シート状分離膜および分離膜エレメント
【課題】膜表面に十分な流路が確保できると共に、膜面での乱流効果も十分得られ、局所的な流動の不均一も生じにくいシート状分離膜、及びこれを用いた分離膜エレメントを提供する。
【解決手段】本発明のシート状分離膜は、相互に島状に離間した複数の凸部１を透過側面又は供給側面に有し、前記凸部１は上面の重心を通過する最短長さＤ２が、隣接する前記凸部１同士の最短距離Ｄ３より大きいことを特徴とする。
【解決手段】本発明のシート状分離膜は、相互に島状に離間した複数の凸部１を透過側面又は供給側面に有し、前記凸部１は上面の重心を通過する最短長さＤ２が、隣接する前記凸部１同士の最短距離Ｄ３より大きいことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体等の成分を分離するシート状分離膜、及びこれを用いた分離膜エレメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体等を分離する分離膜には、その孔径サイズや分離機能の違いにより、種々のタイプが存在するが、分離膜の一方の面に原液を供給し、他方の面から透過液を取り出す点では共通している。例えば、逆浸透ろ過、限外ろ過などに用いられる流体分離エレメントとしては、供給側流体（原水）を分離膜表面へ導く供給側流路材、供給側流体を分離する分離膜、および分離膜を透過し供給側流体から分離された透過側流体（透過水）を中心管（集水管）へと導く透過側流路材からなるユニットを有孔の中心管の周りに巻き付けたスパイラル型膜エレメントが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような、スパイラル型膜エレメントの流路材としては、樹脂製のネット等が主に使用されているが、下記の特許文献２に記載のように、樹脂製のシート状物の表面に凹凸が形成されたものも知られている。何れの流路材も、スパイラル状に巻回された分離膜に沿って、分離膜同士の隙間に、原水又は透過水を流動させる流路を形成する役割を有している。
【０００４】
しかしながら、近年、スパイラル型膜エレメント等の膜分離装置には、低コスト化のニーズが高まり、上記のような流路材を使用した膜分離装置では、低コスト化のニーズへの対応に限界が有ることが判明した。つまり、例えばスパイラル型膜エレメントの場合、その製造工程において、流路材を使用することが、コストアップや製造工程の複雑化をもたらしており、流路材の使用自体が低コスト化の妨げとなっていた。一方、近年、消費材の環境への負荷の問題が注目されており、一定期間の寿命で廃棄されるスパイラル型膜エレメントについても、その環境負荷が問題となっている。
【０００５】
このような背景から、特許文献３には、複合半透膜の分離活性層側にあたる供給側面に、凹凸を有し、膜内に膜表面と平行な方向に延びる複数の中空通路を有する複合半透膜が、提案されている。これを用いスパイラル型分離膜エレメントでは、供給側面の凹凸により供給側流路が形成されると共に、複数の中空通路により透過側流路が確保される。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３４１号公報
【特許文献２】特開２００６−２４７４５３号公報
【特許文献３】特開平１１−１１４３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記の複合半透膜では、膜表面に設けられた凹凸が溝状であり、溝に沿って流動が生じるため、膜面での乱流効果（攪拌効果）が小さくなり、濃度分極等による分離性能の低下が生じ易くなる。また、対向して配置する膜の溝の方向が平行な場合には、凹凸同士が嵌まり込んで溝の断面積が僅かになり、流量が確保できないという問題もある。更に、溝を斜め方向にして、交差するように膜を対向させる方法もあるが、溝の終端部付近（膜の端辺付近）で流動が妨げられ易くなるため、流動が不均一になり易い点も懸念される。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、膜表面に十分な流路が確保できると共に、膜面での乱流効果も十分得られ、局所的な流動の不均一も生じにくいシート状分離膜、及びこれを用いた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】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明のシート状分離膜は、相互に島状に離間した複数の凸部を透過側面又は供給側面に有し、前記凸部は上面の重心を通過する最短長さが、隣接する前記凸部同士の最短距離より大きいことを特徴とする。
【００１０】
本発明のシート状分離膜によると、何れかの膜表面に相互に島状に離間した複数の凸部を有するため、流路の形状が直線でなく分岐した流路が生成される（例えば網目状等）ため、膜面での乱流効果が十分得られると共に、局所的な流動の不均一も生じにくくなる。また、凸部の上面の最短長さが、隣接する凸部同士の最短距離より大きいため、対向する膜面同士を接触させて使用する場合でも、膜面の凹凸同士が嵌まり込みにくく、流路の断面積が十分確保できる。その結果、膜表面に十分な流路が確保できると共に、膜面での乱流効果も十分得られ、局所的な流動の不均一も生じにくいシート状分離膜を提供することができる。
【００１１】
上記において、前記複数の凸部は、シート状分離膜の何れかの端辺に対して２０〜７０°の角度で線状に連なって配列されていることが好ましい。シート状分離膜は、通常、その端辺に平行又は垂直の方向に、流路の方向が設計されるため、上記の角度は、流路の方向に対する角度に相当する。そして、上記構成によると、流路の方向に対して斜め方向に複数の凸部が連なって配列されるため、流路の方向に対して流路を斜め方向に変化させる力が働き、これが攪拌力となって、濃度分極等による分離性能の低下をより生じにくくすることが可能となる。また、線状に配列される部分の間の流路により、比較的大きな流路が確保でき、全体の圧力損失を低減できる。
【００１２】
また、前記凸部の上面は、対向する２つの頂点が鋭角の四角形であることが好ましい。この構成によると、鋭角の一方の頂点から他方の頂点の側へと流動を生じさせることにより、凸部の上流側の流動抵抗を小さくできると共に、凸部の下流側のデッドスペースを少なくすることができ、圧力損失を低減しながら効率良く攪拌効果を付与することができる。
【００１３】
更に、供給側面及び透過側面に、前記複数の凸部が設けられていることが好ましい。これにより、供給側面及び透過側面において、膜表面に十分な流路が確保できると共に、局所的な流動の不均一も生じにくくでき、特に供給側面で必要となる乱流効果も十分得られるものとなる。
【００１４】
一方、本発明の分離膜エレメントは、上記いずれかに記載のシート状分離膜を備えることを特徴とする。本発明の分離膜エレメントによると、上記の如き作用効果を奏するシート状分離膜を備えるため、膜表面に十分な流路が確保できると共に、膜面での乱流効果も十分得られ、局所的な流動の不均一も生じにくい分離膜エレメントを提供することができる。
