(57)【要約】【課題】接着剤の塗布幅を広げずに、有効膜面積を維持しながら、封止部における接着力の低下を効果的に防止することができるスパイラル型膜エレメント、及びその製造方法を提供する。【解決手段】分離膜１と供給側流路材２と透過側流路材３とが積層状態で有孔の中心管５の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体Ｒを備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられているスパイラル型膜エレメントにおいて、前記透過側流路材３を介して対向する分離膜１は、少なくとも軸方向の両側に接着剤により形成された両端封止部１１を有すると共に、その両端封止部に位置する分離膜１の接着面は、粗面化処理してある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体を備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられているスパイラル型膜エレメントにおいて、
前記透過側流路材を介して対向する分離膜は、少なくとも軸方向の両側に接着剤により形成された両端封止部を有すると共に、その両端封止部に位置する分離膜の接着面は、粗面化処理してあることを特徴とするスパイラル型膜エレメント。
【請求項２】
前記透過側流路材を介して対向する分離膜は、更に外周側端部に接着剤により軸方向に形成された外周側封止部を有すると共に、その外周側封止部に位置する分離膜の接着面は、粗面化処理してある請求項１記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項３】
前記分離膜の接着面は、溶融により粗面化処理されていると共に、その処理領域の分離膜内部の多孔質層が、溶融により局所的に空孔率が低減している請求項１又は２に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項４】
前記分離膜の接着面は、研磨により粗面化処理されていると共に、その処理領域の分離膜接着面の付着物が、研磨により除去されている請求項１又は２に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項５】
分離膜と供給側流路材と透過側流路材とを積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回して、円筒状巻回体を形成する工程と、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部を形成する工程とを備えるスパイラル型エレメントの製造方法において、
前記封止部の形成工程は、前記透過側流路材を介して対向する分離膜の軸方向の両側端部または外周側端部を接着剤で封止する工程を含むと共に、その工程に先立って、封止部に位置する分離膜の接着面を粗面化する工程を含むことを特徴とするスパイラル型膜エレメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回されており、液体中に浮遊及び溶存している成分などを分離するスパイラル型膜エレメント、及びその製造方法に関する。本発明は、特に供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部を接着剤により形成する際に、接着力の低下を効果的に防止できる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、逆浸透ろ過、精密ろ過などに用いられる流体分離エレメントとして、例えば、供給側流体（原水）を分離膜表面へ導く供給側流路材、供給側流体を分離する分離膜、および分離膜を透過し供給側流体から分離された透過側流体（透過水）を中心管（集水管）へと導く透過側流路材からなるユニットを有孔の中心管の周りに巻き付けたスパイラル型膜エレメントが知られている。
【０００３】
このようなスパイラル型膜エレメントは、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、一般的に分離膜１を二つ折りにした間に供給側流路材２を配置したものと、透過側流路材３とを積み重ね、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐ封止部を形成するために接着剤４，６を分離膜周辺部（３辺）に塗布して分離膜ユニットＵを作製し、このユニットＵの単数または複数を中心管５の周囲にスパイラル状に巻きつけて、更に分離膜周辺部を封止することによって製造される。
【０００４】
その結果、図２に示すように、透過側流路材３を介して対向する分離膜１の両端は、両端封止部１１により封止され、スパイラル状に配置された複数の両端封止部１１の間には、供給側流路材２が介在することになる。また、透過側流路材３を介して対向する分離膜１の外周側端部は、軸方向に沿った外周側封止部１２により封止されている。この例は、膜リーフ（封止された封筒状膜）が複数の場合であるが、膜リーフが単数の場合も存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
上記のような封止部は、通常、接着剤を用いて接着されているが、本来、接着剤は、２枚の分離膜と透過側流路材に含浸して、これらを接着している。
【０００６】
しかし、一般的に有効膜面積を広くするためには、接着剤の接着幅を狭くすることが有効であり、この方法では、接着剤の塗布量が少なくなるため、分離膜への接着剤の含浸が不充分な部分が生じ易くなる。そうすると、これに起因して、接着部の接着力が低下し、場合によっては、接着部が剥離する問題が生じている。
