(57)【要約】【課題】本発明は、ＰＴＦＥ多孔質チューブの収縮のおそれがあるＰＴＦＥ融点近辺の高温加熱処理を経過しないで、また煩雑な作業を要せずにチューブ抜けのない機械的安定性と化学的安定性に優れたエレメントを作成することを目的とする。【解決手段】本発明に係るモジュール用エレメントＡの端末構造は、複数本のＰＴＦＥ多孔質チューブ１を束ねて構成されるモジュール用エレメントの端末において、ＰＴＦＥ多孔質チューブ１は、その肉厚空孔部がフッ素化ポリエーテルエラストマー３で埋められ、かつ、個々のＰＴＦＥ多孔質チューブ１はその外周部に介在するフッ素化ポリエーテルエラストマー３により互いに接着されることにより、複数本のＰＴＦＥ多孔質チューブ１全体がフッ素化ポリエーテルエラストマー層３により被覆されて一体化した構成をなすことを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本のポリテトラフルオロエチレン多孔質チューブを束ねて構成されるモジュール用エレメントの端末において、ポリテトラフルオロエチレン多孔質チューブは、その肉厚空孔部がフッ素化ポリエーテルエラストマーで埋められ、かつ、個々のポリテトラフルオロエチレン多孔質チューブはその外周部に介在するフッ素化ポリエーテルエラストマーにより互いに接着されることにより、複数本のポリテトラフルオロエチレン多孔質チューブ全体がフッ素化ポリエーテルエラストマー層により被覆されて一体化した構成をなすことを特徴とするモジュール用エレメントの端末構造。
【請求項２】
フッ素化ポリエーテルエラストマー層に、複数本のポリテトラフルオロエチレン多孔質チューブを束ねるポリテトラフルオロエチレン多孔質シートが介在していることを特徴とする請求項１に記載のモジュール用エレメントの端末構造。
【請求項３】
複数本のポリテトラフルオロエチレン多孔質チューブにガラス製、金属製又はプラスチック製のシャフトを挿入して束ねておき、
液状のフッ素化ポリエーテルエラストマーを型枠に流し込んで、前記シャフト挿入後の複数本のポリテトラフルオロエチレン多孔質チューブの端部を液状のフッ素化ポリエーテルエラストマーに浸漬した状態で付加反応による熱硬化処理を行い、液状のフッ素化ポリエーテルエラストマーが熱硬化して複数本のポリテトラフルオロエチレン多孔質チューブの端部を一体化させた後、複数本のポリテトラフルオロエチレン多孔質チューブの端部を型枠から離型して複数本のポリテトラフルオロエチレン多孔質チューブからシャフトを抜き出して製造することを特徴とするモジュール用エレメント端部構造の製造方法。
【請求項４】
液状のフッ素化ポリエーテルエラストマーに浸漬する前に、複数本のポリテトラフルオロエチレン多孔質チューブにポリテトラフルオロエチレン多孔質シートを巻き付けて束ねることを特徴とする請求項３に記載のモジュール用エレメント端部構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液接触装置又は気液ろ過装置等において、気液の接触や気液のろ過に使用されるモジュールにおいて使用されるエレメントであって、該モジュールを構成する複数本のポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と称す）多孔質チューブを束ねて構成されるエレメントにおけるモジュール用エレメントの端末構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
上記のエレメントとしては、例えば、高純度オゾン水製造装置のオゾンガス溶解モジュールや炭酸ガスなどのガス吸着装置のモジュールにおいて使用されるＰＴＦＥ多孔質チューブよりなるエレメントであって、ＰＴＦＥ多孔質チューブの内外においてＰＴＦＥ多孔質膜によりガスと液を隔てるエレメント、高純度薬液ろ過装置のモジュールにおいて使用されるＰＴＦＥ多孔質チューブよりなるエレメントであって、ＰＴＦＥ多孔質チューブの内外においてＰＴＦＥ多孔質膜により粒子除去のろ過作用を行わせるエレメント等がある。
【背景技術】
【０００３】
