(57)【要約】【課題】高圧の液体においても耐圧性が大きく膜の形態を保持することができ、高温の有機溶媒性液体において膜の寸法変化がなく、膜の寸法安定性を確保することが可能なブレード強化中空糸膜を提供する。【解決手段】本発明は、ブレード強化中空糸膜に関し、管状のブレードの表面に活性層を形成した中空糸膜において、ブレードを金属線と高分子繊維を混合して編造したところにその特徴がある。本発明によれば、膜の耐圧性により高圧下における分離工程に中空糸膜を使用することができ、膜の寸法安定性により高温下における有機溶媒分離に中空糸膜を使用することができるだけではなく、膜の伝導性により中空糸膜を種々の応用分野に適用することができるという効果がある。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状のブレードの表面に活性層膜を形成した中空糸膜において、
前記ブレードは、金属線と高分子繊維を混合して編造し、
有機溶媒に対する膜の寸法安定性及び径方向の外部圧力に対する膜の形態安定性を向上させ、膜に伝導性を付与したことを特徴とする、ブレード強化中空糸膜。
【請求項２】
前記金属線は、銅線、ニッケル線、ステンレス鋼線、錫線またはニクロム線のなかから選択された１種または２種以上の金属線であることを特徴とする、請求項１に記載のブレード強化中空糸膜。
【請求項３】
前記金属線は、０．０５ｍｍ〜０．４０ｍｍの直径を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のブレード強化中空糸膜。
【請求項４】
前記高分子繊維は、ポリエステル、ナイロン、アラミド、ポリプロピレンまたはポリエチレンのなかから選択された１種または２種以上の繊維であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のブレード強化中空糸膜。
【請求項５】
前記高分子繊維は、１００〜５００デニールの太さを有する単一フィラメントの繊維１０〜４００本が組み合わせられて単一筋を形成したヤーンであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のブレード強化中空糸膜。
【請求項６】
前記ブレード編造に用いられる前記高分子繊維及び前記金属線の全体の筋数は、１０〜８０筋であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のブレード強化中空糸膜。
【請求項７】
前記金属線は、編造前に予め前記高分子繊維と合糸して単一筋を形成するか、または、前記金属線だけで単一筋を形成したことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のブレード強化中空糸膜。
【請求項８】
前記金属線だけで単一筋を形成した前記金属線の太さは、前記高分子繊維と合糸する前記金属線の太さよりも太いことを特徴とする、請求項７に記載のブレード強化中空糸膜。
【請求項９】
編造に用いられる前記金属線筋数は、全体の編造糸筋数に対して、５〜３０％であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のブレード強化中空糸膜。
【請求項１０】
前記ブレードにおける各金属線は、隣接する前記金属線と等間隔を維持しながら編造されたことを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のブレード強化中空糸膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレード強化中空糸膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜を高圧下において使用するためには、外圧に対する膜の機械的な安定性を確保しなければならず、中空糸膜を高温の有機溶媒性液体に使用するためには、膜の寸法安定性が求められる。外圧に対する膜の安定性を高めるために、膜の厚さを高め、且つ、気孔率を下げる方法があるが、これは、膜を通じての液体の透過速度を落とすという新たな問題を引き起こす。このため、管状のブレードをもって中空糸膜の活性層膜を強化しようとする試みが種々になされている。
【０００３】
