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JP3886373B2 - Polymer permeable membrane assembly - Google Patents
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JP3886373B2 - Polymer permeable membrane assembly - Google Patents

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JP3886373B2 JP2001384882A JP2001384882A JP3886373B2 JP 3886373 B2 JP3886373 B2 JP 3886373B2 JP 2001384882 A JP2001384882 A JP 2001384882A JP 2001384882 A JP2001384882 A JP 2001384882A JP 3886373 B2 JP3886373 B2 JP 3886373B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は高分子浸透膜組立体に関するものであり、更に詳しくは、除湿器や加湿器、濃縮器、分離器、フィルタ−、燃料電池等に使用する高分子浸透膜組立体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この種の高分子浸透膜は、その機能によって逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜、気体分離膜、透析膜等に分けることができ、処理装置のハウジング内に組み込まれて各種の流体処理に使用されるが、上記ハウジングに組み込むに当たってはモジュ−ル化する必要がある。また、前記浸透膜の形状としては平膜状、中空糸状、スパイラル状、積層状、複合膜状等があり、膜の形態によってモジュ−ルの形態も異なる。
【0003】
上記高分子浸透膜をモジュ−ル化する具体例として、例えば特開昭62−74434号公報には、ガス分離用の中空糸を複数束ねて形成した糸束の両端部を、熱硬化性のエポキシ樹脂で遠心成形した樹脂壁内に一体に埋設、固着することにより糸束エレメントを形成し、この糸束エレメントを上記樹脂壁によりハウジング内に内蔵するようにしたものが開示されている。
【0004】
また、特開平1−254209号公報には、耐熱性エンジニアリングプラスチックスで形成されたハウジング内に中空糸膜を複数本装填し、前記中空糸膜の両端部をポリアミド系硬化剤とエポキシ樹脂を混合してなるポッティング材により前記ハウジングに流密に固着してなる中空糸型モジュ−ル構造体が開示されている。このモジュ−ル構造体は、耐熱性、耐薬品性に優れ、且つ高強度で、各種の分野に使用できるということが述べられている。
【0005】
さらに、特開昭63−224714号公報には、中空糸からなる糸束の端部にエポキシ樹脂製のポッティング材を固着し、このポッティング材のシ−ル部材と接触する側の表層面にセラミック粉末を配合すると共に、反対側の面に金属製弾性部材を配設したガス分離装置が示されている。そしてこのガス分離装置は、高温、高圧の苛酷な条件下で使用しても、原料ガス通過室と透過ガスとを粒密状態で隔離することができることが述べられている。
【0006】
このように、高分子浸透膜をモジュール化した上記従来の高分子浸透膜組立体においては、高分子浸透膜の両端をそのままの状態で樹脂壁すなわちポッティング材の内部に直接埋設、固着させているが、これらの高分子浸透膜とポッティング材との間には、素材の違いによって膨張率や収縮率等に差があるため、装置を高温湿潤状態と低温乾燥状態とが繰り返されるような苛酷な条件下で使用する場合に、これらの高分子浸透膜とポッティング材との接着面が異なる変形を繰り返して剥離したり、それらの固着部分でポッティング材が隆起したり陥没したりして変形や微細なクラック等を生じ易く、その結果、高分子浸透膜とポッティング材との間のシ−ル性が不完全になり易いという問題点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的課題は、高分子浸透膜とポッティング材との間に膨張率や収縮率などの性状の違いがあっても、それらを剥離や変形等を生じないように確実かつ強固に固着することができる、耐久性とシール性とに勝れた高分子浸透膜組立体を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、選択透過性を有する高分子浸透膜の少なくとも一端部に、表面が金属メッキ層で被覆された取付部を形成し、この取付部に上記金属メッキ層を介して樹脂製のポッティング材を固着してなることを特徴とする高分子浸透膜組立体が提供される。
そのとき、上記高分子浸透膜がイオン交換樹脂からなっていて、上記金属メッキ層は、取付部の表面にイオン交換基を金属イオンで置換するイオン架橋処理を施したあと被設することが望ましい。
【0009】
上記構成を有する本発明の高分子浸透膜組立体は、高分子浸透膜の端部に金属メッキ層を介してポッティング材を固着したので、この金属メッキ層により接着性が高められてシール性が向上するだけでなく、高分子浸透膜の端部の機械的強度も大きくなる。このため、上記高分子浸透膜組立体を装置のハウジング内に組み込んで各種の流体処理に使用する場合に、上記高分子浸透膜がポッティング材に固着した部分以外で含水により膨潤したり、乾燥により収縮しても、該高分子浸透膜のポッティング材に固着した取付部においては、金属メッキ層によりその膨潤や収縮が確実に抑制され、剥離や、ポッティング材の変形によるクラック発生等が生じにくい。また、上記金属メッキ層により耐熱性も高められるため、自己反応熱の高いポッティング材と組み合わせて使用することもできる。
