中空絲膜組件的製作方法
2023-06-28 23:09:01
專利名稱：中空絲膜組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於利用中空絲膜處理液體的中空絲膜組件。詳細地講，本發明涉及可在血液的透析中使用、或在汙水、廢水等水的淨化中使用的中空絲膜組件。
背景技術：
如平常所知道的，例如，在血液的透析中，使用了中空絲膜(半透膜)的中空絲膜組件被廣泛使用。這種中空絲膜組件具有，在一端部具備處理液的入口孔、而在另一端具備處理液的出口孔的套筒，被內裝在該套筒中的中空絲膜束，以及將該中空絲膜束在各端部固定在套筒的內壁上的注封層(potting layers)；且在使透析液從入口孔向出口孔在套筒內流通的同時，使血液從出口孔側向入口孔側在中空絲膜內流通，以進行血液的透析(參照日本實公平7-37700號公報)。
但是，如上述的中空絲膜組件，是通過在由聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚酯、聚碳酸酯、或者ABS(丙烯睛-丁二烯-苯乙烯)等塑料構成的套筒內貫穿比該套筒的長度略長的中空絲膜束，將所貫穿的中空絲膜束的兩端部用聚氨酯或矽樹脂等高分子材料注封固定，然後用鋒利的刃具將其注封端部切斷，在注封端面使中空絲膜開口，並覆蓋包圍開口部整體的端蓋而得到的。在該中空絲膜組件中，注封部形成注封層，但在切斷注封端部時，會對注封層附加使其自套筒剝離的力，在套筒是由上述塑料中的聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯等接合性不強的塑料構成的情況下，有時注封層會從套筒剝離、或脫落等。
還提出了在中空絲膜束的兩端部設置由套筒之外的筒體構成的中空絲膜束保持體，將該中空絲膜束保持體接合到套筒的內壁上的方案，但因為該保持體是用於支撐中空絲膜束以免紊亂的，所以對於注封層的剝離、脫落效果不充分。並且，當注封層從套筒剝離但還未到脫落時，例如在用於血液的透析的情況下，透析液和血液會混合，致使不能進行正常的透析操作，只好作為不良品廢棄。另外，因為必須製作套筒之外的中空絲膜束保持體，並預先配設在殼體內，所以，會由於部件數量的增加、組裝工時的增加導致中空絲膜組件的製造成本高漲。
發明內容
因此本發明的目的在於提供一種特別是能夠防止在注封端部的切斷之際注封層從套筒剝離、脫落等情況的廉價的中空絲膜組件。
本發明是為實現上述目的而提出的，本發明的中空絲膜組件，具有套筒、內裝於該套筒的中空絲膜束、將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內壁上的注封層(potting layer)，並且使具有沿相對於套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒(baffle cylinder)內嵌在上述注封層中而成的中空絲膜組件。
更具體地講，本發明的中空絲膜組件的優選的一個方案，是具備在一端部具有處理液的入口孔、而在另一端部具有處理液的出口孔的套筒，內裝於該套筒的中空絲膜束，將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定於套筒的內壁上的注封層，設置在上述套筒的一端部、具有被處理液的出口孔的端蓋，設置在上述套筒的另一端部、具有被處理液的入口孔的端蓋；並且使具有沿相對於套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內嵌在上述注封層中而成的中空絲膜組件。這種情況下，也可以將設在套筒的一端部的端蓋上的被處理液的出口孔作為被處理液的入口孔，將設在另一端部的端蓋上的被處理液的入口孔作為被處理液的出口孔。
