CN105063778B - 中空纤维膜纺丝喷嘴以及中空纤维膜的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种中空纤维膜纺丝喷嘴,对具有多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝,所述喷嘴具有使形成所述多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路,所述树脂流路具有:储存所述膜形成性树脂溶液的储液部、及将所述膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部,且满足如下(a)~(c)中的至少一个:(a)所述树脂流路配置成使所述膜形成性树脂溶液分歧及合流;(b)所述树脂流路设有使所述膜形成性树脂溶液的流通延迟的延迟构件;及(c)所述储液部或所述成形部的内部具有所述膜形成性树脂溶液的分歧及合流构件。采用本发明,可提供一种中空纤维膜纺丝喷嘴及使用了所述纺丝喷嘴的中空纤维膜的制造方法,即使在提高了纺丝速度时,也能抑制在所得到的中空纤维膜上产生沿着轴向的开裂。

Description

中空纤维膜纺丝喷嘴以及中空纤维膜的制造方法
本申请是下述专利申请的分案申请:
申请号:201180065920.6
申请日:2011年11月24日
发明名称:中空纤维膜纺丝喷嘴以及中空纤维膜的制造方法
技术领域
本发明涉及一种中空纤维膜纺丝喷嘴以及中空纤维膜的制造方法。
本申请基于2010年11月24日在日本申请的特愿2010-261481号、2011年2月22日在日本申请的特愿2011-035631号、2011年3月2日在日本申请的特愿2011-045040号、2011年4月12日在日本申请的特愿2011-088187号、2011年4月27日在日本申请的特愿2011-100140号以及2011年5月26日在日本申请的特愿2011-118086号要求优先权,并将其内容引用在此。
背景技术
由于对于环境污染的关心的高涨和限制的强化,使用分离性或紧凑性等优异的过滤膜的水处理引人注目。作为水处理中的过滤膜,适合使用具有中空状多孔质膜层的中空纤维膜(例如专利文献1)。对于这种中空纤维膜的制造,例如使用图6~图8例示的中空纤维膜纺丝喷嘴1101(以下记作“纺丝喷嘴1101”)。
纺丝喷嘴1101具有第1喷嘴1111和第2喷嘴1112。另外,纺丝喷嘴1101的内部,具有使中空状的支承体通过的支承体通道1113、以及使形成多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路1114。树脂流路1114具有:导入所述膜形成性树脂溶液的导入部1115、将所述膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部1116、以及将膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部1117。纺丝喷嘴1101构成为,从支承体供给口1113a供给中空状的支承体并从支承体导出口1113b将其导出,从树脂供给口1114a供给膜形成性树脂溶液并从排出口1114b绕所述支承体排出成圆筒状。
在由纺丝喷嘴1101进行的中空纤维膜的纺丝中,从纺丝喷嘴1101的排出口1114b排出的膜形成性树脂溶液,被赋予到同时从支承体导出口1113b导出的中空状支承体的外侧。然后,膜形成性树脂溶液在凝固池中被凝固,经清洗或干燥等工序而制成中空纤维膜。
专利文献1:日本专利特开2009-50766号公报
发明所要解决的课题
但是,纺丝喷嘴1101那样的以往的纺丝喷嘴有时会产生这样的现象:当提高纺丝速度以低成本、高生产率来制造中空纤维膜时,在形成于支承体外侧的多孔质膜层上会形成沿轴向开裂的起点,当所述中空纤维膜变形成扁平状时等,形成到支承体外侧的多孔质膜层就沿轴向开裂。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种中空纤维膜纺丝喷嘴,即使在提高纺丝速度的情况下,也能抑制中空纤维膜沿轴向开裂的产生。
用于解决课题的手段
本发明的发明人们在对利用纺丝喷嘴1101那样的以往纺丝喷嘴进行的纺丝中当提高纺丝速度时在多孔质膜层上形成沿着轴向的开裂的问题作了详细研究后,发现:在与储液部1116的导入部1115相反的一侧的部分,在与在储液部1116中分成二路而圆弧状流通的膜形成性树脂溶液合流的合流部分1116a(图8)相当的部分,在多孔质膜层上形成有沿轴向开裂的起点。并且,本发明的发明人们进一步进行了研究,直至完成本发明。
即,本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴的一技术方案,具有如下的结构。
[1]一种中空纤维膜纺丝喷嘴,对具有多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝,
在内部具有使形成所述多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路,
所述树脂流路具有:将所述膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部、以及将所述膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部,
在所述储液部的内部设有多孔单元,使所述膜形成性树脂溶液从该多孔单元的侧面通过。
[2]如[1]所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,所述多孔单元是具有三维网孔构造的多孔质体。
[3]如[1]或[2]所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,所述多孔单元是圆筒状。
[4]如[3]所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,所述圆筒状的多孔单元配置成,所述膜形成性树脂溶液从外周面向内周面通过。
[5]如[1]~[4]中任一项所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,所述多孔单元由金属微粒子的烧结体构成。
[6]如[1]~[5]中任一项所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,具有二个以上的树脂流路,该树脂流路具有:将膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部、以及将膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部,对具有二个以上多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝,
在二个以上的储液部分别设有所述多孔单元。
本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴的另一技术方案,具有如下构成。
[7]一种中空纤维膜纺丝喷嘴,对具有多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝,
在内部具有使形成所述多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路,
所述树脂流路具有:将所述膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部;以及将所述膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部,
所述储液部分为二级以上的储液室,
沿所述储液部的外壁设有二个以上的供给道,所述供给道将膜形成性树脂溶液从上级储液室供给到上级储液室下方的储液室。
本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴的又一技术方案,具有如下结构。
[8]一种中空纤维膜纺丝喷嘴,对具有多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝,
在内部具有使形成所述多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路,
所述树脂流路具有:将所述膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部、以及将所述膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部,
在所述储液部的内部,设有充填有粒子的充填层。
本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴的又一技术方案,具有如下结构。
[9]一种中空纤维膜纺丝喷嘴,对具有多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝,
在内部具有使形成所述多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路,
所述树脂流路具有:将所述膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部;以及将所述膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部,
所述储液部上下分成二级以上,
上级储液部与该上级储液部正下方的储液部利用树脂供给部而连通。
[10]如[9]所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,所述储液部分成三级以上,且将第n级(n是自然数)储液部与第n+1级储液部连通的树脂供给部、将第n+1级储液部与第n+2级储液部连通的树脂供给部被配置在沿储液部的周向错开的位置上。
