專(zhuān)利名稱(chēng)：分離膜元件、分離膜組件以及制造分離膜元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及裝有中空纖維狀多孔分離膜的分離膜元件、分離膜組件、以及制造分 離膜元件的方法，其中所述分離膜組件具有分離膜元件作為構(gòu)成部件，并且該分離膜組件 在半導(dǎo)體制造、食品工業(yè)等領(lǐng)域中被用于氣-液吸收、脫氣、過(guò)濾等。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造、食品工業(yè)等領(lǐng)域中，氣-液吸收、脫氣、過(guò)濾等工藝采用分離膜組 件，該分離膜組件在其殼體內(nèi)容納有裝有中空纖維狀多孔分離膜的分離膜元件。該分離膜 元件是通過(guò)以下方法形成的將多個(gè)中空纖維狀多孔分離膜集束在一起，并且使用由樹(shù)脂 制成的膜密封部分來(lái)密封膜的端部，從而使膜與膜密封部分形成一體化。
以往，在制造分離膜元件時(shí)，通過(guò)下述方法對(duì)中空纖維狀多孔分離膜進(jìn)行密封。首 先，將中空纖維狀多孔分離膜的端部放入模具內(nèi)。其次，將樹(shù)脂液(其是液態(tài)樹(shù)脂，并且該解 釋同樣適用于下文)澆鑄到該模具內(nèi)，以將中空纖維狀多孔分離膜的端部浸潰在樹(shù)脂液中。 最后，將該樹(shù)脂液固化以形成膜密封部分(以下，有時(shí)將上述方法稱(chēng)為浸潰成型法)。圖3是 示出上述的澆鑄(浸潰)狀況的剖視圖。在圖3中，標(biāo)號(hào)35表示一個(gè)中空纖維狀多孔分離 膜，并且標(biāo)號(hào)35’表示膜的中空部分。圖3 (a)示出了中空纖維狀多孔分離膜35的端部32 被浸潰在澆鑄于模具(圖中未示出)內(nèi)的樹(shù)脂液33中的狀況。
在進(jìn)行澆鑄(浸潰)時(shí)，采用密封或與其它中空纖維打結(jié)在一起等方法，預(yù)先將中 空纖維末端的中空部分的開(kāi)口封閉，以防止樹(shù)脂流入中空纖維的中空部分(以下，將該封閉 部分稱(chēng)為開(kāi)口封閉部分)。待樹(shù)脂固化之后，將中空纖維的端部與固化樹(shù)脂(樹(shù)脂在中空纖 維的端部附近的部分)一起切斷，以使中空部分的開(kāi)口在末端處暴露。圖3 (a)中的標(biāo)號(hào)34 表示中空纖維的末端處的開(kāi)口封閉部分。圖3 (b)示出了中空纖維末端處的開(kāi)口封閉部分 34與該部分附近(由圖3 Ca)中的框“m”所包圍的部分)的固化樹(shù)脂一起被切斷后的狀態(tài)。 由此形成了中空部分35的開(kāi)口被露出來(lái)的膜密封部分。
根據(jù)浸潰成型法，僅通過(guò)幾個(gè)步驟就可以形成膜密封部分。因此，從生產(chǎn)性的角度 考慮，該方法是有利的。在該方法中，當(dāng)將中空纖維狀多孔分離膜浸潰在樹(shù)脂液中時(shí)，樹(shù)脂 液33滲入到中空纖維狀多孔分離膜的端部32處的許多個(gè)微孔內(nèi)(圖中未示出各微孔)。通 過(guò)將澆鑄的樹(shù)脂液33和填充到孔內(nèi)的樹(shù)脂液33固化，在樹(shù)脂液間發(fā)揮錨定效應(yīng)。該錨定 效應(yīng)提高了中空纖維狀多孔分離膜與膜密封部分之間的粘結(jié)性，從而能夠可靠地使兩個(gè)元 件形成一體化(專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。
作為構(gòu)成這種分離膜組件的材料，要求使用具有耐化學(xué)品性的材料，這是因?yàn)?，?組件有時(shí)用于處理腐蝕性的氣體或液體。例如，耐化學(xué)品性高的多孔氟樹(shù)脂被廣泛地用于 中空纖維狀多孔分離膜的材料。此外，膜密封部分也需要由具有高的耐化學(xué)品性的材料形成，這是因?yàn)槠浔挥糜谂c待處理的氣體和液體接觸。
以往，膜密封部分由聚氨酯樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂形成。然而，這些樹(shù)脂的耐化學(xué)品性比氟樹(shù)脂的耐化學(xué)品性低。因此，當(dāng)處理腐蝕性的氣體或液體時(shí)，存在這樣的問(wèn)題在使用分離膜組件時(shí)，膜密封部分由于與待處理的氣體或液體相接觸而傾向于發(fā)生劣化。為了解決該問(wèn)題，工程師們已經(jīng)提出了使用熱塑性氟樹(shù)脂(其是具有高的耐化學(xué)品性的材料)，例如， 四氟乙烯/全氟(烷基乙烯基醚)共聚物(PFA)(專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平3-106422
專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)平9-290138發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的課題
雖然進(jìn)行了上述說(shuō)明，但是上述的常規(guī)技術(shù)中存在下述的問(wèn)題。在浸潰成型法(其為圖3所示的方法，S卩，將中空纖維狀多孔分離膜的端部浸潰在樹(shù)脂液中之后，將該樹(shù)脂固化以形成膜密封部分的方法)中，在浸潰時(shí)，由于毛細(xì)現(xiàn)象而使樹(shù)脂液33上升至中空纖維狀多孔分離膜的基部32a，該基部32a的高度高于樹(shù)脂液33的表面的高度。結(jié)果，被吸收到基部32a中的樹(shù)脂液33的固化使得基部32a失去了柔軟性。
