液体分离元件、流路材料及其制造方法

专利名称：液体分离元件、流路材料及其制造方法
技术领域：
本发明主要涉及一种液体分离元件，其特征在于配置在分离膜背面侧(backside)的流^各材料的改良。
技术背景作为水净化系统之 一 ，有使用反渗透膜(Reverse Osmosis Membrane)或纳米过滤膜等的净水系统，已知螺旋型、平膜型、中 空丝型等液体分离元件。螺旋型液体分离元件能够在一定容积中确保 具有大的膜面积，能够高效地进行处理，故使用最多。一般的螺旋型液体分离元件如下形成，即，如图7所示，用分离 膜2包夹透过液流路材料1，进而在该分离膜2的外侧配置供给液流路 材料3形成一组单元，为了使分离膜的透过侧连通，在排列有集水孔4 的中空中心管5的周围缠绕一组或多组该单元，构成螺旋型液体分离 元件。作为上述透过液流路材料l,使用在表面形成峰部(crest portion ) 和沟部(groove portion )的布帛。作为表面形成峰部和沟部的布帛， 目前通常使用特里科经编织物等经编织物。为特里科经编织物时，如 图5 (平面图)、图6 (图5的C-C剖面图)所示，在与线圈方向(图 5中的Y方向，即经向)垂直的剖面，存在线圈(针编弧7)的部分形 成线状峰部ll,支撑分离膜，线圏和线圏间的区域(沉降弧8)形成 线状沟部10,形成通过分离膜的透过液的流^^。通常，在想要通过使用反渗透膜作为分离膜的液体分离元件来实 现海水淡水化或果汁浓缩等高效地分离高浓度溶液的情况下，为了使 供给液侧与透过液侧之间产生5 ~ 10MPa的压差而施加压力。为了防 止由此压力导致的透过液流路材料变形，对透过液流路材料实施刚化处理。刚化一般采用进行含浸环氧树脂或蜜胺树脂的加工的方法、或 加热使纤维相互粘结固化的热粘接加工。另外，在透过液流路材料的 凸部不平坦的情况下，由于在高压下反渗透膜可能局部或不均匀地变 形，因此，对透过液流^各材料的布帛进行轧光加工。进而，也提出了将在形成线状峰部和线状沟部的布帛上层合平坦 的布帛使其刚化得到的材料用作透过液流路材料的方法(例如，参见 专利文献l)。为上述结构时，反渗透膜由平面支撑所以不会凹陷。进而，还提出了通过使用双面经编针织物(double tricot)作为透过液 流路材料、即在流路材料的两面设置流路来增加流路、减小流^各阻力 的方法(例如，参见专利文献2)。但是，如前者所述地层合平坦布 帛的方法存在构成材料、生产工序增加的问题，生产效率差。另一方 面，如后者所述地4吏用双面经编针织物在流路材料的两面设置流^各的 方法也存在由于整体厚度变大所以能够插入组件内的单元的数量减 少、处理能力降低的问题。另外，由于特里科经编织物不能减小线状 峰部的宽度，故不能增加流路材料的每单位宽度的沟的条数。因此， 存在下述问题，即，为了减小透过液的流路阻力不得不扩大沟宽，如 此一来随着时间延长，反渗透膜发生蠕变而凹陷。专利文献l:特开2000 - 342941号公报(第2 6页) 专利文献2:特开平9- 141060号公报(第2 6页)发明内容本发明的课题在于，改良上述现有技术的缺陷，不需增加构成材 料、生产工序、整体厚度，通过减小沟宽、增加流路材料的每单位宽 度的沟的条数，从而可以提供抑制分离膜的凹陷、且流路阻力小的液 体分离元件。为了解决上述课题，本发明具有下述任一种构成。 (1) 一种液体分离元件，所述液体分离元件在分离膜背面侧配 置透过液流路材料，透过液流路材料由在单侧表面或两侧表面交替排 列有线状沟部和线状峰部的片状物构成，所述片状物中的线状沟部的沟宽为10 ~ 200jam,且线状沟部的沟宽相对于线状沟部的间距的比为 0.45以上。(2) 如(1)所述的液体分离元件，其中，所述透过液流路材料 为绵编织物，所述线状峰部是将丝状圆弧产生的凸部排成1列而形成的。(3) —种液体分离元件，所述液体分离元件在分离膜的背面侧 配置透过液流路材料，透过液流路材料由在单侧表面或两侧表面交替 排列有线状沟部和线状峰部的片状物构成，该片状物是由针编弧(needle loop )和沉降弧(sinker loop )构成的绵编织物，且针编弧面 积(SI )相对于针编弧面积(SI )与沉降弧面积(S2)之和的比[SI / ( SI + S2)]为0.4~ 0.6。(4) 如(2)或(3)所述的液体分离元件，其中，所述绵编织 物的编织组织为平针组织及/或双罗紋组织。(5) 如(2) ~ (4)中任一项所述的液体分离元件，其中，绵 编织物的编织丝的外径为15jim以上244pm以下。(6) 如(1) ~ (5)中任一项所述的液体分离元件，其中，片 状物的厚度为30 ~ 300|am，沟部的深度为15 ~ 290jim。