[11]如[9]或[10]所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,各个树脂供给部从上级侧依次相对于所述成形部的中心轴以一定的角度间隔配置在储液部的周向上。
本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴的又一技术方案,具有如下结构。
[12]一种中空纤维膜纺丝喷嘴,内部具有使形成所述多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路,
所述树脂流路具有:将所述膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部、以及将所述膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部,在所述储液部与成形部之间还具有蛇行部,该蛇行部在将膜形成性树脂溶液保持成截面圆环状的状态下使其上下作蛇行。
本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴的又一技术方案,具有如下结构。
[13]一种中空纤维膜纺丝喷嘴,对具有多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝,
在内部具有使形成所述多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路,
所述树脂流路具有:将所述膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部、以及将所述膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部,
从所述储液部内的一方的壁面向另一方的壁面延伸地设有围堰,该围堰将所述储液部内的所述膜形成性树脂溶液的流通限制成使该流通回旋。
即,本发明涉及如下。
(1)所述中空纤维膜纺丝喷嘴,对具有多孔质膜层及支承体的中空纤维膜进行纺丝,所述喷嘴具有使形成所述多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路,所述树脂流路具有:储存所述膜形成性树脂溶液的储液部;将所述膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部;以及延迟构件,所述延迟构件是蛇行部,所述膜形成性树脂溶液滞留在所述蛇形部的时间为10秒~5分钟。
(2)如(1)所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,所述储液部是截面圆环状。
(3)如(1)所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,所述树脂流路具有将所述膜形成性树脂溶液合流的二个以上的合流部分。
(4)如(2)所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,所述树脂流路具有将所述膜形成性树脂溶液合流的二个以上的合流部分。
(5)如(1)~(4)中任一项所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,所述储液部或所述成形部的内部具有所述膜形成性树脂溶液的分歧及合流构件,所述分歧及合流构件是设于所述储液部的内部的、充填粒子的充填层。
(6)如(1)~(4)中任一项所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,在所述树脂流路上,设有使所述膜形成性树脂溶液的流通延迟的延迟构件,所述延迟构件是在所述储液部与所述成形部之间使所述膜形成性树脂溶液作上下蛇行的蛇行部。
(7)如(1)~(4)中任一项所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,所述树脂流路配置成使所述膜形成性树脂溶液分歧及合流,所述树脂流路是设成从所述储液部内的一方的壁面向另一方的壁面延伸的围堰,该围堰将所述储液部内的所述膜形成性树脂溶液的流通限制成使该流通回旋。
(8)一种所述中空纤维膜的制造方法,具有中空状的多孔质膜层及支承体,具有:由膜形成性树脂溶液对中空状的中空纤维膜进行纺丝的工序;利用凝固液使纺丝出的所述中空纤维膜凝固的工序;从凝固的所述中空纤维膜中去除溶剂的工序;将去除溶剂后的所述中空纤维膜中的添加剂予以分解,清洗所述中空纤维膜的工序;使清洗后的所述中空纤维膜干燥的工序;以及卷绕干燥后的所述中空纤维膜的工序,由所述膜形成性树脂溶液对所述中空纤维膜进行纺丝的工序包含:利用如(1)~(7)中任一项所述的中空纤维膜纺丝喷嘴而由所述膜形成性树脂溶液对所述中空纤维膜进行纺丝。
(9)如(8)所述的中空纤维膜的制造方法,在对所述中空纤维膜进行纺丝的工序中,纺丝出的所述中空纤维膜的外径d是0.5mm以上、5.0mm以下,所述中空纤维膜的外径除以内径dh后的值d/dh是1.3以上、5.0以下。
(10)如(8)或(9)所述的中空纤维膜的制造方法,在对所述中空纤维膜进行纺丝的工序中,纺丝出的所述中空纤维膜的环状截面上的计算合流数是50个以上。
发明效果
本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴,即使在提高纺丝速度的情况下,也能制造不易产生沿着轴向的开裂的中空纤维膜。
附图说明
图1是表示本发明第一方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的一例的俯视图。
图2是将图1的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线I-I’切断后的剖视图。
图3是将图2的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线II-II’切断后的剖视图。
图4是表示本发明第一方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的另一例的剖视图。
图5是表示本发明第一方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的另一例的剖视图。
图6是表示以往的中空纤维膜纺丝喷嘴的一例的俯视图。
图7是将图6的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线III-III’切断后的剖视图。
图8是将图7的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线IV-IV’切断后的剖视图。
图9是表示本发明第二方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的一例的俯视图。
图10是将图9的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线I-I’切断后的剖视图。
图11是图10的中空纤维膜纺丝喷嘴的第二纺丝喷嘴的俯视图。
图12是图11的第二喷嘴的剖视立体图。
图13是将图10的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线II-II’切断后的剖视图。
图14是表示本发明第二方式的中空纤维膜纺丝喷嘴中的第二喷嘴的另一例的俯视图。
图15是表示本发明第二方式的中空纤维膜纺丝喷嘴中的第二喷嘴的另一例的剖视立体图。
图16是表示本发明第三方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的一例的俯视图。
图17是将图16的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线I-I’切断后的剖视图。
图18是将图17的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线II-II’切断后的剖视图。
图19是表示本发明第三方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的另一例的剖视图。
图20是将图19的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线III-III’切断的剖视图。
图21是表示本发明第四方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的一例的俯视图。
图22是将图21的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线I-I’切断后的剖视图。
图23是将图21的中空纤维膜纺丝喷嘴的第二喷嘴部分沿水平方向切断后的剖视图。
图24是将图21的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线II-II’沿垂直方向切断后的剖视图。
图25是将图21的中空纤维膜纺丝喷嘴的第三喷嘴部分沿水平方向切断后的剖视图。
图26是将图21的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线III-III’沿垂直方向切断后的剖视图。
图27是将图21的中空纤维膜纺丝喷嘴的第四喷嘴部分沿水平方向切断后的剖视图。
图28是将图21的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线IV-IV’沿垂直方向切断后的剖视图。
图29是将图21的中空纤维膜纺丝喷嘴的第五喷嘴部分沿水平方向切断后的剖视图。
图30是表示本发明第五方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的一例的俯视图。
