特開 2024-11701 スパイラル型膜エレメント

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024011701

(43)【公開日】2024-01-25

(54)【発明の名称】スパイラル型膜エレメント

(51)【国際特許分類】

   B01D 63/10 20060101AFI20240118BHJP

【ＦＩ】

B01D63/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022113927

(22)【出願日】2022-07-15

(71)【出願人】

【識別番号】000003964

【氏名又は名称】日東電工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】一氏 翔伍

(72)【発明者】

【氏名】川人 直樹

(72)【発明者】

【氏名】地藏 眞一

(72)【発明者】

【氏名】別府 雅志

【テーマコード（参考）】

4D006

【Ｆターム（参考）】

4D006GA02

4D006HA62

4D006JA05A

4D006JA05C

4D006JA06A

4D006JA06C

4D006JA10B

4D006JA10C

4D006JA19A

4D006JA19C

4D006MA03

4D006MA09

4D006MA10

4D006MC11

4D006MC29

4D006MC45

4D006MC54

4D006MC56

4D006MC58

4D006MC62

4D006MC63

4D006MC65

4D006PA01

(57)【要約】

【課題】外装材表面の外観と手触り感が良好で、ハンドリング性も良好なスパイラル型膜エレメントを提供する。
【解決手段】有孔の中心管５と、その中心管５に巻回され分離膜１を含む巻回体Ｒと、その巻回体Ｒの周囲に設けた外装材３０とを備えるスパイラル型膜エレメントであって、前記外装材３０が、前記巻回体Ｒの周囲に巻かれた補強繊維と、その補強繊維に含浸・固化した樹脂とを含み、前記外装材３０の表面は、軸心方向に沿って測定された算術平均表面粗さＲａが、２～１０μｍである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

有孔の中心管と、その中心管に巻回され分離膜を含む巻回体と、その巻回体の周囲に設けた外装材とを備えるスパイラル型膜エレメントであって、
前記外装材は、前記巻回体の周囲に巻かれた補強繊維と、その補強繊維に含浸・固化した樹脂とを含み、
前記外装材の表面は、軸心方向に沿って測定された算術平均表面粗さＲａが、２～１０μｍである、スパイラル型膜エレメント。

【請求項2】

前記外装材の厚み方向全体の平均値として、前記補強繊維に対する前記樹脂の質量比が０．４以上１．０未満である、請求項１に記載のスパイラル型膜エレメント。

【請求項3】

前記補強繊維に対する前記樹脂の質量比が、前記外装材の厚み方向の内部と比較して高い部分が、前記外装材の表面に存在する、請求項２に記載のスパイラル型膜エレメント。

【請求項4】

前記補強繊維は、ガラス製のマルチフィラメントからなるロービング繊維であり、個々のフィラメント径が５～３０μｍである、請求項１～３いずれか１項に記載のスパイラル型膜エレメント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、分離膜を含む巻回体の周囲に外装材を備えるスパイラル型膜エレメント（以下、「膜エレメント」と略称する場合がある）に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のスパイラル型膜エレメントは、例えば、図１に示すように、対向する分離膜１の間に透過側流路材３が介在する複数の膜リーフＬと、膜リーフＬの間に介在する供給側流路材２と、膜リーフＬ及び供給側流路材２を巻回した有孔の中心管５と、供給側流路と透過側流路との混合を防止する封止部１２と、巻回体Ｒの周囲に設けた外装材３０とを備えるものが一般的である。そして、外装材３０としては、加圧運転時の耐圧性および所望の機械強度を付与する目的で、繊維補強樹脂（ＦＲＰ）を用いる場合が多い。

【0003】

外装材の形成方法としては、中心管に膜リーフを巻回した後に、巻回体の外周面に、樹脂を含浸させたガラスロービング（ガラスフィラメントの集束体）を巻き付け、これを硬化させて繊維補強樹脂層を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１～２）。その際、ロービング繊維を巻き付けて、そのまま樹脂を硬化させると、樹脂の残存量が多く外径が不均一になり易いため、硬化前に樹脂の除去操作を行なっていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１－１７８４０号公報

