阅读说明：本技术 中空纤维膜及中空纤维膜的制造方法 (Hollow fiber membrane and method for producing hollow fiber membrane ) 是由 宫田大辉 于 2018-02-23 设计创作，主要内容包括：根据本发明实施方案的中空纤维膜具有：由一根或多根线状体形成的中空多孔支持体；层叠于所述支持体的外表面上的多孔接合层,所述多孔接合层的至少一部分熔接至所述支持体；以及层叠于所述接合层的与所述支持体相反侧的多孔过滤片,并且所述多孔过滤片的至少一部分熔接至所述接合层。(The hollow fiber membrane according to an embodiment of the present invention has: a hollow porous support formed of one or more wires; a porous joining layer laminated on an outer surface of the support, at least a portion of the porous joining layer being welded to the support; and a porous filter sheet laminated on the opposite side of the joining layer from the support, and at least a part of the porous filter sheet is welded to the joining layer.)

中空纤维膜及中空纤维膜的制造方法

技术领域

本发明涉及中空纤维膜以及中空纤维膜的制造方法。本申请基于并要求于2017年7月11日提交的日本专利申请No.2017-135366的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文。

背景技术

一直以来，中空纤维膜是已知用于水处理的过滤膜。中空纤维膜是一端封闭的细长管状过滤膜，并且过滤与外侧接触的待处理水，从而在内侧获得过滤水。

已经提出的中空纤维膜包括：一种中空纤维膜，其具有由聚四氟乙烯制成的多孔拉伸管作为支持体，并且在该支持体的外表面上具有过滤层(专利文献1)；以及一种中空纤维膜，其具有由多根树脂细丝制成的纤维形成的中空编织物作为支持体，并且在该支持体的外表面上具有多孔层(专利文献2)。

专利文献1的中空纤维膜包括以螺旋状缠绕于聚四氟乙烯制多孔拉伸管(支持体)的外表面的带状多孔树脂片材(过滤层)，并且该支持体和过滤层在支持体和过滤层的熔点以上的温度(350℃)熔融并一体化，从而提高了机械耐久性和耐化学品性。

另一方面，专利文献2的中空纤维膜包括涂布于由多根树脂细丝制成的纤维形成的中空编织物(支持体)的表面上的多孔层形成用原液，通过在该多孔层形成用原液进入支持体内部的状态下使多孔层形成用原液固化，从而形成多孔层，从而提高支持体和多孔层的接合强度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本待审查专利公开No.2004-141753

专利文献2：日本专利No.5341760

发明内容

[解决问题的方法]

根据本发明的一个实施方案的中空纤维膜包括：由一根或多根线状体形成的中空多孔支持体；层叠于支持体的外表面上的多孔接合层，并且该多孔接合层的至少一部分熔接至支持体；以及层叠于接合层的与支持体相反侧的多孔过滤片，并且接合层的至少一部分熔接至该多孔过滤片。

根据本发明的一个实施方案的中空纤维膜的制造方法包括：将多孔接合层和多孔过滤片热层压的工序；和使由一根或多根线状体形成的中空多孔支持体的外表面与进行热层压工序后的片材的接合层侧接触，并将支持体以及进行热层压工序后的片材热层压的工序。

附图说明

图1为示出了根据本发明一个实施方案的中空纤维膜沿纵向切割得到的截面的一部分的示意性截面视图。

图2为示出了根据本发明一个实施方案的中空纤维膜的示意性透视截面视图。

具体实施方式

[本发明所要解决的问题]

用于水处理的中空纤维膜要求具有一定的透水性能以及机械耐久性和耐化学品性。专利文献1的中空纤维膜使用了不具有高抗拉强度的拉伸多孔体作为支持体，并且该中空纤维膜具有过滤层直接接合至该支持体的结构，因此，为了提高中空纤维膜发生弯曲变形时的机械耐久性，需要进行更深入的考虑。此外，专利文献2的中空纤维膜需要选择能够固化的原液作为用于多孔层的材料，因此，不能将聚四氟乙烯等具有高耐化学品性的材料用于多孔层，因而适用于多孔层的材料有限。