图31是将图30的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线I-I’切断后的剖视图。
图32是将图31的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线II-II’切断后的剖视图。
图33是将图31的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线III-III’切断后的剖视图。
图34是将图31的蛇行部的一部分予以放大后的放大剖视图。
图35是表示本发明第五方式的中空纤维膜喷嘴的另一例的剖视图。
图36是表示本发明第六方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的一例的俯视图。
图37是将图36的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线I-I’切断后的剖视图。
图38是将图37的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线II-II’切断后的剖视图。
图39是图36的中空纤维膜纺丝喷嘴中的第二纺丝喷嘴的俯视图。
图40是表示本发明第六方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的储液部的另一形态的俯视图。
图41是表示本发明第六方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的另一例的俯视图。
图42是将图41的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线III-III’切断后的局部剖视图。
图43是将图42的中空纤维膜纺丝喷嘴用直线IV-IV’切断后的剖视图。
图44是表示本发明第五方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的另一例的俯视图。
符号说明
11~13 中空纤维膜纺丝喷嘴
111、141 第一喷嘴
112、112A、142 第二喷嘴
113、113A 第三喷嘴
114、143 支承体通道部
115、116、144 树脂流路
117、120、145 导入部
118 第一储液部
119 第一成形部
121 第二储液部
122 第二成形部
146 储液部
147 成形部
131、132、151 多孔单元
21 中空纤维膜纺丝喷嘴
211 第一喷嘴
212 第二喷嘴
213 第三喷嘴
214 支承体通道
215 树脂流路
216 导入部
217 储液部
217A 第一储液室
217B 第二储液室
217a 供给道
218 成形部
31、32 中空纤维膜纺丝喷嘴
311、331 第一喷嘴
312、331 第二喷嘴
313、332 支承体通道
314、334 树脂流路
315、335 导入部
316、336 储液部
317、337 成形部
320、340 充填层
321、341 粒子
41 中空纤维膜纺丝喷嘴
411 第一喷嘴
412a 第二喷嘴
412b 第三喷嘴
412c 第四喷嘴
412d 第五喷嘴
413 支承体通道
414 树脂流路
415 导入部
416 储液部
416A 第一储液部
416B 第二储液部
416C 第三储液部
416D 第四储液部
416a 第一树脂供给部
416b 第二树脂供给部
416c 第三树脂供给部
417 复合部
417A 第一成形部
417B 第二成形部
417C 第三成形部
417D 第四成形部
51 中空纤维膜纺丝喷嘴
511 第一喷嘴
512 第二喷嘴
513 支承体通道
514 树脂流路
515 导入部
516 储液部
517 成形部
518 蛇行部
61、62 中空纤维膜纺丝喷嘴
611、621 第一喷嘴
612、621 第二喷嘴
613、623 支承体通道
614、624 树脂流路
615、625 导入部
616、626 储液部
617、627 成形部
618、618A、619、628 围堰
71 中空纤维膜纺丝喷嘴
711 第一喷嘴
712 第二喷嘴
713 第三喷嘴
714 支承体通道
715、722 树脂流路
716、723、729 导入部
717、724 储液部
718、728 成形部
719、726 蛇行部
730 复合部
具体实施方式
本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴,是对具有多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝的纺丝喷嘴。本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴,既可对在中空状支承体外侧具有多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝,也可对无中空状支承体而具有中空状多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝。另外,既可对具有单层多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝,也可对具有多层多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝。
另外,既可对具有由一种膜形成性树脂溶液形成的多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝,也可对层叠有由不同的膜形成性树脂溶液形成的多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝。
本发明的中空纤维膜的制造方法,是包含利用所述中空纤维膜纺丝喷嘴来对中空纤维膜进行纺丝的、具有中空状多孔质膜层的中空纤维膜的制造方法。利用本发明的纺丝喷嘴或制造方法而制造的所述中空纤维膜,其中心是中空的。
作为中空状的支承体,例如有用各种纤维制成的中空状编绳或编带等。另外,既可单独也可组合使用各种原材料。作为用于中空状编绳和编带的纤维,如有合成纤维、半合成纤维、再生纤维或天然纤维等。作为纤维的形态,可以是单丝、复丝或短纤维纱中的任何一种。
作为所述支承体,从拉伸强度、柔软性、耐药性或透过妨碍性的观点看,最好是聚酯复丝的编绳。
所述支承体的外径较好的是0.3~4.8mm,更好的是1.0~3.0mm,最好的是1.5~2.6mm。
所述支承体,可使用例如国际公开第2009/142279号公报所记载的支承体制造装置来制造。即,所述支承体制造装置具有:绕线架、对从绕线架上拉出的纱进行编圆的圆形编织机、以一定张力对由圆形编织机编织成的中空状编绳进行拉伸的绳供给装置、对中空状编绳进行热处理的加热模、对热处理后的中空状编绳进行牵拉的牵拉装置、以及将中空状编绳作为支承体而卷绕在绕线架上的卷绕机。
使用膜形成性树脂溶液来形成多孔质膜层。本发明所用的膜形成性树脂溶液,是将膜形成性树脂及以控制相分离为目的的添加剂(开孔剂)溶解在成为两者的良好溶剂的有机溶剂中而得到的溶液(制膜原液)。
作为膜形成性树脂,可使用用于形成中空纤维膜的多孔质膜层的常规树脂,例如有聚砜树脂、聚醚砜树脂、磺化聚砜树脂、聚偏二氟乙烯树脂、聚丙烯腈树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂或聚酯酰亚胺树脂等。这些树脂可根据所需而适当选择使用,其中,从耐药性优异方面看,聚偏二氟乙烯树脂较好。
作为添加剂(开孔剂),例如可使用以聚乙烯甘醇为代表的一元醇类、二元醇类、三元醇类或聚乙烯吡咯烷酮等亲水性高分子树脂。这些树脂可根据所需而适当选择使用,其中,从增稠效果优异方面看,聚乙烯吡咯烷酮较好。
作为有机溶剂,只要对上述的膜形成性树脂及添加剂(开孔剂)都能溶解就不特别限定,例如,可使用二甲基亚砜、N-甲基-吡咯烷酮、二甲基乙酰胺或二甲替甲酰胺。
这里所用的制膜原液是,在不妨碍控制相分离的范围内,作为任意成分可使用除开孔剂外的其它添加剂、水等。
本发明的纺丝喷嘴具有使形成多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路,所述树脂流路具有储存所述膜形成性树脂溶液的储液部、以及将所述膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部,这里,至少所述树脂流配置成使所述膜形成性树脂溶液分歧及合流,或在所述树脂流路上设有使所述膜形成性树脂溶液的流通延迟的延迟构件,或者在所述储液部或所述成形部的内部具有所述膜形成性树脂溶液的分歧及合流构件。本发明的纺丝喷嘴,具有利用上述构成而在本发明的纺丝喷嘴内部使所述膜形成性树脂溶液均匀化的功能。
本发明的纺丝喷嘴的所述树脂流路,通过配置成使所述膜形成性树脂溶液分歧及合流、或者所述树脂流路具有所述分歧及合流构件,从而使在所述树脂流路中流通的所述膜形成性树脂溶液分歧,将分歧后的所述膜形成性树脂溶液合流。所述树脂流路具有将分歧后的所述膜形成性树脂溶液合流的合流部分,较好的是具有二个以上的所述合流部分,通过具有二个以上的所述合流部分,使得所述膜形成性树脂在本发明的纺丝喷嘴内部整体上被均匀化。
所述分歧及合流构件,既可是设在所述储液部的内部的、使所述膜形成性树脂溶液通过的多孔单元,也可是在所述储液部的内部充填有粒子的充填层。
配置成使所述膜形成性树脂溶液分歧及合流的所述树脂流路,也可具有分成二级以上的储液室的储液部,沿所述储液部的外壁具有将膜形成性树脂溶液从上级储液室供给到其下方的储液室的二个以上供给道。所述树脂流路,也可具有上下分成二级以上的储液部,上级储液部与其正下方的储液部利用树脂供给部连通。所述树脂流路也可具有围堰,该围堰设成从所述储液部内的一方的壁面向另一方的壁面延伸,将所述储液部内的所述膜形成性树脂溶液限制成使其回旋。
本发明的纺丝喷嘴,通过具有上述那样的结构,从而使在所述树脂流路中流通的所述膜形成性树脂溶液分歧及合流,所述膜形成性树脂溶液在本发明的纺丝喷嘴内部被均匀化,可抑制由所述膜形成性树脂溶液形成的所述多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点。