在使用分離膜元件(分離膜組件)時(shí)，待處理的氣體或液體的流速、壓力等的波動(dòng)會(huì)使得中空纖維狀多孔分離膜發(fā)生振動(dòng)，從而給中空纖維狀多孔分離膜的基部32a施加彎曲應(yīng)力等。在這種情況下，存在這樣的問(wèn)題當(dāng)基部32a失去了柔軟性時(shí)，該彎曲應(yīng)力等會(huì)造成基部32a破裂，從而導(dǎo)致氣體或液體的泄漏。
此外，在使用諸如PFA等熱塑性氟樹(shù)脂作為用于形成膜密封部分的材料時(shí)，存在下述問(wèn)題。
氟樹(shù)脂(例如，諸如PFA等熱塑性氟樹(shù)脂)具有高的熔點(diǎn)，并且即使氟樹(shù)脂發(fā)生了熔融，其也具有極高的粘度，因此，為了獲得用于成型的流動(dòng)性，需要將其加熱至300°C以上。 在這種高溫下，中空纖維狀多孔分離膜將會(huì)熔融。因此，不能夠?qū)⒃摲鷺?shù)脂作為樹(shù)脂液澆鑄到放有中空纖維狀多孔分離膜的模具內(nèi)。結(jié)果，在使用聚氨酯樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂的情況下，難以應(yīng)用浸潰成型法。
為了解決上述問(wèn)題，已經(jīng)提出了下面的方法。在形成膜密封部分之后，在膜密封部分中鉆孔。將中空纖維狀多孔分離膜的端部插入到該孔中。然后加熱，以將中空纖維狀多孔分離膜和膜密封部分熔融粘合，從而可以使這兩個(gè)元件形成一體化。然而，該方法存在生產(chǎn)性低的問(wèn)題，這是因?yàn)榉蛛x膜元件的制造步驟大幅增加了。此外，該方法還存在另一個(gè)問(wèn)題由于不能預(yù)期到錨定效應(yīng)，因此中空纖維狀多孔分離膜在使用時(shí)易于與膜密封部分脫離，因此這兩個(gè)元件之間的粘結(jié)性較低。
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題而進(jìn)行本發(fā)明，并通過(guò)下面的項(xiàng)(I)和(2)示出本發(fā)明所要解決的問(wèn)題。
(I)本發(fā)明提供分離膜元件、制造該分離膜元件的方法、以及具有該分離膜元件作為構(gòu)成部件的分離膜組件，其中所述分離膜元件具有基部柔軟的中空纖維狀多孔分離膜， 因此，雖然可通過(guò)浸潰成型法來(lái)制造該元件，但是在使用時(shí)其不容易發(fā)生基部的破裂以及氣 體或液體的泄漏，其中在所述浸潰成型法中，將中空纖維狀多孔分離膜的端部浸潰在樹(shù)脂液中之后，使該樹(shù)脂固化以形成膜密封部分(問(wèn)題I)。
(2)本發(fā)明提供分離膜元件、制造該分離膜元件的方法、以及具有該分離膜元件作 為構(gòu)成部件的分離膜組件，其中，與使用聚氨酯樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)的情況一樣，可以通過(guò)浸 潰成型法來(lái)制造所述分離膜元件，因此，該分離膜元件不僅具有高的生產(chǎn)性、并且在膜密封 部分和中空纖維狀多孔分離膜的端部之間具有優(yōu)異的粘結(jié)性，而且，該元件的膜密封部分 具有與由熱塑性樹(shù)脂制成的常規(guī)膜密封部分相當(dāng)?shù)膬?yōu)異耐化學(xué)品性(問(wèn)題2)。
解決問(wèn)題所采用的手段
為了解決上述的問(wèn)題1，本發(fā)明人進(jìn)行了深入研究，并且發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)以下方式來(lái) 解決上述的問(wèn)題1:將樹(shù)脂的固化體僅填充在中空纖維狀多孔分離膜的端部與膜密封部分 相接觸的部分處的孔內(nèi)。由此完成了具有下述構(gòu)成的發(fā)明(以下，有時(shí)將該發(fā)明稱(chēng)為發(fā)明 I)。
權(quán)利要求1所限定的發(fā)明是一種分離膜元件，其具有多個(gè)中空纖維狀多孔分離 膜、以及膜密封部分，所述膜密封部分將所述中空纖維狀多孔分離膜的端部集束在一起以 密封所述端部，該元件的特征在于
(a)所述膜密封部分由鑄塑樹(shù)脂形成，并且
(b)在所述中空纖維狀多孔分離膜與所述膜密封部分接觸的部分，所述中空纖維 狀多孔分離膜中的孔填充有孔填充樹(shù)脂，使得所述鑄塑樹(shù)脂與所述孔填充樹(shù)脂粘結(jié)。
該發(fā)明相當(dāng)于發(fā)明I。
權(quán)利要求1所述的分離膜元件與在半導(dǎo)體制造、食品工業(yè)等領(lǐng)域中用于氣-液吸 收、脫氣、過(guò)濾等的常規(guī)分離膜元件相同，其中，權(quán)利要求1所述的分離膜元件具有多個(gè)中 空纖維狀多孔分離膜、以及膜密封部分，所述膜密封部分將所述中空纖維狀多孔分離膜的 端部集束在一起以密封所述端部。此外，中空纖維狀多孔分離膜的形狀和材料、膜的數(shù)量、 膜密封部分的形狀等可以與常規(guī)分離膜元件相同。
在上述描述中，各中空纖維狀多孔分離膜為細(xì)管狀的多孔分離膜，并且該多孔分 離膜為具有許多個(gè)微孔(特別是貫穿所述膜的兩個(gè)表面之間的通孔)的膜，尤其是樹(shù)脂膜。 通過(guò)上述的通孔，在中空纖維狀多孔分離膜的管的內(nèi)側(cè)和外側(cè)之間進(jìn)行過(guò)濾、氣體和液體 間的接觸、脫氣等。