基于上述情况构思了本发明，并且一个目的是提供能够同时实现耐化学品性和机械耐久性的中空纤维膜，并提供该中空纤维膜的制造方法。

[本发明的效果]

根据本发明，可提供能够同时实现耐化学品性和机械耐久性的中空纤维膜。

[本发明的实施方案的说明]

首先，将列举并说明本发明的实施方案。

根据本发明的一个实施方案的中空纤维膜包括：由一根或多根线状体形成的中空多孔支持体；层叠于支持体的外表面上的多孔接合层，该多孔接合层的至少一部分熔接至支持体；以及层叠于接合层的与支持体相反侧的多孔过滤片，并且接合层的至少一部分熔接至该多孔过滤片。

中空纤维膜包括位于支持体和过滤片之间的接合层，该接合层熔接至支持体和过滤片并且将这些部分相互接合在一起，从而牢固地将支持体和过滤片接合在一起，并且能够相对自由地选择支持体和过滤片的材料。此外，由于中空纤维膜的支持体由一根或多根线状体形成，因此支持体具有高抗拉强度和适当的柔软性。基于这一原因，由于中空纤维膜使用具有高抗拉强度的支持体作为基体，并且过滤片通过接合层而接合至该支持体，因此即使在发生弯曲变形时，过滤片也不易于与支持体发生剥离，并且过滤和反冲洗时的耐压性高。换言之，由于可选择具有高耐化学品性的材料用于中空纤维膜的支持体和过滤片，并且可改善中空纤维膜的结构方面的机械耐久性，因此可同时实现耐化学品性和机械耐久性。

优选的是，支持体形成为管状，过滤片形成为带状，并且过滤片通过接合层以螺旋状或条纹状卷绕在支持体的外表面上。在这种情况中，支持体和过滤片能够通过接合层而容易且确实地相互接合在一起。

线状体优选由8根以上32根以下的树脂细丝形成。通过使用8根以上32根以下的树脂细丝形成线状体(该线状体形成了支持体)，可进一步提高支持体的机械强度。

接合层优选为无纺布或多孔树脂。在这种情况中，当中空纤维膜发生弯曲变形时，接合层适度地变形并使拉伸应力分散，因而使得过滤片甚至更难以轻松地与支持体发生剥离。

过滤片的主要成分优选为聚四氟乙烯。通过将具有高耐化学品性的聚四氟乙烯用于布置在外表面上的过滤片，可提高中空纤维膜的耐化学品性。主要成分是指含量最高的成分，例如，可指含量为50质量％以上的成分。

优选的是，过滤片的平均厚度为12μm以上100μm以下，过滤片的平均孔径为0.01μm以上0.45μm以下，并且中空纤维膜的泡点为80kPa以上200kPa以下。在这种情况中，可将中空纤维膜的透水性能和杂质去除性能调节至适度均衡。平均孔径是指通过显微镜观察10个以上的孔，并且对于全部样本，计算孔的最大直径以及与最大直径垂直方向上的直径的平均值从而获得的值。此外，泡点是指使用异丙醇并依据JIS-K3832(1990)所测定的值。

根据本发明另一实施方案的中空纤维膜的制造方法为这样一种中空纤维膜的制造方法，其包括：将多孔接合层和多孔过滤片热层压的工序；和使由一根或多根线状体形成的中空多孔支持体的外表面与进行热层压工序后的片材的接合层侧接触，并将支持体以及进行热层压工序后的片材热层压的工序。

由于所述中空纤维膜的制造方法将接合层熔接至过滤片，并且将所得片材的接合层熔接至支持体，因此经由接合层可相对容易地接合支持体和过滤片。换言之，所述中空纤维膜的制造方法能够相对容易地制造能够同时实现耐化学品性和机械耐久性的中空纤维膜。

[本发明的实施方案的详细描述]

在下文中，将适当地参照附图描述根据本发明实施方案的中空纤维膜以及中空纤维膜的制造方法。

[中空纤维膜]