(7) —种流路材料，所述流路材料由作为经编织物的片状物构线状沟部的沟宽为10 ~ 200jam,且线状沟部的沟宽相对于线状沟部的 间距的比为0.45以上。(8) —种流路材料，所述流路材料由在单侧表面或两侧表面上 交替排列有线状沟部和线状峰部的片状物构成，该片状物为由针编弧 和沉降弧构成的炜编织物，并且针编弧面积(Sl )相对于针编弧面积(Sl)与沉降弧面积(S2)之和的比[Sl/ (Sl + S2)]为0.4~0.6。(9) 如(7)或(8)所述的流路材料，其中，所述纬编织物的 编织组织为平针组织及/或双罗紋组织。(10) —种流路材料的制造方法，在制造流路材料时，调整编织 机中的沉降片厚度和织针厚度，使线状沟部的沟宽为10 200pm,且线状沟部的沟宽相对于线状沟部的间距的比为0.45以上，其中，所述部的片状物构成，且所述片状物为绵编织物。(11) 如(10)所述的流路材料的制造方法，采用由具有熔点差 的2种以上长丝(filament)构成的混合长丝编织炜编织物后，在构成 该混合长丝的低熔点树脂长丝的熔点以上且低于高熔点树脂长丝的 熔点的温度下，实施热定形处理，进行轧光加工。(12) 如(10)所述的流路材料的制造方法，用含有复合纤维丝 的长丝编织绵编织物后，在构成所述长丝的低熔点树脂的熔点以上且 低于高熔点树脂的熔点的温度下，实施热定形处理，进行轧光加工， 其中，所述复合纤维丝在高熔点树脂的外层配置有低熔点树脂。(13) 如(10) ~ (12)中任一项所述的流路材料的制造方法， 其中，所述绵编织物的编织组织为平针组织及/或双罗紋组织。(14) 一种分离膜组件，是在压力容器中收容(l) ~ (6)中任 一项所述的液体分离元件而形成的。(15) —种分离膜处理方法，使用(1) ~ (6)中任一项所述的 液体分离元件，将海水淡水化。根据本发明，可以增加相对于线状沟部间距的线状沟部的沟宽， 因此能够在不减小沟宽的前提下增加流路材料的每单位宽度的沟条 数。由此，能够实现下述情形，即，在为了抑制分离膜向透过液流路 材料沟部凹陷而减小了流路材料的沟宽的同时，确保透过液流路材料 的每单位宽度的沟部剖面面积，使流路阻力降低。其结果，无需增加 构成材料、生产工序、整体厚度等，即可防止反渗透膜的凹陷，可以 确保透过液的流路，从而防止分离膜的功能降低。


[图l ]为模式地表示本发明的透过液流路材料的侧视图。 [图2]为模式地表示图1的A剖面的图。[图3]为模式地表示本发明的其他透过液流路材料的平面图。[图4]为模式地表示图3的B-B剖面的剖面图。[图5]为模式地表示由特里科经编织物构成的现有透过液流路材料的平面图。[图6]为模式地表示图5的C-C剖面的剖面图。 [图7]为表示一般的螺旋型液体分离元件的侧视简图。 [图8 ]为表示实施例l ~5及比较例1 ~6中使用的透过液流路材 料的、线状沟部的沟宽与沟宽相对于线状沟部间距的比的关系的曲线图。[图9]为实施例、比较例的模拟方法中使用的数值计算模型的符号i兌明1:流路材料2:反渗透膜3:供给液流路材料4:集水孔5:中心管6:组件7:针编弧7':针编弧8:沉降弧8':针编弧10:线状沟部11:线状峰部12:构成针编弧7的丝条与构成与该针编弧7开口侧邻接的针编弧 7'的丝条的交叉点中，位于距离针编弧7中央部最远的位置的点12，构成针编弧7的丝条与构成与该针编弧7开口侧邻接的针编弧 7，的丝条的交叉点中，位于距离针编弧7中央部最远的位置的点13:构成沉降弧8的丝条与构成与该沉降弧8开口侧邻接的沉降弧 8，的丝条的交叉点中，位于距离沉降弧8中央部最远的位置的点简图。13，构成沉降弧8的丝条与构成与该沉降弧8开口侧邻接的沉降弧 8，的丝条的交叉点中，位于距离沉降弧8中央部最远的位置的点 14:过滤压力 15:无纺布 16:聚砜支持膜 17:芳香族聚酰胺膜 X: 线圏纟从向(walewise) Y:线圈4黄向(coursewise)(线圈方向)具体实施方式