【特許文献2】特開２００８－２２９４５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、樹脂を除去する際に、フィラメントが傷ついて、硬化後に補強繊維が一部解繊して露出（ササクレ）し、外装材表面の手触り感が悪化したり、これに加えて、表面の凹凸によっても、外観が悪くなるという問題があった。

【0006】

また、ＦＲＰ外装材の表面を研削加工して平滑化する方法や、ＦＲＰ外装材の表面をチューブで被覆する方法も存在するが、いずれも製造工程が増えてコスト増に繋がり易い。更に、膜エレメントは、外表面に水分が付着した状態で取り扱われることが多いため、チューブの材質等によっては、滑り易くなりハンドリング性が低下するという懸念もあった。

【0007】

そこで、本発明の目的は、外装材表面の外観と手触り感が良好で、ハンドリング性も良好なスパイラル型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】

【0008】

上記目的は、以下の如き本発明によって達成できる。

【0009】

即ち、本発明のスパイラル型膜エレメントは、有孔の中心管と、その中心管に巻回され分離膜を含む巻回体と、その巻回体の周囲に設けた外装材とを備えるスパイラル型膜エレメントであって、前記外装材は、前記巻回体の周囲に巻かれた補強繊維と、その補強繊維に含浸・固化した樹脂とを含み、前記外装材の表面は、軸心方向に沿って測定された算術平均表面粗さＲａが、２～１０μｍである、ことを特徴とする。

【0010】

本発明のスパイラル型膜エレメントによると、補強繊維を横切る方向の表面凹凸の指標となるＲａが１０μｍ以下であるため、樹脂による平滑化が十分行なわれた状態となり、補強繊維が一部解繊して露出（ササクレ）するのを抑制することで、手触り感が向上すると共に、平滑な表面によって外観も向上させることができる。また、スパイラル型膜エレメントは、外表面に水分が付着した状態で取り扱われることが多いため、Ｒａが２μｍ以上であると、滑り易さを抑制して、ハンドリング性を向上させることができる。その結果、外装材表面の外観と手触り感が良好で、ハンドリング性も良好なスパイラル型膜エレメントを提供することができる。

【0011】

上記において、前記外装材の厚み方向全体の平均値として、前記補強繊維に対する前記樹脂の質量比が０．４以上１．０未満であることが好ましい。厚み方向全体の平均値として、前記補強繊維に対する前記樹脂の質量比が０．４以上であると、表面にも十分な樹脂を存在させることができ、外装材の表面の平滑性をより高め易くなる。また、樹脂の質量比が１．０未満であると、樹脂の残存量が多くなり過ぎることによる弊害、例えば外径の不均一化等を抑制することができる。

【0012】

また、前記補強繊維に対する前記樹脂の質量比が、前記外装材の厚み方向の内部と比較して高い部分が、前記外装材の表面に存在することが好ましい。このように、樹脂の質量比が局所的に高い部分が外装材の表面に存在することで、外装材の表面の平滑性をより高め易くなる。

【0013】

更に、上記いずれの場合においても、前記補強繊維は、ガラス製のマルチフィラメントからなるロービング繊維であり、個々のフィラメント径が５～３０μｍであることが好ましい。ガラス製のロービング繊維は弾性率を高める効果が大きいもののササクレ等による問題が生じ易いところ、適度なフィラメント径であることとあいまって、本発明により、平滑化の効果がより効果的に発揮される。

【発明の効果】

【0014】

本発明によると、外装材表面の外観と手触り感が良好で、ハンドリング性も良好なスパイラル型膜エレメントを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】スパイラル型膜エレメントの一例を示す、一部を切り欠いた斜視図である。