【０００７】
この接着剤による接着部の剥離防止策としては、互いに接合される分離膜の表面に予めプライマーを塗布し、乾燥させた後、接着剤を塗布して分離膜同士を接着させる方法が知られている（例えば、特許文献１および３参照）。しかし、この方法は、プライマーの塗布、乾燥工程が必要になり、現状、自動化が実現せず、生産性が非常に悪くなっている。
【０００８】
また、スパイラル型膜エレメントの両端封止部を、熱接着性テープを用いて封止する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この方法では、接着部の接着力は、接着剤を用いた場合と比較して低くなるという問題があった。
【０００９】
一方、分離膜の種類や製造条件によっては、分離膜の被接着面にモノマーやポリマーなどの不純物が付着し、これが洗浄等によって十分除去されない場合がある。その場合、付着した不純物が、接着不良の原因になるという問題が生じる。
【特許文献１】特開平１０−３４１号公報
【特許文献２】特開２００３−２７５５４７号公報
【特許文献３】特開２００４−７４０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の目的は、接着剤の塗布幅を広げずに、有効膜面積を維持しながら、封止部における接着力の低下を効果的に防止することができるスパイラル型膜エレメント、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。      
【００１２】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体を備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられているスパイラル型膜エレメントにおいて、前記透過側流路材を介して対向する分離膜は、少なくとも軸方向の両側に接着剤により形成された両端封止部を有すると共に、その両端封止部に位置する分離膜の接着面は、粗面化処理してあることを特徴とする。
【００１３】
本発明のスパイラル型膜エレメントによると、両端封止部に位置する分離膜の接着面の粗面化により、接着剤の含浸性の改善（アンカー効果の発現）や接着面積の拡大が図れるため、接着剤の塗布幅を広げずに、両端封止部における接着力を向上させることができる。その結果、有効膜面積を維持しながら、封止部における接着力の低下を効果的に防止することができる。
【００１４】
上記において、前記透過側流路材を介して対向する分離膜は、更に外周側端部に接着剤により軸方向に形成された外周側封止部を有すると共に、その外周側封止部に位置する分離膜の接着面は、粗面化処理してあることが好ましい。この場合、外周側封止部においても、分離膜の接着面の粗面化により、接着剤の含浸性の改善（アンカー効果の発現）や接着面積の拡大が図れるため、接着剤の塗布幅を広げずに、両端封止部における接着力を向上させることができる。その結果、有効膜面積を維持しながら、封止部における接着力の低下を効果的に防止することができる。
【００１５】
また、前記分離膜の接着面は、溶融により粗面化処理されていると共に、その処理領域の分離膜内部の多孔質層が、溶融により局所的に空孔率が低減していることが好ましい。この場合、簡単な加熱工程によって、より確実に封止部の接着力を向上させることができる。また、粗面化処理領域の分離膜内部の多孔質層が、溶融により局所的に空孔率が低減しているため、封止部における多孔質層を介した微小リーク（多孔質層の孔径が分離活性層より大きいために生じる、面内方向への原水のリーク）も防止できる効果がある。
【００１６】
あるいは、前記分離膜の接着面は、研磨により粗面化処理されていると共に、その処理領域の分離膜接着面の付着物が、研磨により除去されていることが好ましい。製膜工程において、分離膜端部よりアミン（キャスト液、架橋液）等がまわり込んで分離膜接着面に付着する場合などがあるが、この付着物は、接着力を低下させる原因となる。したがって、分離膜接着面の付着物の除去と接着面の粗面化を行うことによって、より確実に封止部の接着力を向上させることができる。
【００１７】
一方、本発明のスパイラル型膜エレメントの製造方法は、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とを積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回して、円筒状巻回体を形成する工程と、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部を形成する工程とを備えるスパイラル型エレメントの製造方法において、前記封止部の形成工程は、前記透過側流路材を介して対向する分離膜の軸方向の両側端部または外周側端部を接着剤で封止する工程を含むと共に、その工程に先立って、封止部に位置する分離膜の接着面を粗面化する工程を含むことを特徴とすることを特徴とする。
【００１８】
本発明の製造方法によると、封止工程に先立って、封止部に位置する分離膜の表面を粗面化する工程を含むため、接着剤の塗布幅を広げずに、両端封止部における接着力を向上させることができる。その結果、有効膜面積を維持しながら、封止部における接着力の低下を効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のスパイラル型膜エレメント製造方法の一例を示す工程図である。図２は、本発明のスパイラル型膜エレメントの一例を示す部分破断した斜視図である。