【0010】
すなわち本発明によれば、上記高分子浸透膜の膨張・収縮係数がポッティング材と大きく違っているとか、耐熱温度が低いとか、柔軟性が大きいとか、接着性が悪いといったような場合であっても、該高分子浸透膜を金属メッキ層の介在によってポッティング材に確実かつ強固に固着することができ、耐久性とシール性とに勝れた高分子浸透膜組立体を得ることができる。
【0011】
また、本発明によれば、イオン交換樹脂からなり選択透過性を有する高分子浸透膜の端部に、イオン交換基を金属イオンで置換するイオン架橋処理を施して、その表面にエッチング処理を施すことにより、硬質化されかつ接着性が高められた処理表面を有する取付部を形成し、この取付部に樹脂製のポッティング材を固着してなることを特徴とする高分子浸透膜組立体が提供される。
【0012】
このような高分子浸透膜組立体においても、高分子浸透膜の取付部における接着性と機械的強度とが高められているため、上記金属メッキ層を形成した場合と同様に、この高分子浸透膜をポッティング材に確実かつ強固に固着することができ、耐久性とシール性とに勝れた高分子浸透膜組立体を得ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の高分子浸透膜組立体を用いた流体処理装置を示すもので、この流体処理装置は、円筒形をしたハウジング1の内部に上記高分子浸透膜組立体2Aを組み込むことにより構成されている。
【0014】
上記ハウジング1は、円筒形をした外筒10と、この外筒10の軸方向両端部にそれぞれ螺着等の手段で取り付けられたヘッドキャップ11,12とにより構成されている。一方のヘッドキャップ11には、例えば水素ガスなどの被加湿用流体14を供給するための第1供給口13aが設けられ、他方のヘッドキャップ12には、加湿された被加湿用流体14を取り出すための第1排出口13bが設けられており、また、上記外筒10には、例えば水蒸気などの加湿用流体16を供給するための第2供給口15aと、該加湿用流体16を取り出すための第2排出口15bとが設けられている。
【0015】
上記高分子浸透膜組立体2Aは、中空糸状をした高分子浸透膜(中空糸膜)18を複数本円柱状に束ね、この膜束の両端部に、エポキシ樹脂やウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂からなるポッティング材19を短円柱状に固着したもので、このポッティング材19を円筒状のポッティングケース20内に密に嵌合して保持させると共に、このポッティングケース20を上記外筒10の端部に密嵌させて固定することにより、上記ハウジング1内に収容されている。
【0016】
上記高分子浸透膜すなわち中空糸膜18は、ガスや水蒸気あるいは液体等の流体を選択的に透過させ得るものであればどのような素材からなるものであっても良く、その素材としては、例えばポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、芳香族ポリアミド、芳香族ポリイミド、フッ素系のイオン交換性樹脂等の高分子材料が使用される。
【0017】
上記中空糸膜18の端部に上記ポッティング材19を固着するに当たっては、図2から分かるように、各中空糸膜18の端部に金属メッキ処理を施すことにより、内外両表面がニッケル等の金属メッキ層22で被覆された取付部18aを形成し、この取付部18aに上記金属メッキ層22を介して上記ポッティング材19を固着する。
【0018】
上記メッキの方法としては無電解メッキ法が好ましいが、電解メッキ法であっても、その他のメッキ法であっても良い。このような金属メッキ処理は次のよにして行われる。まず、中空糸膜18の取付部18aを金属錯体を含んだ水溶液中に浸漬させてこの金属錯体を膜表面に吸着させ、次に、吸着した金属錯体を還元剤により還元して上記取付部18aの内表面と外表面とに金属層を析出させ、そのあとに洗浄、乾燥して高温処理することにより、上記金属メッキ層22と中空糸膜18との密着性を高める。上記金属メッキ層22を更に成長させる場合は、上記金属錯体の吸着工程と還元剤による析出工程とを複数回繰り返せば良い。また、金属メッキ処理を行ったあと、例えば60〜200程度の熱処理を行って乾燥させることにより、中空糸膜18と金属メッキ層22との密着性を著しく向上させることができる。
【0019】
また、上記中空糸膜18を束ねた膜束の両端部にポッティング材19を固着する方法としては、例えば次のような方法がある。すなわち、上記膜束の金属メッキ処理された取付部18aを型内に収容し、この型を回転させて膜束の端部方向に遠心力を作用させながら、該型内に液状の熱硬化性樹脂を流入させて60〜100℃の温度に加熱し、硬化させることにより、上記膜束の端部に短円柱状をした上記ポッティング材19を固着する方法である。しかし、このように遠心力を作用させることなく、膜束の端部を液状の熱硬化性樹脂内に浸漬させて熱硬化させることにより、上記ポッティング材を固着することもできる。あるいは、樹脂で予め所要の形状に形成したポッティング材に、上記中空糸膜18の取付部18aを接着剤で固着することも可能である。
【0020】