另外，本發明的中空絲膜組件的優選的另一個方案，是具備在一端部具有被處理液的入口孔、而在另一端部具有被處理液的出口孔的套筒，內裝於該套筒的中空絲膜束、將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定於套筒的內壁上的注封層、設置在上述套筒的一端部並具有處理液的出口孔的端蓋、設置在上述套筒的另一端部並具有處理液的入口孔的端蓋；並且使具有沿相對於套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內嵌在上述注封層中而成的中空絲膜組件。這種情況下，也可以將設在套筒的一端部的端蓋上的處理液的出口孔作為處理液的入口孔，將設在另一端部的端蓋上的處理液的入口孔作為處理液的出口孔。
在上述的中空絲膜組件中，可以使障筒的狹縫以形成以套筒的筒軸為旋轉軸的螺旋的一部分的方式延伸。另外，還可以將狹縫在障筒的周向方向上設置多個、或將該多個狹縫平均分配在障筒的周向方向上。
在本發明的中空絲膜組件中，因為使具備沿相對於套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內嵌在將中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內壁上的注封層中，例如，在套筒內貫穿比該套筒的長度略長的中空絲膜束，在用高分子材料將貫穿後的中空絲膜束的兩端注封形成注封層後，用鋒利的刃具將注封端部切斷，使中空絲膜在注封端面開口時，即使在注封層上附加有使其從套筒剝離的力也能夠使該力分散在周向方向，從而能夠防止注封層從套筒剝離、脫落等。
本發明的中空絲膜組件，由於上述原因，除了可如上所述用作血液的透析之外，還能夠用於廢水的淨化、飲料水的製造、燃料電池的加溼裝置等廣泛的用途中。
圖1是表示本發明的一實施方案的中空絲膜組件的圖，是表示作為血液透析使用的情況下的中空絲膜組件的概略縱剖面圖。
圖2是表示在圖1中所示的中空絲膜組件中、處理液出口孔側的一端部的概略局部縱剖面圖。
圖3是表示在圖2所示的中空絲膜組件的處理液出口孔側的一端部中、除去注封層及中空絲膜束後的狀態的端部的概略局部縱剖面圖。
圖4是圖3所示的障筒的展開圖。
具體實施例方式
首先，根據附圖對本發明的中空絲膜組件進行說明。
圖1是對將本發明的中空絲膜組件使用在血液的透析中的情況的一例進行表示的圖。在圖1中，中空絲膜組件具備在一端部具有處理液的入口孔1、而在另一端部具有處理液的出口孔2、由聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯等塑料構成的套筒3，內裝於該套筒3、將多個中空絲膜(半透膜)沿一個方向(套筒3的筒軸方向)拉齊而成的中空絲膜束4，以及將該中空絲膜束4在各端部固定於套筒3的內壁上、由聚氨酯、矽樹脂、或環氧樹脂等高分子材料(換言之，2液混合型的高分子粘結劑)注封而成的注封層5、6。另外，在圖1中，在套筒3的另一端部上，嵌設有具備作為被處理液的血液的入口孔7的端蓋8，在其相反側的一端部上嵌設有具備血液的出口孔9的端蓋10。這些端蓋8、10也可以用與套筒3相同的材料構成。
圖2是表示圖1所示的中空絲膜組件中處理液的出口孔2側的一端部的圖。在圖2中，在注封層6中內嵌有具備沿相對於套筒3的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫11的障筒12。這種情況下，也可以將障筒作為套筒3的一部分一體成型並使其內嵌。
該障筒12，在注封聚氨酯、矽樹脂或環氧樹脂等高分子材料時被內嵌在注封層6內，而在該例中，是障筒12的端蓋8側的一部分被內嵌在注封層6中，在該內嵌的部分中，在狹縫11中填充有注封材料。
圖3是為了該障筒12的結構的理解，對圖2所示的套筒3的出口孔2側的端部除去注封層6及中空絲膜束4後進行圖示的圖。雖然在圖2和圖3中，是對處理液的出口孔2側顯示套筒3的端部，但套筒3的入口孔1側的端部也是完全同樣地構成的。