【００２０】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、接着剤を用いて接合した封止部の構造のみが従来のものと異なっており、他の構造は、上述の従来のスパイラル型膜エレメントの構成をいずれも適用することができる。したがって、ここでは、再度図１および図２を参照して、本発明に係るスパイラル型膜エレメントおよびその製造方法の一例について説明する。
【００２１】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、図１〜２に示すように、分離膜１、供給側流路材２、および透過側流路材３が積層状態で、有孔の中心管５の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体Ｒを備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられている。封止部には、両端封止部１１と外周側封止部１２が含まれる。
【００２２】
図２に示すように、透過側流路材３を介して対向する分離膜１の両端は、両端封止部１１により封止され、スパイラル状に配置された複数の両端封止部１１の間には、供給側流路材２が介在する。また、透過側流路材３を介して対向する分離膜１の外周側端部は、軸方向に沿った外周側封止部１２により封止されている。
【００２３】
上記の円筒状巻回体Ｒは、分離膜１と供給側流路材２と透過側流路材３とを積層状態で有孔の中心管５の周囲にスパイラル状に巻回して円筒状巻回体Ｒを形成する工程と、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部１１，１２を形成する工程とによって製造することができる。
【００２４】
具体的には、例えば、図１に示す実施形態により製造することができる。図１の（ａ）は、分離膜ユニットの平面図であり、（ｂ）は、分離膜ユニットの正面図であり、（ｃ）は、分離膜ユニットを積層して巻回する前の状態を示す正面図である。
【００２５】
まず、図１（ａ）〜（ｂ）に示すように、分離膜１を二つ折りにした間に供給側流路材２を配置したものと透過側流路材３とを積み重ね、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐ封止部を形成するための接着剤４，６を、透過側流路材３の軸方向両端部および巻回終端部に塗布したユニットを準備する。このとき、分離膜１の折目部分に保護テープを貼り付けても良い。
【００２６】
分離膜１には、逆浸透膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜、ガス分離膜、脱ガス膜などが使用できる。供給側流路材２には、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。透過側流路材３には、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。有孔の中心管５は、管の周囲に開孔を有するものであれば良く、従来のものが何れも使用できる。
【００２７】
接着剤４，６としては、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ホットメルト接着剤等、従来公知の何れの接着剤も使用することができる。
【００２８】
本発明のスパイラル型膜エレメントでは、円筒状巻回体の両端封止部１１、および必要に応じて、外周側封止部１２に位置する分離膜１の接着面が、粗面化処理される。このような構造は、透過側流路材３を介して対向する分離膜１の軸方向の両側又は、外周側端部を接着剤で封止する工程を含むと共に、その工程に先立って、封止部に位置する分離膜の接着面を粗面化する工程を含むことで形成できる。その際、上記製造方法に加えて、封止部に位置する透過側流路材３を予め切り除く工程を含むことが好ましい。
【００２９】
本発明における粗面化処理の程度は、深さ６０μｍ以上の凹凸が形成されていたり（不織布等の支持体の厚みの７０％以上の深さが好ましい）、不織布等の支持体の繊維切断や変形、開孔が生じている状態であればよい。
【００３０】
本発明において、分離膜１の接着面を粗面化する方法としては、機械的に分離膜表面を削る方法、微細な針により分離膜表面に微細孔を形成する方法、化学的なエッチングにより粗面化する方法、レーザー加工による凹凸形成、加熱プレス等により分離膜表面を溶融・変形させる方法などが挙げられる。なかでも、発塵性が少ないという観点から、分離膜表面を溶融により粗面化することが好ましい。
【００３１】
具体的には、図３に示すように、加熱したバー２２で分離膜１をプレスする際、分離膜１の接着面側の受台２２の上面２２ａに凹凸加工（エンボス加工）を施すことで、分離膜１の接着面を粗面化処理することができる。これによって、接着剤の分離膜１への含浸性が良くなり、封止部１１，１２における接着力の低下を効果的に防止することができる。また、分離膜１をプレスしつつ溶融することにより、分離膜１の内部の多孔質層１ｂは、局所的に空孔率が低減し、封止部における多孔質層１ｂを介した微小リークも防止できる効果がある。その際、不織布等の支持体１ｃも局所的に空孔率を低減させることが好ましい。これによって、スキン層１ａ（分離活性層）以外の部分に起因する微小リークを、より効果的に防止することができる。
【００３２】
局所的に分離膜１を溶融させる方法としては、例えば、ヒートバーで加圧する方法、インパルス式ヒートシーラーを使用する方法、超音波融着、高周波溶着による方法などが挙げられる。
【００３３】