【００１５】
上記において、前記シート状分離膜の透過側面同士又は供給側面同士を接触させた状態で、前記シート状分離膜を有孔の中心管の回りにスパイラル状に巻回してあることが好ましい。スパイラル型の分離膜エレメントは、単位体積あたりの有効膜面積が大きいため多用されているが、本発明のシート状分離膜を用いることにより、特に、製造工程の大幅な簡略化や原料コストの削減を図ることができる。
【００１６】
その際、前記シート状分離膜は、前記複数の凸部が線状に連なって配列され、その配列方向が軸芯方向に対して２０〜６０°であることが好ましい。このような角度で線状配列部を配置することで、線状配列部の間の流路により、全体の圧力損失をより低減でき、しかも凸部の間の狭い間隔にも分岐した流路が生成され、これによる供給液の撹拌効果がより得られるため、濃度分極等を効果的に防止することができる。
【００１７】
あるいは、前記シート状分離膜の透過側面同士又は供給側面同士が接触した筒状又は封筒状の分離膜ユニットを複数積層し、その分離膜ユニットの一端部又は両端部を透過側流路又は供給側流路の何れか一方が開口するように封止してあることが好ましい。このような構造の分離膜エレメントによると、スパイラル型のものに比べて、更なる原料コストの軽減や製造工程の簡略化、環境負荷の低減を図ることができる。
【００１８】
その際、前記シート状分離膜は、前記複数の凸部が線状に連なって配列され、その配列方向が供給側流路の流れ方向に対して２０〜６０°であることが好ましい。このような角度で線状配列部を配置することで、線状配列部の間の流路により、全体の圧力損失をより低減でき、しかも凸部の間の狭い間隔にも分岐した流路が生成され、これによる供給液の撹拌効果がより得られるため、濃度分極等を効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明のシート状分離膜の例を示す供給側から見た平面図である。図２は本発明のシート状分離膜の例を示す縦断面図である。図３は本発明のシート状分離膜の好ましい例を示す平面図である。
【００２０】
本発明のシート状分離膜は、図１〜図３に示すように、相互に島状に離間した複数の凸部１を透過側面Ｓａ又は供給側面Ｓｂに有している。このような凸部１により、膜面に沿った流路を形成する凹部２が確保される。図１に示す例では、複数の凸部１を供給側面Ｓｂに有し、その凸部１同士の間の凹部２により、膜面に沿った流路が形成されている。
【００２１】
複数の凸部１は、透過側面Ｓａ又は供給側面Ｓｂの片面又は両面に設けられるが、本発明では、図２（ｃ）に示すように、複数の凸部１が透過側面Ｓａ及び供給側面Ｓｂに設けられるのが好ましい。
【００２２】
凸部１の形状は、膜面に沿った流路を形成できるものであれば何れでもよく、例えば上面の形状が菱形、平行四辺形、楕円形、長円形、円形、正方形、三角形、その他の多角形のもの等が挙げられる。なかでも対向する２つの頂点が鋭角の四角形である菱形、平行四辺形などが好ましい。
【００２３】
本発明のシート状分離膜は、凸部１の上面の重心を通過する最短長さが、隣接する前記凸部１同士の最短距離Ｄ３より大きいことを特徴とする。ここで、「重心を通過する最短長さ」とは、上面の形状に対する重心に基づいて、その点を通過する直線のうち、上面の輪郭と接する交点同士の距離が最も短い線分の長さを指し、楕円形や菱形の場合には、その短径Ｄ２に相当する。
【００２４】
従って、本発明では、凸部１の上面の長径Ｄ１は０．３〜１．０ｍｍが好ましく、０．５〜０．８ｍｍがより好ましい。上面の短径Ｄ２は０．３〜１．０ｍｍが好ましく、０．３〜０．５ｍｍがより好ましい。
【００２５】
また、「隣接する凸部同士の最短距離」とは、二次元に配置された複数の凸部１のうち、その規則性に従って最も接近して隣接する凸部を対象として、その上面を基準にして測定される凸部同士の最短距離を指す。例えば、図１に示す例では、隣接する凸部１同士の最短距離がＤ３で示される。
【００２６】
このような隣接する凸部１同士の最短距離Ｄ３は、０．１〜０．３ｍｍが好ましく、０．２〜０．３ｍｍがより好ましい。また、本発明では、凸部１最短長さ（短径Ｄ２）が最短距離Ｄ３より大きくなるが、両者の差（Ｄ２−Ｄ３）は、０．１〜０．３ｍｍが好ましく、０．１〜０．１５ｍｍがより好ましい。
【００２７】
凸部１の配置は、流路を妨げないものであれば何れでもよく、ランダムな配置、凸部１が縦横に配列されたマトリックス状の配置（図１（ａ）、（ｃ）、（ｅ）参照）、凸部１の縦の配列が１列毎に交互になっている千鳥状の配置（図１（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）参照）が挙げられる。
【００２８】
更に、図３に示すように、複数の凸部１は、シート状分離膜の何れかの端辺に対して２０〜７０°の角度で線状に連なって配列されていることが好ましい。特に、複数の凸部１は、狭い間隔で線状に配列された線状配列部Ｌを形成すると共に、その線状配列部Ｌがより広い間隔で複数配列されて線状配列部Ｌの間に複数の流路を形成していることがより好ましい。
【００２９】
凹部２の面積率は、凸部１の上面を基準とした場合に３０〜９０％であることが好ましく、５０〜７０％であることがより好ましい。ここで、凹部２の面積率は、凸部１の上面の面積が占める割合（百分率）を１００％から引いた値である。
【００３０】
線状配列部Ｌを設ける場合、流路の圧力損失を十分低減する観点から、線状配列部Ｌ同士の間隔（広い間隔）は、０．１〜１．０ｍｍが好ましく、０．１〜０．３ｍｍがより好ましく、０．１〜０．２ｍｍが更に好ましい。また、流れの直進を妨げて撹拌効果を高める観点から、線状配列部Ｌにおける凸部１同士の間隔（狭い間隔Ｄ３）は、０．１〜０．３ｍｍが好ましく、０．１〜０．２ｍｍがより好ましい。
【００３１】
また、線状配列部Ｌの配列方向は、線状配列部の間の流路により、全体の圧力損失をより低減でき、しかも凸部の間の狭い間隔にも分岐した流路が生成され、これによる供給液の撹拌効果が得られ易くなる観点から、供給側流路の流れ方向に対して２０〜６０°であることが好ましく、２０〜４０°であることがより好ましい。
【００３２】
図４には、線状配列部Ｌの間に形成される凹部２を模式的に示している。この図４に示すように、中心線Ａ−Ａ’で供給側面Ｓｂが対向するように２つ折りにすると、各々の供給側面Ｓｂの供給側流路（凹部２）同士が交差することになり、凹凸の嵌まり込みをより確実に防止できると共に、交差する部分において、供給側流体の撹拌効果を高めることができる。
【００３３】