従来、廃水処理及び生物学的な膜反応工程など、主として常温下において非溶媒性溶液を処理する膜分離工程に用いられる中空糸膜は、高分子繊維だけを使用して管状にブレードを編造し、その外表面に活性層膜を形成していた。このブレードの編造に用いられる高分子繊維としては、一般に、ポリエステル、ナイロン、アラミド、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの繊維が使用され、使用用途に応じて、これらのうち好適な高分子繊維材料が選定される。高温の分離膜工程に用いられる中空糸型分離膜のブレード製造にはガラス繊維が使用されることもある。ブレードの厚さ及び内径は、使用される繊維の種類、ヤーンを構成する単位フィラメントの太さ（デニール）、フィラメントの数、そして編造に用いられるヤーンの筋数に応じて決められる。
【０００４】
上述した従来の高分子繊維ブレード強化中空糸膜は、膜の長手方向への負荷に対する特性、すなわち、膜の引張り強度は極めて優れているものの、膜表面に垂直に働く負荷、すなわち、径方向の圧力に対してはその抵抗性（耐圧性）が極めて弱く、径方向の圧力が大きくなると、膜が元の形状を失い易いという不都合がある。例えば、高分子繊維ブレード強化中空糸膜が２０気圧以上圧力の逆浸透圧膜分離工程に使用される場合、活性層膜が円形断面の管形状を維持することができず、圧力によりその断面形状が歪んでしまう。
【０００５】
一般に、高分子素材からなる活性層膜が高温の有機溶媒に対して寸法安定性を有することは、極めて困難である。ところが、上述した従来の高分子繊維ブレード強化中空糸膜は、高温の有機溶媒性液体下において活性層膜だけではなく、ブレードそのものの寸法も変わってしまう。このように、寸法安定性が失われると、ブレードと活性層との間の界面に相当な応力が発生し、活性層膜に損傷を来たすという不都合がある。
【０００６】
結果として、従来の高分子繊維ブレード強化中空糸膜は、低圧、常温、非溶媒性液体には使用に問題がないが、高圧の液体または高温の有機溶媒性液体には使用し難いという短所があるのである。
【０００７】
このため、強化材として用いられるブレードに活性層の膜が塗布されており、このブレードが機械的な負荷（高圧）だけではなく、高温の有機溶媒露出による寸法変化を主として担うため、中空糸膜の形態安定性や寸法安定性のためには、ブレードの改善が望まれるのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、高圧の液体においても耐圧性が大きく膜の形態を保持することができ、高温の有機溶媒性液体において膜の寸法変化がなく、膜の寸法安定性を確保することが可能な、新規かつ改良されたブレード強化中空糸膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、管状のブレードの表面に活性層膜を形成した中空糸膜において、前記ブレードは、金属線と高分子繊維を混合して編造し、有機溶媒に対する膜の寸法安定性及び径方向の外部圧力に対する膜の形態安定性を向上させ、膜に伝導性を付与したブレード強化中空糸膜が提供される。
【００１０】
前記金属線は、銅線、ニッケル線、ステンレス鋼線、錫線またはニクロム線のなかから選択された１種または２種以上の金属線であってもよい。
【００１１】
前記金属線は、０．０５ｍｍ〜０．４０ｍｍの直径を有するものであってもよい。
【００１２】
前記高分子繊維は、ポリエステル、ナイロン、アラミド、ポリプロピレンまたはポリエチレンのなかから選択された１種または２種以上の繊維であってもよい。
【００１３】
前記高分子繊維は、１００〜５００デニールの太さを有する単一フィラメントの繊維１０〜４００本が組み合わせられて単一筋を形成したヤーンであってもよい。
【００１４】
前記ブレード編造に用いられる前記高分子繊維及び前記金属線の全体の筋数は、１０〜８０筋であってもよい。
【００１５】
前記金属線は、編造前に予め前記高分子繊維と合糸して単一筋を形成するか、または、前記金属線だけで単一筋を形成したものであってもよい。
【００１６】
前記金属線だけで単一筋を形成した前記金属線の太さは、前記高分子繊維と合糸する前記金属線の太さよりも太くてもよい。
【００１７】
編造に用いられる前記金属線筋数は、全体の編造糸筋数に対して、５〜３０％であってもよい。
【００１８】
前記ブレードにおける各金属線は、隣接する前記金属線と等間隔を維持しながら編造されたものであってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、膜の耐圧性の向上により、高圧下における分離工程に中空糸膜を使用することができ、膜の寸法安定性の向上により、高温下における有機溶媒分離に中空糸膜を使用することができる。さらに、膜の伝導性により、中空糸膜を種々の応用分野に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
