(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパイラル型分離膜エレメントに用いる供給側流路材の製造方法であって、
押出機のダイスの内外2つの円周上に配置した多数のノズル孔から各々のネット構成糸を押出しながら、ネット構成糸の交差部で両者のノズル孔が重なって１つのノズルとなるようにノズル孔を相対回転させて交差部でネット構成糸を互いに融着させつつネットを成形する剪断法成形にて供給側流路材を形成する際に、
ＪＩＳ  Ｋ７２１０：１９９９によるＭＦＲ（メルトマスフローレイト）１．５〜４ｇ／１０ｍｉｎ以上のポリプロピレン樹脂を用いる供給側流路材の製造方法。
【請求項２】
得られるネットの全厚みが０．３〜２ｍｍである請求項１に記載の供給側流路材の製造方法。
【請求項３】
得られるネットの構成糸の径が０．０８〜１ｍｍである請求項１又は２に記載の供給側流路材の製造方法。
【請求項４】
得られるネットの構成糸の交差角度が３０〜１５０°である請求項１〜３いずれかに記載の供給側流路材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に存在している成分を分離するスパイラル型分離膜エレメントに用いる供給側流路材、及びその製造方法、並びに、当該供給側流路材を用いたスパイラル型分離膜エレメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりスパイラル型分離膜エレメントの構造としては、分離膜、供給側流路材及び透過水側流路材の単数または複数が、有孔の中空状中心管の周りに巻きつけられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。従来、供給側流路材としては、樹脂製のネットが主に使用されてきた。
【０００３】
供給側流路材は、分離膜の間に介在してエレメント供給側の流路を確保すると同時に、膜面の表面更新を促進して濃度分極を抑制する機能がある。濃度分極を抑制するためには、流路材の厚さを薄くし膜面の線速度を大きくする方法があるが、供給液中の浮遊成分が流路を閉塞させるという問題や供給液を送水するポンプの必要動力が大きくなるという問題がある。
【０００４】
このため、供給側流路材の圧力損失を低減する目的などで、ネット構成糸の交差角度や配列方向を変えたものなどが種々提案されている（例えば、特許文献２〜３参照）。このようなネットの製造方法は、具体的に開示されていないが、工業的な製造方法の１つとして、剪断法により成形する方法が考えられる。
【０００５】
この剪断法は、押出機のダイスの内外2つの円周上に配置した多数のノズル孔を逆方向に回転させながら、横糸と縦糸とを押出して交差部で互いに融着させる際、横糸と縦糸との交差部で両者のノズル孔が重なって１つのノズルとなるようにノズル孔を配置したダイスを用いる方法である。
【０００６】
しかしながら、剪断法によると、横糸と縦糸との交差部で樹脂の押出量が多くなり、この部分で水掻き状の変形が生じ、この水掻き状の変形が、供給側流路の圧力損失の増加などの原因になっていることが判明した（図６〜図７参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−４２３７８号公報
【特許文献２】特許第３０９８６００号公報
【特許文献３】特許第３２３０４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の目的は、供給側流路の圧力損失を低減でき、しかも供給側流路の流れの阻害や閉塞の問題がより生じにくい供給側流路材およびその製造方法、並びに当該供給側流路材を用いたスパイラル型分離膜エレメントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記の知見に基づいて鋭意研究したところ、特定のＭＦＲの範囲のポリプロピレン樹脂を用いて、剪断法成形にてネットを形成することで上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
即ち、本発明の供給側流路材の製造方法は、スパイラル型分離膜エレメントに用いる供給側流路材の製造方法であって、押出機のダイスの内外2つの円周上に配置した多数のノズル孔から各々のネット構成糸を押出しながら、ネット構成糸の交差部で両者のノズル孔が重なって１つのノズルとなるようにノズル孔を相対回転させて交差部でネット構成糸を互いに融着させつつネットを成形する剪断法成形にて供給側流路材を形成する際に、ＪＩＳ  Ｋ７２１０：１９９９によるＭＦＲ（メルトマスフローレイト）１．５〜４ｇ／１０ｍｉｎ以上のポリプロピレン樹脂を用いることを特徴とする。本発明におけるＭＦＲの値は、具体的には実施例に記載の測定方法により測定される値である。