次に、図１（ｃ）に示すように、この分離膜ユニットＵの複数を積層し、有孔の中心管５の周囲にスパイラル状に巻回した後、接着剤などを熱により硬化等させることで、円筒状巻回体Ｒを得る。その際、中心管５の周囲の封止を同時に行っても良い。円筒状巻回体Ｒは、軸方向の長さを調整するために、必要に応じて両端部がトリミング等される。
【００３４】
分離膜ユニットＵを積層する際の数量は、必要とされる透過流量に応じて決まるものであり、１層以上であれば良いが、操作性を考慮すると１００層程度が上限である。なお、分離膜ユニットＵの積層数量が大きいほど、各分離膜ユニットＵの巻回回数が少なくなる。
【００３５】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、通常、外装材により拘束されて拡径しない構造になっているが、外装材は、円筒状巻回体の表面に単数又は複数のシートを巻回することができる。外装材としては、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ガラス繊維布等が使用できる。
【００３６】
本発明のスパイラル型膜エレメントには、更に変形（テレスコープ等）を防止するための有孔の端部材や、シール材、補強材などを必要に応じて設けることができる。
【００３７】
［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、分離膜ユニットを作製する際、分離膜を２つ折りにして供給側流路材を挟み込む例を示したが、連続する分離膜を用いて、これを交互に折り返して、供給側流路材および透過側流路材を挟み込むことも可能である。その場合、両端封止部を形成する際に、予め封止部に位置する分離膜の接着面を粗面化する工程を実施すればよい。
【００３８】
（２）前述の実施形態では、図１に示すように、供給側流路材２を挟みこむように二つ折りにした分離膜１の上に、透過側流路材３を重ねて、接着剤４，６を塗布する例で説明したが、本発明では、透過側流路材３の上に二つ折りにした分離膜１を重ねその上に接着剤４，６を塗布することも可能である。
【００３９】
（３）前述の実施形態では、図１に示すように、複数の分離膜ユニットＵを使用して、複数の膜リーフを備えるスパイラル膜エレメントを製造する例を示したが、本発明では、 1組の分離膜ユニットＵを使用して、１枚の膜リーフを備えるスパイラル膜エレメントを製造してもよい。
【００４０】
（４）前述の実施形態では、分離膜表面を溶融により粗面化する例を示したが、本発明では、研磨により粗面化処理することも可能である。この場合、製膜工程の分離膜を巻き取る部分で、分離膜接着面が接触するロールに研磨紙を巻きつける方法によって、分離膜接着面を容易に研磨することができる。これによって、分離膜接着面の付着物の除去と接着面の粗面化を行うことができ、より確実に封止部の接着力を向上させることができる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００４２】
実施例１
図１に示す工程に従って、逆浸透膜（スキン層：ポリアミド系、支持体：ポリスルホンの多孔体、厚み５０μｍ）とポリプロピレン（ＰＰ）製の供給側流路材と、ポリエステル（ＰＥＴ）製の透過側流路材とを積層して（２１リーフ分）、有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回して、８インチのスパイラル型膜エレメントを製作した。その際、分離膜の表面の粗面化条件は、ヒートバー方式（受台の上面の凹凸は、底面の一辺が１ｍｍで高さが０．５ｍｍの正四角錐をピッチ約１ｍｍで縦横に配置して深さ約０．５ｍｍの凹凸とした）にて、幅５ｍｍ、温度２５０℃、加圧時間２．０秒、加圧力２０ＭＰａにて溶着を行い、接着剤として、ウレタン樹脂を用いて、分離膜の３辺を封止した。接着剤硬化後、封止部分を切り取り、１８０°のピール試験で接着力を測定した。その結果、１．５ｋｇｆ／ｃｍであった。
【００４３】
実施例２
実施例１において、分離膜の接着面の粗面化条件を研磨方式にて行ったこと以外は、同様にして、８インチのスパイラル型膜エレメントを製作した。粗面化条件は、製膜工程の分離膜を巻き取る部分で、分離膜接着面が接触するロ−ルに研磨紙（ロールペーパー：Ａ−P１２O：２５ｍｍ幅）を巻きつけ、巻き取りロールテンションを１２〜１４ｋｇｆに調整して、分離膜接着面に研磨紙を押し当てた。実施例１と同様に接着力を測定した結果、１．３ｋｇｆ／ｃmであった。
【００４４】
比較例
実施例において、封止部分における分離膜の表面の粗面化を行わないこと以外は、同様にして、８インチのスパイラル型膜エレメントを製作し、接着力を測定した。その結果、１．０ｋｇｆ／ｃｍであり、実施例と比較して接着力が劣っていた。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のスパイラル型膜エレメントの製造方法の一例を示す工程図
【図２】本発明のスパイラル型膜エレメントの一例を示す部分破断した斜視図
【図３】本発明のスパイラル型膜エレメントの製造方法の一例を示す工程図
【符号の説明】
【００４６】
１          分離膜
２          供給側流路材
３          透過側流路材
５          中心管
１１          両端封止部
１２          外周側封止部
Ｒ          円筒状巻回体
Ｕ          分離膜ユニット
【図１】
2006247629.tif 000003
【図２】
2006247629.tif 000004
【図３】
2006247629.tif 000005