本発明は、金属線と高分子繊維を混合編造して管状のブレードを作り、その外面に活性層を形成することにより、中空糸膜を高圧の液体または高温の有機溶媒性液体にも使用可能にした金属線混造ブレード強化中空糸膜に関する。
【００２２】
本発明は、管状のブレードの表面に活性層を形成した中空糸膜において、前記ブレードを、金属線と高分子繊維とを混合して編造したところにその特徴がある。
【００２３】
前記金属線は、銅線、ニッケル線、ステンレス鋼線、錫線またはニクロム線のなかから選択された１種または２種以上の金属線であることが好ましい。また、前記金属線の直径は、例えば、０．０５ｍｍ〜０．４０ｍｍであることが好ましい。
【００２４】
上述したように、高圧液体において使用する中空糸膜は、特に機械的な安定性を必要とし、高温有機溶媒において使用する中空糸膜は、特に寸法安定性を必要とする。
【００２５】
活性層膜そのものの機械的な強度や寸法安定性を確保することが困難であり、高分子繊維ブレードだけで活性層を補強した場合には、高圧、高温及び有機溶媒接触に脆弱であるという問題点があるため、ブレードの物性を補完する必要がある。このような観点から、金属線は、高分子繊維に比べて機械的な特性に遥かに優れているだけではなく、耐熱性及び有機溶媒との接触時における有機溶媒液体との馴染み性がないため、寸法安定性に極めて優れている。
【００２６】
ブレードを構成する高分子繊維の一部を金属線に取り替える場合、ブレードの圧力、温度及び有機溶媒との接触に対する安定性は、主な強化材である金属線により決められる。結果として、金属線と高分子繊維とを混合して製造したブレードは、高温、高圧、または有機溶媒接触条件下においても極めて安定していることから、このようなブレードにより強化された膜もまた、安定したものとなる。
【００２７】
金属線と高分子繊維を混合してブレードを製造する場合、金属線の割合が高くなるにつれて、ブレードの機械的な特性と寸法安定性は良好になるものの、ブレードそのものがぱりぱりするようになり、活性層膜の塗布時、且つ、モジュールの製作時に、取扱性が悪くなる。逆に、金属線の割合が低くなるとき、ブレードの流動性は大きくなって取扱性が良好であるが、機械的な特性と寸法安定性は弱くなる。このため、編造に用いられる金属線筋数は、編造に用いられる全体の編造糸数に対して、例えば、５〜３０％であることが好ましい。必要に応じて、金属線を高分子繊維と合糸したり、金属線だけをボビンに巻き付けたりして編造に使用することができる。ここで、金属線だけをボビンに巻き付けるときには、高分子繊維と合糸して巻き付けるときよりも遥かに太い金属線を使用することが好ましい。金属線として単一金属線を使用するか、あるいは、薄い金属線２〜５本を合糸して単一筋にした集合金属線を使用することが可能である。
【００２８】
前記高分子繊維は、例えば、ポリエステル、ナイロン、アラミド、ポリプロピレンまたはポリエチレンの繊維の中から選択されることが好ましい。前記高分子繊維として、例えば、１００〜５００デニールの太さを有する単一フィラメントの繊維が、例えば１０〜４００筋組み合わせられたヤーンを使用することができる。
【００２９】
また、前記ブレード編造には、例えば１０〜８０筋の編造糸（高分子繊維及び金属線）を使用することが好ましい。
【００３０】
上述した構成を有する本願発明のブレードの外面には、多孔性精密ろ過膜または限外ろ過膜を活性層膜として形成することができる。多孔性精密ろ過膜または限外ろ過膜は、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリフェニルスルファート、ポリエチレンまたはポリプロピレンの中から選択された高分子をそれぞれの溶媒に溶かすか、または、高温において希釈剤と混ぜて均一な溶液にし、これを前記ブレードの上に塗布した後、公知の拡散誘導相分離法または熱誘導相分離法により一定の厚さに形成する。
【００３１】
前記多孔性精密ろ過膜または限外ろ過膜の上には、例えば、薄膜の活性層が塗布された複合膜形態のナノ透過膜、逆浸透圧膜、蒸気透過膜、透過蒸発膜または気体透過膜等をさらに形成してもよい。
【００３２】
このようにして製造された中空糸膜は、高圧の液体または高温有機溶媒に使用するとしても、優れた形態安定性及び寸法安定性を保持することが可能である。
【００３３】