在這種中空絲膜組件中，血液的透析如下所述地進行。即，可以通過使作為處理液的透析液從入口孔1向出口孔2在套筒3內流通，同時使作為被處理液的血液從端蓋8的入口孔7向端蓋10的出口孔9流過中空絲膜內以進行血液的透析。
在上述中，障筒也可以使其所有的部分都內嵌在注封層中。只是在如上所述的例子中，若預先使端蓋側的一部分內嵌在注封層中，使餘下的部分在套筒內露出，則可通過對狹縫的形狀、配置等加以研究而獲得流經套筒內的處理液的整流作用。另外，從降低製造成本的觀點出發，更優選障筒與套筒一體成型。但是，如果將與套筒分開地形成的障筒通過焊接等牢固地固接在套筒上，雖然製造成本提高，但也能夠獲得同樣的效果。
設在障筒上的狹縫的形狀，只要沿相對於套筒的筒軸傾斜的方向延伸，任意形狀均可。如圖2和圖3所示，如果預先使內嵌在注封層中的部分比其他部分形成得更寬，增大填充的注封材料的量，則在提高剝離強度方面更為有利，但也可以作為同樣寬度來形成。另外，也可以形成以套筒的筒軸為螺旋軸的螺旋的一部分而使其延伸。
另外，狹縫的數量沒有特別的限定，但從套筒的成形性或機械強度、及處理液的整流作用等考慮，更優選為6個到12個左右。在上述的例子中，使多個狹縫分散配置在障筒的周向方向，但也可以設置以套筒的筒軸為軸螺旋狀地延伸的1個狹縫。在設置多個狹縫的情況下，這些狹縫既可以平均分配在障筒的周向方向，也可以以任意的間隔非平均地配置。重要的是，只要狹縫沿相對於套筒的筒軸傾斜的方向延伸即可。但是，優選為在入口孔1的正下方處沒有狹縫。這是出於以免從入口孔1流入的處理液直接衝擊到中空絲膜上的考慮，這在中空絲膜型透析器中是眾所周知的結構。
另外，相對於套筒的筒軸平行的狹縫，在射出成型模具的構造上，與套筒一體成型非常困難，會因為產生將障筒作為分離的部件進行製造的必要而導致製造成本的上升，因此不是本發明意義上的沿傾斜方向延伸的狹縫。
圖4是表示將圖3所示的障筒12展開後的圖像的圖。在圖4中，狹縫11的傾斜角度θ，為了在與套筒3筒軸方向拉齊的中空絲膜和中空絲膜之間，使作為處理液的透析液在套筒3的周向方向無遺漏地浸入套筒3內部，優選設置θ＝15～60°左右，從套筒的成型性或機械強度、以及處理液的整流作用等考慮，進一步優選設置θ＝30～45°。另外，作為與筒軸傾斜相交的方向，無論左旋還是右旋沒有太大差別。另外，通過使處於障筒12的蔭處部分的中空絲膜的根數、即未面對狹縫11的中空絲膜的根數減少，能夠有助於處理液向套筒3內部浸入。
另外，為了能夠對從入口孔7流入的處理液整流，大致均等地分配於中空絲膜束，優選通過由計算機進行的流體解析等，將各個狹縫的寬度尺寸W分別地設定在0.5mm～3mm的範圍內。
若使具有上述那樣的狹縫的障筒內嵌在注封層中，當在注封層上施加使其自套筒剝離的力時，該力會被向周向方向分散，除了能夠防止注封層從套筒剝離、脫落等以外，還能夠獲得處理液的整流效果。
在上述的例子中，處理液流和被處理液流被設為相向流動，但也可以設為同一方向。具體地講，在圖1中的中空絲膜組件中，也可以將設在套筒3的一端部的端蓋10上的被處理液的出口孔9設為被處理液的入口孔，反之將設在另一端部的端蓋8上的被處理液的入口孔7設為被處理液的出口孔。
另外，也可以使被處理液在中空絲膜的外側流通，使處理液流通於中空絲膜內。具體地講，在圖1的中空絲膜組件中，也可以在使被處理液從入口孔1向出口孔2流通在套筒內的同時，使處理液從端蓋8的入口孔7向端蓋10的出口孔9流通經過中空絲膜內。
本發明的中空絲膜組件中所使用的中空絲膜沒有特別限定，但最好使用由丙烯酸、聚碸、聚醚碸、纖維素、三醋酸酯、聚乙烯、聚丙烯等材料構成的中空絲膜。
在製造本發明的中空絲膜組件時，例如，如日本特公昭63-17464號公報等所公開的，順著套筒的筒軸方向將中空絲膜束填裝在套筒的內部，將中空絲膜束在套筒的兩開口部用注封材料粘結密封形成注封層。另外，因為內嵌在套筒的障筒的傾斜狹縫不平行於套筒的筒軸，所以在填裝中空絲膜束時，中空絲膜不會從狹縫竄出來，能夠順利地填裝中空絲膜束。再者，在填裝後也能夠不使中空絲膜束紊亂地支撐中空絲膜束。