ＰＴＦＥは優れた多孔質膜を形成することが下記特許文献１で紹介されている。また、ＰＴＦＥは個体物質中、最も表面エネルギーが小さい側に属するために非接着性、離型性材料として知られている。したがって、ＰＴＦＥを他の材料と一体化するには特別の工夫が必要である。すなわち、ＰＴＦＥを、機械的強度を保持しかつ機密的に固定するための接着剤が必要である。従来からポリエチレンなどハイドロカーボン系樹脂で接着することが試みられているが接着できない。そこで、パーフルオロカーボン系の熱溶融性樹脂が用いられてきた。そのために大変な手間、工程を必要としてきた。その工夫の一例として、また特許文献１の具体的用途例として、半導体製造工程に用いられるオゾン水製造のためにオゾンガスの水への溶解装置としてＰＴＦＥ多孔質膜を介してガスが水に接触してガスを溶解していく複数本のＰＴＦＥ多孔質チューブを束ねたエレメントが、下記特許文献２で紹介され、ＰＴＦＥ多孔質チューブを束ねる手段が紹介されている。
【０００４】
特許文献２によると、ＰＴＦＥ多孔質チューブの外側にテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（以下、「ＦＥＰ」と称す）チューブを被せるかあるいはＦＥＰフィルムを巻き、それを束ねてＦＥＰを加熱溶融して一体化する方法が示されている。また、他の方法としてＰＴＦＥ板にドリル等でＰＴＦＥ多孔質チューブの外径よりやや大きめの貫通孔を設け、貫通孔とＰＴＦＥ多孔質チューブの外面との間に加熱溶融型のフッ素樹脂を介在させて樹脂を融着させて一体化させる方法が紹介されている。また、テトラフルオロエチレン−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体（以下、「ＰＦＡ」と称す）も同様に扱われる。ＦＥＰ又はＰＦＡが使用されるのは表面エネルギーの点において熱溶融性樹脂としてＰＴＦＥ多孔質チューブ表面との接着剤的融着作用があるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５１−３０２７７号
【特許文献２】特開２００１−３１４７３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＦＥＰの融点は約２７０℃、ＰＦＡの融点は約３００℃であり、エレメントを作成する場合、これら加熱溶融型フッ素樹脂が十分に溶融して実用的にＰＴＦＥ多孔質チューブと溶融一体化するためには実質溶融温度はそれぞれの融点より概ね３０℃は高く加熱しなければならず、これらの温度はＰＴＦＥの融点近傍であるため、ＰＴＦＥ多孔質チューブの熱収縮が起こる。この熱収縮を防ぐためにはＰＴＦＥ多孔質チューブ全体の温度を上げずにエレメントの端末部分だけを加熱する特別な工夫が必要であった。
【０００７】
また、ＰＴＦＥ多孔質チューブの外側に介在する熱溶融型フッ素樹脂は溶融粘度が高く、多孔質ＰＴＦＥチューブを構成する肉厚空孔部の表面部分に投錨効果的に凹部に接着するが、空孔部全体を埋めるに至らないため、その溶融時においてＰＴＦＥ多孔質チューブの肉厚空孔部内に浸入することはなく、外壁面の凹凸に沿った密着状態だけなので、ＰＴＦＥ多孔質チューブの材料抜けなどが生ずる問題があった。
【０００８】
さらに、ＰＴＦＥ多孔質チューブの外側に加熱溶融型フッ素樹脂を介在させる手法としてＦＥＰチューブを被せるかＦＥＰフィルムを巻くことが示されているが、それは煩雑な作業を必要とする。すなわち、ＦＥＰチューブを被せるためには、ＰＴＦＥ多孔質チューブの外径にＦＥＰチューブがぴったりと嵌まる必要がある。そうでなければ嵌合したチューブが脱落したりするおそれがある。またＦＥＰフィルムを巻くという方法においては、ＦＥＰフィルムは非常に帯電しやすいためにフィルム同士が自己反発してＦＥＰフィルムの巻き初め部と巻き終わり部を止めるのに困難である。
【０００９】
また、ＰＴＦＥ多孔質シートをＰＦＡメッシュで挟んで円筒状に形成し、あるいはこの円筒部の面積を拡大するために襞折り（プリーツとも言う）にしてエレメントを作成する方法がある。この場合のＰＴＦＥ多孔質シートをＰＦＡメッシュで挟んで円筒状に形成する加工は、その接続部のシールはヒートシーラント（プラスチックフィルムの袋とじに使用される一種の圧接装置）によって容易に施されるが、円筒部両端をエレメントとして一体化する作業、特に耐薬品性や耐熱性が求められる場合にも前記したＰＴＦＥ多孔質チューブと同様にＰＴＦＥ多孔質膜全体の温度を上げずにエレメントの端末部分だけを加熱する特別な工夫が必要であった。