在本发明的纺丝喷嘴的所述树脂流路上,也可设有使所述膜形成性树脂溶液的流通延迟的延迟构件,所述延迟构件,也可是在所述储液部与成形部之间使膜形成性树脂溶液以保持成截面圆环状的状态作上下蛇行的蛇行部。
本发明的纺丝喷嘴,通过具有上述那样的结构,从而使在所述树脂流路中流通的所述膜形成性树脂溶液滞留在喷嘴内部的时间延长,所述膜形成性树脂溶液在本发明的纺丝喷嘴内部被均匀化,可抑制由所述膜形成性树脂溶液形成的所述多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点。
在本发明的纺丝喷嘴中,通过具有上述的结构,从而被认为所述膜形成性树脂溶液在微观上被整体搅拌,所述膜形成性树脂之间的互相缠绕被消除。因此,通过本发明中空纤维膜纺丝喷嘴的所述膜形成性树脂溶液,其膜形成性树脂之间的互相缠绕不仅是合流部分,而且整体上都变小,结果,所述膜形成性树脂溶液在本发明的纺丝喷嘴内部被均匀化。由均匀化后的所述膜形成性树脂溶液制造的中空纤维膜,由于扁平等负荷产生时的应力集中点被分散,因此被认为能抑制形成沿轴向开裂的起点。
下面,示出并详细说明本发明第一方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的实施形态的一例。图1~3是表示作为本发明第一方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的实施形态的一例的中空纤维膜纺丝喷嘴11(下面记作“纺丝喷嘴11”)的概略图。纺丝喷嘴11是制造中空状支承体外侧层叠有12层多孔质膜层的中空纤维膜的纺丝喷嘴。下面,将由纺丝喷嘴11制造的中空纤维膜的内侧的多孔质膜层称为第一多孔质膜层,将外侧的多孔质膜层称为第二多孔质膜层。
本实施形态的纺丝喷嘴11如图1~3所示,具有第一喷嘴111、第二喷嘴112和第三喷嘴113。
如图2所示,纺丝喷嘴11在内部具有:使中空状支承体通过的支承体通道114;使形成第一多孔质膜层的第一膜形成性树脂溶液流通的树脂流路115;使形成第二多孔质膜层的第二膜形成性树脂溶液流通的树脂流路116。
如图2及图3所示,树脂流路115具有:向第一喷嘴111和第二喷嘴112的部分导入第一膜形成性树脂溶液的导入部117、将第一膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的第一储液部118、以及将第一膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的第一成形部119。另外,树脂流路116具有:导入第二膜形成性树脂溶液的导入部120、将第二膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的第二储液部121、以及将第二膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的第二成形部122。另外,在本例中,由第二成形部122和第一成形部119形成复合部123。即,由第二成形部122将第二膜形成性树脂溶液成形为圆筒状,同时将该第二膜形成性树脂溶液层叠复合在沿第一成形部119流通来的第一膜形成性树脂溶液的外侧。
支承体通道114、第一储液部118、第一成形部119、第二储液部121、第二成形部122及复合部123各自的中心轴一致。
纺丝喷嘴11的特征是,在第一储液部118的内部和第二储液部121的内部分别设有分歧及合流构件,即,设有分别使第一膜形成性树脂溶液和第二膜形成性树脂溶液从外周面向内周面通过的多孔单元131及132。
所述多孔单元131或132,是使在所述树脂流路中流通的所述膜形成性树脂溶液分歧及合流的分歧及合流构件,所述膜形成性树脂溶液通过所述多孔单元131或132而在本发明的纺丝喷嘴内部被均匀化。
纺丝喷嘴11,从支承体供给口114a供给中空状支承体并从支承体导出口114b将该中空状支承体导出,并且从树脂供给口115a或116a分别供给第一膜形成性树脂溶液和第二膜形成性树脂溶液,将该第一膜形成性树脂溶液和第二膜形成性树脂溶液以复合成二层的状态从排出口123a绕所述支承体排出成圆筒状。
图9~13是表示作为本发明第二方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的实施形态的一例的中空纤维膜纺丝喷嘴21(下面记作“纺丝喷嘴21”)的概略图。纺丝喷嘴21是制造中空状支承体外侧层叠有一层多孔质膜层的中空纤维膜的纺丝喷嘴。
如图9及图10所示,本实施形态的纺丝喷嘴21具有第一喷嘴211、第二喷嘴212和第三喷嘴213。
如图10所示,纺丝喷嘴21在内部具有:使中空状支承体通过的支承体通道214、以及使形成多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路215。树脂流路215具有:导入膜形成性树脂溶液的导入部216;将膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部217;以及将膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部218。储液部217分成二级:处于第二喷嘴212的部分的第一储液室217A、以及处于第三喷嘴213的部分的第二储液室217B。支承体通道214、第一储液部217A、第二储液室217B和成形部218各自的中心轴一致。
纺丝喷嘴21,从支承体供给口214a供给中空状支承体并从支承体导出口214b将该中空状支承体导出,并且从树脂供给口215a供给膜形成性树脂溶液,从排出口215b绕所述支承体将该膜形成性树脂溶液排出成圆筒状。
即,本实施形态的所述树脂流路215,通过具有所述储液部217或所述成形部218,从而被配置成使所述膜形成性树脂溶液分歧及合流。因此,所述膜形成性树脂溶液经所述树脂流路215而在本发明的纺丝喷嘴内部被均匀化。
图16~18是表示作为本发明第三方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的实施形态的一例的中空纤维膜纺丝喷嘴31(下面,记作“纺丝喷嘴31”)的概略图。纺丝喷嘴31是制造中空状支承体外侧层叠有一层多孔质膜层的中空纤维膜的纺丝喷嘴。
如图16及图17所示,本实施形态的纺丝喷嘴31具有第一喷嘴311和第二喷嘴312。
如图17所示,纺丝喷嘴31在内部具有:使中空状支承体通过的支承体通道313、以及使形成多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路314。树脂流路314具有:导入膜形成性树脂溶液的导入部315、将膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部316、以及将膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部317。在储液部316的内部,设有分歧及合流构件,即设有充填有粒子321的充填层320。支承体通道313、储液部316和成形部317各自的中心轴一致。
纺丝喷嘴31,从支承体供给口313a供给中空状支承体并从支承体导出口313b将该中空状支承体导出,并且从树脂供给口314a供给膜形成性树脂溶液,从排出口314b绕所述支承体将该膜形成性树脂溶排出成圆筒状。
所述充填层320是将在所述树脂流路中流通的所述膜形成性树脂溶液分歧及合流的分歧及合流构件,所述膜形成性树脂溶液经所述充填层320而在本发明的纺丝喷嘴内部被均匀化。
图21~图29是表示作为本发明第四方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的实施形态的一例的中空纤维膜纺丝喷嘴41(下面,记作“纺丝喷嘴41”)的概略图。纺丝喷嘴41是制造中空状支承体外侧层叠有一种多孔质膜层的中空纤维膜的纺丝喷嘴。
如图21~图29所示,本实施形态的纺丝喷嘴41具有上下重叠的第一喷嘴411、第二喷嘴412a、第三喷嘴412b、第四喷嘴412c以及第五喷嘴412d。纺丝喷嘴41具有:使中空状支承体通过的支承体通道413、以及使形成多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路414。
支承体通道413贯通纺丝喷嘴41的中心部分。
如图22~图24所示,树脂流路414具有:向第一喷嘴411及第二喷嘴412a的部分导入膜形成性树脂溶液的导入部415、将膜形成性树脂溶液储存为圆环状的第一储液部416A、将膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的第一成形部417A、以及第一树脂供给部416a。另外,如图25及图26所示,树脂流路414在第三喷嘴412b的部分具有:将膜形成性树脂溶液储存为圆环状的第二储液部416B、将膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的第二成形部417B、以及第二树脂供给部416b。另外,如图27及图28所示,树脂流路414在第四喷嘴412c的部分具有:将膜形成性树脂溶液储存为圆环状的第三储液部416C、将膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的第三成形部417C、以及第三树脂供给部416c。另外,如图22及图29所示,树脂流路414在第五喷嘴412d的部分具有:将膜形成性树脂溶液储存为圆环状的第四储液部416D、以及将膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的第四成形部417D。
如此,储液部416上下分成四级:第一储液部416A、第二储液部416B、第三储液部416C和第四储液部416D,第一储液部416A通过第一树脂供给部416a与第二储液部416B连通,第二储液部416B通过第二树脂供给部416b与第三储液部416C连通,第三储液部416C通过第三树脂供给部416c与第四储液部416D连通。