本発明では、図２（ａ）に示すように、供給側面Ｓｂのみに凸部１を設けてもよく、あるいは透過側面Ｓａと供給側面Ｓｂとに凸部１を設けてもよい。更に、図２（ｂ）に示すように、供給側面Ｓｂに凸部１を設ける際に、透過側面Ｓａから凸型を型押しして、透過側面Ｓａに凹部２ａが形成されるようにしてもよい。更に、図２（ｃ）に示すように、供給側面Ｓｂから凸型を型押しして透過側面Ｓａに凸部１ａを形成すると同時に、透過側面Ｓａから凸型を型押しして供給側面Ｓｂに凸部１を形成するようにしてもよい。
【００３４】
図６は、図２（ｃ）に示す形態を複合半透膜に使用した場合の例を示す図であり、（ａ）は供給側から見た平面図、（ｂ）はそのＩ−Ｉ断面図、（ｃ）はその積層状態を示す断面図である。このシート状複合半透膜は、凹凸を有する多孔性支持体５と、その表面に形成された分離活性層６とを備えている。
図６（ａ）に示すように、凸部１ｂが斜め方向に一定のピッチで配列される場合、矢印Ａ１で示すように、その配列の間の広い隙間（凸部１ａの形成部分を含む）には大きな供給側流路が形成される。また、配列される凸部１ｂ同士の狭い隙間には小さな供給側流路が形成される。一方、透過側流路については、矢印Ａ２で示すように、凸部１ａの配列の間の広い隙間（凸部１ｂの形成部分を含む）には大きな透過側流路が形成される。また、配列される凸部１ａ同士の狭い隙間には小さな透過側流路が形成される。
【００３５】
このシート状複合半透膜は、例えば図６（ｃ）に示すような状態で使用される。この例では、透過側面Ｓａの凸部１ａと凸部１ａとが対向して接触し、供給側面Ｓｂの凸部１ｂと凸部１ｂとが対向して接触している。その結果、凹部２ｂと凹部２ａの部分に、それぞれ供給側流路７ｂと透過側流路７ａとが形成される。
【００３６】
図６（ａ）に示すように、凸部１ａ，１ｂが斜め方向に一定のピッチで配列される場合、上下の膜を積層する際に、斜め方向の配列が交差するように積層することで、凸部１ａによって形成された凹部２ａに、対向する膜の凸部１ａがはまり込んで、透過側流路７ａが狭くなることを防止することができる。供給側流路７ｂについても同様である。
【００３７】
上記のいずれの場合においても、供給側面Ｓｂの凸部１の高さＨ２は０．２〜０．３ｍｍであることが好ましい。高さＨ２がこの範囲であると、供給側流路の圧力損失を十分低減しながら、加圧による凹凸のつぶれを回避することができる。また、透過側面Ｓａの凸部１ａの高さＨ１は、０．３〜０．５ｍｍであることが好ましい。
【００３８】
本発明における分離膜は、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、透析膜など何れでも良いが、供給側の圧力と透過液の流量などの関係から、逆浸透膜、限外ろ過膜である場合に有効である。
【００３９】
分離膜の材質としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。また、耐熱性樹脂としては、ポリスルホン、ポリエーテルサルホン、芳香族系のポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、原料コストを低減でき、凹凸加工のし易さの観点から、エポキシ樹脂が好ましい。
【００４０】
分離膜の厚みとしては、凹凸を形成して形状保持させる観点から、０．１〜０．２ｍｍが好ましく、０．１〜０．１５ｍｍがより好ましい。なお、分離膜は不織布等の支持体上に形成されているものでもよく、分離活性層が表面に形成されている複合膜でもよい。
【００４１】
本発明において、分離膜に凹凸を形成する方法としては、製膜時に凹凸を形成する方法、製膜後に凹凸を形成する方法、複合膜の場合（例えば複合半透膜等）には支持体を製膜後に凹凸を形成した後、分離活性層を形成する方法、などが挙げられる。
【００４２】
製膜時に凹凸を形成する方法では、例えば製膜溶液をキャストする基材に凹凸を設ける方法や、両面から基材で挟み込む場合には両面の基材に凹凸を設ける方法が挙げられる。
【００４３】
製膜後に凹凸を形成する方法では、例えば加熱プレス、加圧プレス、連続ラミネート、ロールエンボス加工などが挙げられるが、分離膜の多孔質構造を維持し易くする観点から、ロールエンボス加工を行うのが好ましい。なお、複合膜の場合の場合には、平坦な表面を有する支持体を用いる場合と同様にして、凹凸形成後に分離活性層を形成することができる。
【００４４】
ロールエンボス加工の条件は、分離膜の融点や熱変形温度に応じて適宜決定することができるが、例えばエポキシ樹脂の分離膜を用いる場合、送り速度１〜２０ｍ／分、ロール加熱温度８０〜１４０℃が好ましい。また、ポリスルホン等の耐熱性樹脂を用いる場合、送り速度１〜２０ｍ／分、ロール加熱温度１００〜１５０℃が好ましい。
【００４５】
一方、本発明の分離膜エレメントは、以上のようなシート状分離膜を備えることを特徴とする。本発明の分離膜エレメントとしては、シート状分離膜を用いることができるものであれば何れでもよく、例えばスパイラル型、ディスク型、平膜型、など何れでもよい。
【００４６】
スパイラル型の分離膜エレメントでは、シート状分離膜の少なくとも供給側面同士を接触させた状態で、シート状分離膜を有孔の中心管の回りにスパイラル状に巻回してあることが好ましい。
【００４７】
その際、図３に示すように、前記シート状分離膜は、複数の凸部１が狭い間隔で線状に配列された線状配列部Ｌを形成すると共に、その線状配列部Ｌがより広い間隔で複数配列されて線状配列部Ｌの間に複数の流路を形成してあることが好ましい。また、その線状配列部Ｌの配列方向がスパイラル型の分離膜エレメントの軸芯方向に対して２０〜６０°であることが好ましく、２０〜４０°であることがより好ましい。
【００４８】
平膜型の分離膜エレメントとしては、図５に示すように、シート状分離膜の透過側面Ｓａ同士又は供給側面Ｓｂ同士が接触した筒状の分離膜ユニットＵを複数積層し、その分離膜ユニットＵの一端部又は両端部を透過側流路又は供給側流路の何れか一方が開口するように封止してあることが好ましい。図示した例では、樹脂封止部材３により分離膜ユニットＵの両端部を透過側流路が開口するように封止してある。
【００４９】
筒状の分離膜ユニットＵは、１枚のシート状分離膜を２つ折りにして、又は２枚のシート状分離膜を重ねて、１つ又は両側の端辺を接着剤を用いた接着や熱融着で封止することで作製できる。
【００５０】
分離膜ユニットＵの一端部又は両端部を封止する方法としては、樹脂による封止が好ましい。封止樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。
【００５１】
透過側流路又は供給側流路の何れか一方を開口させる方法としては、樹脂による封止を行う際に、予め個々の分離膜ユニットＵの一端部又は両端部を封止又は接着等により塞いだものを使用し、全体の封止を行った後に、分離膜ユニットＵの端部を切断して、開口させる方法が好ましい。
【００５２】
この分離膜エレメントにおけるシート状分離膜は、図３に示すように、複数の凸部１が狭い間隔で線状に配列された線状配列部Ｌを形成すると共に、その線状配列部Ｌがより広い間隔で複数配列されて線状配列部Ｌの間に複数の流路を形成してあることが好ましい。また、その線状配列部Ｌの配列方向が供給側流路の流れ方向に対して２０〜６０°であることが好ましく、２０〜４０°であることがより好ましい。