【００１０】
また、ＰＴＦＥ多孔質チューブは、管径、肉厚によっても多少異なるが、非常に柔らかく、腰が弱く、また外力による変形が起こりやすいのが特徴である（Ａ）。また、ＰＴＦＥ多孔質チューブの内外から液状成分が浸透できる状態にすると肉厚中心部の空孔のエアなど気体成分が抜けきらず、十分な液状成分の充満が起こりにくいということがあり、ＰＴＦＥ多孔質チューブの内径側または外径側のいずれか一方から液状成分を侵入させる必要が求められる（Ｂ）。
【００１１】
本発明は上述した（Ａ）（Ｂ）の問題点をも解決する手段を提供するものである。つまり、本発明はＰＴＦＥ多孔質チューブの自立性を高め且つ液状のフッ素化ポリエーテルエラストマー成分の侵入を防ぐために多孔質チューブ内にガラス製、金属製、プラスチック製のシャフトを挿入して液状のフッ素化ポリエーテルエラストマー成分を注型し、キュア（熱効果処理）後にシャフトを抜いて得られるエレメントの製法を提案するものである。
【００１２】
本発明は、ＰＴＦＥ多孔質チューブの収縮のおそれがあるＰＴＦＥ融点近辺の高温加熱処理を経過しないで、また煩雑な作業を要せずにチューブ抜けのない機械的安定性と化学的安定性に優れたエレメントを作成することにある。
【００１３】
そこで、本発明者は、キュア前に液状である付加反応型フッ素化ポリエーテル骨格と末端シリコーン架橋反応基からなるエラストマー成分（すなわち、フッ素化ポリエーテルエラストマー）を用いることにより、ＰＴＦＥ多孔質チューブの肉厚の多孔質部分にフッ素化ポリエーテルエラストマーが含浸し、かつ、複数本のＰＴＦＥ多孔質チューブがフッ素化ポリエーテルエラストマーにより一体化されることを見出し本発明に至った。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るモジュール用エレメントの端末構造は、複数本のＰＴＦＥ多孔質チューブを束ねて構成されるモジュール用エレメントの端末において、ＰＴＦＥ多孔質チューブは、その肉厚空孔部がフッ素化ポリエーテルエラストマーで埋められ、かつ、個々のＰＴＦＥ多孔質チューブはその外周部に介在するフッ素化ポリエーテルエラストマーにより互いに接着されることにより、複数本のＰＴＦＥ多孔質チューブ全体がフッ素化ポリエーテルエラストマー層により被覆されて一体化した構成をなすことを特徴とするものである。なお、フッ素化ポリエーテルエラストマー層に、複数本のＰＴＦＥ多孔質チューブを束ねるＰＴＦＥ多孔質シートが介在するように構成してもよい。
【００１５】
また、本発明に係るモジュール用エレメント端部構造の製造方法は、複数本のＰＴＦＥ多孔質チューブにガラス製、金属製又はプラスチック製のシャフトを挿入して束ねておき、液状のフッ素化ポリエーテルエラストマーを型枠に流し込んで、前記シャフト挿入後の複数本のＰＴＦＥ多孔質チューブの端部を液状のフッ素化ポリエーテルエラストマーに浸漬した状態で付加反応による熱硬化処理を行い、液状のフッ素化ポリエーテルエラストマーが熱硬化して複数本のＰＴＦＥ多孔質チューブの端部を一体化させた後、複数本のＰＴＦＥ多孔質チューブの端部を型枠から離型して複数本のＰＴＦＥ多孔質チューブからシャフトを抜き出して製造することを特徴とするものである。なお、液状のフッ素化ポリエーテルエラストマーに浸漬する前に、複数本のＰＴＦＥ多孔質チューブにＰＴＦＥ多孔質シートを巻き付けて束ねるようにして製造してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
上記の手段により、気液の接触、気液のろ過を行なうモジュールにおいてＰＴＦＥ多孔質膜を介して作用させるエレメント、すなわち、ＰＴＦＥ多孔質膜によりＰＴＦＥ多孔質チューブが構成され、該ＰＴＦＥ多孔質チューブを束ねたエレメントの作成を容易にすることができる。したがって、高純度オゾン水製造装置におけるオゾンガス溶解モジュール、炭酸ガスなどガス吸着装置のモジュール、高純度薬液ろ過装置のモジュール等におけるエレメントは経時的に交換を要するための作業性がよく、コストが安くなる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】エレメントの一部省略斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線概略端面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線概略端面図である。