【図2】巻回体の周囲に外装材を設ける工程の一例を模式的に示す縦断面図である。

【図3】巻回体の周囲に外装材を設けた構造の一例を模式的に示す縦断面図である。

【図4A】比較例１において、表面付近の樹脂の偏在を確認した際の断面の写真である。

【図4B】実施例３において、表面付近の樹脂の偏在を確認した際の断面の写真である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（スパイラル型膜エレメント）
本発明のスパイラル型膜エレメントは、例えば図１に示すように、有孔の中心管５と、その中心管５に巻回され分離膜１を含む巻回体Ｒと、その巻回体Ｒの周囲に設けた外装材３０とを備える膜エレメントであればよく、外装材３０に特徴を有するため、外装材３０以外の点については、従来のスパイラル型膜エレメントの構成が、何れも採用できる。

【0017】

つまり、本発明のスパイラル型膜エレメントは、前記外装材３０が、前記巻回体Ｒの周囲に巻かれた補強繊維と、その補強繊維に含浸・固化した樹脂とを含み、前記外装材３０の表面は、軸心方向に沿って測定された算術平均表面粗さＲａが、２～１０μｍである、ことを特徴とするものである。

【0018】

本実施形態では、例えば図１に示すように、対向する分離膜１の間に透過側流路材３が介在する複数の膜リーフＬと、膜リーフＬの間に介在する供給側流路材２と、膜リーフＬ及び供給側流路材２を巻回した有孔の中心管５と、供給側流路と透過側流路との混合を防止する封止部１２と、巻回体Ｒの周囲に設けた外装材３０とを備える例を示す。

【0019】

図１には、膜リーフＬにおいて対向する分離膜１の間に透過側流路材３が介在する例が示されているが、分離膜１の透過側の表面に凹凸又は溝などを設けて、透過側流路を分離膜１自体に形成することも可能であり、その場合、透過側流路材３を省略することが可能である。この点は、供給側流路材２についても同様である。

【0020】

必要に応じて、膜エレメントの巻回体Ｒの上流側には、シールキャリア等の上流側端部材１０が設けられ、下流側にはアンチテレスコープ材等の下流側端部材２０が設けられる。これらの上流側端部材１０と下流側端部材２０とは、外装材３０を巻回体Ｒの周囲に設ける際に、外装材３０と一体化することも可能である。

【0021】

一般的な８インチ径のスパイラル型膜エレメントにおいては、膜リーフＬは１５～３０組程度巻回される。

【0022】

膜エレメントを使用する際は、圧力容器（ベッセル）内に収容され、図１に示すように、供給液７は膜エレメントの一方の端面側から供給される。供給された供給液７は、供給側流路材２に沿って中心管５の軸心方向Ａ１に平行な方向に流れ、膜エレメントの他方の端面側から濃縮液９として排出される。また、供給液７が供給側流路材２に沿って流れる過程で分離膜１を透過した透過液８は、透過側流路材３に沿って流動した後に、開孔５ａから中心管５の内部に流れ込み、この中心管５の端部から排出される。

【0023】

（供給側流路材）
供給側流路材２は一般に、膜面に流体を満遍なく供給するための間隙を確保する役割を有する。このような供給側流路材２は、例えばネット、編み物、凹凸加工シートなどを用いることができ、適当な厚さを有するものを適宜用いることができる。また、流路材は分離膜１の両面に設置するのが好ましいが、供給液側に設ける供給側流路材２と、透過液側に設ける透過側流路材３として、異なる流路材を用いることが一般的である。供給側流路材２では目が粗く厚いネット状の流路材を用いる一方で、透過側流路材３では目の細かい織物や編物の流路材を用いることが好ましい。

【0024】

例えば、ＲＯ膜やＮＦ膜を用いる海水淡水化や排水処理等の用途の場合、供給側流路材２としては、線状物を格子状に配列した網目構造のものを好ましく利用することができる。

【0025】

構成する材料としては特に限定されるものではないが、ポリエチレンやポリプロピレンなどが用いられる。これらの樹脂は殺菌剤や抗菌剤を含有していてもよい。この供給側流路材２の厚さは、一般に０．３～３．０ｍｍであり、０．５～１．０ｍｍが好ましい。厚さが厚すぎると膜エレメントに収容できる膜の有効膜面積とともに透過量が減ってしまい、逆に薄すぎると汚染物質が付着しやすくなるため、透過性能の劣化が生じやすくなる。