另外,在本例中,由第一成形部417A~第四成形部417D形成复合部417。即,在第一成形部417A以后,在用各成形部将膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的同时,在沿上级的成形部流通来的膜形成性树脂溶液的外侧,依次层叠沿储液部流通来的膜形成性树脂溶液。
支承体通道413、第一储液部416A、第二储液部416B、第三储液部416C以及第四储液部416D、第一成形部417A、第二成形部417B、第三成形部417C以及第四成形部417D各自的中心轴一致。
纺丝喷嘴41,从支承体供给口413a供给中空状支承体并从支承体导出口413b将该中空状支承体导出,并且从树脂供给口414a供给膜形成性树脂溶液,从排出口414b绕所述支承体将该膜形成性树脂溶液排出成圆筒状。
即,本实施形态的所述树脂流路414,通过具有所述储液部416A、416B、416C或416D,所述树脂供给部416a、416b或416c,成形部417A、417B、417C或417D,或者复合部417,从而被配置成使所述膜形成性树脂溶液分歧及合流。因此,所述膜形成性树脂溶液经所述树脂流路414而在本发明的纺丝喷嘴内部被均匀化。
图30~34是表示作为本发明第五方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的实施形态的一例的中空纤维膜纺丝喷嘴51(下面记作“纺丝喷嘴51”)的概略图。纺丝喷嘴51是制造中空状支承体外侧层叠有一层多孔质膜层的中空纤维膜的纺丝喷嘴。
如图30及图31所示,本实施形态的纺丝喷嘴51具有第一喷嘴511和第二喷嘴512。
如图31所示,纺丝喷嘴51在内部具有:使中空状支承体通过的支承体通道513、以及使形成多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路514。树脂流路514具有:导入膜形成性树脂溶液的导入部515、将膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部516、以及将膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部517。另外,纺丝喷嘴51具有在储液部516与成形部517之间使膜形成性树脂溶液以保持成截面圆环状的状态作蛇行的蛇行部518。支承体通道513、储液部516、蛇行部518和成形部517各自的中心轴一致。
当成形中空纤维膜时,既可单独使用一种膜形成性树脂溶液,也可使用多种膜形成性树脂溶液。例如在使用二种膜形成性树脂溶液的情况下,覆盖一方的膜形成性树脂溶液地进行复合层叠,使中空纤维膜的圆筒截面形成由各膜形成性树脂构成的年轮那样的圆筒的层。该中空纤维膜的圆筒截面中靠近中心轴的一侧的圆筒状的层称为内层,外表面侧的层称为外层。
纺丝喷嘴51,从支承体供给口513a供给中空状支承体并从支承体导出口513b将该中空状支承体导出,并且从树脂供给口514a供给膜形成性树脂溶液,从排出口514b绕所述支承体将该膜形成性树脂溶液排出成圆筒状。
即,本实施形态的所述树脂流路514,通过具有作为延迟构件的所述蛇行部518,从而被配置成使所述膜形成性树脂溶液的流通延迟。因此,所述膜形成性树脂溶液经所述树脂流路514而在本发明的纺丝喷嘴内部被均匀化。
发现所述膜形成性树脂溶液滞留在所述蛇行部的时间(滞留时间)越长,越有效,滞留时间为1秒~5分钟较好,为1分钟~3分钟更好。
下面,示出并详细说明本发明第六方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的实施形态的一例。
[第一实施形态]
图36~39是表示作为本发明第六方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的实施形态的一例的中空纤维膜纺丝喷嘴61(下面,记作“纺丝喷嘴61”)的概略图。纺丝喷嘴61是制造中空状支承体外侧形成有一层多孔质膜层的中空纤维膜的纺丝喷嘴。
如图36~39所示,本实施形态的纺丝喷嘴61具有第一喷嘴611和第二喷嘴612。
如图37所示,纺丝喷嘴61在内部具有:使中空状支承体通过的支承体通道613、以及使形成多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路614。另外,如图37~39所示,树脂流路614具有:导入膜形成性树脂溶液的导入部615;分歧及合流构件,即,将膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部616;以及将由储液部616储存为截面圆环状的膜形成性树脂溶液成形为与支承体通道613同心的圆筒状的成形部617。
纺丝喷嘴61,从支承体供给口613a供给中空状支承体并从支承体导出口613b将中空状支承体导出,并且膜形成性树脂溶液从树脂供给口614a供给到树脂流路614内,由储液部616储存,由成形部617成形后,从排出口614b绕所述支承体排出成圆筒状。
即,本实施形态的所述树脂流路614,通过具有所述储液部616或成形部617,从而被配置成使所述膜形成性树脂溶液分歧及合流。因此,所述膜形成性树脂溶液经所述树脂流路614而在本发明的纺丝喷嘴内部被均匀化。
第一喷嘴111、211、311、411、511及611、第二喷嘴112、212、312、412a、512及612、第三喷嘴113、213、412b、第四喷嘴412c和第五喷嘴412d的材质,可使用通常作为中空纤维膜的纺丝喷嘴使用的材质,从耐热性、耐腐蚀性或强度等观点看,不锈钢(SUS)较好。
支承体通道114、214、313、413、513及613的截面形状为圆形状较好。但是,支承体通道114、214、313、413、513及613的截面形状并不限于圆形状。
支承体通道114、214、313、413、513及613的内径(直径)可根据所使用的中空状支承体的直径适当设定,例如,在支承体的外径是0.3mm至4.8mm左右的情况下,支承体通道的直径相对于支承体的外径为95%~200%较好,100%~150%更好,105%~120%最好。
当支承体通道的直径比支承体外径过小时,支承体行进时的阻力变大,产生行进变动而使得膜厚不均匀,或容易形成缺陷部。另外,当支承体通道的直径过大时,支承体通道内的支承体行进位置产生大的偏心,膜形成性树脂溶液与支承体在周向上的接触位置错开,有可能产生膜厚斑和膜厚的偏心。
树脂流路115、215、314、414、514及614的导入部117、216、315、415、515及615、和树脂流路116的导入部120的截面形状,如这些例子那样为圆形状较好。但是,导入部117、216、315、415、515及615和导入部120的截面形状不限于圆形状。
本发明的第一方式的第一储液部118,是将沿导入部117流通来的第一膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的部分。第一储液部118如本例那样截面为圆环状较好。但是,第一储液部118的截面形状不限于圆环状。
第一储液部118的截面形状,如图3所示那样是圆环状,第一储液部118的中心与支承体通道114的中心一致。在第一储液部118中,第一膜形成性树脂溶液从导入部117侧分歧成二路而圆弧状流通,在与导入部117相反的一侧的合流部分118a合流。
另外,如图2所示,在第一储液部118的第一成形部119近旁,也可设置狭槽118b。尤其,在仅通过使膜形成性树脂溶液从后述的多孔单元131外周面向内周面通过,周向的排出均匀性不能达到所需水平的情况下,由狭槽部118b赋予流动阻力,从提高周向的排出均匀性的方面看是较好的。
在本例中,在第一储液部118的内部,设有使膜形成性树脂溶液从侧面通过的多孔单元131。本例的多孔单元131是圆筒状,供给到第一储液部118内的第一膜形成性树脂溶液,从多孔单元131的外周面向内周面通过。
作为多孔单元131,可使用具有使膜形成性树脂溶液从外周面向内周面通过的微小孔的部件,例如,可使用对膜形成性树脂溶液进行过滤的过滤器等。作为多孔单元131,从强度、传热性、耐药性和构造均匀性的观点看,最好是金属微粒子的烧结体。但是,多孔单元131不限于金属微粒子的烧结体,也可是金属纤维的烧结体、金属筛网的层叠体或烧结层叠体(金属丝网层叠的烧结体)、陶瓷多孔体、多孔板的层叠体或烧结层叠体、或者金属微粒子的充填体等。
纺丝喷嘴11中,通过设置多孔单元131,可抑制由第一膜形成性树脂溶液形成的第一多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点。利用多孔单元131获得前述效果的理由虽然不明,但可认为如下。
在图6~8所例示的以往的纺丝喷嘴1101中,在提高纺丝速度的情况下,形成于多孔质膜层的沿轴向开裂的起点,形成在与在储液部116的内部分成二路的膜形成性树脂溶液合流的合流部分1116a相当的位置上。在该合流部分1116a有这样的倾向:膜形成性树脂之间的缠绕相比于合流部分1116a以外的部分变小,这被认为是在中空纤维膜上在产生扁平等负荷时成为应力集中点并形成沿轴向开裂的起点的主要原因。相反,在纺丝喷嘴11中,供给到第一储液部118内的第一膜形成性树脂溶液,全部从外周面向内周面通过多孔单元131。此时,第一膜形成性树脂溶液在微观上整体地被搅拌,可认为膜形成性树脂之间的缠绕被消除。因此,流到多孔单元131内侧来的第一膜形成性树脂溶液,膜形成性树脂之间的缠绕不仅是合流部分118a,而且整体上都变小,结果所述膜形成性树脂溶液在本发明的纺丝喷嘴内部被均匀化,中空纤维膜上产生扁平等负荷的应力被分散,由此认为可抑制形成沿轴向开裂的起点。