【００５３】
このような平膜型の分離膜エレメントでは、積層した分離膜ユニットＵに平行な方向で一方から原液を供給して、分離膜で分離された透過液を分離膜ユニットＵの端部の開口３ａから取り出しながら、濃縮液を他方から排出することにより、クロスフローによるろ過が可能となる。なお、供給側面Ｓｂ同士が接触した筒状の分離膜ユニットＵを複数積層した平膜型の分離膜エレメントでは、一方の開口３ａから原液を供給して、分離膜で分離された透過液を分離膜ユニットＵの外部に取り出しながら、濃縮液を他方の開口３ａから排出することでクロスフローによるろ過が可能となる。
【００５４】
また、分離膜ユニットＵの一端部のみを透過側流路又は供給側流路の何れか一方が開口するように封止してある場合、分離膜ユニットＵの他端部は、開口せずに閉塞させて封筒状にするのが好ましい。これにより、全ろ過型の分離膜エレメントを作製することができる。例えば、供給側面Ｓｂ同士が接触した封筒状の分離膜ユニットＵを複数積層した平膜型の分離膜エレメントでは、一方の開口３ａから原液を供給して、分離膜で分離された透過液を分離膜ユニットＵの外部に取り出しながら、全ろ過による分離が可能となる。
【実施例】
【００５５】
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。
【００５６】
実施例１
ポリスルホン（Ｓｏｌｖａｙ社製、Ｐ−３５００）１８重量％をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解した製膜ドープを不織布基材上にウエット厚み２００μｍで均一に塗布した。その後、すぐに４０〜５０℃の水中に浸漬させることにより凝固させ、かつ溶媒であるＤＭＦを完全に抽出洗浄することによって、不織布基材上にポリスルホン微多孔層を有する多孔性支持体を作製した。この支持体を用いて、１００℃にて５ｍ／分の速度でエンボスロール加工を行って、図３に示すような凸部（菱形、Ｄ１＝３ｍｍ、Ｄ２＝１ｍｍ、Ｈ１＝０．２８ｍｍ、凹部の面積率６５％、供給側流路の方向に対する角度２５°）を、供給側面に形成した。
【００５７】
この多孔性支持体を用いて、ｍ−フェニレンジアミン３重量部、ラウリル硫酸ナトリウム０．２重量部、カンファースルホン酸８重量部、トリエチルアミン４重量部、イソプロピルアルコール１０重量部、及び水７４．８５重量部を含有するアミン水溶液を、前記多孔性支持体上にスプレー塗布して水溶液被覆層を形成した。スプレー塗布は全面を覆うように塗布し、その後、乾燥空気を吹きつけて、余分なアミン水溶液を除去した。
【００５８】
次に、前記水溶液被覆層の表面にトリメシン酸クロライド０．２５重量％を含有するイソオクタン溶液をスプレー塗布し、１００℃に加熱して界面重合反応させて分離活性層（厚み０．０１μｍ）を形成して、複合半透膜を作製した。
【００５９】
（透過流束及び塩阻止率の測定）
作製した乾燥複合半透膜を所定の形状、サイズに切断し、平膜評価用のセルにセットするが、その際、供給側の流路材（スペーサ）を省略して測定を行った。１５００ｍｇ／ＬのＮａＣｌを含みかつＮａＯＨを用いてｐＨ６．５に調整した水溶液（２５℃）を膜の供給側と透過側に１．５ＭＰａの差圧を与えて膜に接触させる。この操作によって得られた透過水の透過速度および電導度を測定し、透過流束（ｍ３／ｍ２・ｄ）および塩阻止率（％）を算出した。塩阻止率は、ＮａＣｌ濃度と水溶液電導度の相関(検量線)を事前に作成し、それらを用いて下式により算出した。
【００６０】
塩阻止率（％）＝{１−（透過液中のＮａＣｌ濃度［ｍｇ／Ｌ］）／（供給液中のＮａＣｌ濃度［ｍｇ／Ｌ］）}×１００
その結果、阻止率は８９．８％であり、透過流束は、１．０３ｍ３／ｍ２・ｄであり、凹凸の形成によって、膜性能がほとんど劣化しないことが確認できた。
【００６１】
比較例１
実施例１において、凹凸を形成する前の支持体を用いたこと以外は、実施例１と全く同じ条件で複合半透膜を作製し、透過流束及び塩阻止率の測定を行った。その結果、阻止率は９５％であり、透過流束は、１．２ｍ３／ｍ２・ｄであった。その際、供給側面及び透過側面に流路材（スペーサ）を配置して測定を行ったが、実施例１のように供給側面の流路材を省略すると、測定は不可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明のシート状分離膜の例を示す透過側から見た平面図
【図２】本発明のシート状分離膜の例を示す縦断面図
【図３】本発明のシート状分離膜の好ましい例を示す平面図
【図４】本発明のシート状分離膜の使用例を模式的に示す説明図
【図５】本発明の分離膜エレメントの一例を示す斜視図
【図６】本発明のシート状分離膜の他の例を示す図であり、（ａ）は供給側から見た平面図、（ｂ）はそのＩ−Ｉ断面図、（ｃ）はその積層状態を示す断面図
【符号の説明】
【００６３】
１ 凸部
１ａ 透過側面の凸部
１ｂ 供給側面の凸部
２ 凹部（流路）
３ 樹脂封止部材
３ａ 開口
Ｌ 線状配列部
Ｓａ 透過側面
Ｓｂ 供給側面
Ｄ１ 凸部の長径
Ｄ２ 凸部の短径（凸部上面の重心を通過する最短長さ）
Ｄ３ 隣接する凸部同士の最短距離
Ｈ１ 凸部の高さ（透過側面）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体等の成分を分離するシート状分離膜、及びこれを用いた分離膜エレメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体等を分離する分離膜には、その孔径サイズや分離機能の違いにより、種々のタイプが存在するが、分離膜の一方の面に原液を供給し、他方の面から透過液を取り出す点では共通している。例えば、逆浸透ろ過、限外ろ過などに用いられる流体分離エレメントとしては、供給側流体（原水）を分離膜表面へ導く供給側流路材、供給側流体を分離する分離膜、および分離膜を透過し供給側流体から分離された透過側流体（透過水）を中心管（集水管）へと導く透過側流路材からなるユニットを有孔の中心管の周りに巻き付けたスパイラル型膜エレメントが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような、スパイラル型膜エレメントの流路材としては、樹脂製のネット等が主に使用されているが、下記の特許文献２に記載のように、樹脂製のシート状物の表面に凹凸が形成されたものも知られている。何れの流路材も、スパイラル状に巻回された分離膜に沿って、分離膜同士の隙間に、原水又は透過水を流動させる流路を形成する役割を有している。
【０００４】