膜密封部分為將多個(gè)中空纖維狀多孔分離膜的端部集束在一起以密封所述端部 的部分。通常，膜密封部分被設(shè)置在中空纖維狀多孔分離膜的兩端。與采用常規(guī)方法時(shí)的 情況一樣，膜密封部分也由樹(shù)脂的固化體形成。此外，可通過(guò)依次進(jìn)行下面步驟(I)至(3) 來(lái)形成膜密封部分，這一點(diǎn)與常規(guī)方法相同
(I)將中空纖維狀多孔分離膜的端部放入模具內(nèi)，
(2)將樹(shù)脂液澆鑄到該模具內(nèi)，以及
(3)將樹(shù)脂液中的樹(shù)脂固化。
通常，為了防止樹(shù)脂液進(jìn)入中空纖維狀多孔分離膜的中空部分內(nèi)，還要進(jìn)行下面 的步驟在步驟(I)之前，采用封閉、打結(jié)或其它方法，將中空纖維狀多孔分離膜的末端處 的中空部分的開(kāi)口封閉，以及在步驟(3)之后，將中空纖維的端部與一部分固化樹(shù)脂一起切 斷，以使中空部分的開(kāi)口露出。
上述的術(shù)語(yǔ)“鑄塑樹(shù)脂”是指形成樹(shù)脂膜密封部分的樹(shù)脂固化體。優(yōu)選使用有利于通過(guò)鑄塑和固化而成型的熱固性樹(shù)脂的固化體。因此，作為上述的樹(shù)脂液，優(yōu)選使用未固 化的液態(tài)熱固性樹(shù)脂。
權(quán)利要求1所述的分離膜元件的特征在于實(shí)質(zhì)上，僅在中空纖維狀多孔分離膜 與膜密封部分相接觸的接觸部分處，中空纖維狀多孔分離膜的孔中才填充有樹(shù)脂。術(shù)語(yǔ)“孔 填充樹(shù)脂”是指填充孔的樹(shù)脂。在所述接觸部分以外的其它部分存在的孔未被孔填充樹(shù)脂 填充。換言之，與常規(guī)的分離膜元件不同，在中空纖維狀多孔分離膜的基部(例如，圖3中的 32a)，幾乎不存在由于樹(shù)脂滲透造成的硬化而導(dǎo)致的失去柔軟性的部分。該特征抑制了由 中空纖維狀多孔分離膜的振動(dòng)而產(chǎn)生的基部破裂以及氣體或液體的泄漏。
在上述描述中，中空纖維狀多孔分離膜的孔為中空纖維狀多孔分離膜所具有的上 述通孔以及其它的微細(xì)小孔。術(shù)語(yǔ)“接觸部分”不僅是指中空纖維狀多孔分離膜的嵌入在 膜密封部分中的那部分(例如，進(jìn)行鑄塑時(shí)，在鑄塑樹(shù)脂液的表面以下的那部分)，而且也是 指在嵌入部分附近的那部分(在上述的樹(shù)脂液的表面稍微上方的那部分)。然而，為了更有 效地防止基部的破裂以及氣體或液體的泄漏，不僅優(yōu)選的是，只有在嵌入部分中的孔內(nèi)才 填充有孔填充樹(shù)脂，而且還優(yōu)選的是，所述的嵌入部分附近的部分盡可能地小。
此外，權(quán)利要求1所述的分離膜元件的特征在于在接觸部分，孔填充樹(shù)脂牢固地 與構(gòu)成膜密封部分的鑄塑樹(shù)脂粘結(jié)。由于孔填充樹(shù)脂牢固地與鑄塑樹(shù)脂粘結(jié)(例如，熔接)， 因此中空纖維狀多孔分離膜牢固地與膜密封部分粘結(jié)。
權(quán)利要求2所述的發(fā)明為權(quán)利要求1所述的分離膜元件，該元件的特征在于鑄塑 樹(shù)脂和孔填充樹(shù)脂均為熱固性樹(shù)脂的固化體。如上所述，作為鑄塑樹(shù)脂，優(yōu)選使用熱固性樹(shù) 脂的固化體。對(duì)孔填充樹(shù)脂沒(méi)有特別的限定，只要它在分離膜元件(分離膜組件)的使用環(huán) 境中保持固態(tài)并且不發(fā)生劣化即可。但是，優(yōu)選熱固性樹(shù)脂，這是因?yàn)樗子谔畛涞街锌绽w 維狀多孔分離膜的孔內(nèi)。換言之，首先，將中空纖維狀多孔分離膜的端部浸潰在未固化的樹(shù) 脂液中，以便用該樹(shù)脂液填充孔。其次，將所述孔填充樹(shù)脂液固化。因此，可容易地進(jìn)行填 充操作。這是優(yōu)選熱固性樹(shù)脂的原因。
權(quán)利要求3所述的發(fā)明為權(quán)利要求1或2所述的分離膜元件，該元件的特征在于 鑄塑樹(shù)脂和孔填充樹(shù)脂為相同類(lèi)型的樹(shù)脂。在本說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“相同類(lèi)型的樹(shù)脂”是指(例 如)具有相同的化學(xué)組成或相近的化學(xué)組成的樹(shù)脂。更具體而言，該術(shù)語(yǔ)是指具有這樣的 相互關(guān)系的樹(shù)脂，當(dāng)其中一者是環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)，另一者也是環(huán)氧樹(shù)脂(更優(yōu)選的是，當(dāng)其中一 者是雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂，另一者也是雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂)，其不同之處僅在于它們的分子量。 當(dāng)鑄塑樹(shù)脂和孔填充樹(shù)脂為相同類(lèi)型的樹(shù)脂時(shí)，中空纖維狀多孔分離膜與膜密封部分更牢 固地粘結(jié)。該特征能夠抑制諸如在使用時(shí)中空纖維狀多孔分離膜被拉出等問(wèn)題。