以下，进一步详细说明本发明。本发明的液体分离元件是在分离膜背面侧配置透过液流路材料 而形成的。其特征在于，该透过液流^各材料由在单侧表面或两侧表面 交替排列有线状沟部和线状峰部的片状物构成，该片状物中的线状沟 部的沟宽为10 ~ 200(Lim ，且线状沟部的沟宽相对于线状沟部的间距的 比为0.45以上。设计透过液流路材料的形状时，为了减小透过液的流^各阻力而增 加线状沟部的沟宽、从而扩大流路时，分离膜的凹陷增加。其结果使 得较大的拉伸力局部作用于分离膜的表面，此拉伸力超过分离膜的断 裂应力时分离膜断裂，导致分离膜功能降低。另外，分离膜凹陷导致 流路堵塞，反而使流路阻力增加。另一方面，减小线状沟部的沟宽时， 能够抑制反渗透膜的凹陷，但流路变狭窄、流路阻力增大。根据上述观点，为了抑制分离膜向线状沟部凹陷，使透过液流路 材料的线状沟部的沟宽为20(Vm以下。另外，为了使流路阻力降低， 使其为10iim以上。进而，为了确保流路材料的沟剖面面积，使该片 状物的沟宽相对于该沟部的间距的比(以下，称为沟宽/间距比)为 0.45以上。线状峰部支撑着承受分离压力的分离膜，为了抑制该线状 峰部的分离膜支撑面积减少、防止由分离压力集中导致的线状峰部的 破损，沟宽/间距比的上限优选为0.93以下。需要说明的是，所谓线状沟部的沟宽，是指图l (模式地表示本 发明的流路材料的侧视图)及图2 (模式地表示图1的A剖面的图)所示的距离H,所谓线状沟部的间距是指图l、 2中所示的距离P。另夕卜， 分离膜，在图l中配置在流路材料l的前面，在图2中配置在流路材料1的上方。本发明中使用的透过液流路材料，是具有如上所述的结构特征的材料，从高品质且可廉价地制造方面考虑，优选使用图3、 4所示的炜 编织物。另外，使用绵编织物作为该透过液流路材料时，为了增大沟 宽/间距比，优选各个重复的线状峰部通过将由丝条圆弧产生的凸部 排成l列而形成。具体而言，可以举出平针组织及/或双罗紋组织的炜编织物。使用绵编织物作为透过液流路材料时，如图3、 4所示，由各个沉 降弧7及针编弧8产生的凸部沿线圏横向Y连成1列，由此形成线状峰部 11，在该线状峰部11间形成线状沟部10。即，由于可以分别在沉降弧 7和针编弧8内形成线状沟部10，所以能够增加每单位宽度的线状沟部 的条数。由此，能够在为了抑制分离膜向线状沟部凹陷而将线状沟部 10的沟宽变窄的同时，确保透过液流路材料的每单位宽度的沟部剖面 面积，并使流路阻力降低。具有如上所述的沟宽、沟宽/间距比的透过液流路材料也可以使 上述片状物为由针编弧7和沉降弧8构成的炜编织物，且使针编弧面积 (Sl )相对于针编弧面积(Sl)与沉降弧面积(S2)之和的比[Sl / (Sl + S2)]为0.4~0.6。即，也可以使针编弧面积(Sl)与沉降 弧面积(S2)实质上相等。针编弧面积和沉降弧面积的差增大时，在 圓弧面积小的圆弧中形成的线状沟部的流路阻力变得极大，将沉降弧 的线状沟部的流路阻力和针编弧的线状沟部的流路阻力平均得到的 流路阻力增加。所以，为了防止线状沟部的平均流路阻力降低，也优 选[Sl/ (Sl + S2)]为0.4~0.6。为了使[S1/ (Sl + S2)]为上述比率，只需调整编织机的沉降 片厚度和织针厚度即可。此时，从容易调整针编弧7和沉降弧8的面积方面考虑，用作透过液流路材料的绵编织物的编织组织，优选为平针 组织、及/或双罗紋组织。针编弧面积(Sl)和沉降弧面积(S2)如下测定。首先，从与透 过液流路材料的表面垂直的方向以10 ~ 1000倍的范围放大拍i聂该表 面，用由线圈横向Y及线圏纵向X均以5fim等分的平行线构成的格子， 对所得的放大照片进行划分。然后，总计包含一个圆弧(针编弧或沉 降弧)的格子的面积，作为该圆弧的面积。与该圆弧相同地计算出沿 线圏纵向X连续的其他9个圆弧的各个圆弧的面积。然后，取所得IO 个数据的算术平均值，将该值作为本发明的针编弧面积(Sl )、沉降 弧面积(S2)。需要说明的是，所谓针编弧7是由炜编织机的织针形成的圆弧， 所谓针编弧面积(S1)，如图3所示，是指由构成一个针编弧7的丝条 的内侧轮廓线所包围的范围的面积。计算该面积时，画出连接针编弧 开口侧的端部的线，如图3所示，将在构成一个针编弧7的丝条、和构 成与该针编弧7开口侧邻接的针编弧7，的丝条的交叉点中位于距离针 编弧7中央部最远的位置的点12、 12，连线。因此，针编弧面积(S1) 是由连接该点12、 12，的线和构成针编弧7的丝条包围的范围的面积。另一方面，沉降弧8是由绵编织机的沉降片形成的圆弧，所谓沉 降弧面积(S2),如图3所示，是指构成一个沉降弧8的丝条的内侧轮 廓线包围的范围的面积。计算该面积时，画出连^J妄沉降弧开口侧的端 部的线，如图3所示，将在构成一个沉降弧8的丝条、和构成与该沉降 弧8开口侧邻接的沉降弧8，的丝条的交叉点中位于距离沉降弧8中央 部最远的位置的点13、 13，连线。所以，沉降弧面积(S2)是连接该 点13 、 13 ，的线和构成沉降弧8的丝条包围的范围的面积。另外，使用绵编织物作为透过液流路材料时，线状沟部的沟宽H, 如图3、 4中所示，以在针编弧、沉降弧各自的开口部中宽度最窄的部 分的丝条间空隙部的线圏纵向X的长度表示。具体而言，可以测量在 线圈纵向X连续的10个圆弧的开口部的丝条间空隙部的长度，求出上 述10个值的算术平均值，由此算出沟宽H。