图1和图2的中空纤维膜1包括：由一根或多根线状体形成的中空多孔支持体2；层叠于支持体2的外表面上的多孔接合层3，并且该多孔接合层3的至少一部分熔接至支持体2；以及层叠于接合层3的与支持体2相反侧的过滤片4，并且接合层3的至少一部分熔接至该过滤片4。

形成支持体2的线状体由8根以上32根以下的树脂细丝形成，并且支持体2形成为管状。接合层3为无纺布或多孔树脂。过滤片4形成为带状。过滤片4的主要成分为聚四氟乙烯，过滤片4的平均厚度为12μm以上100μm以下，过滤片4的平均孔径为0.01μm以上0.45μm以下。过滤片4通过接合层3以螺旋状或条纹状卷绕在支持体2的外表面上。中空纤维膜1的泡点为80kPa以上200kPa以下。

中空纤维膜1为用于水处理的中空纤维膜，并且如图1所示，其包括依次层叠于支持体2的外表面上的接合层3和过滤片4。中空纤维膜1将从过滤片4一侧发生接触的待处理水过滤，并且中空纤维膜1如图2所示呈管状，使得在位于支持体2的内侧的中空部分5处获得过滤水。

中空纤维膜1的泡点的下限优选为80kPa，更优选为100kPa，甚至更优选为120kPa。另一方面，中空纤维膜1的泡点的上限优选为200kPa，更优选为180kPa，甚至更优选为160kPa。当中空纤维膜1的泡点小于上述下限时，待处理水可能不会被充分过滤。另一方面，当中空纤维膜1的泡点超过上述上限时，水流阻力可能升高，过滤效率可能会降低。

<支持体>

支持体2为成为中空纤维膜1的基体的部件，其形成为管状。支持体2由一根或多根线状体形成，并且支持体2是多孔的，其多孔程度使得过滤水能够通过线状体中的间隙透过。此外，中空部分5形成于支持体2的内侧。

支持体2的平均厚度(平均壁厚)的下限优选为0.1mm，更优选为0.3mm，甚至更优选为0.5mm。另一方面，支持体2的平均厚度的上限优选为2mm，更优选为1.7mm，甚至更优选为1.5mm。当支持体2的平均厚度小于上述下限时，支持体2的机械强度可能不足。另一方面，当支持体2的平均厚度超过上述上限时，中空纤维膜1可能过厚，并且当使用多个中空纤维膜1时，中空纤维膜1的数量密度可能降低，从而使过滤效率降低。

(线状体)

形成支持体2的线状体由多根树脂细丝形成，以改善机械强度。对用于树脂细丝的材料没有特别的限制，其可包括含有(例如)聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯、聚乙烯或聚丙烯作为主要成分的树脂。

形成线状体的树脂细丝的根数的下限优选为8，更优选为10，甚至更优选为12。另一方面，形成线状体的树脂细丝的根数的上限优选为32，更优选为28，甚至更优选为24。当形成线状体的树脂细丝的根数小于上述下限时，线状体的机械强度可能变得不足。另一方面，当树脂细丝的根数超过上述上限时，线状体的制造成本可能增加。

<接合层>

接合层3的与支持体2接触的表面熔接至支持体2，并且接合层3的与过滤片4接触的表面熔接至过滤片4。接合层3为接合支持体2和过滤片4的中间层，并且接合层3层叠于管状支持体2的外表面和过滤片4的内表面之间。接合层3以对应于距离与支持体2的接触面的预定厚度的量熔融，并在该熔融厚度区域内接合至支持体2。接合层3以对应于距离与过滤片4的接触面的预定厚度的量熔融，并在该熔融厚度区域内接合至过滤片4。可将通过对树脂粉末进行热处理而获得的多孔树脂、或者无纺布用于接合层3。对用于多孔树脂或无纺布的材料没有特别的限制，其可包括含有(例如)聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯、聚乙烯或聚丙烯作为主要成分的多孔树脂。从获得接合层3与支持体2之间的令人满意的亲和性的角度来看，接合层3优选由与支持体2相同的材料制成。