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係るブレード強化中空糸膜の部分切開斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａに示すブレード強化中空糸膜の断面図であり、図１Ｃは、図１Ａに示すブレード編造時における金属線ボビン及び高分子繊維ボビンのレイアウト図である。また、図２Ａは、本発明の第２の実施形態に係るブレード強化中空糸膜の部分切開斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａに示すブレード強化中空糸膜の断面図であり、図２Ｃは、図２Ａに示すブレード編造時における金属線ボビン及び高分子繊維ボビンのレイアウト図である。
【００３４】
図１Ａ及び図１Ｂに示す第１の実施形態に係るブレード強化中空糸膜は、金属線３の２筋と高分子繊維５の３４筋を混合してブレードを編造した後、その外表面に活性層１を形成したブレード強化中空糸膜であり、図２Ａ及び図２Ｂに示す第２の実施形態に係るブレード強化中空糸膜は、金属線３の４筋と高分子繊維５の３２筋を混合してブレードを編造した後、その外表面に活性層１を形成したブレード強化中空糸膜である。
【００３５】
すなわち、本発明の第１の実施形態に係るブレード強化中空糸膜は、図１Ａ及び図１Ｂに示したように、２本の金属線３と３４本の高分子繊維５とを網目状に編み込んだブレードと、このブレード上に形成された活性層１と、を備えるものである。また、本発明の第２の実施形態に係るブレード強化中空糸膜は、図２Ａ及び図２Ｂに示したように、４本の金属線３と３２本の高分子繊維５とを網目状に編み込んだブレードと、このブレード上に形成された活性層１と、を備えるものである。
【００３６】
図１Ａ及び図１Ｂまたは図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、本発明の各実施形態に係る中空糸膜は、高圧の液体においても耐圧性を持たせ、高温の有機溶媒性液体においても膜の寸法変化がないようにするために、高分子繊維５の一部を金属線３に取り替えてブレードを編造したところにその特徴がある。
【００３７】
図１Ａ及び図１Ｂまたは図２Ａ及び図２Ｂには、高分子繊維の単一筋が単一フィラメントから構成され、金属線の単一筋が単一金属線から構成された場合を例示しているが、上述したように、高分子繊維としてヤーンを使用することもでき、金属線として集合金属線を使用することもできる。
【００３８】
図１Ｃまたは図２Ｃを参照すると、ブレードの厚さは、例えば、高分子繊維筋の太さと金属線筋の太さにより決められる。また、均一な厚さを有するブレードを製造するためには、使用される高分子繊維筋の太さと金属線筋の太さを一致させることが好ましい。
【００３９】
上述したように、本発明の各実施形態に係るブレードの編造には、例えば、１０〜８０筋の編造糸（高分子繊維及び金属線）が用いられるが、このために、１０〜８０筋の高分子繊維及び金属線をボビンに巻き付けた後、図１Ｃ及び図２Ｃに示すように、これを編造機の環状のキャリア１１に据え付ける。このとき、据え付ける高分子繊維ボビン９の数と編造に用いられる高分子繊維筋数、および、金属線ボビン７の数と編造に用いられる金属線筋数は、それぞれ一致する。このため、ブレード内の金属線の割合は、全体のボビンの数に対する金属線ボビンの数の割合で表わされる。例えば、全体のボビンの数が３６であり、これらのうち金属線ボビンの数が３のとき、金属線の割合は８．３３％である。上述したように、全体の編造糸筋数に対する金属線筋数の割合を５〜３０％程度に維持するために、編造機キャリア１１に据え付けられた金属（高分子繊維と合糸された金属線を含む）ボビン７の数も、全体のボビン数に対して、例えば５〜３０％の割合を維持することが好ましい。
【００４０】
前記ブレードにおける各金属線は、隣り合う金属線と等間隔を維持しながら編造されたものであることが好ましい。このために、図１Ｃまたは図２Ｃに示すように、金属線ボビンをキャリアに据え付けるとき、その数に応じてキャリア円形中心に対して対称となるように配列する。もし、金属線ボビンを対称性が崩れるようにして配列すると、編造されたブレードの表面は滑らかではなく、均一でもない。
【００４１】
一定の割合にて金属線と高分子繊維を混合して製造したブレード表面の上に、所望の活性層１を形成して、ブレード強化中空糸膜を製造することができる。活性層１として精密ろ過膜または限外ろ過膜を形成する場合には、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリフェニルサルファート、ポリエチレンまたはポリプロピレンを溶媒に溶かすか、あるいは、高温において希釈剤と混ぜて均一な溶液を製造し、これをブレードの外部表面に塗布した後、公知の共用の相転移法、すなわち、拡散誘導相分離法または熱誘導相分離法により一定の厚さの多孔性高分子膜を形成する。
