(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜と有機合成材製の膜支持材とを溶着して接合してなる膜モジュールにおいて、凸部を有する治具により、前記分離膜と前記膜支持材との溶着の際に前記治具の凸部により分離膜に孔を開け、前記孔より膜支持材の一部樹脂を前記分離膜の溶着を行う面とは反対側の面に流動させ、前記膜支持材と前記樹脂により、前記分離膜を挟み込むようにしたことを特徴とする膜モジュール。
【請求項２】
分離膜と有機合成材製の膜支持材とを溶着して接合してなる膜モジュールにおいて、凸部と平坦部とを有する治具により、前記分離膜と前記膜支持材との溶着の際に前記治具の凸部により分離膜に孔を開け、前記孔より膜支持材の一部樹脂を前記分離膜の溶着を行う面とは反対側の面に流動させ、前記膜支持材と前記樹脂により、前記分離膜を挟み込むようにしたことを特徴とする膜モジュール。
【請求項３】
請求項１もしくは２記載の治具により溶着を行った後、平面を有する治具により再溶着を行うことを特徴とする請求項１もしくは２記載の膜モジュール。
【請求項４】
凸部を有する治具により、分離膜と膜支持材との溶着の際に、前記治具の凸部により分離膜に孔を開け、前記孔から膜支持材の一部樹脂を溶着する分離膜の反対面に流動させ、前記膜支持材と前記樹脂により、前記分離膜を挟み込むようにしたことを特徴とする膜モジュールの製造方法。
【請求項５】
凸部と平坦部とを有する治具により、分離膜と膜支持材との溶着の際に、前記治具の凸部により分離膜に孔を開け、前記孔から膜支持材の一部樹脂を溶着する分離膜の反対面に流動させ、前記膜支持材と前記樹脂により、前記分離膜を挟み込むようにしたことを特徴とする膜モジュールの製造方法。
【請求項６】
請求項４もしくは５記載の製造方法により溶着を行った後、平面を有する治具により再溶着を行うことを特徴とする膜モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分離膜と有機合成材製の膜支持材とを溶着して接合してなる膜モジュール、特に排水処理に用いる膜モジュールとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より排水処理の方法としては、分離膜を用いた膜分離による方法が広く使用されている。そして、膜分離に用いられる膜について、設置・維持管理の容易さ等の理由から、膜支持材に固定し、モジュール化して使用する方法が一般的となっている。
ここで、モジュール化を行う際には、通常分離膜が脆弱である為、膜支持材に固定する必要があるが、これに対しては、分離膜の固定強度やシール性の向上、製作作業の容易さ等の点から、溶着による方法が行われている。さらに、この溶着方法をさらに改善する目的で、熱溶着にて膜支持板と分離膜とを溶着する特開平７ー２４２７１記載の方法や、膜支持板と分離膜とを様々なパターン形状で溶着する特開平７ー２４２７０記載の方法といった、種々の提案もなされてきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来からの溶着による方法では、溶融した膜支持体の樹脂が、分離膜の溶着が行われる側の面と膜支持体との間において、分離膜と密着もしくは相溶する程度でしかない為、溶着により得られた強度は、分離膜と膜支持体の樹脂との密着もしくは相溶による強度までに止まり、その及ぶ範囲も分離膜と膜支持体との界面付近に止まってしまう。この結果、例えば膜モジュールに対して分離膜が剥離する方向に圧力が加わった場合等には、剥離に対する強度が不十分となってしまう問題があった。
【０００４】
また、完全に剥離しない場合であっても、部分的なシール性の低下による漏洩等により、膜分離の性能の低下を招くといった可能性も考えられる。
【０００５】
本発明では、分離膜の剥離強度とシール性を向上させた膜モジュールを容易に製作可能とし、提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明では、治具に設けられた凸部が、溶着時に分離膜に孔を開け、前記孔から前記分離膜の溶着とは反対側の面に樹脂が溶出し、前記分離膜を覆うことができるような形状を有する治具を用いて、分離膜と膜支持材との溶着を行うようにした。
【０００７】