【0026】

（中心管）
中心管５は、管の周囲に開孔５ａを有するものであれば良く、従来のものが何れも使用できる。一般に海水淡水化や排水処理等で用いる場合には、分離膜１を経た透過水が壁面の孔から中心管５中に侵入し、透過側流路を形成する。中心管５の長さは巻回体Ｒの軸方向長さより長いものが一般的だが、複数に分割するなど連結構造の中心管５を用いてもよい。中心管５を構成する材料としては特に限定されるものではないが、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が用いられる。

【0027】

（透過側流路材）
透過側流路材３としては、従来のものが何れも使用できる。透過側流路材３は、海水淡水化や排水処理等の用途において、ＲＯ膜やＮＦ膜を用いる場合に、例えば図１に示すように、膜リーフＬにおいて対向する分離膜１の間に介在するように設けられる。この透過側流路材３には膜にかかる圧力を膜背面から支えるとともに、透過液の流路を確保することが求められる。

【0028】

このような機能を確保するために、トリコット編物により透過側流路材３が形成されていることが好ましく、編物形成後に樹脂補強又は融着処理されたトリコット編物であることがより好ましい。

【0029】

透過側流路材３の構成糸としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンなどが挙げられる。なかでも、加工性と生産性の観点からポリエチレンテレフタレートが特に好ましく用いられる。

【0030】

編物形成後に樹脂補強を行なう場合、繊維中に樹脂を含浸して硬化させたり、繊維表面に樹脂を被覆して硬化させる方法などが挙げられる。補強に使用する樹脂としては、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、などが挙げられる。

【0031】

透過側流路材３の構成糸は、モノフィラメントでもマルチフィラメントでもよいが、一定の太さの構成糸によって、トリコット編物が形成される。トリコット編物のなかでも、直線状に連続する溝の構造が明確なハーフ編みやダブルデンビー編みが好ましい。

【0032】

透過側流路材３の厚みは、０．１０～０．４０ｍｍが好ましく、０．１５～０．３５ｍｍがより好ましく、０．２０～０．３０ｍｍが更に好ましい。厚みが０．１０ｍｍ以上であると、十分な流路が確保され、透過液の圧力損失を低減できる。また、厚みが０．４０ｍｍ以下であると、膜エレメントにおける分離膜の有効膜面積が大きくなり、透過液の流量を増加させ易くなる。

【0033】

（分離膜）
分離膜１としては、従来のものが何れも使用できる。例えば各種の多孔質膜等を使用することもできるが、多孔性支持体の表面に分離機能層を有する複合半透膜が好ましい。多孔性支持体としては、不織布層の片面にポリマー多孔質層を有するものが好ましい。分離膜、特に複合半透膜の厚さは７０～１６０μｍ程度が好ましく、８５～１３０μｍがより好ましい。

【0034】

このような複合半透膜はその濾過性能や処理方法に応じてＲＯ（逆浸透）膜、ＮＦ（ナノ濾過）膜、ＦＯ（正浸透）膜と呼ばれ、超純水製造や、海水淡水化、かん水の脱塩処理、排水の再利用処理などに用いることができる。

【0035】

分離機能層としては、ポリアミド系、セルロース系、ポリエーテル系、シリコン系、などの分離機能層が挙げられるが、ポリアミド系の分離機能層を有するものが好ましい。ポリアミド系の分離機能層としては、一般に、視認できる孔のない均質膜であって、所望のイオン分離能を有する。この分離機能層としてはポリマー多孔質層から剥離しにくいポリアミド系薄膜であれば特に限定されるものではないが、例えば、多官能アミン成分と多官能酸ハライド成分とを多孔性支持膜上で界面重合させてなるポリアミド系分離機能層がよく知られている。

