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技術 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

出願人 日東電工株式会社
発明者 別府雅志
出願日 2005年7月25日 (13年11ヶ月経過) 出願番号 2005-213989
公開日 2007年2月8日 (12年5ヶ月経過) 公開番号 2007-029808
状態 特許登録済
技術分野 半透膜を用いた分離 紡糸方法及び装置
主要キーワード 浮遊成分 水掻き状 くし膜 水掻き ダイハウジング 供給側流路 回転ダイ スパイラルエレメント
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年2月8日)のものです。
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図面 (10)

課題

供給側流路圧力損失を低減でき、しかも供給側流路の流れの阻害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。

解決手段

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って、ネット構成糸1,2がJIS K7210:1999によるMFR(メルトマスフローレイト)1.5g/10min以上の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供給側流路材。

概要

背景

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単数または複数が、有孔中空状中心管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。

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。

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、ネット構成糸交差角度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。

この剪断法は、押出機ダイス内外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。

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)。

特開2000−42378号公報
特許第3098600号公報
特許第3230490号公報

概要

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。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って、ネット構成糸1,2がJIS K7210:1999によるMFR(メルトマスフローレイト)1.5g/10min以上の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供給側流路材。

目的

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。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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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であって、ネット構成糸がJISK7210:1999によるMFR(メルトマスフローレイト)1.5g/10min以上の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同士が交差部で接合されたネットである供給側流路材。

請求項2

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、JISK7210:1999によるMFR(メルトマスフローレイト)1.5g/10min以上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供給側流路材の製造方法。

請求項3

前記剪断法成形は、押出機ダイス内外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ものである請求項2に記載の供給側流路材の製造方法。

請求項4

分離膜、供給側流路材及び透過側流路材単数又は複数が、有孔中空状中心管周りに巻きつけられているスパイラル型分離膜エレメントにおいて、前記供給側流路材は、請求項1に記載の供給側流路材であることを特徴とするスパイラル型分離膜エレメント。

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単数または複数が、有孔中空状中心管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、ネット構成糸交差角度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、押出機ダイス内外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

特開2000−42378号公報
特許第3098600号公報
特許第3230490号公報

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。

0010

即ち、本発明の供給側流路材は、スパイラル型分離膜エレメントに用いる供給側流路材であって、ネット構成糸がJIS K7210:1999によるMFR(メルトマスフローレイト)1.5g/10min以上の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同士が交差部で接合されたネットであ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。

0011

本発明の供給側流路材によると、ネット構成糸が特定のMFRの範囲のポリプロピレン樹脂からなるため、剪断法成形にてネット構成糸同士が交差部で接合される際に、水掻き状の変形が殆ど生じない構造となる。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となる。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。

0012

また、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、JIS K7210:1999によるMFR(メルトマスフローレイト)1.5g/10min以上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を特徴とする。

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。

0014

上記において、前記剪断法成形は、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ものであることが好ましい。

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。

0016

一方、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スパイラル型分離膜エレメントにおいて、前記供給側流路材が上記記載の供給側流路材であることを特徴とする。

0017

本発明のスパイラル型分離膜エレメントによると、本発明の供給側流路材を用いるため、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膜エレメントが提供できる。

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。

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
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製作し、圧力容器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

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

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
ノズル孔の動作を説明する説明図
本発明の供給側流路材の一例を示す図
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
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
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
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
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
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

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