しかしながら、近年、スパイラル型膜エレメント等の膜分離装置には、低コスト化のニーズが高まり、上記のような流路材を使用した膜分離装置では、低コスト化のニーズへの対応に限界が有ることが判明した。つまり、例えばスパイラル型膜エレメントの場合、その製造工程において、流路材を使用することが、コストアップや製造工程の複雑化をもたらしており、流路材の使用自体が低コスト化の妨げとなっていた。一方、近年、消費材の環境への負荷の問題が注目されており、一定期間の寿命で廃棄されるスパイラル型膜エレメントについても、その環境負荷が問題となっている。
【０００５】
このような背景から、特許文献３には、複合半透膜の分離活性層側にあたる供給側面に、凹凸を有し、膜内に膜表面と平行な方向に延びる複数の中空通路を有する複合半透膜が、提案されている。これを用いスパイラル型分離膜エレメントでは、供給側面の凹凸により供給側流路が形成されると共に、複数の中空通路により透過側流路が確保される。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３４１号公報
【特許文献２】特開２００６−２４７４５３号公報
【特許文献３】特開平１１−１１４３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記の複合半透膜では、膜表面に設けられた凹凸が溝状であり、溝に沿って流動が生じるため、膜面での乱流効果（攪拌効果）が小さくなり、濃度分極等による分離性能の低下が生じ易くなる。また、対向して配置する膜の溝の方向が平行な場合には、凹凸同士が嵌まり込んで溝の断面積が僅かになり、流量が確保できないという問題もある。更に、溝を斜め方向にして、交差するように膜を対向させる方法もあるが、溝の終端部付近（膜の端辺付近）で流動が妨げられ易くなるため、流動が不均一になり易い点も懸念される。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、膜表面に十分な流路が確保できると共に、膜面での乱流効果も十分得られ、局所的な流動の不均一も生じにくいシート状分離膜、及びこれを用いた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】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明のシート状分離膜は、相互に島状に離間した複数の凸部を透過側面又は供給側面に有し、前記凸部は上面の重心を通過する最短長さが、隣接する前記凸部同士の最短距離より大きいことを特徴とする。
【００１０】
本発明のシート状分離膜によると、何れかの膜表面に相互に島状に離間した複数の凸部を有するため、流路の形状が直線でなく分岐した流路が生成される（例えば網目状等）ため、膜面での乱流効果が十分得られると共に、局所的な流動の不均一も生じにくくなる。また、凸部の上面の最短長さが、隣接する凸部同士の最短距離より大きいため、対向する膜面同士を接触させて使用する場合でも、膜面の凹凸同士が嵌まり込みにくく、流路の断面積が十分確保できる。その結果、膜表面に十分な流路が確保できると共に、膜面での乱流効果も十分得られ、局所的な流動の不均一も生じにくいシート状分離膜を提供することができる。
【００１１】
上記において、前記複数の凸部は、シート状分離膜の何れかの端辺に対して２０〜７０°の角度で線状に連なって配列されていることが好ましい。シート状分離膜は、通常、その端辺に平行又は垂直の方向に、流路の方向が設計されるため、上記の角度は、流路の方向に対する角度に相当する。そして、上記構成によると、流路の方向に対して斜め方向に複数の凸部が連なって配列されるため、流路の方向に対して流路を斜め方向に変化させる力が働き、これが攪拌力となって、濃度分極等による分離性能の低下をより生じにくくすることが可能となる。また、線状に配列される部分の間の流路により、比較的大きな流路が確保でき、全体の圧力損失を低減できる。
【００１２】
また、前記凸部の上面は、対向する２つの頂点が鋭角の四角形であることが好ましい。この構成によると、鋭角の一方の頂点から他方の頂点の側へと流動を生じさせることにより、凸部の上流側の流動抵抗を小さくできると共に、凸部の下流側のデッドスペースを少なくすることができ、圧力損失を低減しながら効率良く攪拌効果を付与することができる。
【００１３】
更に、供給側面及び透過側面に、前記複数の凸部が設けられていることが好ましい。これにより、供給側面及び透過側面において、膜表面に十分な流路が確保できると共に、局所的な流動の不均一も生じにくくでき、特に供給側面で必要となる乱流効果も十分得られるものとなる。
【００１４】
一方、本発明の分離膜エレメントは、上記いずれかに記載のシート状分離膜を備えることを特徴とする。本発明の分離膜エレメントによると、上記の如き作用効果を奏するシート状分離膜を備えるため、膜表面に十分な流路が確保できると共に、膜面での乱流効果も十分得られ、局所的な流動の不均一も生じにくい分離膜エレメントを提供することができる。
【００１５】
上記において、前記シート状分離膜の透過側面同士又は供給側面同士を接触させた状態で、前記シート状分離膜を有孔の中心管の回りにスパイラル状に巻回してあることが好ましい。スパイラル型の分離膜エレメントは、単位体積あたりの有効膜面積が大きいため多用されているが、本発明のシート状分離膜を用いることにより、特に、製造工程の大幅な簡略化や原料コストの削減を図ることができる。
【００１６】
その際、前記シート状分離膜は、前記複数の凸部が線状に連なって配列され、その配列方向が軸芯方向に対して２０〜６０°であることが好ましい。このような角度で線状配列部を配置することで、線状配列部の間の流路により、全体の圧力損失をより低減でき、しかも凸部の間の狭い間隔にも分岐した流路が生成され、これによる供給液の撹拌効果がより得られるため、濃度分極等を効果的に防止することができる。
【００１７】
あるいは、前記シート状分離膜の透過側面同士又は供給側面同士が接触した筒状又は封筒状の分離膜ユニットを複数積層し、その分離膜ユニットの一端部又は両端部を透過側流路又は供給側流路の何れか一方が開口するように封止してあることが好ましい。このような構造の分離膜エレメントによると、スパイラル型のものに比べて、更なる原料コストの軽減や製造工程の簡略化、環境負荷の低減を図ることができる。
【００１８】
その際、前記シート状分離膜は、前記複数の凸部が線状に連なって配列され、その配列方向が供給側流路の流れ方向に対して２０〜６０°であることが好ましい。このような角度で線状配列部を配置することで、線状配列部の間の流路により、全体の圧力損失をより低減でき、しかも凸部の間の狭い間隔にも分岐した流路が生成され、これによる供給液の撹拌効果がより得られるため、濃度分極等を効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明のシート状分離膜の例を示す供給側から見た平面図である。図２は本発明のシート状分離膜の例を示す縦断面図である。図３は本発明のシート状分離膜の好ましい例を示す平面図である。
【００２０】