上記構成を有する流体処理装置において、第1供給口13aから被加湿用流体14を供給すると共に、第2供給口15aから加湿用流体16を供給すると、上記被加湿用流体14は、各中空糸膜18内を流れて第1排出口13bから排出され、一方の加湿用流体16は、上記各中空糸膜18の間を流れて第2排出口15bから排出されるが、このとき該加湿用流体16の一部が中空糸膜18を透過して被加湿用流体14中に混合するため、加湿された被加湿用流体14が第1排出口13bから取り出される。なお、上記被加湿用流体14と加湿用流体16とが中空糸膜18を介して向流的に接触するように、上記第2供給口15aが第1排出口13b側に設けられ、第2排出口15bは第1供給口13側に設けられている。
【0021】
ここで、前記中空糸膜18が低い耐熱温度と膨潤し易い性質とを有する場合には、この中空糸膜18は、膨潤により径方向及び長手方向へ変形しようとし、使用温度が高ければさらに、軟化して内径方向へ一層変形しようとする。従って、該中空糸膜18の取付部18a、すなわちポッティング材19に埋設、固着された部分が、膨潤等により変形可能な状態になっていると、上記ポッティング材19の耐熱温度が低い場合、このポッティング材19が中空糸膜18の膨潤力を抑えることができなくなって隆起し、クラック発生の原因につながる。また、中空糸膜18が湿潤状態から乾燥状態へ変化した時、該中空糸膜18が収縮してポッティング材19から剥離したり、該ポッティング材19がその部分で陥没したりし易い。
【0022】
しかしながら、上記実施例においては、中空糸膜18が、取付部18aに被設した金属メッキ層22を介してポッティング材19に固着されているので、この金属メッキ層22によりポッティング材19との接着性が高められてシール性が向上するだけでなく、取付部18aの機械的強度も大きくなる。従って、この高分子浸透膜組立体2Aを装置のハウジング1内に組み込んで各種の流体処理に使用する場合に、上記中空糸膜18がポッティング材19に固着した部分以外で含水により膨潤したり、乾燥により収縮しても、ポッティング材19に固着した部分では金属メッキ層22によりその膨潤や収縮が確実に抑制され、相互剥離や、ポッティング材19の変形によるクラック発生等が生じにくい。
【0023】
また、上記高分子浸透膜組立体2Aの製造に当たって中空糸膜18の取付部18aにポッティング材19を固着する場合に、例えば該ポッティング材としてエポキシ樹脂を使用し、中空糸膜18の耐熱温度が低いような場合には、エポキシ樹脂は硬化時に自己発熱して硬化する性質があり、エポキシ樹脂の耐熱性を持たせようとすると自己発熱温度も高くなる傾向があるため、耐熱温度の低い中空糸膜18がエポキシ樹脂へ直接埋設されていると、該中空糸膜18の端部がエポキシ樹脂の自己発熱温度により熱分解を起こして発泡し、内部に巣ができた状態でエポキシ樹脂が硬化してしまい、シ−ル性が著しく低下する。
【0024】
しかしながら上記実施例においては、中空糸膜18の端部に金属メッキ層22を形成したことにより、この金属メッキ層22によって中空糸膜18の耐熱性が高められるため、自己反応熱の高いポッティング材であっても、それと組み合わせて使用することができる。
【0025】
上記中空糸膜18(高分子浸透膜)は、含フッ素系イオン交換樹脂で形成することもできる。この場合、含フッ素系イオン交換膜は透湿性に優れて膨潤収縮性を有するため、膜強度を高める目的で、中空糸膜18の上記取付部18aにイオン架橋処理を施し、そのあとに金属メッキ処理を施して金属メッキ層22を被覆することが望ましい。このように含フッ素系イオン交換膜の交換基金属イオンにて置換することにより、取付部18aの膜強度を高めて上述した膨潤収縮性を抑えることができる。なお、上記金属イオンによる置換によって中空糸膜18のポッティング材19に対する接着性は低下するが、その表面に上記金属メッキ層22を被覆することにより、上記接着性を確実に維持又は向上させることができる。
【0026】
上記金属イオンはどのような種類であっても良いが、最も効果的な金属イオンはカリウムイオンである。この場合には、上記中空糸膜18の取付部18aを水酸化カリウムの水溶液中に浸漬させてイオン交換基をカリウムイオンで置換し、水洗及び乾燥したあと、金属メッキ処理を施すことによってニッケル等の金属メッキ層22を形成する。そして、束ねた中空糸の上記取付部18aに上記ポッティング材を固着する。
【0027】
上記実施例では、中空糸膜18(高分子浸透膜)の取付部18aに金属メッキ層22を被覆したものについて示されているが、このような金属メッキ層22を被覆する代わりに、図3に示す第2実施例のように、中空糸膜18の取付部18aに、前述したような金属イオン架橋処理を施して、その表面に溶剤によるエッチング処理を施すことにより、硬質化されかつ接着性が高められた処理表面23を形成し、この取付部18aに樹脂製のポッティング材19を固着して高分子浸透膜組立体2Bを得ることもできる。
【0028】
上述した高分子浸透膜組立体2A,2Bを内蔵した流体処理装置は、例えば固体高分子型燃料電池本体や、固体高分子型燃料電池用加湿器等に好適に適用することができる。この固体高分子型燃料電池は、プロトン伝導性の固体高分子電解質膜を用いており、この固体高分子電解質膜は、前述した含フッ素系イオン交換膜と類似した物性を示すもので、プロトン伝導性を維持するために水分を外部より補給する必要があり、常時湿潤状態にある。また運転温度が100℃以下であるため、前記電解質膜の膨潤収縮挙動に対するシ−ルの安定性や耐熱性が必要となる。従って、前述したような表面処理を取付部18aに施すことにより、ポッティング材との接着性及び密着性を高めることができる。
しかし、上記高分子浸透膜組立体2Aは、その他の除湿器や加湿器、濃縮器、分離器、フィルタ−等にも使用できるものである。
【0029】