另一方面，线状沟部的间距，如图3、 4中所示，以在圆弧的线圏横向Y的中央部(图3的B-B 线处)相邻存在的丝条间距离表示。具体而言，可以测量在线圈纵向 X相邻的ll条丝条的间隔(共10个)，求出所得10个值的算术平均值， 由此算出线状沟部的间距P。然后，在图3中将分离膜配置在流路材料 1的前面，在图4中将分离膜配置在流路材料1的上方。使用绵编织物作为该透过液流路材料时，从抑制透过液流路材料 厚度增加的观点考虑，优选使用外径为244pm以下的丝条。另一方面， 从抑制线状沟部的沟深度减少的观点考虑，优选使用外径为15 pm以 上的丝条。进而，优选在下述编织条件下编织，即，使线状沟部的间 距为丝条外径的1.8倍以上、且大于丝条外径的值，并且使线状沟部的 间距和丝条外径的差为10 ~ 200^im的编织条件。通过形成上述结构， 容易使线状沟部的沟宽为10 ~ 200fim、且使线状沟部的沟宽相对于线 状沟部的间距的比为0.45以上。需要说明的是，所谓丝条外径d，如图 3所示，是指在圓弧的线圏纵向X的中央部(图3的B-B，线处)中， 测量在线圈横向Y相邻的10条丝条的外径时所得的10个值的算术平均 值。对于构成绵编织物的纤维材质，只要是保持作为透过液流路材料 的形状、且成分较少溶出到渗透液中的材质即可，可以为任意材质， 例如可以举出尼龙6或尼龙66等聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤 维、聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃纤维、聚氯乙烯纤维、聚偏l， 1-二氯 乙烯纤维、聚氟乙烯纤维、碳纤维等合成纤维。考虑到能耐高压的强 度或下述绵编织物加工的容易性等，特别优选使用聚酯纤维。本发明中，为了抑制在高压下流路材料本身变形，理想情况为对 透过液流路材料进行用于提高刚'性的硬化处理。作为硬化处理的方 法，例如可以举出在作为透过液流路材料的编织物中含浸蜜胺树脂或 环氧树脂等树脂的方法。另外，有加热作为透过液流路材料的绵编织 物、使纤维相互粘结固化的热粘接加工(轧光加工)等方法。本发明 中，只要是能够得到在高压下流路材料本身不变形的硬度的处理方法 即可，可以使用任意方法。进而，为了在高压下不使分离膜发生局部的或不均匀的变形，也 可以进行轧光加工。通过轧光加工，4吏绵编织物等透过液流路材料由 纤维形状引起的微细起伏被破坏，变得非常平滑且平坦。因此，高压 下分离膜不发生不均匀变形，能够进一步提高性能或耐久性。以具有平针组织及/或双罗紋组织的纬编织物作为透过液流3各 材料，对该透过液流^各材料进行轧光加工时，优选在编织该透过液流路材料时，用由具有熔点差的2种以上长丝构成的混合长丝进行编织， 在构成该混合长丝的低熔点树脂长丝的熔点以上且低于高熔点树脂 长丝的熔点的温度下进行热定形处理，由此进行轧光加工。另外，还 优选用含有在高熔点树脂外层配置有低熔点树脂的复合纤维丝的长 丝编织透过液流路材料，然后，在构成该长丝的低熔点侧树脂的熔点 以上且低于高熔点侧树脂的熔点的温度下进行热定形处理，由此进行 專LiL力口工。本发明中，片状物厚度存在厚度大时能插入组件内的单元的数量 减少、处理能力降低的问题，故优选为300pm以下。另外，厚度小时 由于沟剖面面积减小、流^各阻力增加，故优选为30)am以上。需要说明的是，片状物的厚度T，如图2、图4所示，为表面和背 面在与面方向相垂直的方向上的距离，可以参考JISP8118 ( 1976)使 用带表千分尺测定。即，使用具有下述结构的带表千分尺该带表千 分尺具有2个平面，该平面中较小的平面的直径为14.3mm, 2面以 0.005mm以内的精度平行，另 一平面沿与此平面垂直的方向移动，测 定时以53.9士4.9kPa的恒定压力由上述2面夹持片状物，读取刻度至至 少0.002mm的厚度。然后，取10处的值的算术平均值，将该值作为本 发明的片状厚度T。另夕卜，片状物的沟部的深度存在以下问题，即如果深度大则片状 物的厚度必然增大，能插入组件内的单元的数量减少，处理能力降低。 所以优选为290iim以下。另外，因为如果深度浅则沟剖面面积小，流 ^^阻力增加，所以优选为15)im以上。需要说明的是，沟部的深度D,如图2、 4所示，为从表面最突出13的部分至沟的底部的距离，为图4所示的绵编织物时，为由片状物的 厚度T减去丝条的外径得到的值。上述透过液流路材料被配置在分离膜的背面以便支撑分离膜。本 发明中，作为分离膜，可以举出反渗透膜、纳米过滤膜、超滤膜、精 密过滤膜，分别可以根据公知方法制造。