本発明のシート状分離膜は、図１〜図３に示すように、相互に島状に離間した複数の凸部１を透過側面Ｓａ又は供給側面Ｓｂに有している。このような凸部１により、膜面に沿った流路を形成する凹部２が確保される。図１に示す例では、複数の凸部１を供給側面Ｓｂに有し、その凸部１同士の間の凹部２により、膜面に沿った流路が形成されている。
【００２１】
複数の凸部１は、透過側面Ｓａ又は供給側面Ｓｂの片面又は両面に設けられるが、本発明では、図２（ｃ）に示すように、複数の凸部１が透過側面Ｓａ及び供給側面Ｓｂに設けられるのが好ましい。
【００２２】
凸部１の形状は、膜面に沿った流路を形成できるものであれば何れでもよく、例えば上面の形状が菱形、平行四辺形、楕円形、長円形、円形、正方形、三角形、その他の多角形のもの等が挙げられる。なかでも対向する２つの頂点が鋭角の四角形である菱形、平行四辺形などが好ましい。
【００２３】
本発明のシート状分離膜は、凸部１の上面の重心を通過する最短長さが、隣接する前記凸部１同士の最短距離Ｄ３より大きいことを特徴とする。ここで、「重心を通過する最短長さ」とは、上面の形状に対する重心に基づいて、その点を通過する直線のうち、上面の輪郭と接する交点同士の距離が最も短い線分の長さを指し、楕円形や菱形の場合には、その短径Ｄ２に相当する。
【００２４】
従って、本発明では、凸部１の上面の長径Ｄ１は０．３〜１．０ｍｍが好ましく、０．５〜０．８ｍｍがより好ましい。上面の短径Ｄ２は０．３〜１．０ｍｍが好ましく、０．３〜０．５ｍｍがより好ましい。
【００２５】
また、「隣接する凸部同士の最短距離」とは、二次元に配置された複数の凸部１のうち、その規則性に従って最も接近して隣接する凸部を対象として、その上面を基準にして測定される凸部同士の最短距離を指す。例えば、図１に示す例では、隣接する凸部１同士の最短距離がＤ３で示される。
【００２６】
このような隣接する凸部１同士の最短距離Ｄ３は、０．１〜０．３ｍｍが好ましく、０．２〜０．３ｍｍがより好ましい。また、本発明では、凸部１最短長さ（短径Ｄ２）が最短距離Ｄ３より大きくなるが、両者の差（Ｄ２−Ｄ３）は、０．１〜０．３ｍｍが好ましく、０．１〜０．１５ｍｍがより好ましい。
【００２７】
凸部１の配置は、流路を妨げないものであれば何れでもよく、ランダムな配置、凸部１が縦横に配列されたマトリックス状の配置（図１（ａ）、（ｃ）、（ｅ）参照）、凸部１の縦の配列が１列毎に交互になっている千鳥状の配置（図１（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）参照）が挙げられる。
【００２８】
更に、図３に示すように、複数の凸部１は、シート状分離膜の何れかの端辺に対して２０〜７０°の角度で線状に連なって配列されていることが好ましい。特に、複数の凸部１は、狭い間隔で線状に配列された線状配列部Ｌを形成すると共に、その線状配列部Ｌがより広い間隔で複数配列されて線状配列部Ｌの間に複数の流路を形成していることがより好ましい。
【００２９】
凹部２の面積率は、凸部１の上面を基準とした場合に３０〜９０％であることが好ましく、５０〜７０％であることがより好ましい。ここで、凹部２の面積率は、凸部１の上面の面積が占める割合（百分率）を１００％から引いた値である。
【００３０】
線状配列部Ｌを設ける場合、流路の圧力損失を十分低減する観点から、線状配列部Ｌ同士の間隔（広い間隔）は、０．１〜１．０ｍｍが好ましく、０．１〜０．３ｍｍがより好ましく、０．１〜０．２ｍｍが更に好ましい。また、流れの直進を妨げて撹拌効果を高める観点から、線状配列部Ｌにおける凸部１同士の間隔（狭い間隔Ｄ３）は、０．１〜０．３ｍｍが好ましく、０．１〜０．２ｍｍがより好ましい。
【００３１】
また、線状配列部Ｌの配列方向は、線状配列部の間の流路により、全体の圧力損失をより低減でき、しかも凸部の間の狭い間隔にも分岐した流路が生成され、これによる供給液の撹拌効果が得られ易くなる観点から、供給側流路の流れ方向に対して２０〜６０°であることが好ましく、２０〜４０°であることがより好ましい。
【００３２】
図４には、線状配列部Ｌの間に形成される凹部２を模式的に示している。この図４に示すように、中心線Ａ−Ａ’で供給側面Ｓｂが対向するように２つ折りにすると、各々の供給側面Ｓｂの供給側流路（凹部２）同士が交差することになり、凹凸の嵌まり込みをより確実に防止できると共に、交差する部分において、供給側流体の撹拌効果を高めることができる。
【００３３】
本発明では、図２（ａ）に示すように、供給側面Ｓｂのみに凸部１を設けてもよく、あるいは透過側面Ｓａと供給側面Ｓｂとに凸部１を設けてもよい。更に、図２（ｂ）に示すように、供給側面Ｓｂに凸部１を設ける際に、透過側面Ｓａから凸型を型押しして、透過側面Ｓａに凹部２ａが形成されるようにしてもよい。更に、図２（ｃ）に示すように、供給側面Ｓｂから凸型を型押しして透過側面Ｓａに凸部１ａを形成すると同時に、透過側面Ｓａから凸型を型押しして供給側面Ｓｂに凸部１を形成するようにしてもよい。
【００３４】
図６は、図２（ｃ）に示す形態を複合半透膜に使用した場合の例を示す図であり、（ａ）は供給側から見た平面図、（ｂ）はそのＩ−Ｉ断面図、（ｃ）はその積層状態を示す断面図である。このシート状複合半透膜は、凹凸を有する多孔性支持体５と、その表面に形成された分離活性層６とを備えている。
図６（ａ）に示すように、凸部１ｂが斜め方向に一定のピッチで配列される場合、矢印Ａ１で示すように、その配列の間の広い隙間（凸部１ａの形成部分を含む）には大きな供給側流路が形成される。また、配列される凸部１ｂ同士の狭い隙間には小さな供給側流路が形成される。一方、透過側流路については、矢印Ａ２で示すように、凸部１ａの配列の間の広い隙間（凸部１ｂの形成部分を含む）には大きな透過側流路が形成される。また、配列される凸部１ａ同士の狭い隙間には小さな透過側流路が形成される。
【００３５】
このシート状複合半透膜は、例えば図６（ｃ）に示すような状態で使用される。この例では、透過側面Ｓａの凸部１ａと凸部１ａとが対向して接触し、供給側面Ｓｂの凸部１ｂと凸部１ｂとが対向して接触している。その結果、凹部２ｂと凹部２ａの部分に、それぞれ供給側流路７ｂと透過側流路７ａとが形成される。
【００３６】
図６（ａ）に示すように、凸部１ａ，１ｂが斜め方向に一定のピッチで配列される場合、上下の膜を積層する際に、斜め方向の配列が交差するように積層することで、凸部１ａによって形成された凹部２ａに、対向する膜の凸部１ａがはまり込んで、透過側流路７ａが狭くなることを防止することができる。供給側流路７ｂについても同様である。
【００３７】
上記のいずれの場合においても、供給側面Ｓｂの凸部１の高さＨ２は０．２〜０．３ｍｍであることが好ましい。高さＨ２がこの範囲であると、供給側流路の圧力損失を十分低減しながら、加圧による凹凸のつぶれを回避することができる。また、透過側面Ｓａの凸部１ａの高さＨ１は、０．３〜０．５ｍｍであることが好ましい。
【００３８】