また、上記各実施例では、高分子浸透膜組立体2A,2Bが、中空糸状の高分子浸透膜18を使用し、束ねた中空糸膜18の両端にポッティング材19を、該中空糸膜18の両端が外部に開放するように固着して形成されているが、高分子浸透膜組立体の形態はこのようなものに限定されず、用途によって種々に異なるものである。例えば、上記中空糸膜18は一つであっても良い。また、上記取付部18aを中空糸膜18の一端側だけに形成し、これに上記ポッティング材19を固着する場合もある。あるいは、例えばガス分離用として使用する場合には、一端側のポッティング材19は中空糸膜18の端部が外部に開放するように固着し、他端側のポッティング材19は中空糸膜18の端部を塞ぐように固着することもある。
【0030】
さらには、上述したような中空糸状の高分子浸透膜を用いる代わりに、平膜状の高分子浸透膜を使用して高分子浸透膜組立体を形成することもできる。図4に示す第3実施例の高分子浸透膜組立体2Cは、平膜状をした高分子浸透膜30の端部に、上述した方法で得られる金属メッキ層22又は処理表面23を有する取付部30a形成し、この取付部30aにポッティング材19を固着したものである。この場合の高分子浸透膜30の形状は円形、矩形、あるいはその他の適宜形状とすることができ、また、上記取付部30a及びポッティング材19は、高分子浸透膜組立体2Cの用途に応じて高分子浸透膜30の全周に設けられるか、あるいは外周の一部だけに部分的に設けられる。また、上記高分子浸透膜30は、複数枚を重ねて用いることもでき、この場合、隣接する高分子浸透膜30,30は、用途に応じて相互に密着させて配置することも、相互間に一定の間隔を保って配置することもある。
【0031】
図5に示す第4実施例の高分子浸透膜組立体2Dは、平膜状をした高分子浸透膜30を複数枚積層して積層体33とすると共に、この積層体33の端部に、上述した金属メッキ層22か又は処理表面23を有する取付部33aを形成し、この取付部33aにポッティング材19を固着したものである。この場合にも、上記取付部33a及びポッティング材19は、積層体33の全周に設けられることも、部分的に設けられることもある。
【0032】
図6及び図7に示す第5実施例の高分子浸透膜組立体2Eは、高分子浸透膜35を渦巻き状に巻いて形成したものである。この高分子浸透膜35は、筒を扁平化した形に形成されていて、図8に示すように、その筒の開口36を軸線方向に向けた状態で渦巻き状に巻かれ、軸線方向の少なくとも一端に上述した金属メッキ層22か又は処理表面23を有する取付部35aが形成されると共に、ポッティング材19が固着されている。
上記高分子浸透膜35は、一枚の膜材で筒状に形成しても良いが、図8に示すように、二枚の矩形の膜材37a,37bを重ねて相対する二つの辺同士を相互に接着一体化することで扁平筒状に形成しても良い。
【0033】
【発明の効果】
このように本発明によれば、高分子浸透膜ととの間に膨張率や収縮率などの性状の違いがあっても、それらを剥離や変形等を生じないように確実かつ強固に固着することができ、これによって耐久性とシール性とに勝れた高分子浸透膜組立体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る高分子浸透膜組立体を用いた除湿装置の断面図である。
【図2】上記高分子浸透膜組立体の要部拡大断面図である。
【図3】高分子浸透膜組立体の第2実施例を示す要部拡大断面図である。
【図4】高分子浸透膜組立体の第3実施例を示す要部拡大断面図である。
【図5】高分子浸透膜組立体の第4実施例を示す要部拡大断面図である。
【図6】高分子浸透膜組立体の第5実施例を示す要部拡大断面図である。
【図7】図6のA−A線での断面図である。
【図8】図7の展開斜視図である。
【符号の説明】
2A,2B,2C,2D,2E 高分子浸透膜組立体
18,30,35 高分子浸透膜
18a,30a,33a,35a 取付部
19 ポッティング材
22 メッキ層
23 処理表面
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polymer permeable membrane assembly, and more particularly to a polymer permeable membrane assembly used for a dehumidifier, a humidifier, a concentrator, a separator, a filter, a fuel cell, and the like.
[0002]
[Prior art]
This type of polymer permeable membrane can be divided into reverse osmosis membranes, ultrafiltration membranes, microfiltration membranes, gas separation membranes, dialysis membranes, etc., depending on their functions. Although it is used for processing, it needs to be modularized when incorporated into the housing. Further, the shape of the osmotic membrane includes a flat membrane shape, a hollow fiber shape, a spiral shape, a laminated shape, a composite membrane shape, and the like, and the form of the module varies depending on the form of the membrane.