權(quán)利要求4所述的發(fā)明為權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的分離膜元件，該元件 的特征在于鑄塑樹(shù)脂的硬度大于或等于40度，并且所述孔填充樹(shù)脂的硬度低于鑄塑樹(shù)脂 的硬度。為了確保膜密封部分的機(jī)械強(qiáng)度(例如耐壓性)，并且降低發(fā)生諸如中空纖維狀多 孔分離膜被拉出等問(wèn)題的頻率，優(yōu)選的是，鑄塑樹(shù)脂的硬度高。更具體而言，優(yōu)選的是，鑄塑 樹(shù)脂的硬度為大于或等于40度。
在上述的描述中，硬度是采用按照J(rèn)IS K 7215中規(guī)定的塑料的計(jì)示硬度的測(cè)試方 法而測(cè)定的值。
另一方面，為了防止由中空纖維狀多孔分離膜的振動(dòng)而導(dǎo)致的基部破裂以及氣體或液體的泄漏，優(yōu)選的是，孔填充樹(shù)脂為柔軟的，并且具有較低的硬度。特別是，當(dāng)鑄塑樹(shù)脂的硬度大于或等于40度時(shí)，硬的鑄塑樹(shù)脂會(huì)導(dǎo)致中空纖維狀多孔分離膜在膜振動(dòng)時(shí)容易發(fā)生撕裂。因此，優(yōu)選使用軟的孔填充樹(shù)脂，以防止中空纖維狀多孔分離膜在振動(dòng)時(shí)發(fā)生撕裂。因此，優(yōu)選的是，孔填充樹(shù)脂的硬度低于鑄塑樹(shù)脂的硬度。權(quán)利要求4所述的發(fā)明對(duì)應(yīng)于上述的優(yōu)選實(shí)施方案。
權(quán)利要求5所述的發(fā)明為權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的分離膜元件，該元件的特征在于所述鑄塑樹(shù)脂的硬度小于40度，并且所述孔填充樹(shù)脂的硬度與鑄塑樹(shù)脂的硬度相同或低于鑄塑樹(shù)脂的硬度。即使在鑄塑樹(shù)脂的硬度小于40度時(shí)，為了防止由中空纖維狀多孔分離膜的振動(dòng)而產(chǎn)生的基部破裂和氣體或液體的泄漏，也優(yōu)選的是，孔填充樹(shù)脂的硬度與鑄塑樹(shù)脂的硬度相同或低于鑄塑樹(shù)脂的硬度。
權(quán)利要求1所述的分離膜元件可通過(guò)下述方法來(lái)制造。首先，使用熱固性樹(shù)脂溶液來(lái)浸潰多個(gè)中空纖維狀多孔分離膜的端部。然后，將浸潰的樹(shù)脂溶液干燥，從而形成樹(shù)脂浸透部分。將未固化的液態(tài)熱固性樹(shù)脂澆鑄到模具內(nèi)。將如上所形成的樹(shù)脂浸透部分浸潰在上述熱固性樹(shù)脂液中。最后，將這些熱固性樹(shù)脂固化，以密封中空纖維狀多孔分離膜的端部。
權(quán)利要求6所述的發(fā)明為對(duì)應(yīng)于上述制造方法的發(fā)明。更具體而言，該發(fā)明為制造具有多個(gè)中空纖維狀多孔分離膜、以及膜密封部分的分離膜元件的方法，其中所述膜密封部分將中空纖維狀多孔分離膜的端部集束在一起以密封所述端部。該方法的特征在于包括下述步驟
(a)通過(guò)用熱固性樹(shù)脂“b”溶液浸潰所述多個(gè)中空纖維狀多孔分離膜的端部，隨后將該溶液干燥，從而形成樹(shù)脂浸透部分；·
(b)將未固化的熱固性樹(shù)脂“a”澆鑄到模具內(nèi)，并將所述樹(shù)脂浸透部分浸潰在已被鑄塑的熱固性樹(shù)脂“a”中；以及
(C)將所述熱固性樹(shù)脂“a”和所述熱固性樹(shù)脂“b”固化，以密封中空纖維狀多孔分離膜的端部。
在上述描述中，熱固性樹(shù)脂“a”為用于形成膜密封部分的熱固性樹(shù)脂(B卩，固化之后，該樹(shù)脂變成上述的鑄塑樹(shù)脂)的未固化的樹(shù)脂液，并且熱固性樹(shù)脂“b”為用于填充在中空纖維狀多孔分離膜與膜密封部分相接觸的接觸部分處所存在的孔的未固化的孔填充樹(shù)脂。熱固性樹(shù)脂“a”和熱固性樹(shù)脂“b”可以是相同類(lèi)型，或者可以是不同類(lèi)型。然而，如上所述，優(yōu)選的是，它們是相同類(lèi)型的樹(shù)脂。熱固性樹(shù)脂“b”的溶液是通過(guò)將熱固性樹(shù)脂“b” 溶解在溶劑中而形成的液體。對(duì)所述溶劑沒(méi)有限定，只要其溶解熱固性樹(shù)·脂“b”即可。但是，從生產(chǎn)性的角度考慮，優(yōu)選使用易于干燥的溶劑。
在上述的制造方法中，首先，使用熱固性樹(shù)脂“b”的溶液浸潰多個(gè)中空纖維狀多孔分離膜的端部，然后，將浸潰的樹(shù)脂溶液干燥，從而形成樹(shù)脂浸透部分。在干燥時(shí)，雖然可以進(jìn)行加熱以將形成樹(shù)脂溶液的溶劑蒸發(fā)，但是在該步驟中不進(jìn)行使熱固性樹(shù)脂“b”被固化的加熱。為了防止該熱固性樹(shù)脂“a”進(jìn)入中空部分，在浸潰于熱固性樹(shù)脂“a”中之前，優(yōu)選采用封閉、打結(jié)或其它方法將中空部分的開(kāi)口封閉。然而，優(yōu)選的是，在用熱固性樹(shù)脂“b” 進(jìn)行浸潰之前，進(jìn)行上述的封閉、打結(jié)等，以防止熱固性樹(shù)脂“b”的樹(shù)脂液進(jìn)入中空部分。