如上述所形成的注封層，在其固化後，用鋒利的刃具將其外端部切斷，使中空絲膜在由注封材料構成的注封層的端面開口，並使其在表面露出。然後，將用於形成集流腔的端蓋通過超聲波接合等分別接合在套筒的兩端部上，從而可獲得本發明的中空絲膜組件。
本發明的中空絲膜組件，除了如上所述作為血液的透析使用以外，也可以在廢水的淨化、飲料水的製造、及燃料電池的加溼裝置等中使用。
如上所述，在將本發明的中空絲膜組件用作血液的透析的情況下，被處理液為血液，且處理液為透析液。另外，在將本發明的中空絲膜組件用作廢水的淨化、飲料水的製造、或燃料電池的加溼裝置的情況下，處理液為原始的汙水、或空氣，被處理液相當於經過淨化後的乾淨水、空氣。
實施例本發明的發明者們，在製作圖1所示的血液的透析用的中空絲膜組件時，將套筒的材質選為チツソ(株)的無規聚合物系聚丙烯(商品名チツソポリプロXK4644)，對中空絲膜束，使用了如日本特開2001-170172號公報的實施例所公開的聚碸。中空絲膜的絲的根數為9400根，對於注封材料使用日本ポリウレタン(株)的聚氨酯樹脂(商品名KC399/N4223)，並在約80G的離心力下形成注封層，將中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內壁上。此時，設在障筒上的傾斜狹縫的規格，加入用CD-adapco JAPANCo.，LTD.制的流體解析軟體(商品名STAR-CD)進行解析的結果，如圖4所示，設成狹縫數量n＝6、θ＝30°、狹縫寬W1＝1.3mm、W2＝1.6mm、W3＝0.9mm的螺旋形狀。各狹縫平均分配在障筒的周向方向，傾斜方向設為右旋。另外，障筒採用了作為套筒的一部分一體成型的形式。即，將障筒和套筒的材質設為相同。用鋒利的刃具將這樣形成的注封層切斷，在注封材料的端面使中空絲膜開口，並使其在表面露出。此時，注封層不會脫落等，可獲得平滑且整齊的端面。然後，將用於形成集流腔的端蓋用超聲波接合等分別接合在套筒的兩端，以得到本發明的中空絲膜組件。
比較例1與上述的實施例的中空絲膜組件同樣地，將套筒的材質選為聚丙烯，並以同樣的方式製作中空絲膜組件。但是，設在障筒上的狹縫的規格設為θ＝0°、與套筒的筒軸相平行的形式。此外，狹縫數量n＝6、狹縫寬度W＝1.3mm、W2＝1.6mm、W3＝0.9mm、將各個狹縫均等地配置在障筒的周向方向等，設置得儘可能接近實施例。對該組件用與實施例相同的方法進行注封形成注封層，用鋒利的刃具將所形成的注封層切斷，結果注封層被從套筒拉出，給中空絲膜束帶來了損傷。
比較例2與上述的實施例幾乎為相同的形狀，將套筒的材質選為聚苯乙烯並以與實施例相同的方式進行製作。但是，障筒的形狀選為例如日本特開昭57-22762號公報所公開的、久已公知的、僅在孔的正下方具備障板的中空絲膜組件。將其與實施例的中空絲膜組件進行性能比較評價的結果，得到下表1的結果，可以確認實施例的中空絲膜組件一方能夠發揮優異的性能。
表1
另外，上述溶質的清除率的測定方法，根據昭和57年9月發行的日本人工臟器學會編透析器性能評價基準進行。在其中測定方法有2種，而本試驗以TMP0mmHg為基準。清除率利用下式計算。
清除率[數學式1]CL(ml/min)=CBi-CBoCBiQs]]>在此，CBi組件入口側濃度；CBo組件出口側濃度；QB組件供給液量(ml/min)。
權利要求
1.一種中空絲膜組件，具有套筒、內裝於該套筒的中空絲膜束、將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內壁上的注封層，且使具備沿相對於套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內嵌在上述注封層中而形成。