【００１３】
本発明の製造方法によると、特定のＭＦＲの範囲のポリプロピレン樹脂を用いているため、剪断法成形にてネットを形成する際に、ネット構成糸の交差部において水掻き状の変形が生じにくい。このように変形が少ないことで、交差周辺の流れがスムーズになり、供給側流路の圧力損失を低減でき、しかも供給側流路の流れの阻害や閉塞の問題がより生じにくい供給側流路材を得ることができる。更に、ネットの基本形状に変化がないのでエレメント性能には影響がないという利点がある。
【００１５】
この方法であると、ネットの連続生産が好適に行え、しかもネット構成糸同士の融着をより確実かつ強固に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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、本発明の供給側流路材の製造方法に用いられるノズルの一例を示す一部破断した斜視図である。図２はノズル孔の動作を説明する説明図である。図３は、本発明の供給側流路材の一例を示す図である。
【００１９】
本発明の供給側流路材は、図３に示すように、スパイラル型分離膜エレメントに用いる供給側流路材であり、ネット構成糸１，２がポリプロピレン樹脂からなり、剪断法成形にて前記ネット構成糸１，２同士が交差部Ｃで接合されたネットであることを特徴とする。
【００２０】
ポリプロピレン樹脂のＪＩＳ  Ｋ７２１０：１９９９によるＭＦＲは１．５ｇ／１０ｍｉｎ以上であり、好ましくは、１．７〜４．０ｇ／１０ｍｉｎである。ＭＦＲが低すぎると、交差部に水掻き状の変形が生じやすくなる。また、逆にＭＦＲが高すぎるとネットの成形が難しくなる。
【００２１】
ポリプロピレン樹脂のＭＦＲは、一般的に、重量平均分子量、分子量分布、樹脂に添加された添加剤の種類や量などによって調整することができる。
【００２２】
剪断法成形にて得られたネットは、後述するように、ノズル孔から樹脂が押し出される際に交差部で予め一体化した状態で押し出されるため、ネット構成糸１，２に融着界面が存在しない構造となる。
【００２３】
また、剪断法成形により交差部Ｃに水掻き変形を生じることなくネットを製造する上で、得られるネットの全厚み０．３〜２ｍｍが好ましく、構成糸の径（幅）０．０８〜１ｍｍが好ましく、交差角度３０〜１５０°が好ましい。これらはノズル形状と押出条件を調整することで達成できる。
【００２４】
なお、ネットの厚みは、薄くすれば、膜面の線速度が大きくなり濃度分極を抑制できるが、あまり薄くすると供給液中の浮遊成分が流路を閉塞させるという問題や供給液を送水するポンプの必要動力が大きくなるという問題がある。
【００２５】
本発明において、ネット構成糸１，２の各々の糸間隔や径の比率などは自由に変えることができるが、例えば糸間隔は２〜５ｍｍ、径の比率は１／２〜２／１にすることができる。
【００２６】
本発明の供給側流路材は、本発明の製造方法により好適に製造することができる。即ち、本発明の製造方法は、スパイラル型分離膜エレメントに用いる供給側流路材の製造方法であって、上記のごときポリプロピレン樹脂を用いて、剪断法成形にてネットを形成することを特徴とする。
【００２７】
剪断法成形は、例えば図１〜図２に示すようなノズルを備える押出機を用いて、押出機のダイスの内外2つの円周上に配置した多数のノズル孔１４，１０から各々のネット構成糸１，２を押出しながら、ネット構成糸の交差部で両者のノズル孔１４，１０が重なって１つのノズルとなるようにノズル孔１４，１０を相対回転させて交差部でネット構成糸１，２を互いに融着させつつネットを成形するものである。
【００２８】
ここで、図１の（ａ）は、本発明の供給側流路材の製造方法に用いられるノズルの一例を示す一部破断した斜視図であり、（ｂ）は内側の円周上に配置したノズル孔の拡大図である。図２の（ａ）はノズル孔の回転動作を示す底面図であり、（ｂ）〜（ｃ）はノズル孔の回転動作を示す要部図であり、（ｄ）はこの回転動作で得られるネットの平面図である。
【００２９】