分离膜和透过液流路材料与原液流路材料一起呈螺旋状缠绕在 集水管周围，形成液体分离元件。将l条或多条液体分离元件导入压 力容器，以所谓分离膜组件的形态用于海水淡水化等。实施例以下，通过实施例更具体地说明本发明，但本发明并不限定于这 些实施例。以下，对实施例、比较例中实施的实测方法及模拟方法进行说明。 〈〈实测方法〉〉将透过液流路材料夹持在2片厚度150nm的反渗透膜间，进而在反 渗透膜外侧配置供给液流路材料形成一组单元，通过组装到外径为 0.2m、长度lm的组件中，制造反渗透膜组件。使用此反渗透膜组件， 在于液温25。C、施加5.5MPa压差的条件下，将全部溶存固态物质为3.5 重量％的海水处理10天，求出每1天的透过水量及10日后的除盐率， 由此进行评价。需要说明的是，所谓透过水量是指换算成每单位时间(日(d)) 的、透过单位面积(m2)的水量(m3/ (m2*d))，所谓除盐率是 指下述式(l)的除盐率。分别测定10个反渗透膜组件，以其算术平 均值表示除盐率(％)= U -(透过液中的盐浓度)/(供给液中的盐浓度))xl00... ")另外，透过液流路材料的线状沟部的沟宽(H)、间距(P)以下 述算术平均值表示，即，用显微镜拍摄透过液流路材料的表面，从所 得的显微镜照片中取10个数据，计算上述值的算术平均值。透过液流路材料的厚度(T)使用带表千分尺测定，所述带表千分尺的结构如下具有2个平面，其较小平面的直径为14.3mm， 2面以 0.005mm以内的精度平行，另 一平面在与此平面垂直的方向移动。以 53.9士4.9kPa的恒定压力，将片状物夹持在千分尺的上述2面中，读取 刻度至至少0.002mm的厚度。测定10处，以其算术平均值表示。透过液流路材料的沟部的深度(D)表示为从透过性流路材料的 厚度(T)中减去丝条外径(d)得到的值。需要说明的是，如图3中 所示，透过性流路材料的丝条外径(d)为测定圆弧的线圈纵向X的中 央部(图3的B， - B，线处)中沿线圈横向Y相邻的10条丝条的外径而求 出的算术平均值。〈〈模拟方法〉〉如图9所示，在由芳香族聚酰胺膜17 (厚度0.2nm)、和多孔性聚 砜支持膜16 (厚度49.8iim)、和以聚对苯二曱酸乙二醇酯纤维为主成 分的无纺布15 (单位面积重量85g/m2、厚度100iim)构成的厚150[im 的2片反渗透膜2之间，夹持透过液流路材料l,进而，在该反渗透膜2 的芳香族聚酰胺膜17侧的面上均匀地施加过滤压力5.5MPa,制成结构 解析模型，使用MSC社制的常用非线形结构解析解算机MARC，模拟 经过10天后的透过液流路材料和反渗透膜的变形，评价透过液流动性 的优劣、膜破损的有无、透过液流路材料破损的有无。需要说明的是，对于透过液流动性，如上述实测方法所述制成反 渗透膜组件，于液温25。C下施加5.5MPa的压差，用该组件对全部溶存 固态物质为3.5重量％的海水进行处理时，透过水量为22m3/日以上 时判定为"优"，透过水量低于22m3/日时判定为"差"。另外，对于膜破损的有无，存在反渗透膜的芳香族聚酰胺膜变形 量为2%以上的部位时为"有，，，无该变形量为2%以上的部位时为 "无"。对于透过液流路材料破损的有无，透过液流路材料内产生40MPa 以上的主应力时为"有"，透过液流^^材jf+内未产生40MPa以上的主 应力时为"无"<实施例l 〉进行实测方法和模拟方法。< <实测方法〉〉在聚对苯二曱酸乙二醇酯长丝(熔点255°C)中混织聚对苯二 甲酸乙二醇酯类低熔点聚酯长丝(熔点235°C)形成复丝(48长丝、 110 dtex),以该复丝作为编织丝，编织平针组织的绵编织组织(针 距(gauge)(编织机的单位长度间存在的针的根数)32)，将其在 245。C下进行热定形处理后，进行轧光加工，制作透过液流路材料， 所述透过液流路材料的沟宽为130(im、沟宽相对于线状沟部的间距的 比为0.52、线状沟部的深度为110iam、厚度为220pm,针编弧面积(S1) 相对于针编弧面积(Sl)与沉降弧面积(S2)之和的比[S1/ (Sl + S2)]为0.48。使用安装有此透过液流路材料的反渗透膜组件时，透过水量为 24m3/日、氯除去率为99.75%。< 〈才莫拟方法〉〉与上述实施方法相同的情况下，采用模拟方法进行评价。其结果， 透过液流动性良好，无膜^皮损、无透过液流3各材#+破损。<实施例2〉除使用沟宽为80iim、沟宽相对于线状沟部的间距的比为0.50、线 状沟部的深度为80fmi、厚度为170nm的透过液流路材料之外，与实施 例l的利用模拟方法进行的评价相同。其结果，透过液流动性优良， 无膜破损、无透过液流路材料破损。