[0003]
As a specific example of modularizing the polymer permeable membrane, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-74434 discloses that both ends of a yarn bundle formed by bundling a plurality of hollow fibers for gas separation are thermosetting. A yarn bundle element is formed by embedding and fixing integrally in a resin wall centrifugally molded with an epoxy resin, and this yarn bundle element is incorporated in a housing by the resin wall.
[0004]
In JP-A-1-254209, a plurality of hollow fiber membranes are loaded into a housing made of heat-resistant engineering plastics, and both ends of the hollow fiber membranes are mixed with a polyamide-based curing agent and an epoxy resin. A hollow fiber type module structure is disclosed which is fixed in a flow-tight manner to the housing by a potting material formed as described above. It is stated that this module structure is excellent in heat resistance and chemical resistance and has high strength and can be used in various fields.
[0005]
Further, JP-A-63-224714 discloses that a potting material made of epoxy resin is fixed to an end portion of a yarn bundle made of hollow fibers, and a ceramic is formed on the surface layer surface of the potting material on the side in contact with the seal member. A gas separation device in which powder is blended and a metal elastic member is disposed on the opposite surface is shown. It is stated that this gas separation device can isolate the raw material gas passage chamber and the permeate gas in a dense state even when used under severe conditions of high temperature and high pressure.
[0006]
As described above, in the conventional polymer permeable membrane assembly in which the polymer permeable membrane is modularized, both ends of the polymer permeable membrane are directly embedded and fixed inside the resin wall, that is, the potting material as it is. However, since there is a difference in expansion rate and shrinkage rate between these polymer permeable membranes and potting materials due to the difference in materials, the device is severely subjected to repeated high temperature wet state and low temperature dry state. When used under conditions, the polymer osmotic membrane and the potting material may be repeatedly deformed with different adhesion surfaces, or the potting material may be raised or depressed at the fixed portion to cause deformation or fineness. As a result, there is a problem that the sealing property between the polymer permeable membrane and the potting material tends to be incomplete.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The technical problem of the present invention is that the polymer permeable membrane and the potting material are securely and firmly fixed so that they do not peel or deform even if there is a difference in properties such as expansion coefficient or contraction ratio. It is an object of the present invention to provide a polymer permeable membrane assembly that is excellent in durability and sealability.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, according to the present invention, a mounting portion whose surface is coated with a metal plating layer is formed on at least one end of a polymer permeable membrane having selective permeability, and the metal plating is formed on the mounting portion. A polymer permeable membrane assembly is provided, wherein a resin potting material is fixed through a layer.
At this time, it is desirable that the polymer permeable membrane is made of an ion exchange resin, and the metal plating layer is provided after an ion cross-linking treatment for substituting the ion exchange groups with metal ions on the surface of the attachment portion. .
[0009]
In the polymer permeable membrane assembly of the present invention having the above configuration, since the potting material is fixed to the end of the polymer permeable membrane via the metal plating layer, the adhesion is enhanced by the metal plating layer and the sealing property is improved. In addition to the improvement, the mechanical strength of the end portion of the polymer permeable membrane is also increased. For this reason, when the polymer permeable membrane assembly is incorporated in the housing of the apparatus and used for various fluid treatments, the polymer permeable membrane swells with water other than the portion where the polymer permeable membrane is fixed to the potting material, or is dried. Even when contracted, in the attachment portion fixed to the potting material of the polymer permeable membrane, swelling and contraction are reliably suppressed by the metal plating layer, and peeling and cracking due to deformation of the potting material are unlikely to occur. Moreover, since heat resistance is also improved by the said metal plating layer, it can also be used in combination with a potting material with high self-reaction heat.
[0010]
That is, according to the present invention, the expansion / contraction coefficient of the polymer permeable membrane is greatly different from that of the potting material, the heat resistant temperature is low, the flexibility is large, or the adhesiveness is poor. In addition, the polymer permeable membrane can be securely and firmly fixed to the potting material by interposing the metal plating layer, and a polymer permeable membrane assembly excellent in durability and sealing performance can be obtained.
[0011]
Further, according to the present invention, the surface of the polymer permeable membrane made of an ion exchange resin and selectively permeable is subjected to ion cross-linking treatment for substituting ion exchange groups with metal ions, and the surface is subjected to etching treatment . Thus, a polymer permeable membrane assembly is provided, in which a mounting portion having a hardened and improved adhesion surface is formed, and a resin potting material is fixed to the mounting portion. Is done.
[0012]
In such a polymer permeable membrane assembly, since the adhesion and mechanical strength at the attachment portion of the polymer permeable membrane are enhanced, this polymer permeable membrane is formed in the same manner as when the metal plating layer is formed. The membrane can be securely and firmly fixed to the potting material, and a polymer permeable membrane assembly excellent in durability and sealing performance can be obtained.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a fluid treatment apparatus using a polymer permeable membrane assembly of the present invention. This fluid treatment apparatus is constructed by incorporating the polymer permeable membrane assembly 2A in a cylindrical housing 1. It is configured.