上記のノズルは、内側の円周上に配置したノズル孔１４を形成した内側回転ダイ１２と、外側の円周上に配置したノズル孔１０を形成した外側回転ダイ６とを備え、内側回転ダイ１２の外周面１３と外側回転ダイ６の内周面９とが、当接しつつ両者が逆回転できるようになっている。内側回転ダイ１２は回転軸４により駆動され、外側回転ダイ６はこれに連結されたギヤ１１により駆動される。外側回転ダイ６はダイハウジング５，７に回転自在に保持されている。
【００３０】
押出機から押し出された樹脂は、ダイハウジング５の内面５ａと内側回転ダイ１２の外面１２ａとの間の間隙を経由して、ノズル孔１４，１０から押出され、各々のネット構成糸１，２となる。その際、ノズル孔１４，１０を相対回転させており（図２（ｂ）参照）、両者のノズル孔１４，１０が重なって１つのノズル（図２（ｃ）参照）となる位置が、ネットの交差部Ｃとなり、ネット構成糸１，２が互いに融着した状態となる。
【００３１】
このとき、樹脂のＭＦＲが低いと、図３（ｂ）に示すように水掻き部３が生じ易くなる。水掻き部３が生じる程度は、ネット構成糸１に垂直な方向から切断面を観察し、ネット構成糸１に垂直な方向の流路断面積（ａ１＋ａ２）における水掻き部３の面積（ａ１）の割合で求めることができる。
【００３２】
本発明では、この水掻き変形の面積率が、５％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。この水掻き変形の面積率が５％を超えると、供給側流路の圧力損失が増加し、供給側流路の流れの阻害や閉塞の問題がより生じ易くなる。
【００３３】
ノズル孔１４，１０から樹脂が押し出される際の温度としては、２３０〜３００℃が好ましく、２５０〜２７０℃がより好ましい。押し出される際の温度が２３０℃未満では、樹脂の流動性が不十分でネット形成が困難となり、水掻き変形が生じ易くなる傾向がある。また、押し出される際の温度が３００℃を超えると、糸の形成が困難になるほど流動性が高くなる、あるいは熱分解によりネットの強度が低下する傾向がある。
【００３４】
押し出されたネットは、一般には、水中等で冷却され、巻き取られた後、適当なサイズに切断される。
【００３５】
本発明のスパイラル型分離膜エレメントは、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材の単数又は複数が、有孔の中空状中心管の周りに巻きつけられている構造を有する。かかる膜エレメントの詳細は、前記の特許文献１などにも詳細に記載されており、供給側流路材の以外に関しては、従来公知の分離膜、透過側流路材、中空状中心管などが何れも採用できる。例えば、供給側流路材と透過側流路材が複数用いられる場合には、複数の膜リーフが中空状中心管の周りに巻きつけられた構造となる。
【００３６】
本発明のスパイラル型分離膜エレメントは、用途をなんら限定するものではないが、濁質のある排水などの処理目的とする分離膜エレメント、また海水やかん水などの処理目的とする分離膜エレメントに使われる際に、その効果が特に発揮される。
【実施例】
【００３７】
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。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。
【００３８】
（１）ＭＦＲ
ＭＦＲは「ＪＩＳ  Ｋ７２１０（１９９９）／プラスチック−熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト及びメルトボリュームフローレイトの試験方法」に従い、試験温度２３０℃で測定した値を用いた。
【００３９】
（２）水掻き変形の面積率
図３（ｂ）に示すように、ネット構成糸に垂直な方向から切断面を観察し、ネット構成糸に垂直な方向の流路断面積（ａ１＋ａ２）における水掻き部分の面積（ａ１）の割合を百分率で求めた。ランダムに２０箇所を測定し、その平均値を求めた。
【００４０】
実施例１
図１に示すノズルを備えた押出機に、ＭＦＲ２．０ｇ／１０ｍｉｎのポリプロピレン樹脂（三井化学製、Ｆ１２２Ｇ）を導入し、２６０℃で溶融押出しすることで、剪断法成形にてネットを形成した。このとき、得られるネットが、全厚み０．８７ｍｍ、構成糸の径（幅）０．４ｍｍ、糸間隔３．０ｍｍ、交差角度９０°になるようにノズル形状と押出条件を調整した。
【００４１】
得られたネットの上面写真およびそのＡ−Ａ’切断写真を図４に示す。この写真が示すように、実施例１で得られたネットは、水掻きが全く存在しなかった。
【００４２】
実施例２