【0036】

前記ポリアミド系分離機能層をポリマー多孔質層の表面に形成する方法は特に制限されずにあらゆる公知の方法を用いることができる。例えば、界面重合法、相分離法、薄膜塗布法などの方法が挙げられるが、本発明では特に界面重合法が好ましく用いられる。界面重合法は例えば、ポリマー多孔質層上を多官能アミン成分含有アミン水溶液で被覆した後、このアミン水溶液被覆面に多官能酸ハライド成分を含有する有機溶液を接触させることで界面重合が生じ、スキン層を形成する方法である。

【0037】

前記分離機能層の露出表面には、各種ポリマー成分からなるコーティング層を設けてもよい。前記ポリマー成分は、分離機能層及び多孔性支持膜を溶解せず、また水処理操作時に溶出しないポリマーであれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリエチレングリコール、及びケン化ポリエチレン－酢酸ビニル共重合体などが挙げられる。

【0038】

不織布層としては、前記複合半透膜の分離性能および透過性能を保持しつつ、適度な機械強度を付与するものであれば特に限定されるものではなく、市販の不織布を用いることができる。この材料としては例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、セルロースなどからなるものが用いられ、複数の素材を混合したものも使用することができる。特に成形性の点ではポリエステルを用いることが好ましい。また適宜、長繊維不織布や短繊維不織布を用いることができるが、ピンホール欠陥の原因となる微細な毛羽立ちや膜面の均一性の点から、長繊維不織布を好ましく用いることができる。

【0039】

前記ポリマー多孔質層としては、前記ポリアミド系分離機能層を形成しうるものであれば特に限定されないが、通常、０．０１～０．４μｍ程度の孔径を有する微多孔層である。前記微多孔層の形成材料は、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンに例示されるポリアリールエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデンなど種々のものをあげることができる。特に化学的、機械的、熱的に安定である点からポリスルホン、ポリアリールエーテルスルホンを用いたポリマー多孔質層を形成することが好ましい。

【0040】

（外装材）
本発明のスパイラル型膜エレメントは、巻回体Ｒの周囲に設けた外装材３０が、巻回体Ｒの周囲に巻かれた補強繊維と、その補強繊維に含浸・固化した樹脂とを含むと共に、外装材３０の表面が、軸心方向に沿って測定された算術平均表面粗さＲａが、２～１０μｍであることを特徴とする。

【0041】

算術平均表面粗さＲａは、外装材３０の表面の外観と手触り感を向上させつつ、ハンドリング性も良好にする観点から、３～８μｍが好ましく、５～７μｍがより好ましい。算術平均表面粗さＲａは、膜エレメントの中央と両端における各々周方向に９０°毎の位置の表面（４方向位置×長さ方向の３ヵ所で合計１２ヵ所）について、表面粗さ測定機（ミツトヨ社製、サーフテストＳＪ－２１０）を用いて算術平均表面粗さＲａを測定し、その平均値を求めた値である。

【0042】

図２は、巻回体Ｒの周囲に外装材３０を設ける工程の一例を模式的に示す縦断面図であり、図３は、巻回体Ｒの周囲に外装材３０を設けた構造の一例を模式的に示す縦断面図である。図示した例では、巻回体Ｒの周囲に外装材３０が直接形成されているが、外装材３０の形成前に表示ラベル等を貼付してから外装材３０を形成してもよい。また、外装材３０を形成する際に、巻回体Ｒの外形を保持するために、巻回体Ｒの周囲を粘着テープ等で固定することも可能である。

【0043】

外装材３０としては、図２～図３に示すように、ロービング繊維等の繊維集束体３５が巻回された繊維巻回物を補強相とする繊維補強樹脂層３６として形成することが好ましい。繊維集束体３５は、図２に示すように、一定の幅Ｗ１にて巻回体Ｒの周囲に巻回され、好ましくは、隣接する繊維集束体３５同士が幅Ｗ２で重なり合った状態で、巻回体Ｒの周囲に巻回される。その後、図３に示すように、繊維集束体３５の表面を平滑化して、所定の算術平均表面粗さＲａを有する繊維補強樹脂層３６を形成することが好ましい。