隨后，將如上形成的具有樹(shù)脂浸透部分的中空纖維狀多孔分離膜的端部放入模具(金屬模具等)內(nèi)。通過(guò)將未固化的熱固性樹(shù)脂“a”澆鑄到該模具內(nèi)，從而將樹(shù)脂浸透部分 浸潰在熱固性樹(shù)脂“a”中。在本發(fā)明的制造分離膜元件的方法中，例如，在形成樹(shù)脂浸透部 分的步驟中，可以調(diào)節(jié)樹(shù)脂浸透部分的長(zhǎng)度，使得樹(shù)脂浸透部分的上端位置(中空纖維狀多 孔分離膜的樹(shù)脂浸透部分與未被樹(shù)脂浸潰部分之間的界限)的高度與浸潰步驟(澆鑄)中的 鑄塑樹(shù)脂液的表面的高度相同或略高于該表面的高度。
在澆鑄步驟的階段中，中空纖維狀多孔分離膜的孔已填充有熱固性樹(shù)脂“b”。結(jié) 果，防止了熱固性樹(shù)脂“a”滲入中空纖維狀多孔分離膜中。因此，這種情況可以防止形成如 圖3中的基部32a所示的熱固性樹(shù)脂“a”滲入部分。這種情況可以防止由基部的柔軟性喪 失(其是由吸附于該部分中的熱固性樹(shù)脂“a”的固化而造成的)導(dǎo)致的基部破裂和氣體或液 體的泄漏。樹(shù)脂浸透部分的上端位置距離熱固性樹(shù)脂“a”的液面的高度被設(shè)定至多5mm，優(yōu) 選為至多3mm，更優(yōu)選為至多1mm。另一方面，當(dāng)該位置低于所述液面時(shí)，熱固性樹(shù)脂“a”很 可能滲入中空纖維狀多孔分離膜的孔內(nèi)。因此該情況是不利的。
在澆鑄步驟后，將熱固性樹(shù)脂“a”和熱固性樹(shù)脂“b”固化，以密封中空纖維狀多孔 分離膜的端部。該過(guò)程使得膜與膜密封部分形成一體化，以形成分離膜元件。通過(guò)對(duì)熱固 性樹(shù)脂“a”和熱固性樹(shù)脂“b”加熱，可以將它們固化。本發(fā)明的制造方法的特征在于在上 述的浸潰步驟之后，將熱固性樹(shù)脂“a”和熱固性樹(shù)脂“b”同時(shí)固化。同時(shí)進(jìn)行固化使得中 空纖維狀多孔分離膜和膜密封部分之間形成牢固的粘結(jié)。該牢固的粘結(jié)可以抑制諸如在使 用時(shí)中空纖維狀多孔分離膜被拉出等問(wèn)題。
此外，為了解決上述問(wèn)題2，本發(fā)明人進(jìn)行了深入研究，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，熱固性氟樹(shù) 脂的固化體不僅具有優(yōu)異的成型性和優(yōu)異的耐化學(xué)品性，而且可以在聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù) 脂等的固化體上形成牢固的涂層。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，與使用聚氨酯樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)的情 況一樣，使用熱固性氟樹(shù)脂能夠通過(guò)浸潰成型法來(lái)形成膜密封部分，并且該膜密封部分具 有優(yōu)異的耐化學(xué)品性，或者，在使用聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等，通過(guò)浸潰成型法形成膜密封 部分之后，該膜密封部分的至少與待處理液接觸的部分可以設(shè)置有熱固性氟樹(shù)脂的固化體 涂層，以獲得具有優(yōu)異的耐化學(xué)品性的膜密封部分。由此完成了具有下述構(gòu)成的發(fā)明(以 下，有時(shí)將該發(fā)明稱(chēng)為發(fā)明2)。
權(quán)利要求7所述的發(fā)明是一種分離膜元件，其具有多個(gè)中空纖維狀多孔分離膜、 以及膜密封部分，該膜密封部分將中空纖維狀多孔分離膜的端部集束在一起以密封該端 部，該元件的特征在于膜密封部分的至少與待處理液接觸的這一側(cè)的表面由熱固性氟樹(shù) 脂形成。該發(fā)明對(duì)應(yīng)于發(fā)明2。
權(quán)利要求7所述的分離膜元件與在半導(dǎo)體制造、食品工業(yè)等領(lǐng)域中用于氣-液吸 收、脫氣、過(guò)濾等的常規(guī)分離膜元件相同，其中，權(quán)利要求7所述的分離膜元件具有多個(gè)中 空纖維狀多孔分離膜、以及膜密封部分，所述膜密封部分將所述中空纖維狀多孔分離膜的 端部集束在一起以密封所述端部。在上述描述中，中空纖維狀多孔分離膜和膜密封部分的 含義與發(fā)明I中的含義相同。此外，中空纖維狀多孔分離膜的形狀和材料、膜的數(shù)量、膜密 封部分的形狀等可以與常規(guī)的分離膜元件相同。
權(quán)利要求7所述的分離膜元件的特征在于膜密封部分的至少與待處理液接觸的 這一側(cè)的表面由熱固性氟樹(shù)脂形成。在上述描述中，術(shù)語(yǔ)“與待處理液接觸的這一側(cè)的表 面”是指具有分離膜元件作為構(gòu)成部件的分離膜組件內(nèi)側(cè)的露出面(中空纖維狀多孔分離膜延伸的這一側(cè)的表面)。更具體而言，膜密封部分可以具有由不同于熱固性氟樹(shù)脂的材料 (例如，聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂或其它的熱固性樹(shù)脂)構(gòu)成的部分所形成的主體。然而，在這種情況下，至少分離膜組件內(nèi)側(cè)的露出面被熱固性氟樹(shù)脂的固化體所覆蓋。可供選用的另外一種方式是，整個(gè)膜密封部分可以由熱固性氟樹(shù)脂構(gòu)成。