接合层3的平均厚度的下限优选为10μm，更优选为20μm，甚至更优选为30μm。另一方面，接合层3的平均厚度的上限优选为200μm，更优选为150μm，甚至更优选为100μm。当接合层3的平均厚度小于上述下限时，接合层3对支持体2和过滤片4的熔接可能不充分，并且接合层3的接合强度不足。另一方面，当接合层3的平均厚度超过上述上限时，中空纤维膜1可能变得过厚，并且当使用多个中空纤维膜1时，中空纤维膜1的数量密度可能会降低，从而导致过滤效率降低。

由于在制造中空纤维膜1时将支持体2和过滤片4熔接，因此接合层3的熔点优选小于或等于支持体2的熔点，并且小于或等于过滤片4的熔点。例如，在将聚四氟乙烯(熔点为约327℃)用于过滤片4、并将聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯或聚丙烯(熔点为约110℃至约260℃)用于支持体2的情况中，接合层3优选由与支持体2相同的材料制成，或者由熔点小于或等于支持体2的熔点的材料制成。

<过滤片>

过滤片4为布置于接合层3的外表面上的带状多孔片，并且其具有过滤待处理水的功能。优选将具有耐化学品性的多孔树脂用于过滤片4，并且多孔树脂可包含聚四氟乙烯作为主要成分。过滤片4以螺旋状或条纹状卷绕在管状支持体2的外表面上，并且布置为覆盖中空纤维膜1的外表面。此外，过滤片4以无间隙的方式相对于支持体2的外表面进行卷绕，使得过滤片4的侧边部分彼此重叠。换言之，中空纤维膜1包括过滤片4以螺旋状或条纹状卷绕并重叠的重叠部分6。在重叠部分6，支持体2、接合层3、过滤片4、接合层3和过滤片4依次接合。

过滤片4的平均厚度的下限优选为12μm，更优选为15μm，甚至更优选为18μm。另一方面，过滤片4的平均厚度的上限优选为100μm，更优选为80μm，甚至更优选为60μm。当过滤片4的平均厚度小于上述下限时，可能无法充分过滤待处理水。另一方面，当过滤片4的平均厚度超过上述上限时，水流阻力可升高，过滤效率可能会降低。

过滤片4的平均孔径的下限优选为0.01μm，更优选为0.05μm，甚至更优选为0.10μm。另一方面，过滤片4的平均孔径的上限优选为0.45μm，更优选为0.40μm，甚至更优选为0.35μm。当过滤片4的平均孔径小于上述下限时，水流阻力可能升高，过滤效率可能会降低。另一方面，当过滤片4的平均孔径超过上述上限时，可能无法充分过滤待处理水。

[中空纤维膜的制造方法]

所述中空纤维膜的制造方法为这样一种中空纤维膜的制造方法，其包括：将多孔接合层3和多孔过滤片4热层压的第一层压工序；以及使由一根或多根线状体形成的中空多孔支持体2的外表面与进行第一热层压工序后的片材的接合层3侧接触，并将支持体2与进行第一热层压后的片材热层压的第二层压工序。

<第一层压工序>

在第一层压工序中，在接合层3与过滤片4的一个表面在平面视图中重叠的状态下，将接合层3和过滤片4热层压，并且接合层3熔接至过滤片4。用于接合层3的材料的熔点可低于过滤片4的熔点。

热层压方法不限于特定方法。例如，该方法可使接合层3的一侧表面以对应于预定厚度的量熔融，随后在过滤片4与该熔融表面接触的状态下进行冷却，从而使接合层3熔接至过滤片4。或者，该方法可在接合层3和过滤片4层叠在一起的状态下加热过滤片4一侧，以使接近过滤片4的接合层3以对应于预定厚度的量熔融，随后进行冷却，从而使接合层3熔接至过滤片4。优选的是，在比接合层3的熔点高约10℃至约50℃的温度下使接合层3以对应于预定厚度的量熔融。

在第二层压工序之前，通过使用(例如)切割等方法，将第一层压工序后的层压片材形成为带状。由于第一层压工序后的层压片材仅需要为带状，因此可采用(例如)使用带状过滤片4进行第一层压工序来获得带状层压片材的方法，以替代将第一层压工序后的层压片材形成为带状的方法。