実施例１において、ポリプロピレン樹脂として、ＭＦＲ３．０ｇ／１０ｍｉｎのポリプロピレン樹脂（三井化学製、Ｆ１１３Ｇ）を用いたこと以外は実施例１と全く同じ条件でネットを作製した。
【００４３】
得られたネットの上面写真およびそのＢ−Ｂ’切断写真を図５に示す。この写真が示すように、実施例２で得られたネットは、水掻きが全く存在しなかった。
【００４４】
比較例１
実施例１において、ポリプロピレン樹脂として、ＭＦＲ０．５ｇ／１０ｍｉｎのポリプロピレン樹脂（三井化学製、Ｅ１１１Ｇ）を用いたこと以外は実施例１と全く同じ条件でネットを作製した。
【００４５】
得られたネットの上面写真およびそのＣ−Ｃ’切断写真を図６に示す。この写真が示すように、比較例１で得られたネットは、水掻きが存在し、水掻き変形の面積がネットの流路断面積の１６．３％であった。
【００４６】
比較例２
実施例１において、ポリプロピレン樹脂として、ＭＦＲ１．３ｇ／１０ｍｉｎのポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ製、ＥＧ７Ｆ）を用いたこと以外は実施例１と全く同じ条件でネットを作製した。
【００４７】
得られたネットの上面写真およびそのＤ−Ｄ’切断写真を図７に示す。この写真が示すように、比較例２で得られたネットは、水掻きが存在し、水掻き変形の面積がネットの流路断面積の９．９％であった。
【００４８】
圧力損失試験１
以上で得られた図４〜７に示したネットを用いて、平行平板セル（Ｃ１０−Ｔ；流路幅３５ｍｍ、流路長１３５ｍｍ）にセットし、純水を流した時の流量と圧力損失を測定し、その結果を図８に示した。厚み、糸間隔、交差角度は同じであるが、材料のポリプロピレン樹脂のＭＦＲを１．５ｇ／１０ｍｉｎ以上にすることにより圧力損失が半分以下の値になった。
【００４９】
圧力損失試験２
実施例１、比較例１で得られたネットを用いて有効膜面積３３．９ｍ２のスパイラルエレメントを製作し、圧力容器に装填した状態で純水を流したときの流量と圧損を測定し、その結果を図９に示した。Ｃ１０Ｔセルで確認された圧損の低下は実際のエレメントでも確認できた。
【００５０】
膜性能試験
実施例１、比較例１で得られたネットを用いて有効膜面積３３．９ｍ２のスパイラルエレメントを製作し、圧力容器に装填して、ＮａＣｌ水溶液に対する阻止率と透過水量を測定した。その際の測定条件は、１５００ｐｐｍＮａＣｌ、ｐＨ７、圧力１．５５ＭＰａ、回収率１５％とした。その結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
0004684783.tif 000002
【００５２】
表１の結果が示すように、実施例１は、比較例１に比べて阻止率と透過水量が劣ることはなく、濃度分極を維持するのに十分な乱流効果が得られることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の供給側流路材の製造方法に用いられるノズルの一例を示す一部破断した斜視図
【図２】ノズル孔の動作を説明する説明図
【図３】本発明の供給側流路材の一例を示す図
【図４】実施例１で得られた供給側流路材の上面写真およびそのＡ−Ａ‘切断写真
【図５】実施例２で得られた供給側流路材の上面写真およびそのＢ−Ｂ‘切断写真
【図６】比較例１で得られた供給側流路材の上面写真およびそのＣ−Ｃ‘切断写真
【図７】比較例２で得られた供給側流路材の上面写真およびそのＤ−Ｄ‘切断写真
【図８】実施例等で得られた供給側流路材の流量と圧力損失との関係を示すグラフ
【図９】実施例等で得られた供給側流路材の流量と圧力損失との関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００５４】
１        ネット構成糸
２        ネット構成糸
３        水掻き部
１０      ノズル孔（外側）
１４      ノズル孔（内側）
Ｃ        交差部
【図１】
0004684783.tif 000003
【図２】
0004684783.tif 000004
【図３】
0004684783.tif 000005
【図４】
0004684783.tif 000006
【図５】
0004684783.tif 000007
【図６】
0004684783.tif 000008
【図７】
0004684783.tif 000009
【図８】
0004684783.tif 000010
【図９】
0004684783.tif 000011