由于分離膜組件內(nèi)側(cè)的露出面(B卩，在使用分離膜組件時(shí)，與待處理液的流體相接觸的那部分)由具有良好的耐化學(xué)品性的熱固性氟樹(shù)脂的固化體形成，因此可以改善分離膜元件以及具有該分離膜元件作為構(gòu)成部件的分離膜組件的耐久性(耐化學(xué)品性)。
如上所述，本發(fā)明的分離膜元件的膜密封部分的主體可以通過(guò)使用聚氨酯樹(shù)脂、 環(huán)氧樹(shù)脂或其它的熱固性樹(shù)脂而構(gòu)成，只要與待處理液接觸那側(cè)的表面由熱固性氟樹(shù)脂形成即可。與常規(guī)的分離膜元件的膜密封部分相同，可以通過(guò)上述的浸潰成型法來(lái)形成由聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂或其它的熱固性樹(shù)脂構(gòu)成的部分。因此，不僅生產(chǎn)性較高，而且可以發(fā)揮錨定效應(yīng)，這是因?yàn)闊峁绦詷?shù)脂滲入中空纖維狀多孔分離膜的端部。該體系能夠在中空纖維狀多孔分離膜與膜密封部分之間提供強(qiáng)的粘結(jié)力。
此外，熱固性氟樹(shù)脂在固化之前為液態(tài)，并且，可以在明顯低于中空纖維狀多孔分離膜發(fā)生熔融或熱劣化時(shí)的溫度的溫度(通常，約150°C以下)下被固化。因此，與使用聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂或其它的熱固性樹(shù)脂時(shí)的情況相同，通過(guò)使用熱固性氟樹(shù)脂，可以通過(guò)上述的浸潰成型法來(lái)形成膜密封部分。因此，即使僅使用熱固性氟樹(shù)脂，也能夠以高的生產(chǎn)性獲得在中空纖維狀多孔分離膜與膜密封部分之間具有優(yōu)異的粘結(jié)力的膜密封部分。
權(quán)利要求8所述的發(fā)明為權(quán)利要求7所述 的分離膜元件，該元件的特征在于在上述膜密封部分中，中空纖維狀多孔分離膜的開(kāi)口所在的這一側(cè)的表面也由熱固性氟樹(shù)脂形成。
當(dāng)使用分離膜組件時(shí)，膜密封部分的與分離膜組件內(nèi)側(cè)的露出面相對(duì)的那側(cè)(外側(cè))的露出面(即，中空纖維狀多孔分離膜的開(kāi)口所在的這一側(cè)的表面)也與從該開(kāi)口流出的處理液接觸，并且，由于與處理液接觸而可能會(huì)發(fā)生劣化。通過(guò)使用熱固性氟樹(shù)脂來(lái)進(jìn)一步形成中空纖維狀多孔分離膜的開(kāi)口所在的這一側(cè)的表面，可以防止這種劣化。這種防止效果可以進(jìn)一步改善分離膜元件以及具有該分離膜元件作為構(gòu)成元件的分離膜組件的耐久性(耐化學(xué)品性)。
通過(guò)下述方法，可以制造權(quán)利要求7所述的分離膜元件(其中，膜密封部分具有由不同于熱固性氟樹(shù)脂的其它材料所構(gòu)成的部分)。首先，將中空纖維狀多孔分離膜的端部集束在一起，并放在液態(tài)熱固性樹(shù)脂(以下，有時(shí)稱(chēng)為樹(shù)脂液)內(nèi)，其中所述熱固性樹(shù)脂為不同于熱固性氟樹(shù)脂的材料。其次，將所述樹(shù)脂液固化，以密封中空纖維狀多孔分離膜的端部。 隨后，在固化后的熱固性樹(shù)脂中，至少與待處理液接觸的這一側(cè)的表面設(shè)置有熱固性氟樹(shù)脂的固化層。
通過(guò)采用下述方法，可以將中空纖維狀多孔分離膜的端部放入到樹(shù)脂液中，所述方法為首先，將樹(shù)脂液澆鑄到金屬模具等內(nèi)，然后，將中空纖維狀多孔分離膜的端部浸潰在澆鑄的樹(shù)脂液中。但是，通常采用另一種方法來(lái)進(jìn)行上述放入操作，所述另一種方法為 首先，將中空纖維狀多孔分離膜的端部集束在一起，然后，將集束后的端部放入金屬模具等內(nèi)，最后，將樹(shù)脂液澆鑄到該金屬模具等內(nèi)。通過(guò)采用下述方法可以形成熱固性氟樹(shù)脂的固化層，所述方法為首先，將樹(shù)脂液固化以密封中空纖維狀多孔分離膜的端部，然后，將未固化的熱固性氟樹(shù)脂固化，最后，將該氟樹(shù)脂固化。
本發(fā)明還提供一種制造分離膜元件的方法。更具體而言，權(quán)利要求9所述的發(fā)明 為制造分離膜元件的方法，其中，所述分離膜元件具有多個(gè)中空纖維狀多孔分離膜、以及膜 密封部分，該膜密封部分將中空纖維狀多孔分離膜的端部集束在一起以密封所述端部，該 方法的特征在于具有下述步驟
(a)將多個(gè)中空纖維狀多孔分離膜的端部集束在一起，以將所述端部放入模具 內(nèi)；
(b)將未固化的熱固性樹(shù)脂澆鑄到模具內(nèi)；
(c)澆鑄之后，將所述熱固性樹(shù)脂固化，以密封中空纖維狀多孔分離膜的端部；
(d)將未固化的熱固性氟樹(shù)脂至少涂敷在已經(jīng)固化的熱固性樹(shù)脂中的、所述中空 纖維狀多孔分離膜延伸側(cè)的表面上；
(e)涂覆之后，將熱固性氟樹(shù)脂固化；以及
(f)從模具中取出已經(jīng)固化的熱固性樹(shù)脂，并在中空纖維狀多孔分離膜的端部那 側(cè)進(jìn)行切削操作，從而形成中空纖維狀多孔分離膜的開(kāi)口。