【図４】ＰＴＦＥ多孔質チューブとシャフトの一部省略斜視図である。
【図５】シャフトを挿入したＰＴＦＥ多孔質チューブを束ねた状態の仕掛品を表す一部省略斜視図である。
【図６】図５の一部省略縦端面図である。
【図７】図５に示す仕掛品を注型枠に投入した状態を表す一部省略縦端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
複数本のＰＴＦＥ多孔質チューブを束ねた端末のＰＴＦＥ多孔質チューブを構成する管の肉厚空孔部がフッ素化ポリエーテルエラストマーで埋められ、外周辺を構成するフッ素化ポリエーテルエラストマーと一体化したエレメントにおいて、ＰＴＦＥ多孔質チューブは管壁の肉厚部の構造がノードとフィビリルからなり、フィビリルが空孔部を構成する延伸ＰＴＦＥ多孔質チューブが好ましい。
【００１９】
また、金属シャフトに未焼結の延伸ＰＴＦＥ膜を任意に巻回し、その状態でＰＴＦＥの融点以上に加熱溶融してＰＴＦＥ多孔質チューブを作成したものも好ましい。
【００２０】
なお、ＰＴＦＥの空孔部の存在しない充実体の状態の密度を２．１ｇ／ｃｍ３とし、ＰＴＦＥ多孔質チューブの重量と体積から計算される見かけ密度の差の比率を空孔率として表示する。
【００２１】
本発明に用いられるＰＴＦＥ多孔質チューブの空孔率あるいは空孔径および管径あるいは管壁の肉厚は特に限定するものではなく、エラストマー成分が肉厚空孔部に浸透するか否かであり、一方は用途による機械的強度などによって選択すれば良い。
【００２２】
本発明に用いられるエラストマーはＰＴＦＥに劣らない化学的物性が重要である。また、エラストマー成分はＰＴＦＥ多孔質チューブの肉厚空孔部に含浸するものが重要である。それらの点から溶剤可溶型エラストマーあるいは架橋反応においてガス成分が発生するタイプのエラストマーは好ましくない。その理由は肉厚空孔部の充満が不完全であり、端部の機密が不完全であって、キュア前後の寸法安定性に欠けるからである。これらの点からキュア前に液状であり、触媒が白金である付加反応型フッ素化ポリエーテル骨格と末端シリコーン架橋反応基からなるエラストマー成分が好適に選択される。好ましいフッ素化ポリエーテルエラストマー成分は信越化学工業株式会社製の商品名「ＳＩＦＥＬ」として市販されている。
【００２３】
エレメントの作成においては液状成分を注ぐ枠体（ポット、カップ）内に束ねたＰＴＦＥ多孔質チューブを立てて液状成分を注ぎ、架橋反応を行い、その後に枠体から外して端末の一端が出来上がり、続いて他の一端を同様にして両端末が完成してエレメントとなる。
【００２４】
この方法において多孔質ＰＴＦＥが被覆された金属線、例えば銅線、の場合はそれを任意裁断して複数本を束ね本発明と同様に端末加工を施し最後に金属線を抜くことによってエレメントが作成できる。
【００２５】
また、本発明はＰＴＦＥ多孔質シートをＰＦＡメッシュで挟んで円筒状に形成し、あるいはこの円筒部の面積を拡大するために襞折りにしてエレメントを作成する両端末加工にも当然適用される。
【００２６】
また、ＰＴＦＥ多孔質シートはＰＴＦＥ多孔質チューブを束ねる巻き回し材としてエレメントの両端部の好適な材料となり、経済的に高価なフッ素化ポリエーテルエラストマー材料の使用量を少なくすることとなる。
【００２７】
同様にフッ素化ポリエーテルエラストマーの増量材として化学的に安定なＰＴＦＥ等フッ素系樹脂粉末を混入させてもよく、コストの低減となる。
【実施例１】
【００２８】
図１〜図３において、Ａは完成したエレメントを示し、１はエレメントＡを構成する７本のＰＴＦＥ多孔質チューブ、２は７本のＰＴＦＥ多孔質チューブ１を束ねる際に巻き付けたＰＴＦＥ多孔質シート、３はエレメントＡの両端部において、７本のＰＴＦＥ多孔質チューブ１を束ねて機密に固定するフッ素化ポリエーテルエラストマー層をそれぞれ表す。以下、図４〜図７に基づいて、エレメントＡの製造方法を示す。
【００２９】