【0044】

この繊維集束体３５は、例えば図２に示すように、巻回体Ｒの軸心方向Ａ１に徐々に巻き付け位置を移動させながら巻回することができる。その際、巻回体Ｒを一定の速度で回転させながら、繊維集束体３５を巻回することが好ましい。このため、繊維集束体３５は、軸心方向Ａ１に対して、一定の角度の巻回方向となるが、その角度としては、繊維集束体３５の巻き付け位置を一方向のみに移動させて巻回する観点から、軸心方向Ａ１と垂直の周方向に対して２～１０°が好ましく、３～５°がより好ましい。なお、特許文献２に記載されているように、繊維集束体３５の巻回方向を、より傾斜した巻回方向（例えば１０°以上）とすることも可能である。その場合、繊維集束体３５の巻き付け位置を往復移動させて巻回することができる。

【0045】

繊維巻回物を形成する繊維集束体３５としては、複数のフィランメトから構成されるマルチフィランメト繊維に、必要に応じて撚りをかけたものなどを用いることがきるが、繊維補強樹脂用の各種ロービング繊維（比較的撚りの少ないまたは撚りがないマルチフィラメントの集束体）が好ましく使用できる。また、繊維の種類としては、例えばＰＥＴ、ＰＰ、ＰＥ、ＰＳＦ、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、アラミド等の樹脂繊維の他、ガラス、炭素繊維などの無機系繊維、スチールワイヤなどの金属繊維等を使用することも可能である。

【0046】

特に、高弾性率、低溶出性、施工（加工、成形）性などの観点から、ガラス製のマルチフィラメントからなるロービング繊維が好ましい。なお、表示ラベル等を繊維補強樹脂層３６の内側に設ける場合、その視認性を高める観点から、ガラス繊維や透明樹脂からなる繊維を用いるのが好ましい。

【0047】

ロービング繊維を用いる場合、軸心方向に沿って測定された算術平均表面粗さＲａを適切な範囲に制御し易いなどの観点から、マルチフィラメントを構成する個々のフィラメント径が５～３０μｍであることが好ましく、１５～２１μｍであることがより好ましい。

【0048】

また、巻回に使用するロービング繊維を構成するマルチフィラメント中のフィラメントの総数は、ロービング繊維の一束の繊度（Ｔｅｘ＝ｇ／ｋｍ）と束数により調整することができる。一束の繊度としては、取扱性、強度、耐久性の観点から、１２００～２４００Ｔｅｘが好ましく、１９００～２１００Ｔｅｘがより好ましい。また、ロービング繊維の束数としては、製造工程の効率化と表面高さの均一化の観点から、５～１５束が好ましく、７～１３束がより好ましい。このため、巻回に使用するロービング繊維の総繊度としては、１２０００～２４０００Ｔｅｘが好ましく、１９０００～２１０００Ｔｅｘがより好ましい。

【0049】

繊維補強樹脂層３６を構成する樹脂としては、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、反応硬化性樹脂などの硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂などを使用できるが硬化性タイプの熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。また、巻回体Ｒの形成時に使用するポリウレタン樹脂またはエポキシ樹脂をそのまま使用できるが、巻回体Ｒに使用した樹脂に対して、樹脂の種類を変更することも可能である。ガラス繊維との組合せが良好な樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂が挙げられる。なお、硬化の際の条件は、使用する樹脂や接着剤の種類等に応じて適宜設定される。

【0050】

外装材３０に含まれる樹脂の量としては、外装材３０の厚み方向全体の平均値として、前記補強繊維に対する前記樹脂の質量比が０．４以上１．０未満であることが好ましく、０．５～０．８であることがより好ましい。補強繊維に対する樹脂の質量比が一定以上であると、表面にも十分な樹脂を存在させることができ、外装材の表面の平滑性をより高め易くなる。また、樹脂の質量比が一定未満であると、樹脂の残存量が多くなり過ぎることによる弊害、例えば外径の不均一化等を抑制することができるため好ましい。