本発明における分離膜は、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、透析膜など何れでも良いが、供給側の圧力と透過液の流量などの関係から、逆浸透膜、限外ろ過膜である場合に有効である。
【００３９】
分離膜の材質としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。また、耐熱性樹脂としては、ポリスルホン、ポリエーテルサルホン、芳香族系のポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、原料コストを低減でき、凹凸加工のし易さの観点から、エポキシ樹脂が好ましい。
【００４０】
分離膜の厚みとしては、凹凸を形成して形状保持させる観点から、０．１〜０．２ｍｍが好ましく、０．１〜０．１５ｍｍがより好ましい。なお、分離膜は不織布等の支持体上に形成されているものでもよく、分離活性層が表面に形成されている複合膜でもよい。
【００４１】
本発明において、分離膜に凹凸を形成する方法としては、製膜時に凹凸を形成する方法、製膜後に凹凸を形成する方法、複合膜の場合（例えば複合半透膜等）には支持体を製膜後に凹凸を形成した後、分離活性層を形成する方法、などが挙げられる。
【００４２】
製膜時に凹凸を形成する方法では、例えば製膜溶液をキャストする基材に凹凸を設ける方法や、両面から基材で挟み込む場合には両面の基材に凹凸を設ける方法が挙げられる。
【００４３】
製膜後に凹凸を形成する方法では、例えば加熱プレス、加圧プレス、連続ラミネート、ロールエンボス加工などが挙げられるが、分離膜の多孔質構造を維持し易くする観点から、ロールエンボス加工を行うのが好ましい。なお、複合膜の場合の場合には、平坦な表面を有する支持体を用いる場合と同様にして、凹凸形成後に分離活性層を形成することができる。
【００４４】
ロールエンボス加工の条件は、分離膜の融点や熱変形温度に応じて適宜決定することができるが、例えばエポキシ樹脂の分離膜を用いる場合、送り速度１〜２０ｍ／分、ロール加熱温度８０〜１４０℃が好ましい。また、ポリスルホン等の耐熱性樹脂を用いる場合、送り速度１〜２０ｍ／分、ロール加熱温度１００〜１５０℃が好ましい。
【００４５】
一方、本発明の分離膜エレメントは、以上のようなシート状分離膜を備えることを特徴とする。本発明の分離膜エレメントとしては、シート状分離膜を用いることができるものであれば何れでもよく、例えばスパイラル型、ディスク型、平膜型、など何れでもよい。
【００４６】
スパイラル型の分離膜エレメントでは、シート状分離膜の少なくとも供給側面同士を接触させた状態で、シート状分離膜を有孔の中心管の回りにスパイラル状に巻回してあることが好ましい。
【００４７】
その際、図３に示すように、前記シート状分離膜は、複数の凸部１が狭い間隔で線状に配列された線状配列部Ｌを形成すると共に、その線状配列部Ｌがより広い間隔で複数配列されて線状配列部Ｌの間に複数の流路を形成してあることが好ましい。また、その線状配列部Ｌの配列方向がスパイラル型の分離膜エレメントの軸芯方向に対して２０〜６０°であることが好ましく、２０〜４０°であることがより好ましい。
【００４８】
平膜型の分離膜エレメントとしては、図５に示すように、シート状分離膜の透過側面Ｓａ同士又は供給側面Ｓｂ同士が接触した筒状の分離膜ユニットＵを複数積層し、その分離膜ユニットＵの一端部又は両端部を透過側流路又は供給側流路の何れか一方が開口するように封止してあることが好ましい。図示した例では、樹脂封止部材３により分離膜ユニットＵの両端部を透過側流路が開口するように封止してある。
【００４９】
筒状の分離膜ユニットＵは、１枚のシート状分離膜を２つ折りにして、又は２枚のシート状分離膜を重ねて、１つ又は両側の端辺を接着剤を用いた接着や熱融着で封止することで作製できる。
【００５０】
分離膜ユニットＵの一端部又は両端部を封止する方法としては、樹脂による封止が好ましい。封止樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。
【００５１】
透過側流路又は供給側流路の何れか一方を開口させる方法としては、樹脂による封止を行う際に、予め個々の分離膜ユニットＵの一端部又は両端部を封止又は接着等により塞いだものを使用し、全体の封止を行った後に、分離膜ユニットＵの端部を切断して、開口させる方法が好ましい。
【００５２】
この分離膜エレメントにおけるシート状分離膜は、図３に示すように、複数の凸部１が狭い間隔で線状に配列された線状配列部Ｌを形成すると共に、その線状配列部Ｌがより広い間隔で複数配列されて線状配列部Ｌの間に複数の流路を形成してあることが好ましい。また、その線状配列部Ｌの配列方向が供給側流路の流れ方向に対して２０〜６０°であることが好ましく、２０〜４０°であることがより好ましい。
【００５３】
このような平膜型の分離膜エレメントでは、積層した分離膜ユニットＵに平行な方向で一方から原液を供給して、分離膜で分離された透過液を分離膜ユニットＵの端部の開口３ａから取り出しながら、濃縮液を他方から排出することにより、クロスフローによるろ過が可能となる。なお、供給側面Ｓｂ同士が接触した筒状の分離膜ユニットＵを複数積層した平膜型の分離膜エレメントでは、一方の開口３ａから原液を供給して、分離膜で分離された透過液を分離膜ユニットＵの外部に取り出しながら、濃縮液を他方の開口３ａから排出することでクロスフローによるろ過が可能となる。
【００５４】
また、分離膜ユニットＵの一端部のみを透過側流路又は供給側流路の何れか一方が開口するように封止してある場合、分離膜ユニットＵの他端部は、開口せずに閉塞させて封筒状にするのが好ましい。これにより、全ろ過型の分離膜エレメントを作製することができる。例えば、供給側面Ｓｂ同士が接触した封筒状の分離膜ユニットＵを複数積層した平膜型の分離膜エレメントでは、一方の開口３ａから原液を供給して、分離膜で分離された透過液を分離膜ユニットＵの外部に取り出しながら、全ろ過による分離が可能となる。
【実施例】
【００５５】
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。
【００５６】
実施例１
ポリスルホン（Ｓｏｌｖａｙ社製、Ｐ−３５００）１８重量％をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解した製膜ドープを不織布基材上にウエット厚み２００μｍで均一に塗布した。その後、すぐに４０〜５０℃の水中に浸漬させることにより凝固させ、かつ溶媒であるＤＭＦを完全に抽出洗浄することによって、不織布基材上にポリスルホン微多孔層を有する多孔性支持体を作製した。この支持体を用いて、１００℃にて５ｍ／分の速度でエンボスロール加工を行って、図３に示すような凸部（菱形、Ｄ１＝３ｍｍ、Ｄ２＝１ｍｍ、Ｈ１＝０．２８ｍｍ、凹部の面積率６５％、供給側流路の方向に対する角度２５°）を、供給側面に形成した。
【００５７】