多孔单元131,从容易获得不易产生开裂的中空纤维膜这一点看,最好是具有三维网孔构造的多孔质体。所谓具有三维网孔构造的多孔质体是构造为形成如下的三维流路的多孔质体:当膜形成性树脂溶液从外周面向内周面通过多孔单元内部时不直线流动,而是也向上下方向和周向移动地向内侧通过。作为多孔单元131,通过使用具有三维网孔构造的多孔质体,从而第一膜形成性树脂溶液整体地反复进行细微的分歧及合流,在本发明的纺丝喷嘴内部就容易被均匀化,即使在提高纺丝速度的情况下也可认为不易在多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点。另外,在相同孔径、相同厚度的多孔单元中,压力损失也小,这一点也是有利的。此外,在将第一膜形成性树脂溶液中的杂质去除和凝胶细分化这一点上也较好。
作为具有三维网孔构造的多孔单元,如有纤维卷绕构造的多孔单元,或对树脂、金属微粒子或使金属丝网层叠后的物件进行烧结一体化后的构造的多孔单元等。
多孔单元131的形状,如有圆板状、圆筒状等,但形状不特别限定。供给到第一储液部118内部的第一膜形成性树脂溶液,较好的是从多孔单元的上表面向下表面流动的、或从多孔单元的外周面向内周面流动的溶液等,供给到第一储液部118内部的第一膜形成性树脂溶液,更好的是从多孔单元的外周面向内周面流动的溶液。另外,第一膜形成性树脂溶液,更好的是从多孔单元的外周面向内周面环状流动的溶液。
其中,作为多孔单元131的形状,从不改变中空纤维膜纺丝喷嘴的直径方向上的大小就能容易增大使第一膜形成性树脂溶液通过的面积、容易使纺丝速度高速化这一点看,与圆板状的多孔体相比,如本例那样的圆筒状是较好的。
作为多孔单元131的形状,相比于圆板状而言圆筒状的耐压形优异,从耐压性这一点看,如本例那样的圆筒状是较好的。
另外,多孔单元131,最好是例如一般的烛形过滤器所具有的、将平板状部件卷成圆筒状并将接合部焊接的没有接头的部件。但是,不限于没有接头的部件。
通过使用这种没有接头的多孔单元,从而容易使第一膜形成性树脂溶液的通过特性均匀。作为这种无接头的多孔单元的构造,例如有:圆筒型纤维卷绕构造、金属管的蚀刻加工构造、金属管的激光孔加工构造、立体型蜂窝构造、将具有连通外周与内周的二个以上微小孔的二个以上环形状圆板层叠一体化成同心圆状的构造、以及将树脂或金属微粒子烧结一体化成圆筒状的构造等。
在纺丝喷嘴11中,所供给的第一膜形成性树脂溶液通过多孔单元131时的压力损失,最好比第一膜形成性树脂溶液到达多孔单元131之前的压力损失、以及第一膜形成性树脂溶液从通过多孔单元131后直至到达排出口123a之前的压力损失大。若如此设定第一膜形成性树脂溶液通过多孔单元131时的压力损失,则第一储液部118内部的第一膜形成性树脂溶液的流动在沿周向移动而充满多孔单元131外侧之后,整体上向着内周面通过多孔单元131的流动就成为能量损失最少的流动。由此,结果通过多孔单元131时的第一膜形成性树脂溶液的流动,在本发明的纺丝喷嘴内部容易在周向被均匀化,所形成的第一多孔质膜层的厚度就容易均匀化。
具体来说,最好在狭槽部118b、第一成形部119及第二成形部122尽量不产生压力损失(增大间隙),在多孔单元131的部分赋予大的通过阻力,通过多孔单元131后的第一膜形成性树脂溶液的被均匀化的状态容易维持至排出口123a。
第一膜形成性树脂溶液通过多孔单元131时的压力损失,可通过调节多孔单元131的构造或孔径等来调节。
所述多孔单元的孔径,较好的是1~200μm,更好的是50~150μm,最好的是70~120μm。另外,过滤精度在此处作为孔径来处理。
第一成形部119,是将第一储液部118内的第一膜形成性树脂溶液成形为与通过支承体通道114的支承体同心圆状的圆筒状的部分。
第一成形部119的宽度(内壁与外壁的距离),可根据所形成的第一多孔质膜层的厚度适当设定。
第二储液部121,是将沿导入部120流通来的第二膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的部分。第二储液部121最好如本例那样的截面圆环状。但是,第二储液部121的截面形状不限于圆环状。
第二储液部121的截面形状与第一储液部118相同,是圆环状,第二储液部121的中心与支承体通道114的中心一致。在第二储液部121中,第二膜形成性树脂溶液从导入部120侧分歧成二路而圆弧状流通,在与导入部120相反的一侧的合流部分121a合流。
另外,如图2所示,在第二储液部121的第二成形部122近旁,也可设置狭槽121b。尤其,在仅通过使膜形成性树脂溶液从后述的多孔单元132外周面向内周面通过,周向的排出均匀性不能达到所需水平的情况下,由狭槽部121b赋予流动阻力,从提高周向的排出均匀性的方面看是较好的。
在本例中,在第二储液部121的内部,设有使膜形成性树脂溶液从侧面通过的多孔单元132。本例的多孔单元132是圆筒状,供给到第二储液部121内的第二膜形成性树脂溶液,从多孔单元132的外周面向内周面通过内部。作为多孔单元132,如有与前述的多孔单元131相同的多孔单元,较好的方式也相同。通过设置多孔单元132,可抑制由第二膜形成性树脂溶液形成的第二多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点。
另外,所供给的第二膜形成性树脂溶液通过多孔单元132时的压力损失,最好比第二膜形成性树脂溶液到达所述多孔单元132之前的压力损失、以及第二膜形成性树脂溶液从通过多孔单元132后直至到达排出口123a之前的压力损失大。由此,结果通过多孔单元132时的第二膜形成性树脂溶液的流动,在本发明的纺丝喷嘴内部容易在周向被均匀化,所形成的第二多孔质膜层的厚度就容易均匀化。
本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴,如果是纺丝喷嘴11那样的制造具有二个以上多孔质膜层的中空纤维膜的纺丝喷嘴,则最好是,在储存形成各个多孔质膜层的膜形成性树脂溶液的二个以上的储液部中分别设置分歧及合流构件,即多孔单元。在内侧的多孔质膜层形成有沿轴向开裂的起点的情况下,外侧的多孔质膜层的相同部分因该开裂起点的影响而容易开裂。如纺丝喷嘴11那样,通过在各个储液部中设置多孔单元,从而容易制造开裂起点的产生被抑制的不易开裂的中空纤维膜。
第二成形部122,是将第二储液部121内的第二膜形成性树脂溶液成形为与通过支承体通道114的支承体同心圆状的圆筒状的部分。另外,在本例中,由第一成形部119和第二成形部122形成复合部123。即,在第二成形部122中成形为圆筒状的第二膜形成性树脂溶液,同时同心圆状地层叠复合在沿第一成形部119流来的第一膜形成性树脂溶液的外侧。在复合部123中,通过在喷嘴内部使各个膜形成性树脂溶液层叠复合,从而相比于在喷嘴外部使各个膜形成性树脂溶液层叠复合的情况而言,所形成的各多孔质膜层的接合强度提高。另外,在喷嘴构造的简单化、加工简便话方面也有利。另外,即使在复合部123使各个膜形成性树脂溶液层叠复合,这些溶液中的溶剂相互扩散引起的对各多孔质膜层的构造的不良影响也几乎没有。
复合部123的宽度(内壁与外壁的距离),可根据所形成的第二多孔质膜层的厚度适当设定。
本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴,如果是对具有二个以上多孔质膜层的中空纤维膜进行纺丝的喷嘴,则最好是如本例那样,在喷嘴内部的多孔单元的下游侧,具有使形成各个多孔质膜层的膜形成性树脂溶液复合层叠成同心圆状的复合部。
在利用纺丝喷嘴11进行的中空纤维膜的纺丝中,中空状支承体从支承体供给口114a被供给到支承体通道114,并且利用定量供给膜形成性树脂溶液的装置将第一膜形成性树脂溶液和第二膜形成性树脂溶液从树脂供给口115a、116a分别供给到树脂流路115、116。第一膜形成性树脂溶液从导入部117流入第一储液部118内,在第一储液部118中,在多孔单元131外侧分歧成二路而圆弧状流通并在相反侧合流,从外周面向内周面通过多孔单元131,流入第一成形部119。在第一成形部119,第一膜形成性树脂溶液被成形为圆筒状。第二膜形成性树脂溶液从导入部120流入第二储液部121内,在第二储液部121中,在多孔单元132外侧分歧成二路而圆弧状流通并在相反侧合流,从外周面向内周面通过多孔单元132,流入第二成形部122。在第二成形部122,第二膜形成性树脂溶液被成形为圆筒状。另外,在本例中,由于由第一成形部119和第二成形部122形成复合部123,因此,第二膜形成性树脂溶液被成形为圆筒状,并同心圆状地层叠复合在沿第一成形部119流来的第一膜形成性树脂溶液的外侧。然后,第一膜形成性树脂溶液与第二膜形成性树脂溶液以层叠复合成同心圆状的的状态从排出口123a排出,赋予在同时从支承体导出口114b导出来的支承体的外侧。
然后,在例如使含有水分的气体与膜形成性树脂溶液接触的容器中,使膜形成性树脂溶液在使其与凝固液接触的凝固槽中通过而使膜形成性树脂溶液凝固,经清洗或干燥等而获得中空纤维膜。
本实施形态的纺丝喷嘴,可对环状截面的计算合流数为50个以上的中空纤维膜进行纺丝。
在喷嘴内流通的膜形成性树脂溶液,通过设于所述储液部的内部的所述多孔单元而分歧及合流,成形为圆筒状,并从所述排出口排出。然后,使排出的所述膜形成性树脂溶液凝固,经清洗或干燥等而获得中空纤维膜。所谓的所述计算合流数,是在膜形成性树脂溶液通过喷嘴内的流路的过程中,在多个分歧的流路使所述树脂溶液分歧流通、并在所述多个分歧的流路的出口使所述膜形成性树脂溶液合流的数目,是指所述多孔单元的流路出口的孔数。例如,在圆筒多孔体的膜形成性树脂溶液流出的一侧有100个孔,从一个喷嘴排出口排出所述树脂溶液的情况下,所述计算合流数就是100。
在三维网孔构造的喷嘴中,呈流通方向复杂的流路,更多的分歧及合流反复进行,实际上合流数比流通出口的孔数多,但将多个流路的出口孔数作为计算合流数的最小值。
若该计算合流数变少,则当物理性负荷施加在中空纤维膜上时,就容易产生沿轴向的开裂,所述计算合流数越多,越不易产生开裂。所述计算合流数的较好范围是50~3000个,更好的范围是200~2500个,最好的范围是500~2000个。