[0014]
The housing 1 includes a cylindrical outer cylinder 10 and head caps 11 and 12 attached to both axial ends of the outer cylinder 10 by means such as screwing. One head cap 11 is provided with a first supply port 13 a for supplying a humidifying fluid 14 such as hydrogen gas, and the other head cap 12 takes out the humidified humidifying fluid 14. A first discharge port 13b is provided, and the outer cylinder 10 is provided with a second supply port 15a for supplying a humidifying fluid 16 such as water vapor, and for taking out the humidifying fluid 16. The second discharge port 15b is provided.
[0015]
In the polymer permeable membrane assembly 2A, a plurality of polymer permeable membranes (hollow fiber membranes) 18 each having a hollow fiber shape are bundled in a cylindrical shape, and thermosetting properties such as epoxy resin and urethane resin are provided at both ends of the membrane bundle. A potting material 19 made of resin is fixed in a short columnar shape, and the potting material 19 is closely fitted and held in a cylindrical potting case 20, and the potting case 20 is held at the end of the outer cylinder 10. It is accommodated in the housing 1 by being closely fitted and fixed to the part.
[0016]
The polymer permeable membrane, that is, the hollow fiber membrane 18 may be made of any material as long as it can selectively permeate fluid such as gas, water vapor, or liquid. Polymer materials such as polypropylene, polyacrylonitrile, aromatic polyamide, aromatic polyimide, and fluorine ion exchange resin are used.
[0017]
In fixing the potting material 19 to the end portion of the hollow fiber membrane 18, as can be seen from FIG. 2, by performing metal plating on the end portion of each hollow fiber membrane 18, both the inner and outer surfaces are made of nickel or the like. A mounting portion 18 a covered with the metal plating layer 22 is formed, and the potting material 19 is fixed to the mounting portion 18 a via the metal plating layer 22.
[0018]
The plating method is preferably an electroless plating method, but may be an electrolytic plating method or another plating method. Such metal plating is performed as follows. First, the attachment portion 18a of the hollow fiber membrane 18 is immersed in an aqueous solution containing a metal complex so that the metal complex is adsorbed on the surface of the membrane, and then the adsorbed metal complex is reduced with a reducing agent to reduce the attachment portion 18a. By depositing a metal layer on the inner surface and the outer surface of the substrate, and then washing, drying and high-temperature treatment, the adhesion between the metal plating layer 22 and the hollow fiber membrane 18 is enhanced. When the metal plating layer 22 is further grown, the metal complex adsorption step and the reducing agent precipitation step may be repeated a plurality of times. Moreover, after performing a metal plating process, the adhesiveness of the hollow fiber membrane 18 and the metal plating layer 22 can be remarkably improved, for example, by performing a heat treatment of about 60 to 200 and drying.
[0019]
Further, as a method for fixing the potting material 19 to both ends of the membrane bundle in which the hollow fiber membranes 18 are bundled, for example, the following method is available. That is, the metal bundle-treated mounting portion 18a of the membrane bundle is accommodated in a mold, and the mold is rotated to apply a centrifugal force in the direction of the end of the membrane bundle while liquid thermosetting is performed in the mold. This is a method of fixing the potting material 19 having a short columnar shape to the end of the membrane bundle by injecting resin and heating to a temperature of 60 to 100 ° C. to cure. However, the potting material can also be fixed by immersing the end of the membrane bundle in a liquid thermosetting resin and thermosetting it without applying centrifugal force. Alternatively, it is possible to fix the mounting portion 18a of the hollow fiber membrane 18 with an adhesive to a potting material formed in advance in a required shape with a resin.
[0020]
In the fluid processing apparatus having the above-described configuration, when the humidifying fluid 14 is supplied from the first supply port 13a and the humidifying fluid 16 is supplied from the second supply port 15a, the humidifying fluid 14 is connected to each hollow fiber. One of the humidification fluids 16 flows between the hollow fiber membranes 18 and is discharged from the second discharge port 15b through the membrane 18 and is discharged from the first discharge port 13b. Since a part of the fluid 16 passes through the hollow fiber membrane 18 and is mixed into the humidified fluid 14, the humidified humidified fluid 14 is taken out from the first outlet 13b. The second supply port 15a is provided on the first discharge port 13b side so that the humidifying fluid 14 and the humidifying fluid 16 are in countercurrent contact with each other via the hollow fiber membrane 18, and a second The discharge port 15b is provided on the first supply port 13 side.
[0021]
Here, in the case where the hollow fiber membrane 18 has a low heat-resistant temperature and a property that easily swells, the hollow fiber membrane 18 tends to deform in the radial direction and the longitudinal direction due to swelling, and if the use temperature is high, Softens and tries to further deform in the inner diameter direction. Therefore, if the mounting portion 18a of the hollow fiber membrane 18, that is, the portion embedded and fixed in the potting material 19 is in a deformable state due to swelling or the like, if the heat resistant temperature of the potting material 19 is low, The potting material 19 can no longer suppress the swelling force of the hollow fiber membrane 18 and rises, leading to the occurrence of cracks. Further, when the hollow fiber membrane 18 is changed from a wet state to a dry state, the hollow fiber membrane 18 is contracted and peeled off from the potting material 19 or the potting material 19 is easily depressed.