將中空纖維狀多孔分離膜的端部集束在一起的方法包括通過(guò)熱溶接等將端部密 封的方法、以及使用線等打結(jié)的方法。通過(guò)密封或打結(jié)可以將中空纖維狀多孔分離膜的端 部的開(kāi)口封閉，并且，在澆鑄(浸潰)時(shí)，可以防止樹(shù)脂流入中空纖維的中空部分。在樹(shù)脂固 化之后所進(jìn)行的步驟(即，從模具中取出熱固性樹(shù)脂、以及在中空纖維狀多孔分離膜的端部 那側(cè)進(jìn)行切削操作以形成中空纖維狀多孔分離膜的開(kāi)口的步驟)可以使中空纖維的開(kāi)口在 末端露出。
如上所述，在將中空纖維狀多孔分離膜的端部集束在一起之后，將該端部放在模 具(金屬模具等)內(nèi)。通過(guò)將未固化的熱固性樹(shù)脂(樹(shù)脂液)澆鑄到模具內(nèi)，將要被樹(shù)脂浸潰 的那部分浸潰在熱固性樹(shù)脂中。可供選用的另外一種方式是，如上所述，在將樹(shù)脂液澆鑄到 模具內(nèi)之后，可以將中空纖維狀多孔分離膜的端部放置在該模具內(nèi)，以使它們浸潰在樹(shù)脂 液中。
在將中空纖維狀多孔分離膜的端部浸潰在澆鑄的樹(shù)脂液中之后，將樹(shù)脂液固化以 密封中空纖維狀多孔分離膜的端部?？梢圆捎门c用于制造常規(guī)的分離膜組件的浸潰成型法 相同的過(guò)程和條件，來(lái)進(jìn)行將中空纖維狀多孔分離膜的端部浸潰在澆鑄的樹(shù)脂液中的步驟 以及將熱固性樹(shù)脂固化以密封中空纖維狀多孔分離膜的端部的步驟。此外，所使用的材料 等也可以相同。作為上述方法中所使用的熱固性樹(shù)脂，可以使用除了氟樹(shù)脂以外的熱固性 樹(shù)脂，例如，環(huán)氧樹(shù)脂和聚氨酯樹(shù)脂。
權(quán)利要求10所述的發(fā)明為權(quán)利要求9所述的制造分離膜元件的方法，該方法的特 征在于在形成中空纖維狀多孔分離膜的開(kāi)口之后，進(jìn)一步將熱固性氟樹(shù)脂涂覆到已固化 的熱固性樹(shù)脂的位于中空纖維狀多孔分離膜的開(kāi)口那側(cè)的表面上，并將所涂覆的熱固性氟 樹(shù)脂固化。該發(fā)明為制造分離膜元件的方法，該方法的特征在于進(jìn)一步將熱固性氟樹(shù)脂涂 覆到已固化的熱固性樹(shù)脂的位于中空纖維狀多孔分離膜的開(kāi)口那側(cè)的表面上。通過(guò)該制造 方法可以制造權(quán)利要求8所述的分離膜元件。換言之，通過(guò)該方法，可以制造設(shè)置有具有三 層結(jié)構(gòu)的膜密封部分的分離膜元件，其中膜密封部分的兩個(gè)表面都被耐化學(xué)品性高的熱固 性氟樹(shù)脂所覆蓋。
權(quán)利要求11所述的發(fā)明為制造分離膜元件的方法，所述分離膜元件具有多個(gè)中 空纖維狀多孔分離膜、以及膜密封部分，該膜密封部分將中空纖維狀多孔分離膜的端部集 束在一起以密封端部。該方法的特征在于包括下述步驟
(a)將多個(gè)中空纖維狀多孔分離膜的端部集束在一起，以將端部放入模具內(nèi)；
(b)將未固化的熱固性氟樹(shù)脂澆鑄到模具內(nèi)；
(c)澆鑄之后，將熱固性氟樹(shù)脂固化，以密封中空纖維狀多孔分離膜的端部；以及
(d)從模具中取出已經(jīng)固化的熱固性氟樹(shù)脂，并在中空纖維狀多孔分離膜的端部 那側(cè)進(jìn)行切削操作，從而形成中空纖維狀多孔分離膜的開(kāi)口。
該制造方法為制造其中膜密封部分僅由熱固性氟樹(shù)脂形成的分離膜元件的方法。 該方法是通過(guò)使用熱固性氟樹(shù)脂并采用浸潰成型法來(lái)進(jìn)行的，所述浸潰成型法為以往使用 聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、或其它的熱固性樹(shù)脂而進(jìn)行的方法。因此，如前所述，能夠以高的生 產(chǎn)性獲得在中空纖維狀多孔分離膜與膜密封部分之間具有優(yōu)異的粘結(jié)力的膜密封部分。在 這種情況下，由于膜密封部分僅由熱固性氟樹(shù)脂形成，因此，與待處理液接觸那側(cè)的表面和 位于中空纖維狀多孔分離膜的開(kāi)口那側(cè)的表面均由熱固性氟樹(shù)脂形成。因此，不需要進(jìn)行 將未固化的熱固性氟樹(shù)脂涂覆到固化后的熱固性樹(shù)脂表面、隨后將該熱固性氟樹(shù)脂固化的 步驟，該步驟被包含在權(quán)利要求9和10所述的制造方法中。因此，僅采用與常規(guī)的浸潰成 型法相同的方法，就可以獲得耐化學(xué)品性?xún)?yōu)異的膜密封部分。
權(quán)利要求9至11所述的制造方法采用了這樣的熱固性氟樹(shù)脂，該熱固性氟樹(shù)脂在 明顯低于中空纖維狀多孔分離膜發(fā)生熔融或熱劣化時(shí)的溫度的溫度(優(yōu)選在約150°C以下) 下為液態(tài)，該熱固性氟樹(shù)脂可以在這樣低的溫度下發(fā)生固化，并且其可以制得耐化學(xué)品性 優(yōu)異的固化體。此外，優(yōu)選的是，熱固性氟樹(shù)脂具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度，并且，當(dāng)將被涂覆到聚 氨酯樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂的固化體上時(shí)，其能夠容易地形成牢固的涂層。本發(fā)明人進(jìn)行了深入 研究，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了具有上述性質(zhì)的合適的熱固性氟樹(shù)脂。下述的權(quán)利要求12至15分 別為制造分離膜元件的方法，該方法的特征在于使用了上述的熱固性氟樹(shù)脂。