図４に示すＰＴＦＥ多孔質チューブ１とステンレスシャフト１０とをそれぞれ７本ずつ用意する。ＰＴＦＥ多孔質チューブ１は、チューブの長手方向に延伸させて形成したものであり、チューブの内径が６ｍｍ、外径が７．５ｍｍ、長さが６００ｍｍ、空孔率が８０％である。ステンレスシャフト１０は外径６ｍｍ、長さ６５０ｍｍである。そして、図５及び図６に示すように、前記ＰＴＦＥ多孔質チューブ１のそれぞれにステンレスシャフト１０を挿入して束ね、端末を揃えて両端から１００ｍｍの位置と中央部とを結着バンド（不図示）で結んで仮固定し、両端から幅４０ｍｍにリボン状に裁断したＰＴＦＥ多孔質シート３を４回巻回して、エレメントＡの仕掛品Ａ’を作成する。その際、中央のＰＴＦＥ多孔質チューブ１’についてはステンレスシャフト１０’が下方に突出するように構成しておく。なお、ＰＴＦＥ多孔質シート３は、住友電工ファインポリマー株式会社製「フロロポアメンブランＦＰ−５００」を使用する。
【００３０】
次に、図７に示すように、注型枠１１に仕掛品Ａ’の一方の端部を入れる。注型枠１１は、炭素鋼をクロムメッキした鉢型をなし、上部内径が３０ｍｍ、深さが５０ｍｍ、底部内径が２８ｍｍであり、底部中央には内径６ｍｍで、深さが１０ｍｍの凹部１１’が形成されており、仕掛品Ａ’を構成する中心のステンレスシャフト１０’を差し込んで、半製品Ａ’を自立させる。その後、この注型枠１１内にあふれない程度に液状のフッ素化ポリエーテルエラストマー成分３’を注入する。液状のフッ素化ポリエーテルエラストマー成分３’としては信越化学工業株式会社製の商品名「ＳＩＦＥＬ３１５５」を使用する。フッ素化ポリエーテルエラストマー成分３’はＰＴＦＥ多孔質の肉厚空孔部内に浸透するため、その分だけ液量低下が起こるので減少分を随時追加注入して液面が底部から４５ｍｍの高さを維持する。この状態において、１５０℃の恒温槽に２時間置き、液状のフッ素化ポリエーテルエラストマー成分３’をキュアし、キュア後、室温に戻してフッ素化ポリエーテルエラストマーと一体的に固化したＰＴＦＥ多孔質チューブ１の端部を注型枠１１から離型する。ＰＴＦＥ多孔質チューブ１の他端を上記と同様の工程を経て、フッ素化ポリエーテルエラストマーと一体的に固化した状態とし、最後にステンレスシャフト１０を各ＰＴＦＥ多孔質チューブ１から抜き取れば、図１〜図３に示すエレメントＡが完成する。このエレメントＡは、その両端部において、ＰＴＦＥ多孔質チューブ１の肉厚空孔部がフッ素化ポリエーテルエラストマーにより埋められる。また、各ＰＴＦＥ多孔質チューブ１は、その外周部に介在するフッ素化ポリエーテルエラストマーにより互いに接着されて一体化する。なお、エレメントＡの両端から１０ｍｍの位置で切断して検査したところ、フッ素化ポリエーテルエラストマー成分がＰＴＦＥ多孔質チューブの肉厚部およびＰＴＦＥ多孔質シートの厚み部分に含浸し、かつ、ＰＴＦＥ多孔質チューブが機密的に一体になっていることを確認した。
【実施例２】
【００３１】
実施例１における液状のフッ素化ポリエーテルエラストマー成分３’に代えて、液状のフッ素化ポリエーテルエラストマー成分と、その増量材として、重量比で３０％のＰＴＦＥ微細造粒粒子（ダイキン工業株式会社製「ポリフロンモールディングパウダーＭ‐１３９」）を混合し、７００ｍｍ水銀柱の真空減圧で脱気したものを使用する。それ以外は実施例１と同様にエレメントを作成した。実施例２により作成されたエレメントの断面を検査した結果、フッ素化ポリエーテルエラストマーの液状成分のみがＰＴＦＥ多孔質チューブの肉厚空孔部に侵入し、ＰＴＦＥ微細造粒粒子はＰＴＦＥ多孔質チューブの外周部に残存しており、フッ素化ポリエーテルエラストマー成分の使用量を減らす効果があった。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のエレメントは気液接触装置、脱気装置、バブル発生装置、気体、液体のろ過装置の用途に好適に使用できる。
【符号の説明】
【００３３】
Ａ……エレメント
Ａ’……エレメントの仕掛品
１，１’……ＰＴＦＥ多孔質チューブ
２……ＰＴＦＥ多孔質シート
３……フッ素化ポリエーテルエラストマー層
３’……液状のフッ素化ポリエーテルエラストマー成分
１０，１０’……ステンレスシャフト
１１……注型枠
１１’……注型枠の凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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