2.一種中空絲膜組件，具備在一端部具有處理液的入口孔、而在另一端部具有處理液的出口孔的套筒；內裝於該套筒的中空絲膜束；將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內壁上的注封層；設置在上述套筒的一端部的具有被處理液的出口孔的端蓋；設置在上述套筒的另一端部的具有被處理液的入口孔的端蓋；且使具備沿相對於套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內嵌在上述注封層中。
3.一種中空絲膜組件，具備在一端部具有處理液的入口孔、而在另一端部具有處理液的出口孔的套筒；內裝於該套筒的中空絲膜束；將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內壁上的注封層；設置在上述套筒的一端部的、具有被處理液的入口孔的端蓋；設置在上述套筒的另一端部的、具有被處理液的出口孔的端蓋；且使具備沿相對於套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內嵌在上述注封層中。
4.一種中空絲膜組件，具備在一端部具有被處理液的入口孔、而在另一端部具有被處理液的出口孔的套筒；內裝於該套筒的中空絲膜束；將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內壁上的注封層；設置在上述套筒的一端部的具有處理液的出口孔的端蓋；設置在上述套筒的另一端部的具有處理液的入口孔的端蓋；且使具備沿相對於套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內嵌在上述注封層中。
5.一種中空絲膜組件，具備在一端部具有被處理液的入口孔、而在另一端部具有被處理液的出口孔的套筒；內裝於該套筒的中空絲膜束；將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內壁上的注封層；設置在上述套筒的一端部的具有處理液的入口孔的端蓋；設置在上述套筒的另一端部的具有處理液的出口孔的端蓋；且使具備沿相對於套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內嵌在上述注封層中。
6.如權利要求1～5中任意一項所述的中空絲膜組件，其中狹縫以形成以套筒的筒軸為螺旋軸的螺旋的一部分的方式延伸。
7.如權利要求1～6中任意一項所述的中空絲膜組件，其中在障筒的周向方向設置有多個狹縫。
8.如權利要求7所述的中空絲膜組件，其中多個狹縫在障筒的周向方向均等配置。
9.如權利要求1～8中任意一項所述的中空絲膜組件，用於血液的透析。
10.如權利要求9所述的中空絲膜組件，其中狹縫的傾斜角度θ為15～60°，狹縫的數量為6～12個，且各個狹縫的寬度尺寸W被分別地設置在0.5mm～3mm的範圍內。
全文摘要
本發明提供一種能夠防止注封層部件從套筒剝離、脫落等情況的廉價的中空絲膜組件。本發明的中空絲膜組件，是具備在一端部具有處理液的入口孔、而在另一端部具有處理液的出口孔的套筒，內裝於該套筒的中空絲膜束，將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定於套筒的內壁上的注封層，設置在上述套筒的一端部的具有被處理液的出口孔的端蓋，設置在上述套筒的另一端部的具有被處理液的入口孔的端蓋；並使具有沿相對於套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內嵌在上述注封層中而成的中空絲膜組件。
文檔編號A61M1/16GK1496754SQ20031010056
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月16日 優先權日2002年10月16日
發明者中松修, 大谷洋, 雲一郎 申請人:東麗株式會社