<实施例3 〉除使用沟宽为192|im、沟宽相对于线状沟部的间距的比为0.90、 线状沟部的深度为21fim、厚度为50jam的透过液流路材料之外，与实 施例l的利用模拟方法进行的评价相同。其结果，透过液流动性优良， 无膜破损、无透过液流路材料破损。<实施例4〉除使用沟宽为170pm、沟宽相对于线状沟部的间距的比为0.68 、 线状沟部的深度为80(im、厚度为170(im的透过液流路材料之外，与实 施例l的利用模拟方法进行的评价相同。其结果，透过液流动性优良， 无膜破损、无透过液流路材料破损。<实施例5〉除使用沟宽为19ium、沟宽相对于线状沟部的间距的比为0.47、线 状沟部的深度为21^m、厚度为50nm的透过液流路材料之外，与实施 例l的利用模拟方法进行的评价相同。其结果，透过液流动性优良， 无膜破损、无透过液流路材料破损。<比4交例1 〉实施实测方法和才莫拟方法。 〈〈实测方法〉〉在聚对苯二曱酸乙二醇酯长丝(熔点255°C)中混织聚对苯二 甲酸乙二醇酯类低熔点聚酯长丝(熔点235。C)形成复丝(48长丝、 155dtex),以该复丝作为编织丝，编成特里科经编织物(双梳棉经平 组织、针距28),将其在245。C下热定形处理后，进行轧光加工，制 成透过液流路材料，所述透过液流路材料的沟宽为254^m、沟宽相对 于线状沟部的间距的比为0.43、线状沟部的深度为110pm、厚度 220jam、针编弧面积(Sl )相对于针编弧面积(Sl )与沉降弧面积(S2) 之和的比[S1/ (Sl + S2)]为0.38。此透过液流路材料是针距比实施例1小的特里科经编织物，因此 沟宽增大，另外，由于丝条宽、为特里科经编织物，故峰部的宽度增 加，沟宽相对于沟的间距的比减小。另外，沉降弧面积(S2)大于针 编弧面积(S1),因此，与针编弧的线形沟部的沟宽相比，沉降弧的 线形沟部的沟宽增加。17除安装此透过液流路材料之外，与实施例l的利用实测方法进行的评价相同。其结果，透过水量为201113/日、氯除去率为99.70%。 透过液流路材料中的线状沟部的沟宽大，因此，水过滤导致反渗透膜 显著凹陷。其结果，与实施例l相比，透过液的流路阻力增大，透过 水量减少。进而，在反渗透膜表面产生较大的拉伸应力，发生局部断 裂，反渗透膜的功能降低，氯除去率降低。特别是，由于沉降弧的线 形沟部的沟宽大于针编弧的线形沟部的沟宽，所以与针编弧的线形沟 部相比，反渗透膜向沉降弧的线状沟部的凹陷严重，在该沉降弧的线 状沟部，多发生反渗透膜的局部断裂。 〈〈模拟方法〉〉与上述实施方法相同的情况下，通过模拟方法进行评价。其结果， 在过滤压力作用下反渗透膜在透过液流路材料的线状沟部显著凹陷， 因此透过液流动性变差。另外，反渗透膜凹陷导致反渗透膜的表面变 形增大，确认反渗透膜破损。特别是，确认与针编弧的线形沟部相比， 沉降弧的线形沟部处反渗透膜的破损较多。需要说明的是，确认透过 液流路材料未破损。 <比4支例2〉实施实测方法和才莫拟方法。 < <实测方法〉>将与实施例l所用复丝相同的复丝(48长丝、110dtex)作为编织 丝，编成特里科经编织物(双梳栉经平组织、针距32),将其在245。C 下热定形处理后，进行轧光加工，制作透过液流路材料，所述透过液 流路材料的沟宽为254(im、沟宽相对于线状沟部的间距的比为0.52、 线状沟部的深度为110(im、厚度为220、针编弧面积(Sl)相对于针 编弧面积(Sl )与沉降弧面积(S2)之和的比[Sl / ( SI + S2)]为 0.63。另外，由于针编弧面积(S2)大于沉降弧面积(Sl),所以与 沉降弧的线形沟部的沟宽相比，针编弧的线形沟部的沟宽增加。此透过液流路材料中，使用以相同的针距数编织与实施例l相同 的丝而得到的特里科经编织物，但由于为特里科经编织物，所以线状峰部的山宽变大、沟宽也变大。除安装有透过液流路材料之外，与实施例l的利用实测方法进行的评价相同。其结果，透过水量为19m3/0、氯除去率为99.60% 。 由于透过液流路材料中线状沟部的沟宽大，所以反渗透膜显著凹陷， 透过液的流路阻力变大，透过水量减小。另外，由于在反渗透膜表面 产生较大拉伸应力，局部断裂，反渗透膜的功能降低，故氯除去率降 低。特别是，由于针编弧的线形沟部的沟宽大于沉降弧的线形沟部的 沟宽，所以与沉降弧的线形沟部相比，反渗透膜向针编弧的线状沟部 的凹陷也较大，在该针编弧的线状沟部，多发生反渗透膜局部断裂。< <才莫拟方法> 〉与上述实施方法相同的情况下，通过模拟方法进行评价。其结果， 在过滤压力作用下，反渗透膜在透过液流路材料的线状沟部显著凹 陷，因此透过液流动性变差。另外，反渗透膜凹陷导致反渗透膜的表 面的变形增大，确认反渗透膜破损。