<第二层压工序>

在进行第一层压工序后的层压片材的接合层3侧与管状支持体2的外表面发生接触的状态下，第二层压工序将层压片材和支持体2热层压。因此，接合层3熔接至支持体2。支持体2可由与接合层3相同的材料制成，或者可由熔点高于或等于接合层3的熔点的材料制成。

在层压带状层压片材和支持体2时，将带状层压片材以螺旋状或条纹状卷绕在管状支持体2的外表面上，以使接合层3和过滤片4依次层叠于支持体2的外表面上。由于所制造的中空纤维膜1的外表面需要无间隙地被过滤片4覆盖，因此以使层压片材的侧边部分相互重叠的方式将带状层压片材以螺旋状或条纹状卷绕在支持体2上。

热层压方法不限于特定方法。例如，该方法可使带状层压片材的接合层3侧以对应于预定厚度的量熔融，并且随后在分别使支持体2的外表面以及层压片材的侧边部分的上表面与熔融表面接触的同时，将带状层压片材以螺旋状或条纹状卷绕在支持体2上，从而将接合层3熔接至支持体2上。优选的是，在比接合层3的熔点高约10℃至约50℃的温度下使接合层3以对应于预定厚度的量熔融。

(优点)

由于中空纤维膜1包括位于支持体2和过滤片4之间的接合层3，并且接合层3熔接至支持体2和过滤片4并将这些部分相互接合，因此使支持体2和过滤片4牢固地接合在一起。此外，由于中空纤维膜1的支持体2由通过8根以上32根以下的树脂细丝形成的线状体形成，因此支持体2具有高抗拉强度和适当的柔软性。此外，由于中空纤维膜1的接合层3为无纺布或多孔树脂，因此当中空纤维膜1发生弯曲变形时，接合层3适度变形并使拉伸应力分散。为此，由于中空纤维膜1使用了具有高抗拉强度的支持体2作为基体，并且过滤片4通过接合层3而接合至该支持体2，因此即使在发生弯曲变形时，过滤片4和接合层3也不易于与支持体2发生剥离，并且过滤或反冲洗时的耐压性高。此外，由于将具有高耐化学品性的聚四氟乙烯用于中空纤维膜1的过滤片4，因此中空纤维膜1可同时实现耐化学品性和机械耐久性。此外，由于中空纤维膜1的泡点为80kPa以上200kPa以下，因此可将中空纤维膜1的透水性能和杂质去除性能调节至适度均衡。

所述中空纤维膜的制造方法将接合层3熔接至过滤片4，并且将所得片材的接合层3熔接至支持体2，因此经由接合层3可相对容易地接合支持体2和过滤片4。此外，由于所述中空纤维膜的制造方法以使过滤片4的侧边部分相互重叠的方式将带状过滤片4以螺旋状或条纹状卷绕在管状支持体2的外表面上，因此可制造外表面被过滤片4无间隙地覆盖的中空纤维膜1，并且支持体2和过滤片4能够通过接合层3而容易且确实地相互接合在一起。

[其他实施方案]

本发明不限于上述实施方案的实例。本发明的范围不限于上述实施方案的构成，并且旨在包括在权利要求及其等同形式的含义和范围内的所有修改。

在上述实施方案中，支持体2形成为管状，然而，支持体2不限于管状，只要支持部分2包括形成于其内侧的中空部分5即可。

在上述实施方案中，带状过滤片4以螺旋状或条纹状卷绕在管状支持体2的外表面上，然而，可根据其他程序将支持体2、接合层3和过滤片4接合，只要层叠结构包括通过接合层3而接合至支持体2的外表面的过滤片4即可。

工业应用性

根据本发明的中空纤维膜以及通过根据本发明的中空纤维膜的制造方法而制造的中空纤维膜可同时实现耐化学品性和机械耐久性。

附图标记说明

1 中空纤维膜

2 支持体

3 接合层

4 过滤片

5 中空部分

6 重叠部分