在所述多孔单元的孔数不明的情况下,例如,根据所述多孔单元的孔隙率与过滤面积的乘积来求出孔部的整个面积,将该值除以把过滤精度设为圆孔直径的每一孔的面积后的值作为孔数即可。所谓的所述孔隙率,是将多孔单元的成为膜形成性树脂溶液出口的二次侧的表面中可流通膜形成性树脂溶液的开孔部的比例用百分率来表示的数据,所述过滤面积,是指将多孔单元的成为膜形成性树脂溶液出口的二次侧的开孔部与非开孔部加在一起后的全部表面。另外,所述过滤精度,是多孔过滤器中可去除的对象物的大小。
当使用多个膜形成性树脂溶液进行复合层叠时,若各层没有混合,则各层需要分别确认计算合流数。例如如果是内层及外层的双层构造,则内层及外层各自的计算合流数需要是50个以上,若任何一方的计算合流数低,就容易产生开裂。
若该计算合流数少,则当物理性负荷施加在中空纤维膜上时,容易产生沿轴向的开裂,计算合流数越多越不易产生开裂。所述计算合流数较好的是50~3000个,更好的是200~2500个,最好的是500~2000个。所述计算合流数若在上述范围内,则当物理性负荷施加在中空纤维膜上时,就不易产生沿轴向的开裂。
本发明的第二方式的纺丝喷嘴21,具有将膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部217。储液部217分成上级的第一储液室217A和下级的第二储液室217B。如图10~12所示,第一储液室217A在一方的外壁侧上部与导入部216连通,并且利用沿储液部17外壁设置的八个供给道217a与第二储液室217B连通。即,供给到第一储液室217A的膜形成性树脂溶液中,在外壁近旁流通的膜形成性树脂溶液通过各个供给道217a被供给到第二储液室217B的外壁近旁。
如图11所示,第一储液室217A具有:截面圆环状的圆环部217b、从圆环部217b向外侧凹陷形成的八个外周部217c。第一储液室217A,在一方的外周部217c的外壁侧上部与导入部216连通。第一储液室217A的圆环部217b的中心与支承体通道214的中心一致。
供给道217a设有八个,并连通第一储液室217A中的各个外周部217c与第二储液室217B。即,供给道217a沿储液部217外壁设有二个以上。如此,纺丝喷嘴21的特征是,将膜形成性树脂溶液从上级第一储液室217A供给到其下方的第二储液室217B的供给道217a,沿储液部217外壁设有二个以上。在本发明中,所谓的沿储液部外壁设置,在如本例那样具有在圆环部217b外侧形成有外周部217c那样的储液室的情况下,是沿着最外侧的外壁的意思。即,在本例中,沿储液部17中第一储液室217A最外侧的外壁即外周部217c外壁设置供给道217a。
在第一储液室217A中,如图11所示,从导入部216供给的膜形成性树脂溶液,从导入部216侧分成二路而圆弧状流通,在与导入部216相反侧的合流部分217d合流。另外,在第一储液室217A外壁近旁流通的膜形成性树脂溶液,从各个外周部217c通过供给道217a供给到后述的第二储液室217B,再在第二储液室217B合流而成为截面圆环状地被储存。
在纺丝喷嘴21中,储液部217被分成第一储液室217A和第二储液室217B,并沿储液部217外壁设有将第一储液室217A与第二储液室217B连通的供给道217a,从而可抑制由膜形成性树脂溶液形成的多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点。在纺丝喷嘴21中获得前述效果的主要原因虽然不一定明了,但可认为如下。
本发明的发明人们对在由图6~8所例示的纺丝喷嘴1101那样的以往纺丝喷嘴进行的纺丝中、当提高纺丝速度时在多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点的问题作了详细研究后,发现:在储液部1116中与导入部1115相反的一侧的部分,即在与分歧成二路的膜形成性树脂溶液再合流的合流部分1116a(图8)相当的部分,在多孔质膜层上形成有沿轴向开裂的起点。在该合流部分1116a,有膜形成性树脂之间的缠绕相比于合流部分1116a以外的部分减少的倾向,并且可能由于在储液部1116的外壁近旁流动而使容易产生性状变化的膜形成性树脂溶液集中,这被认为是在多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点的主要原因。
相反,在纺丝喷嘴21中,在储液部217的第一储液室217A内,将在外壁近旁流通的膜形成性树脂溶液从二个以上的供给道217a供给到第二储液室217B,由第一储液室217A和第二储液室217B两方储存。如此,由于由储液部217反复进行膜形成树脂溶液的分歧及合流,结果所成形的膜形成性树脂溶液中膜形成性树脂的缠绕整体上变少,在本发明的纺丝喷嘴内部被均匀化。另外,通过设有外周部217c和供给道217a,从而在第一储液室217A外壁近旁流通的膜形成性树脂溶液沿周向分散,可避免集中在合流部分217d处。因此,被认为能抑制在多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点。
第一储液室217A如本例那样,最好在圆环部217b的外侧设置外周部217c,且为使各个外周部217c与第二储液部217B连通而设置供给道217a。如此,通过设置从圆环部217b向外侧凹陷形状的外周部217c,从而在外壁近旁流通的膜形成性树脂溶液进入外周部217c,故在外壁近旁流通的膜形成性树脂溶液集中在外周部217c并通过供给道217a而容易供给到第二储液部217B。
外周部217c的截面形状如本例那样,最好是外壁从圆环部217b向外侧凹陷且形成一个角地弯曲的凸形状。在本例中,从上方看八个外周部217c整体的形状,是使二个正方形旋转45度并重合而形成的星形多边形。
但是,外周部217c的截面形状不限于前述凸形状,也可是半圆形等。
外周部217c如本例那样,最好在圆环部217b的外侧均等设有从上方看形状相同的部分。
另外,如图12所示,外周部217c的底面最好形成为从与导入部216连通的一侧向其相反侧阶梯性降低。即,最好是,阶梯状地形成为,与导入部216连通的一侧的外周部217c的底面最高,与导入部216连通的一侧的相反侧的外周部217c的底面最低。如此,通过在外周部217c的高度方向设置阶梯,从而在与各个高度对应的外壁近旁流通的膜形成性树脂溶液分开进入各个外周部217c,成为分流到设在各个外周部217c上的供给道217a内的构造,构成为在外壁近旁流通的膜形成性树脂溶液不集中于合流部分217d。
图12是仅表示第二喷嘴212的单侧的立体剖视图,第二喷嘴212的另一侧也相同,形成有从与导入部216连通的一侧阶梯性变低的外周部217c。
另外,在第一储液室217A的成形部218近旁,如图10所示,最好设有狭槽217e。尤其,在仅通过使膜形成性树脂溶液在成形部218流通,周向的排出均匀性难以达到所需水平的情况下,由狭槽部217e赋予流动阻力,从提高周向的排出均匀性的方面看是较好的。
第二储液室217B,是将从第一储液室217A沿供给道217a流来的膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的部分。
如图10及图13所示,第二储液室217B与第一储液室217A相同,具有截面圆环状的圆环部217f、和从圆环部217f向外侧凹陷形成的八个外周部217g。第二储液部217B的外周部217g以其底面成为一定高度的状态形成在圆环部217f的上部侧。另外,膜形成性树脂溶液从第一储液室217A的各个外周部217c通过供给道217a而供给到第二储液室217B的各个外周部217g。
第二储液部217B的圆环部217f的中心与支承体通道214的中心一致。
在第二储液部217B中,如图13所示,从供给道217a供给到各个外周部217g的膜形成性树脂溶液,从外壁向中心分别合流并流通到圆环部217f。
第二储液部217B的外周部217g的截面形状,最好与第一储液部217A的外周部217c相同。在本例中,从上方看八个外周部217g整体的形状,是将二个正方形旋转45度并重合而形成的星形多边形。
外周部217g如本例那样,最好在圆环部217f的外侧均等设有从上方看形状相同的部分。
另外,在第二储液部217B的成形部218近旁,如图10所示,最好形成有狭槽217h。尤其,在仅通过使膜形成性树脂溶液在成形部218流通,周向的排出均匀性难以达到所需水平的情况下,由狭槽部217h赋予流动阻力,从提高周向的排出均匀性的方面看是较好的。
由第二储液部217B储存的膜形成性树脂溶液,在通过狭槽部217h后,在成形部218与来自第一储液室217A的膜形成性树脂溶液合流。
供给道217a,是将在第一储液室217A外壁近旁流通的膜形成性树脂溶液供给到第二储液室217B的部分。
供给道217a的截面形状,如本例那样最好是圆形状。但是,供给道217a的截面形状不限于圆形状。
供给道217a的直径不特别限定。
另外,供给道217a的数目在本例中是八个,但既可是七个以下,也可是九个以上。供给道217a的数目,也可考虑所形成的供给道217a的直径及长度、可形成第一储液室217A中供给道217a的底面面积等来适当设定。
从容易将膜形成性树脂溶液均匀地供给到下级的第二储液室217B这方面看,最好沿储液部217的外壁均等设置二个以上的供给道217a。
成形部218,是使从储液部217的第一储液室217A和第二储液室217B流来的膜形成性树脂溶液流通并成形成与通过支承体通道214的支承体同心圆状的圆筒状的部分。
成形部218的宽度(内壁与外壁的距离),可根据所形成的多孔质膜层的厚度适当设定。
在利用纺丝喷嘴21进行的多孔质中空纤维膜的纺丝中,中空状支承体从支承体供给口214a供给到支承体通道214,并且利用定量供给膜形成性树脂溶液的装置将膜形成性树脂溶液从树脂供给口215a供给到树脂流路215内。
在树脂流路215中,沿导入部216流来的膜形成性树脂溶液流入储液部217的第一储液室217A,在第一储液室217A中,分歧成二路而圆弧状流通后在合流部分217d合流,通过狭槽部217e而流入到成形部218。另外,此时,在第一储液室217A外壁近旁流通的膜形成性树脂溶液进入各个外周部217c,通过供给道217a而供给到第二储液室217B。通过供给道217a而供给到第二储液室217B的各个外周部217g的膜形成性树脂溶液,从外壁向中心部分别合流并流通到圆环部217f,通过狭槽部217h而流入成形部218。然后,由成形部218成形为圆筒状的膜形成性树脂溶液从排出口215b排出,同时赋予到从支承体导出口214b导出的支承体的外侧。