特别是，确认与沉降弧的线形沟 部相比，在针编弧的线形沟部反渗透膜的破损较多。需要说明的是， 确i^透过液流^各材^牛无,皮损。<比4交例3〉实施实测方法和冲莫拟方法。< <实测方法〉>将与比较例l所用复丝相同的复丝(48长丝、155dtex)作为编织 丝，编成平针织物的绵编织组织(针距28),将其在245。C下热定形 处理后，进行轧光加工，制作透过液流路材料，所述透过液流路材料 的沟宽为130iam、沟宽相对于线状沟部的间距的比为0.43、线状沟部 的深度为110pm、厚度为220、针编弧面积(Sl)相对于针编弧面积 (Sl )与沉降弧面积(S2)之和的比[Sl / ( SI + S2)]为0.20。此流^各材料中，与实施例l相同地使用平针织物，但由于与实施 例l相比丝较粗、针距数较少，所以线状峰部的山宽增加，沟宽相对 于线状沟部的间距的比减小。另外，针编弧面积(Sl )和沉降弧面积(S2)的差增大。除安装该透过液流路材料之外，与实施例1的利用实测方法进行的评价相同。其结果，透过水量为201113/日、氯除去率为99.75 %。 由于通过减小沟宽抑制了膜的凹陷，故能够抑制反渗透膜表面的局部 破损，因此氯除去率升高。但是，由于沟宽相对于线状沟部的间距的 比小，所以透过液流路材料每一定宽度的沟条数减少，进而沉降弧面 积和针编弧面积的差增大，其结果，流路阻力变大，透过水量减小。 < <模拟方法〉>与上述实施方法相同的情况下，通过模拟方法进行评价。其结果， 由于沟宽相对于线状沟部的间距的比小，所以透过液流路材料的每单 位宽度的沟条数减少，进而沉降弧面积和针编弧面积的差增大，其结 果，流路阻力增大，透过液流动性变差。另一方面，由于沟宽窄，故 反渗透膜的凹陷小，确认反渗透膜无石皮损。确认透过液流^各材津牛也无 破损。<比4交例4〉除使用沟宽为8iam、沟宽相对于线状沟部的间距的比为0.45、线 状沟部的深度为10(im、厚度为23pm、针编弧面积(Sl )相对于针编 弧面积(Sl )与沉降弧面积(S2)之和的比[Sl / ( SI + S2)]为0.61 的透过液流路材料之外，与实施例1的利用模拟方法进行的评价相同。 其结果，无膜破损、无透过液流路材料破损。但是，沟宽窄、并且沉 降弧面积和针编弧面积的差大，其结果，流路阻力变大，透过液流动 性变差。<比4交例5 〉除使用沟宽为211 )im、沟宽相对于线状沟部的间距的比为0.60、 线状沟部的深度为141iim、厚度为280nm、针编弧面积(Sl )相对于 针编弧面积(Sl )与沉降弧面积(S2)之和的比[Sl / (Sl + S2)] 为0.38的透过液流路材料之外，与实施例1的利用模拟方法进行的评价相同。其结果，透过液流动性良好，确认透过液流3各材料无破损。但 是，由于沟宽大，所以反渗透膜变形变大，确认在反渗透膜的表面出 现破损。特别是，由于沉降弧的线形沟部的沟宽大于针编弧的线形沟 部的沟宽，所以与针编弧的线形沟部相比，反渗透膜向沉降弧的线状 沟部的凹陷较大，多发生局部断裂。<比4交例6〉除使用沟宽为120|im、沟宽相对于线状沟部的间距的比为0.95 、 线状沟部的深度为6pm、厚度为17^m、针编弧面积(Sl )相对于针编 弧面积(Sl )与沉降弧面积(S2)之和的比[Sl / ( SI + S2)]为0.38 的透过液流路材料之外，与实施例l的利用模拟方法进行的评价相同。 其结果，透过液流动性良好，确认在膜中无破损。但是，由于沟宽相 对于线状沟部的间距的比大，所以支撑反渗透膜的线状峰部的面积减 少，由过滤压力产生的力集中在线状峰部，线状峰部破损。另外，由 于针编弧面积和沉降弧面积的差大，所以没有对各线状峰部均等地施 加过滤压力，部分线状峰部严重破损。需要说明的是，表l给出了实施例l及比较例l ~ 3中采用实测方法 的评价条件及结果。另外，表2给出了实施例l ~ 5及比较例1 6中采用 模拟方法的评价条件及结果。另外，图8给出了实施例1 5及比较例 1 6的形状条件。[表l]沟宽沟宽相对于沟深厚度S1/(S1+S2)透过水量除盐率[—沟的间距的比[阔[阔[m3/曰][%]实施例l1300.521102200.482499.75比4交例12540.431102200.382099.70比4i例22540.521102200.631999.60比4交例31300.431102200.202099.7521[表2]才示沟宽 [阔沟宽相对 于沟的间 距的比沟深 [阔厚度 [拜]Sl/ CS1+S2)透过液 流动性膜的 破损透过液流路 材料的破损实施例lEl1300.521102200.48优无无实施例2E2800.50801700.48优无无实施例3E31920.9021500.48优无无实施例4E41700.68801700.48优无无实施例5E5190.4721500.48优无无比4交例1Cl2540.431102200.38差有无比4交例2C22540.521102200.63差有无比專交例3C31300.431102200.20差无无比專交例4C480.4510230.61差无无比4交例5C52110.601412800.38优有无比專交例6C61200.956170.38优无有产业上的可利用性本发明的液体分离元件适用于纯水的制造或海水淡水化、废水处 理、食品产业中的有价物回收等，但其应用范围并不限定于此。