本発明においては、一般の溶着方法と同じように合成材料同士を加熱等の手段により溶融し、溶融した合成材料が再び冷却し、接合を完了させる。ここで仮に、従来通りの治具を用いたならば、加熱を受ける部分のみが溶融し接合される為、接合強度は加熱を受けた部分に依存してしまう。これは、従来の例にあるような、治具に単なる突起を設けて溶着しようとする膜と膜支持材とがより相溶しやすくした場合においても、同様である。
【０００８】
ここで本発明では、まず、設けられた凸部が、溶着時に分離膜に孔を開け、前記孔から前記分離膜の溶着とは反対側の面に樹脂が溶出し、前記分離膜を覆うことができるような形状を有するなような治具を用いる。
【０００９】
まず治具の凸部が分離膜に接触・加熱させるようにした。加熱により凸部の接触した分離膜の部分は溶融もしくは破断して孔が開き、さらに治具の凸部が溶着しようとする膜支持材に達する。膜支持材に達した治具の凸部は、凸部が接触している膜支持材の部分を溶融もしくは破断させるが、この時この溶融した樹脂の一部が、分離膜に開いた孔から分離膜の反対側に溶出する。この後、治具が更に前進し、凸部以外の部位が分離膜に達するころには、分離膜の反対側に溶出した樹脂が分離膜の反対側に広がるようになる。そして冷却を経て、溶着が完了した後は、一般に分離膜より高い強度を持つ膜支持体の樹脂が、孔を通じて分離膜の反対側に広がり、分離膜を抑えることができる。
そして、治具の凸部以外の部分においても溶着が行われ、加えて前記の治具凸部による溶着が加わる為、剥離強度の膜モジュールを得ることが可能となる。
【００１０】
また、凸部以外の部分は平滑面で構成することにより、凸部以外の部分を滑らかに溶着できるため、シール性の向上も期待できる。
【００１１】
なお、前記の凸部を有する治具を用いた溶着を行った後、平滑な面を有する治具にて再度溶着を行えば、溶着面を平滑に仕上げるに止まらず、分離膜に開いた孔から溶出した膜支持材の一部をさらに広げ、かつ強固に溶着できる為、よりシール性を向上させることができる。
【００１２】
以上のように、設けられた凸部が、溶着時に分離膜に孔を開け、前記孔から前記分離膜の溶着とは反対側の面に樹脂が溶出し、前記分離膜を覆うことができるような形状を有するに構成した治具を用いることにより、高い剥離強度とシール性を有する膜モジュールを得ることができる。
また、本構成に治具によれば溶着において必要なシール性が得られる為、特開平７ー２４２７０のように複数の治具を用い、点状及び線状の組み合わせにより溶着するといった、手間を要する方法をとることも不要となる。
【００１３】
なお、実際の溶着に用いる治具の形状に関しては、主として分離膜の厚みに応じた、凸部形状や大きさのものを選択するのがよい。凸部の間隔やその配置状態に関しても、治具によって分離膜に開いた孔から分離膜の反対側に溶出しやすいように設定すればよい。凸部の形状に関しては、分離膜への孔の開けやすさや、孔が開いた後の樹脂の溶出しやすさから、一般に頂部が尖った形状の方がよい。あまり凸部の高さが低い場合には十分な樹脂が分離膜上に溶出せず、分離膜と支持材との剥離強度を十分に増加させることができない。また、凸部の間隔があまりに大きい場合、一つの孔から溶出した樹脂が覆う面積が増加する為、シール性をより増加させにくい。
具体的には、一般の樹脂を用いた場合、０．２ｍｍ以上の凸部を設けるのがよい。凸部の間隔についても５ｍｍ以下、望ましくは２ｍｍ以下を確保するのがよい。凸部の配置に関しては、前記の治具の要件を備えていればよいが、製作の容易さ等の点からは、正方に配列したり、千鳥に配列してもよい。
【００１４】
次に、溶着の際の温度に関しては、分離膜と膜支持材との溶着が行われる部位に関し、支持材を溶融するのに必要な温度でなければ溶着自体が行えないのは当然であるが、あまり高温であっても支持材や膜を劣化させてしまう。また、分離膜に治具の凸部により開けられた孔から、溶着を堅固にする為に溶出させるに十分な温度である必要もある。この為、これらの不具合を生じないような温度範囲を設定し、溶着を行う。
具体的には、膜モジュールに一般の樹脂を用いた場合、１５０〜２８０℃の範囲とするのが良い。なお、ＰＰやＰＥＴを用いた場合には１９０〜２６０℃といった範囲が、さらに好適には２００〜２４０℃の範囲に設定するのがよい。
【００１５】
なお、実際の加熱の方法に関しては、治具そのものが発熱してもよく、別途加熱の方法を設けてもよい。また、加熱の手段においても電熱等のように直接温度上昇を行わせる方法でもよいし、超音波や電磁誘導等のように熱以外のエネルギーを負荷することにより、加熱させる方法等を用いてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下の実施例を用いて説明する。