【００４２】
前記精密ろ過膜または限外ろ過膜の上に、例えば、薄膜の活性層複合膜形態にてナノ透過膜、逆浸透圧膜、蒸気透過膜、透過蒸発膜または気体透過膜等をさらに形成してもよい。
【実施例】
【００４３】
以下においては、本発明による実施例を詳述し、その性質を従来の高分子繊維ブレード強化中空糸膜と比較する。
【００４４】
＜第１の実施例＞
３００／１５０ポリエステルヤーン３４筋と、０．２ｍｍ直径のステンレス鋼線２筋とを混合編造して、ブレードを製造した。このとき、外径が２ｍｍ、内径が１ｍｍであった。ポリスルホン５００ｇ、ポリビニールピロリドン１３０ｇをジメチルアセトアミド１３７０ｇに溶かして均一な溶液を製造し、これを金属線が混造されたブレードの外表面の上に均一に塗布した後、水中に凝固させて多孔性活性層膜を有するブレード強化中空糸膜を製造した。
【００４５】
＜第２の実施例＞
３００／１５０ポリエステルヤーン３２筋と、０．２ｍｍ直径のステンレス鋼線４筋とを混合編造して、ブレードを製造した。このとき、外径が２ｍｍ、内径が１ｍｍであった。ポリスルホン５００ｇ、ポリビニールピロリドン１３０ｇをジメチルアセトアミド１３７０ｇに溶かして均一な溶液を製造し、これを金属線が混造されたブレードの外表面の上に均一に塗布した後、水中に凝固させて多孔性活性層膜を有するブレード強化中空糸膜を製造した。
【００４６】
＜比較例＞
３００／１５０ポリエステルヤーン３６筋を編造して、ブレードを製造した。このとき、外径が２ｍｍ、内径が１ｍｍであった。ポリスルホン５００ｇ、ポリビニールピロリドン１３０ｇをジメチルアセトアミド１３７０ｇに溶かして均一な溶液を製造し、これをポリエステルブレードの外表面の上に均一に塗布した後、水中に凝固させて多孔性活性層膜を有するブレード強化中空糸膜を製造した。
【００４７】
乾燥後、製造された活性層膜の長さを計った後、各中空糸膜を、エタノールとノーマルヘキサンに入れ、５０℃において２４時間放置後、長さを計って寸法安定性を評価した。また、各製造された膜をもってモジュールを製作して１０、２０、４０気圧の水をモジュールに内蔵されている中空糸膜の外部にそれぞれ加えて、モジュール内の中空糸膜の断面変化を観察した。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
金属線を含んでいないブレードにより強化された中空糸膜（比較例）は、有機溶媒中において、膨潤により長さが２．５％〜４．３％増大しており、また、加圧を行ったとき、２０気圧以上においては膜の断面が歪んでいることが観察された。これに対し、本発明による金属線混造ブレード強化中空糸膜（第１の実施例、第２の実施例）は、有機溶媒中において優れた寸法安定性を示しており、また、４０気圧までの加圧下においても安定した膜形態を保持していることが観察された。上記の結果は、ブレードに含まれている金属線が有機溶媒に対する膜の寸法安定性を高め、且つ、圧力に対する形態安定性を増大していることを示している。
【００５０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係るブレード強化中空糸膜の部分切開斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示すブレード強化中空糸膜の断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示すブレード編造時における金属線ボビン及び高分子繊維ボビンのレイアウト図である。
【図２Ａ】本発明の第２の実施形態に係るブレード強化中空糸膜の部分切開斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すブレード強化中空糸膜の断面図である。
【図２Ｃ】図２Ａに示すブレード編造時における金属線ボビン及び高分子繊維ボビンのレイアウト図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    活性層膜
３    金属線
５    高分子繊維
７    金属線ボビン
９    高分子繊維ボビン
１１    ボビンキャリア
【図１Ａ】
2009297641.tif 000004
【図１Ｂ】
2009297641.tif 000005
【図１Ｃ】
2009297641.tif 000006
【図２Ａ】
2009297641.tif 000007
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
2009297641.tif 000009