【0051】

本発明では、図３に示すように、特に、外装材の厚み方向の内部３６ｂと比較して、補強繊維に対する樹脂の質量比が高い部分３６ａが、外装材３０の表面に存在することが好ましい。このような樹脂が偏在する構造は、例えば、巻回体Ｒに巻回され樹脂が含浸した繊維集束体３５を平滑化する際に、繊維集束体３５を押さえながら、一定量の樹脂を残しつつ余分な樹脂を除去することで、形成することができる。樹脂を除去する際には、巻回体Ｒを一定の速度で回転させながら、樹脂の除去を行なうのが好ましい。

【0052】

また、繊維集束体３５を構成するフィラメントの損傷を抑制する上で、弾性体や硬度の低い材料を用いることが好ましい。例えば、ゴム、硬度の低い樹脂などを使用することが好ましい。

【0053】

特に、このような材料を用いて、繊維集束体３５を押さえながら余分な樹脂を除去する方法、樹脂を除去する際の残存量を多くする方法などが、表面を平滑化する上で好ましい。繊維集束体３５を押さえる方法の場合、先端の断面形状を曲面にしたヘラ、先端の厚みを大きくしたヘラなどを用いることが好ましい。

【0054】

繊維巻回物を構成する繊維集束体３５の幅Ｗ１は、繊維補強樹脂層３６の形成効率の観点から、１０～７０ｍｍであることが好ましく、３０～５０ｍｍがより好ましい。繊維集束体３５の幅Ｗ１は、繊維集束体３５を構成する繊維の本数や各繊維の太さ、巻回する際の張力、繊維集束体３５の送り出し機構などにより調整することができる。なお、図２に示す例では、１束の繊維集束体を用いて巻回を行う例を示したが、複数束の繊維集束体を用いて巻回を行うものであってもよい。

【0055】

また、繊維集束体３５は、繊維集束体３５同士の段差による凹凸を低減する観点から、から、隣り合う繊維集束体３５との重なり度合いが、３０～７０％であることが好ましい。重なり度合いは、重なり部分の幅Ｗ２／幅Ｗ１×１００によって算出される値である。

【0056】

上記巻回の後、繊維補強樹脂層３６に含まれる樹脂を硬化させるが、当該樹脂は、巻回する繊維集束体３５に予め含浸させたものでも、巻回した繊維集束体３５に対して塗布等して含浸させたものでもよい。但し、巻回する繊維集束体３５に予め含浸させておく方が、適度な含浸状態を確保する上で好ましい。

【0057】

このようにして形成された繊維補強樹脂層３６の厚みは、例えば０．５～４ｍｍであるが、残存する樹脂の量を確保する上では、１～２ｍｍが好ましく、１．５～２ｍｍがより好ましい。なお、巻回体Ｒの直径は、膜エレメントの直径に応じて決定されるが、例えば５０～４００ｍｍである。

【実施例0058】

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。なお、以下の実施例における物性等の評価方法は以下の通りである。

【0059】

（１）算術平均表面粗さＲａ
膜エレメントの中央と両端における各々周方向に９０°毎の位置の表面（４方向位置×長さ方向の３ヵ所で合計１２ヵ所）について、表面粗さ測定機（ミツトヨ社製、サーフテストＳＪ－２１０）を用いて算術平均表面粗さＲａを測定し、その平均値を求めた。

【0060】

（２）補強繊維に対する樹脂の質量比（樹脂／補強繊維）
含浸させるためにロービング繊維に供給した樹脂の質量から、巻回後に除去した樹脂の質量を差し引いて、残存する樹脂の質量を求めた。一方、巻回した補強繊維の長さと、単位長さ当たりの質量とから、巻回した補強繊維の質量を求め、下記の式により、補強繊維に対する樹脂の質量比（樹脂／補強繊維）を求めた。
質量比（－）＝樹脂の質量（ｇ）／補強繊維の質量（ｇ）