【００１７】
図１は溶着用の治具の一実施例を示したものである。本実施例の治具においては、治具の凸部を１のような四角錐で、凸部以外を２のような平面で構成した。
【００１８】
まず、治具における凸部の有無による接合強度に関し、図２を用いて説明する。
実施条件としては、膜支持材材質をＰＰ、分離膜基材をＰＥＴとし、溶着温度を２３０℃、押し付け圧を１．２５ｋｇｆ／ｃｍ２、溶着時間を２０秒とした。また、実施例による治具は、凸部の高さを０．５ｍｍ、間隔を１．０ｍｍとした。
なお、効果の比較の為、凸部のない平面の治具についての結果を併せて述べる。
また、剥離試験に関しては、膜支持材の面に対し垂直方向に引っ張り、溶着部が破損する時の引っ張り強度を測定した。
【００１９】
図２に示すように、凸部を有する治具の方が、凸部のない平面の治具よりも高い剥離強度を得ることができた。これは、本発明に従う通り、治具の凸部により分離膜に開いた孔から溶出した膜支持材の一部が、剥離強度に寄与することを示すものである。
【００２０】
次に、治具の凸部に関し、高さと間隔を変化させた場合の実施例について説明する。
【００２１】
まず、本実施例において、凸部の高さを変えた場合について図３を用いて説明する。
実施条件としては、膜支持材材質をＰＰ、分離膜基材をＰＥＴとし、溶着温度を２３０℃、押し付け圧を１．２５ｋｇｆ／ｃｍ２、溶着時間を２５秒とした。なお、凸部間隔は１．０ｍｍとした。
【００２２】
図３にある通り、凸部が十分な高さでないと、剥離強度を上げることができなかった。これは、凸部の高さがある程度ないと、分離膜の厚みに対し凸部の高さが分離膜に孔を開けないか、もしくは開けても分離膜の反対側に十分、溶融した膜支持材の一部が溶出せず、剥離強度を向上させることができないことを示している。
【００２３】
次に、本実施例において、凸部の間隔を変えた場合について図４を用いて説明する。
実施条件としては、膜支持材材質をＰＰ、分離膜基材をＰＥＴとし、溶着温度を２３０℃、押し付け圧を１．２５ｋｇｆ／ｃｍ２、溶着時間を２５秒とした。なお、凸部高さは０．５ｍｍとした。
【００２４】
図４にある通り、凸部が十分な間隔でないと、剥離強度を上げることができなかった。これは、凸部の間隔がある程度ないと、分離膜に開いた孔の間隔を狭めてしまうことにより、治具凸部以外により溶着される部分があまりにも少なくなるのは言うまでもなく、孔同士の間に負荷時に亀裂等が伝播しやすくなり、全体として剥離強度が低下するものと考えられる。
逆に、凸部の間隔があまり大きくても、分離膜に開いた一つの孔から溶出した樹脂が覆う分離膜の面積が増加してしまう為、これも剥離強度を上げることができないことがわかる。
【００２５】
次に、治具の形状側ではなく、溶着温度を変えた場合についての実施例について、図５を用いて説明する。
実施条件としては、膜支持材材質をＰＰ、分離膜基材をＰＥＴとし、押し付け圧を１．２５ｋｇｆ／ｃｍ２、溶着時間を２５秒とした。なお、凸部高さを１．０ｍｍ、間隔を０．５ｍｍとした。
【００２６】
図５にある通り、溶着温度がある一定の範囲でないと、剥離強度を上げることができなかった。これは、溶着温度がある程度高温でないと膜支持材の溶融が完全にゆかず、溶着が不十分な為、剥離強度が向上しないのは言うまでもなく、あまり高温過ぎても分離膜や膜支持材の材質がむしろ劣化してしまうことに依存するものであると考えることができる。
【００２７】
以上の通り、治具に凸部を設けるという簡便な方法により、分離膜と膜支持材の溶着を堅固なものとし、剥離強度の高い膜モジュールを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る溶着用治具の形状。
【図２】凸部を治具に設けたことによる効果を示す一実施例の図。
【図３】治具における凸部の高さの剥離強度への影響を示す一実施例の図。
【図４】治具における凸部の間隔の剥離強度への影響を示す一実施例の図。
【図５】接合温度の剥離強度への影響を示す一実施例の図。
【符号の説明】
１…本発明の一実施例に関わる治具の凸部
２…同治具の平坦部
３…同治具の凸部の高さ
４…同治具の凸部の間隔
【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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