權(quán)利要求12所述的發(fā)明為權(quán)利要求9至11中任意一項(xiàng)所述的制造分離膜元件的 方法，該方法的特征在于所述熱固性氟樹(shù)脂為這樣的復(fù)合材料，該復(fù)合材料包含
(a)由式 HOOCCF2 [ (OCF2CF2) p- (OCF2) q] -OCF2COOH (在該式中，p=2 至 20，并且 q=2 至20)表示的全氟聚氧烷烴二羧酸或其衍生物；以及
(b)與所述全氟聚氧烷烴二羧酸或其衍生物進(jìn)行縮聚的多官能化合物。
在上式中，優(yōu)選的是，“P”和“q”分別在2至10的范圍內(nèi)，特別是，更優(yōu)選在4至8 的范圍內(nèi)。特別優(yōu)選采用使得平均分子量為1，500左右的“p”和“q”。
作為上述的與全氟聚氧烷烴二羧酸或其衍生物進(jìn)行縮聚的多官能化合物，可示出 環(huán)氧化合物作為例子。環(huán)氧化合物的種類(lèi)包括例如，多官能苯酚化合物(例如，雙酚A、雙 酚F、或酚醛樹(shù)脂等)的二縮水甘油醚、三縮水甘油醚和四縮水甘油醚。更具體而言，可以示 出諸如下述的環(huán)氧化合物I等雙酚型環(huán)氧化合物作為例子。然而，更優(yōu)選含有柔軟成分的 環(huán)氧化合物，例如，下述的環(huán)氧化合物2或環(huán)氧化合物3。
環(huán)氧化合物1:雙酚型環(huán)氧化合物
環(huán)氧化合物2 :下述結(jié)構(gòu)式表示的環(huán)氧樹(shù)脂
權(quán)利要求
1.一種分離膜元件，其包括多個(gè)中空纖維狀多孔分離膜、以及膜密封部分，所述膜密封部分將所述中空纖維狀多孔分離膜的端部集束在一起以密封所述端部，其中 Ca)所述膜密封部分由鑄塑樹(shù)脂形成，并且 (b)在所述中空纖維狀多孔分離膜與所述膜密封部分接觸的部分，所述中空纖維狀多孔分離膜中的孔填充有孔填充樹(shù)脂，使得所述鑄塑樹(shù)脂與所述孔填充樹(shù)脂粘結(jié)。
2.權(quán)利要求1所述的分離膜元件，其中，所述鑄塑樹(shù)脂和所述孔填充樹(shù)脂均為熱固性樹(shù)脂的固化體。
3.權(quán)利要求1所述的分離膜元件，其中，所述鑄塑樹(shù)脂和所述孔填充樹(shù)脂為相同類(lèi)型的樹(shù)脂。
4.權(quán)利要求1所述的分離膜元件，其中，所述鑄塑樹(shù)脂的硬度大于或等于40度，并且所述孔填充樹(shù)脂的硬度低于所述鑄塑樹(shù)脂的硬度。
5.權(quán)利要求1所述的分離膜元件，其中，所述鑄塑樹(shù)脂的硬度小于40度，并且所述孔填充樹(shù)脂的硬度與所述鑄塑樹(shù)脂的硬度相同或低于所述鑄塑樹(shù)脂的硬度。
6.權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的分離膜元件，其中，所述中空纖維狀多孔分離膜由氟樹(shù)脂形成。
7.一種分離膜組件，其包括權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的分離膜元件，以及容納所述分離膜元件的殼體，其中， 所述分離膜元件與所述殼體形成一體。
8.—種制造分離膜元件的方法，該分離膜元件包括多個(gè)中空纖維狀多孔分離膜、以及膜密封部分，所述膜密封部分將所述中空纖維狀多孔分離膜的端部集束在一起以密封所述端部，所述方法包括下述步驟 (a)通過(guò)用熱固性樹(shù)脂“b”的溶液浸潰所述多個(gè)中空纖維狀多孔分離膜的所述端部，隨后將該溶液干燥，從而形成樹(shù)脂浸透部分； (b)將未固化的熱固性樹(shù)脂“a”澆鑄到模具內(nèi)，并將所述樹(shù)脂浸透部分浸潰在已被澆鑄的所述熱固性樹(shù)脂“a”中；以及 (c)將所述熱固性樹(shù)脂“a”和所述熱固性樹(shù)脂“b”固化，以密封所述中空纖維狀多孔分離膜的所述端部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠通過(guò)以下方法制得的分離膜元件，在所述方法中，首先將中空纖維狀多孔分離膜的端部浸漬在樹(shù)脂液中，然后將該樹(shù)脂固化，從而形成膜密封部分，所述分離膜元件的特征在于膜密封部分由鑄塑樹(shù)脂形成，并且在膜與膜密封部分接觸的部分，中空纖維狀多孔分離膜的孔填充有孔填充樹(shù)脂，使得所述鑄塑樹(shù)脂與孔填充樹(shù)脂牢固地粘結(jié)，并且所述分離膜元件具有基部柔軟的中空纖維狀多孔分離膜，因此，在使用時(shí)不容易發(fā)生基部的破裂以及氣體或液體的泄漏；本發(fā)明還提供一種分離膜元件，其特征在于膜密封部分的至少與待處理液接觸的這一側(cè)表面由熱固性氟樹(shù)脂形成，因此，該膜密封部分具有與由熱塑性氟樹(shù)脂形成的常規(guī)膜密封部分相當(dāng)?shù)膬?yōu)異的耐化學(xué)品性；本發(fā)明還提供具有這些分離膜元件作為構(gòu)成部件的分離膜組件，以及制造上述分離膜元件的方法。
文檔編號(hào)B01D63/02GK103028328SQ20121058530
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者柏原秀樹(shù) 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社, 住友電工超效能高分子股份有限公司