【0061】

（３）表面付近の樹脂の偏在の確認
上記（１）における断面観察の際に、断面に存在する繊維断面の密度を目視で確認することで、補強繊維に対する樹脂の質量比が外装材の厚み方向の内部と比較して高い部分が、外装材の表面に存在するか否かについて判定した。

【0062】

（４）外観及び手触りの評価
蛍光灯の下で膜エレメントの表面を目視で観察し、外観としての凹凸の程度を評価した。また、膜エレメントの表面を素手で触って、補強繊維が一部解繊して露出（ササクレ）する現象が、手触りとして確認できるか判定した。

【0063】

比較例１（従来品）
外径８インチのスパイラル型逆浸透膜エレメント（日東電工社製、ＣＰＡ２）をそのまま使用して、前記の評価を行なった。その結果、算術平均表面粗さＲａが、１０．８μｍであり、外観上も凹凸が生じており、ササクレが手触りで確認できた。また、表面付近の樹脂の偏在を確認した際の断面の写真を図４Ａに示すが、表面まで補強繊維が露出しており、表面付近に樹脂の偏在は確認できなかった。

【0064】

実施例１
比較例１の膜エレメントを構成する材料と同じ材料を用いて、中心管に巻回された巻回体を形成した後、ガラス製のマルチフィラメントからなるロービング繊維（フィラメント径２０μｍ、２０００Ｔｅｘ×１０束）にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を含浸した状態で、巻回体の周囲に巻き付けた後（巻き付け方向は比較例１と同じ）、ポリエチレン製の柔軟な容器（ポリカップ）を用いて、容器の上縁を表面に押し当てながら樹脂を除去した。その後、６０℃でにて樹脂を硬化させ、厚み１．６ｍｍの繊維補強樹脂層（補強繊維に対する樹脂の質量比は０．８）を形成した。

【0065】

これを用いて、前記の評価を行なった結果、算術平均表面粗さＲａが４．３μｍであり、表面付近の樹脂の偏在が確認できた。また、外観上も凹凸が殆どなく、ササクレが手触りで確認できなかった。

【0066】

実施例２
実施例１において、ポリエチレン製の柔軟な容器を用いる代わりに、シリコーンゴム製のヘラを用いて、表面に押し当てながら樹脂を除去したこと以外は、実施例１と同じ条件で膜エレメントを作成し、同様に評価した。その結果、補強繊維に対する樹脂の質量比は０．５であり、算術平均表面粗さＲａが６．３μｍであり、表面付近に樹脂の偏在が確認できた。また、外観上も凹凸が殆どなく、ササクレが手触りで確認できなかった。

【0067】

実施例３
実施例１において、ポリエチレン製の柔軟な容器を用いる代わりに、先端を厚くし、直径１０ｍｍの形状にしたポリ塩化ビニル製のヘラを用いて、表面に押し当てながら樹脂を除去したこと以外は、実施例１と同じ条件で膜エレメントを作成し、同様に評価した。その結果、補強繊維に対する樹脂の質量比は０．５であり、算術平均表面粗さＲａが６．７μｍであり、外観上も凹凸が殆どなく、ササクレが手触りで確認できなかった。また、表面付近の樹脂の偏在を確認した際の断面の写真を図４Ｂに示すが、表面に補強繊維が露出しておらず、表面付近に樹脂の偏在が確認できた。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本発明によると、外装材表面の外観と手触り感が良好で、ハンドリング性も良好なスパイラル型膜エレメントを提供することができる。本発明のスパイラル型膜エレメントは、超純水製造や、海水淡水化、かん水の脱塩処理、排水の再利用処理などの各種用途に、好適に使用することができる。

【符号の説明】

【0069】

１ ：分離膜
２ ：供給側流路材
３ ：透過側流路材
５ ：中心管
２５ ：繊維集束体
２６ ：繊維補強樹脂層
３０ ：外装材
Ａ１ ：軸心方向
Ｒ ：巻回体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】