この多孔性支持体を用いて、ｍ−フェニレンジアミン３重量部、ラウリル硫酸ナトリウム０．２重量部、カンファースルホン酸８重量部、トリエチルアミン４重量部、イソプロピルアルコール１０重量部、及び水７４．８５重量部を含有するアミン水溶液を、前記多孔性支持体上にスプレー塗布して水溶液被覆層を形成した。スプレー塗布は全面を覆うように塗布し、その後、乾燥空気を吹きつけて、余分なアミン水溶液を除去した。
【００５８】
次に、前記水溶液被覆層の表面にトリメシン酸クロライド０．２５重量％を含有するイソオクタン溶液をスプレー塗布し、１００℃に加熱して界面重合反応させて分離活性層（厚み０．０１μｍ）を形成して、複合半透膜を作製した。
【００５９】
（透過流束及び塩阻止率の測定）
作製した乾燥複合半透膜を所定の形状、サイズに切断し、平膜評価用のセルにセットするが、その際、供給側の流路材（スペーサ）を省略して測定を行った。１５００ｍｇ／ＬのＮａＣｌを含みかつＮａＯＨを用いてｐＨ６．５に調整した水溶液（２５℃）を膜の供給側と透過側に１．５ＭＰａの差圧を与えて膜に接触させる。この操作によって得られた透過水の透過速度および電導度を測定し、透過流束（ｍ３／ｍ２・ｄ）および塩阻止率（％）を算出した。塩阻止率は、ＮａＣｌ濃度と水溶液電導度の相関(検量線)を事前に作成し、それらを用いて下式により算出した。
【００６０】
塩阻止率（％）＝{１−（透過液中のＮａＣｌ濃度［ｍｇ／Ｌ］）／（供給液中のＮａＣｌ濃度［ｍｇ／Ｌ］）}×１００
その結果、阻止率は８９．８％であり、透過流束は、１．０３ｍ３／ｍ２・ｄであり、凹凸の形成によって、膜性能がほとんど劣化しないことが確認できた。
【００６１】
比較例１
実施例１において、凹凸を形成する前の支持体を用いたこと以外は、実施例１と全く同じ条件で複合半透膜を作製し、透過流束及び塩阻止率の測定を行った。その結果、阻止率は９５％であり、透過流束は、１．２ｍ３／ｍ２・ｄであった。その際、供給側面及び透過側面に流路材（スペーサ）を配置して測定を行ったが、実施例１のように供給側面の流路材を省略すると、測定は不可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明のシート状分離膜の例を示す透過側から見た平面図
【図２】本発明のシート状分離膜の例を示す縦断面図
【図３】本発明のシート状分離膜の好ましい例を示す平面図
【図４】本発明のシート状分離膜の使用例を模式的に示す説明図
【図５】本発明の分離膜エレメントの一例を示す斜視図
【図６】本発明のシート状分離膜の他の例を示す図であり、（ａ）は供給側から見た平面図、（ｂ）はそのＩ−Ｉ断面図、（ｃ）はその積層状態を示す断面図
【符号の説明】
【００６３】
１ 凸部
１ａ 透過側面の凸部
１ｂ 供給側面の凸部
２ 凹部（流路）
３ 樹脂封止部材
３ａ 開口
Ｌ 線状配列部
Ｓａ 透過側面
Ｓｂ 供給側面
Ｄ１ 凸部の長径
Ｄ２ 凸部の短径（凸部上面の重心を通過する最短長さ）
Ｄ３ 隣接する凸部同士の最短距離
Ｈ１ 凸部の高さ（透過側面）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に島状に離間した複数の凸部を透過側面又は供給側面に有し、前記凸部は上面の重心を通過する最短長さが、隣接する前記凸部同士の最短距離より大きいシート状分離膜。
【請求項２】
前記複数の凸部は、シート状分離膜の何れかの端辺に対して２０〜７０°の角度で線状に連なって配列されている請求項１に記載のシート状分離膜。
【請求項３】
前記凸部の上面は、対向する２つの頂点が鋭角の四角形である請求項１又は２に記載のシート状分離膜。
【請求項４】
供給側面及び透過側面に、前記複数の凸部が設けられている請求項１〜３いずれかに記載のシート状分離膜。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかに記載のシート状分離膜を備える分離膜エレメント。
【請求項６】
前記シート状分離膜の透過側面同士又は供給側面同士を接触させた状態で、前記シート状分離膜を有孔の中心管の回りにスパイラル状に巻回してある請求項５に記載の分離膜エレメント。
【請求項７】
前記シート状分離膜は、前記複数の凸部が線状に連なって配列され、その配列方向が軸芯方向に対して２０〜６０°である請求項６に記載の分離膜エレメント。
【請求項８】
前記シート状分離膜の透過側面同士又は供給側面同士が接触した筒状又は封筒状の分離膜ユニットを複数積層し、その分離膜ユニットの一端部又は両端部を透過側流路又は供給側流路の何れか一方が開口するように封止してある請求項５に記載の分離膜エレメント。
【請求項９】
前記シート状分離膜は、前記複数の凸部が線状に連なって配列され、その配列方向が供給側流路の流れ方向に対して２０〜６０°である請求項８に記載の分離膜エレメント。
【請求項１】
相互に島状に離間した複数の凸部を透過側面又は供給側面に有し、前記凸部は上面の重心を通過する最短長さが、隣接する前記凸部同士の最短距離より大きいシート状分離膜。
【請求項２】
前記複数の凸部は、シート状分離膜の何れかの端辺に対して２０〜７０°の角度で線状に連なって配列されている請求項１に記載のシート状分離膜。
【請求項３】
前記凸部の上面は、対向する２つの頂点が鋭角の四角形である請求項１又は２に記載のシート状分離膜。
【請求項４】
供給側面及び透過側面に、前記複数の凸部が設けられている請求項１〜３いずれかに記載のシート状分離膜。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかに記載のシート状分離膜を備える分離膜エレメント。
【請求項６】
前記シート状分離膜の透過側面同士又は供給側面同士を接触させた状態で、前記シート状分離膜を有孔の中心管の回りにスパイラル状に巻回してある請求項５に記載の分離膜エレメント。
【請求項７】
前記シート状分離膜は、前記複数の凸部が線状に連なって配列され、その配列方向が軸芯方向に対して２０〜６０°である請求項６に記載の分離膜エレメント。
【請求項８】
前記シート状分離膜の透過側面同士又は供給側面同士が接触した筒状又は封筒状の分離膜ユニットを複数積層し、その分離膜ユニットの一端部又は両端部を透過側流路又は供給側流路の何れか一方が開口するように封止してある請求項５に記載の分離膜エレメント。
【請求項９】
前記シート状分離膜は、前記複数の凸部が線状に連なって配列され、その配列方向が供給側流路の流れ方向に対して２０〜６０°である請求項８に記載の分離膜エレメント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１２５４１８（Ｐ２０１０−１２５４１８Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０４７４９（Ｐ２００８−３０４７４９）
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
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