[0022]
However, in the above embodiment, since the hollow fiber membrane 18 is fixed to the potting material 19 via the metal plating layer 22 provided on the mounting portion 18a, the metal plating layer 22 adheres to the potting material 19. Not only improves the sealing performance but also increases the mechanical strength of the mounting portion 18a. Therefore, when this polymer permeable membrane assembly 2A is incorporated into the housing 1 of the apparatus and used for various fluid treatments, the hollow fiber membrane 18 swells with water other than the portion fixed to the potting material 19, Even if it shrinks due to drying, the metal plating layer 22 reliably suppresses swelling and shrinkage at the portion fixed to the potting material 19, and it is difficult for mutual peeling and cracking due to deformation of the potting material 19 to occur.
[0023]
Further, when the potting material 19 is fixed to the attachment portion 18a of the hollow fiber membrane 18 in the production of the polymer permeable membrane assembly 2A, for example, an epoxy resin is used as the potting material, and the heat resistance temperature of the hollow fiber membrane 18 is increased. In low cases, the epoxy resin has a property of self-heating during curing, and the self-heating temperature tends to increase if the epoxy resin has heat resistance. When the membrane 18 is directly embedded in the epoxy resin, the end of the hollow fiber membrane 18 is thermally decomposed by the self-heating temperature of the epoxy resin and foams, and the epoxy resin is cured in a state where a nest is formed inside. As a result, the sealing property is significantly reduced.
[0024]
However, in the above embodiment, since the metal plating layer 22 is formed at the end of the hollow fiber membrane 18 and the heat resistance of the hollow fiber membrane 18 is enhanced by the metal plating layer 22, the potting material having a high self-reaction heat. Even so, it can be used in combination with it.
[0025]
The hollow fiber membrane 18 (polymer permeable membrane) can also be formed of a fluorine-containing ion exchange resin. In this case, since the fluorine-containing ion exchange membrane has excellent moisture permeability and swelling / shrinkability, the attachment portion 18a of the hollow fiber membrane 18 is subjected to ion cross-linking treatment for the purpose of increasing membrane strength, and then metal plating is performed. It is desirable to apply a treatment to cover the metal plating layer 22. Thus, by replacing the exchange group of the fluorine-containing ion exchange membrane with metal ions, the membrane strength of the attachment portion 18a can be increased and the above-described swelling and shrinkage can be suppressed. In addition, although the adhesiveness with respect to the potting material 19 of the hollow fiber membrane 18 falls by substitution with the said metal ion, the said adhesiveness can be maintained or improved reliably by coat | covering the said metal plating layer 22 on the surface. it can.
[0026]
The metal ion may be of any kind, but the most effective metal ion is potassium ion. In this case, the mounting portion 18a of the hollow fiber membrane 18 is immersed in an aqueous solution of potassium hydroxide to replace the ion exchange groups with potassium ions, washed with water and dried, and then subjected to a metal plating process to obtain nickel or the like. The metal plating layer 22 is formed. And the said potting material adheres to the said attaching part 18a of the bundled hollow fiber.
[0027]
In the above embodiment, the attachment portion 18a of the hollow fiber membrane 18 (polymer permeable membrane) is coated with the metal plating layer 22, but instead of coating such a metal plating layer 22, FIG. As shown in the second embodiment, the mounting portion 18a of the hollow fiber membrane 18 is subjected to the metal ion cross-linking treatment as described above , and the surface thereof is subjected to an etching treatment with a solvent so as to be hardened and adhesive. The polymer treated membrane assembly 2B can be obtained by forming the treated surface 23 having an increased thickness and attaching the resin potting material 19 to the mounting portion 18a.
[0028]
The fluid treatment apparatus incorporating the polymer permeable membrane assemblies 2A and 2B described above can be suitably applied to, for example, a solid polymer fuel cell main body, a solid polymer fuel cell humidifier, and the like. This solid polymer fuel cell uses a proton-conducting solid polymer electrolyte membrane, and this solid polymer electrolyte membrane has physical properties similar to those of the above-described fluorine-containing ion exchange membrane. In order to maintain the nature, it is necessary to replenish moisture from the outside, and it is always wet. Further, since the operating temperature is 100 ° C. or lower, the stability and heat resistance of the seal against the swelling and shrinkage behavior of the electrolyte membrane are required. Therefore, the adhesion and adhesion to the potting material can be improved by applying the surface treatment as described above to the mounting portion 18a.
However, the polymer permeable membrane assembly 2A can be used for other dehumidifiers, humidifiers, concentrators, separators, filters, and the like.
[0029]
In each of the above embodiments, the polymer permeable membrane assemblies 2A and 2B use the hollow fiber-shaped polymer permeable membrane 18, and the potting material 19 is attached to both ends of the bundled hollow fiber membranes 18, and the hollow fiber membrane 18 However, the form of the polymer permeable membrane assembly is not limited to this, and varies depending on the application. For example, the number of the hollow fiber membrane 18 may be one. In some cases, the mounting portion 18a is formed only on one end side of the hollow fiber membrane 18, and the potting material 19 is fixed thereto. Alternatively, for example, when used for gas separation, the potting material 19 on one end side is fixed so that the end of the hollow fiber membrane 18 is open to the outside, and the potting material 19 on the other end side is attached to the hollow fiber membrane 18. It may be fixed so as to close the end.