权利要求
1、一种液体分离元件，所述液体分离元件在分离膜背面侧配置透过液流路材料，透过液流路材料由在单侧表面或两侧表面交替排列有线状沟部和线状峰部的片状物构成，所述片状物中的线状沟部的沟宽为10～200μm，且线状沟部的沟宽相对于线状沟部的间距的比为0.45以上。
2、 如权利要求l所述的液体分离元件，其中，所述透过液流路材 料为绵编织物，所述线状峰部是将丝状圆弧产生的凸部排成1列而形成的。
3、 一种液体分离元件，所述液体分离元件在分离膜的背面侧配 置透过液流路材料，透过液流路材料由在单侧表面或两侧表面交替排 列有线状沟部和线状峰部的片状物构成，所述片状物是由针编弧和沉 降弧构成的绵编织物，且针编弧面积(Sl)相对于针编弧面积(Sl) 与沉降弧面积(S2)之和的比[Sl / (Sl + S2)]为0.4~0.6。
4、 如权利要求2或3所述的液体分离元件，其中，所述纬编织物 的编织组织为平针组织及/或双罗紋组织。
5、 如权利要求2 4中任一项所述的液体分离元件，其中，纬编 织物的编织丝的外径为15lam以上244^im以下。
6、 如权利要求l ~ 5中任一项所述的液体分离元件，其中，片状 物的厚度为30 ~ 300拜、沟部的深度为15 ~ 290,
7、 一种流路材料，所述流路材料由作为经编织物的片状物构成， 在片状物的单侧表面或两侧表面交替具有线状沟部和线状峰部，线状 沟部的沟宽为10 ~ 2OOpm、且线状沟部的沟宽相对于线状沟部的间距 的比为0.45以上。
8、 一种流路材料，所述流路材料由在单侧表面或两侧表面交替 排列有线状沟部和线状峰部的片状物构成，所述片状物为由针编弧和 沉降弧构成的绵编织物，并且针编弧面积(Sl )相对于针编弧面积(Sl ) 与沉降弧面积(S2)之和的比[Sl / (Sl + S2)]为0.4~0.6。
9、 如权利要求7或8所述的流路材料，其中，所述绵编织物的编 织组织为平针组织及/或双罗紋组织。
10、 一种流路材料的制造方法，在制造由在单侧表面或两侧表面 交替排列有线状沟部和线状峰部的片状物构成的、且所述片状物为纬 编织物的流路材料时，调整编织机中的沉降片厚度和织针厚度，使线 状沟部的沟宽为10 ~ 200fim,且线状沟部的沟宽相对于线状沟部的间 距的比为0.45以上。
11、 如权利要求10所述的流路材料的制造方法，其中，采用由具 有熔点差的2种以上长丝构成的混合长丝编织绵编织物后，在构成所 述混合长丝的低熔点树脂长丝的熔点以上且低于高熔点树脂长丝的 熔点的温度下，进行热定形处理，实施轧光加工。
12、 如权利要求10所述的流路材料的制造方法，其中，用含有复 合纤维丝的长丝编织绵编织物后，在构成所述长丝的低熔点树脂的熔 点以上且低于高熔点树脂的熔点的温度下，进行热定形处理，实施轧 光加工，所述复合纤维丝在高熔点树脂的外层配置有低熔点树脂。
13、 如权利要求10 12中任一项所述的流路材料的制造方法，其 中，所述绵编织物的编织组织为平针组织及/或双罗紋组织。
14、 一种分离膜组件，是在压力容器中收容权利要求l ~6中任一 项所述的液体分离元件而形成的。
15、 一种分离膜处理方法，使用权利要求1~6中任一项所述的 液体分离元件，将海水淡水化。
全文摘要
本发明提供一种液体分离元件，所述液体分离元件能够抑制由分离膜陷入透过液流路材料的沟部导致的透过液流路阻力增加、由随之产生的分离膜表面断裂导致的过滤功能降低，为了提供上述液体分离元件，使配置在分离膜背面侧的透过液流路材料为在单侧表面或两侧表面交替排列有线状沟部和线状峰部的片状物，该片状物中的线状沟部的沟宽为10～200μm，且线状沟部的沟宽相对于线状沟部的间距的比为0.45以上。
文档编号D04B1/00GK101405072SQ200780009479
公开日2009年4月8日 申请日期2007年3月23日 优先权日2006年3月31日
发明者喜多川恒光, 尾高善文, 片山智正 申请人:东丽株式会社