damage to the hollow fiber membrane module main body that may occur in the production process, and can achieve a high yield. . In addition, the suppression of heat generated by curing enables the curing of large-capacity adhesives at the same time to bind polymer hollow fiber membranes, so that polymer hollow fiber membrane modules with a large membrane area per unit volume can be manufactured at low cost. can do.
これにより、中空糸膜モジュールの膜面積当たりの製造原価が低減できると共に、プロセス中に使用する中空糸膜モジュールの本数を低減できるために、弁、管理機器等を同時に削減でき、工業的に非常に有利である。 As a result, the manufacturing cost per membrane area of the hollow fiber membrane module can be reduced, and the number of hollow fiber membrane modules used during the process can be reduced. Is advantageous.
100A:中空糸膜モジュール
100B:中空糸膜モジュール
100C:中空糸膜モジュール
1:筒状ケース
1A:鍔部
1B:鍔部
2:中空糸膜
3:第1結束部
4:第2結束部
5:孔
6:上部キャップ
6A:段部
7:下部キャップ
8:ろ過液出口
9:被ろ過液流入口
10:ガスケット
11:被ろ過液出口
12:中空糸膜束
14:整流孔
15:第2筒状ケース
16:第1結束部成形用治具
17:第2結束部成形用治具
18:ピン
19:ポッティング剤投入器
20:被ろ過液出口
21:被ろ過液流入口
22:ろ過液出口
23:ろ過液出口
24:シール材
25:シール材
26:シール材
100A: hollow fiber membrane module 100B: hollow fiber membrane module 100C: hollow fiber membrane module 1: cylindrical case 1A: collar 1B: collar 2: hollow fiber membrane 3: first binding part 4: second binding part 5: Hole 6: Upper cap 6A: Step 7: Lower cap 8: Filtrate outlet 9: Filtrate inlet 10: Gasket 11: Filtrate outlet 12: Hollow fiber membrane bundle 14: Rectification hole 15: Second cylindrical shape Case 16: First binding part forming jig 17: Second binding part forming jig 18: Pin 19: Potting agent feeder 20: Filtrate outlet 21: Filtrate inlet 22: Filtrate outlet 23: Filtrate outlet 24: sealing material 25: sealing material 26: sealing material
Claims (7)
前記中空糸膜束は、複数の中空糸膜が、少なくとも一つの結束部により、前記中空糸膜の中空部の一端または両端が開口した状態で結束されており、
前記結束部のガラス転移温度は80℃未満であり、かつ、
下記式1で示される前記結束部のMcと、前記結束部の重量Wと、前記中空糸膜のビカット軟化温度VSTとが、下記式2を満たす、中空糸膜モジュール。
Mc=2(1+μ)ρRT/E (式1)
μ:ポアソン比、ρ:密度(g/m3)、R:気体定数(J/K/mol)、
T:絶対温度(K)、E:貯蔵弾性率(Pa)
VST≧5.78×W/Mc+420 (式2)
VST:中空糸膜のビカット軟化温度(K)、
W:中空部が開口した結束部一つの重量(g) A cylindrical case, and a hollow fiber membrane bundle accommodated in the cylindrical case,
In the hollow fiber membrane bundle, a plurality of hollow fiber membranes are bound in a state where one or both ends of the hollow portion of the hollow fiber membrane are opened by at least one binding portion,
The glass transition temperature of the binding part is less than 80 ° C., and
A hollow fiber membrane module in which Mc of the binding portion represented by the following formula 1, the weight W of the binding portion, and the Vicat softening temperature VST of the hollow fiber membrane satisfy the following formula 2.
Mc = 2 (1 + μ) ρRT / E (Formula 1)
μ: Poisson's ratio, ρ: density (g / m 3 ), R: gas constant (J / K / mol),
T: Absolute temperature (K), E: Storage elastic modulus (Pa)
VST ≧ 5.78 × W / Mc + 420 (Formula 2)
VST: Vicat softening temperature (K) of the hollow fiber membrane,
W: Weight (g) of one binding part with an open hollow part
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