[0030]
Furthermore, instead of using the hollow fiber polymer permeable membrane as described above, a polymer permeable membrane assembly can be formed using a flat membrane polymer permeable membrane. The polymer permeable membrane assembly 2C of the third embodiment shown in FIG. 4 has an attachment having a metal plating layer 22 or a treated surface 23 obtained by the above-described method at the end of a flat polymer permeable membrane 30. A portion 30a is formed, and the potting material 19 is fixed to the mounting portion 30a. The shape of the polymer permeable membrane 30 in this case can be circular, rectangular, or any other appropriate shape, and the mounting portion 30a and the potting material 19 can be used depending on the application of the polymer permeable membrane assembly 2C. It is provided on the entire periphery of the polymer permeable membrane 30 or partially on only a part of the outer periphery. Further, the polymer permeable membrane 30 may be used in a plurality of layers. In this case, the adjacent polymer permeable membranes 30 and 30 may be arranged in close contact with each other depending on the use. In some cases, they are arranged at regular intervals.
[0031]
A polymer permeable membrane assembly 2D of the fourth embodiment shown in FIG. 5 is formed by laminating a plurality of flat polymer permeable membranes 30 to form a laminated body 33, and at the end of the laminated body 33, A mounting portion 33a having the metal plating layer 22 or the processing surface 23 is formed, and the potting material 19 is fixed to the mounting portion 33a. Also in this case, the mounting portion 33a and the potting material 19 may be provided on the entire circumference of the laminated body 33 or may be provided partially.
[0032]
The polymer permeable membrane assembly 2E of the fifth embodiment shown in FIGS. 6 and 7 is formed by winding a polymer permeable membrane 35 in a spiral shape. The polymer permeable membrane 35 is formed in a flattened shape. As shown in FIG. 8, the polymer permeable membrane 35 is wound in a spiral shape with the opening 36 of the cylinder facing the axial direction, and at least the axial direction A mounting portion 35a having the metal plating layer 22 or the processing surface 23 described above is formed at one end, and the potting material 19 is fixed.
The polymer permeable membrane 35 may be formed of a single membrane material into a cylindrical shape, but as shown in FIG. 8, two rectangular membrane materials 37a and 37b are stacked to face each other. May be formed in a flat cylindrical shape by bonding and integrating each other.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even if there is a difference in properties such as expansion coefficient and contraction ratio between the polymer permeable membrane and the polymer permeable membrane, they are securely and firmly fixed so as not to cause peeling or deformation. In this way, a polymer permeable membrane assembly having excellent durability and sealing performance can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a dehumidifying device using a polymer permeable membrane assembly according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the polymer permeable membrane assembly.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a second embodiment of the polymer permeable membrane assembly.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a third embodiment of the polymer permeable membrane assembly.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a fourth embodiment of the polymer permeable membrane assembly.
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a fifth embodiment of the polymer permeable membrane assembly.
7 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
8 is a developed perspective view of FIG. 7. FIG.
[Explanation of symbols]
2A, 2B, 2C, 2D, 2E Polymer permeable membrane assembly 18, 30, 35 Polymer permeable membrane 18a, 30a, 33a, 35a Mounting portion 19 Potting material 22 Plating layer 23 Treatment surface

Claims (3)

選択透過性を有する高分子浸透膜の端部に、表面が金属メッキ層で被覆された取付部を形成し、この取付部に上記金属メッキ層を介して樹脂製のポッティング材を固着してなることを特徴とする高分子浸透膜組立体。  A mounting portion whose surface is covered with a metal plating layer is formed at the end of the polymer permeable membrane having permselectivity, and a resin potting material is fixed to the mounting portion via the metal plating layer. A polymer permeable membrane assembly characterized by that. イオン交換樹脂からなり選択透過性を有する高分子浸透膜の端部に、イオン交換基を金属イオンで置換するイオン架橋処理を施して、その表面にエッチング処理を施すことにより、硬質化されかつ接着性が高められた処理表面を有する取付部を形成し、この取付部に樹脂製のポッティング材を固着してなることを特徴とする高分子浸透膜組立体。The end of the polymer permeable membrane made of ion exchange resin and selectively permeable is subjected to ion cross-linking treatment to replace the ion exchange group with metal ions, and the surface is etched to make it hard and adhere. A polymer permeable membrane assembly comprising: a mounting portion having a treated surface with improved properties; and a resin potting material fixed to the mounting portion. 上記高分子浸透膜がイオン交換樹脂からなっていて、
上記金属メッキ層が、イオン交換基を金属イオンで置換するイオン架橋処理を施した上記端部の表面に被設されていることを特徴とする請求項1に記載の高分子浸透膜組立体。
The polymer permeable membrane is made of an ion exchange resin,
2. The polymer permeable membrane assembly according to claim 1, wherein the metal plating layer is provided on the surface of the end portion subjected to ion crosslinking treatment for substituting ion exchange groups with metal ions . 3.
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