然后,在例如使含有水分的气体与膜形成性树脂溶液接触的容器中,使膜形成性树脂溶液在使其与凝固液接触的凝固槽中通过而使膜形成性树脂溶液凝固,经清洗或干燥等而获得中空纤维膜。
本发明的第三方式的储液部316,是将沿导入部315流来的膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的部分。导入部315连通到储液部316的一方的外壁侧。
储液部316的截面形状是如图18所示那样的圆环状。本例的储液部316,具有直径一定的主体部分316a、以及主体部分316a下侧的直径逐渐变小收狭的倾斜部分316b。但是,储液部316只要能储存沿导入部315流来的膜形成性树脂溶液,则不限于由所述主体部分316a和倾斜部分316b构成的结构,可采用公知的中空纤维膜纺丝喷嘴所用的储液部。储液部316如本例那样最好是截面圆环状。但是,储液部118的截面形状不限于圆环状。
储液部316的中心与支承体通道313的中心一致。
如图17及图18所示,纺丝喷嘴31的特征是,在储液部316的内部设有分歧及合流构件,即设有充填有粒子321的充填层320。通过设有充填层320,从而可抑制由膜形成性树脂溶液形成的多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点。在纺丝喷嘴31中,利用充填层厚的前述效果的主要原因虽然未必明了,但可认为如下。
本发明的发明人们对在由图6~8所例示的纺丝喷嘴1101那样的以往纺丝喷嘴进行的纺丝中、当提高纺丝速度时在多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点的问题作了详细研究后,发现:在储液部1116中与导入部1115相反的一侧的部分,即在与分歧成二路的膜形成性树脂溶液再合流的合流部分1116a(图8)相当的部分,在多孔质膜层上形成有沿轴向开裂的起点。在该合流部分1116a,具有膜形成性树脂之间的缠绕相比于合流部分1116a以外的部分减少的倾向,这被认为是在产生扁平等负荷时成为应力集中点而形成沿轴向开裂的起点的主要原因。
相反,在纺丝喷嘴31中,由于在储液部316中,通过充填层320中的粒子321的间隙的膜形成性树脂溶液反复进行三维的细微分歧和合流,结果膜形成性树脂溶液中膜形成性树脂的缠绕整体上变少,在本发明的纺丝喷嘴内部所述膜形成性树脂溶液被均匀化,产生扁平等负荷的应力被分散,由此被认为能抑制形成沿轴向开裂的起点。
粒子321的形状在本例中是球状。但是,粒子321的形状不限于球状,也可是矩形状、漏斗状或不均匀的三维构造物等。
粒子321的材质不特别限定,如有以不锈钢、合金等金属、玻璃、陶瓷等为代表的无机物、特氟龙(注册商标)、或聚乙烯等的不被膜形成性树脂溶液侵入的树脂等。
作为粒子321的具体例子,例如有钢球等。
例子321的大小,只要是能充填在储液部316内、且不流入成形部317而能维持充填层320形态的大小即可。只要是在储液部316内能维持充填层320的范围内,粒子321的大小越小,由充填层320中的粒子321的间隙形成的流通膜形成性树脂溶液的流路就越三维地更细微地分歧及合流,具有膜形成性树脂溶液在本发明的纺丝喷嘴内部容易均匀化的倾向。
粒子321的数目,只要是能通过将粒子321充填在储液部316的内部而形成充填层320的数量即可,也可根据粒子321的大小、储液部316的大小和所形成的充填层320的高度等来适当设定。
在储液部316的内部,既可充填形状、材质和大小相同的粒子321,也可将形状、材质和大小中任一种以上不相同的粒子321混合来充填。另外,也可针对膜形成性树脂溶液的流动方向,层叠二个以上的不同的充填层并设置间隙斜度地进行充填。
这里,如图17所示,将充填层320中位于最下的粒子321的下端与充填层320中位于最上的粒子321的上端的距离设为充填层320的高度h。充填层320的高度h的上限,是储液部316的高度即将粒子321充填在储液部316整体后的高度以下。当加高充填层320的高度h时,流通膜形成性树脂溶液的流路就三维地更细微地分歧及合流,具有膜形成性树脂溶液在本发明的纺丝喷嘴内部容易均匀化的倾向。另一方面,当充填层320的高度h过高时,装置就有可能大型化,或者,当膜形成性树脂溶液在充填层320中流通时,因初始压力变大而使差压上升加快,装置的寿命就缩短等,难以长时间的稳定纺丝。
充填层320的高度h,在考虑到上述问题的基础上,也可根据膜形成性树脂溶液的粘度和特性、或充填粒子的尺寸等所需的条件而适当选定,以抑制在所形成的多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点。
另外,较好的是,在膜形成性树脂溶液供给到充填层320之前,在储液部316的充填层320上方设置空间部,供给到储液部316的膜形成性树脂溶液通过该空间部后供给到充填层320。由此,膜形成性树脂溶液的、在本发明的纺丝喷嘴内部的周向的通过充填层320的通过状态被均匀化。
成形部317,是使由储液部316储存为截面圆环状的膜形成性树脂溶液流通成与通过支承体通道313的支承体同心圆状的圆筒状的部分。储液部317如本例那样,最好是截面圆环状。但是,储液部317的截面形状不限于圆环状。
成形部317的宽度(内壁与外壁的距离),可根据所形成的多孔质膜层的厚度来适当设定。
在利用纺丝喷嘴31进行的多孔质膜中空纤维膜的纺丝中,中空状支承体从支承体供给口313a供给到支承体通道313,并且利用定量供给膜形成性树脂溶液的装置将膜形成性树脂溶液从树脂供给口314a供给到树脂流路314。
在树脂流路314中,沿导入部315流来的膜形成性树脂溶液流入储液部316,分成二路而圆弧状流通并在导入部315的相反侧进行合流,并且在粒子321的间隙反复进行细微的分歧及合流,同时在充填层320内通过而流入成形部317。
利用成形部317成形为圆筒状的膜形成性树脂溶液,从排出口314b排出,同时赋予在从支承体导出口313b导出的支承体的外侧。
然后,在例如使含有水分的气体与膜形成性树脂溶液接触的容器中,使膜形成性树脂溶液在使其与凝固液接触的凝固槽中通过而使膜形成性树脂溶液凝固,经清洗或干燥等而获得中空纤维膜。
本发明的第四方式的储液部416,上下分成第一储液部416A、第二储液部416B、第三储液部416C和第四储液部416D这四级。第一储液部416A,是将沿导入部415流来的膜形成性树脂溶液储存为圆环状的部分,第二储液部416B是将沿第一树脂供给部416a流来的膜形成性树脂溶液储存为圆环状的部分,第三储液部416C是将沿第二树脂供给部416b流来的膜形成性树脂溶液储存为圆环状的部分,第四储液部416D是将沿第三树脂供给部416c流来的膜形成性树脂溶液储存为圆环状的部分。如图23及图24所示,第一储液部416A与第二储液部416B由第一树脂供给部416a连通,如图25及图26所示,第二储液部416B与第三储液部416C由第二树脂供给部416b连通,如图27及图28所示,第三储液部416C与第四储液部416D由第三树脂供给部416c连通。
第一储液部416A、第二储液部416B、第三储液部416C和第四储液部416D的截面形状如图23、图25、图27及图29所示那样,最好是圆环状,这些第一储液部416A~第四储液部416D的中心轴与支承体通道413的中心轴一致。但是,第一储液部416A、第二储液部416B、第三储液部416C和第四储液部416D的截面形状不限于圆环状。
在储液部416中,在第一储液部416A、第二储液部416B、第三储液部416C和第四储液部416D中,膜形成性树脂溶液分别分成二路而圆弧状流通。具体来说,在第一储液部416A中,如图22及图23所示,沿导入部415流来的膜形成性树脂溶液分歧成二路而圆弧状流通,并进行合流。在第二储液部416B中,如图24及图25所示,从第一储液部416A沿第一树脂供给部416a流来的膜形成性树脂溶液分歧成二路而圆弧状流通,并进行合流。第三储液部416C中也相同,如图26及图27所示,从第二储液部416B沿第二树脂供给部416b流来的膜形成性树脂溶液分歧成二路而圆弧状流通,并进行合流。第四储液部416D中也相同,如图28及图29所示,从第三储液部416C沿第三树脂供给部416c流来的膜形成性树脂分歧成二路而圆弧状流通,并在第三树脂供给部416c的相反侧进行合流。
另外,如图22所示,第一储液部416A、第二储液部416B、第三储液部416C和第四储液部416D的上侧,在各自中心侧,分别与将膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的第一成形部417A、成形部417B、成形部417C和成形部417D连通。即,成为圆环状的膜形成性树脂溶液从第一储液部416A、第二储液部416B、第三储液部416C和第四储液部416D,分别流入第一成形部417A、第二成形部417B、第三成形部417C和第四成形部417D。
在纺丝喷嘴41中,如前所述,通过将储液部分成使膜形成性树脂溶液流通成圆弧状的二个以上的级,从而抑制在由膜形成性树脂溶液形成的多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点。在纺丝喷嘴41中获得前述效果的主要原因虽然未必明了,但可认为如下。
本发明的发明人们对在由图6~8所例示的纺丝喷嘴1101那样的以往纺丝喷嘴进行的纺丝中、当提高纺丝速度时在多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点的问题作了详细研究后,发现:在储液部1116中与导入部1115相反的一侧的部分,即在与分歧成二路的膜形成性树脂溶液再合流的合流部分1116a(图8)相当的部分,在多孔质膜层上形成有沿轴向开裂的起点。在该合流部分1116a,具有膜形成性树脂之间的缠绕相比于合流部分1116a以外的部分减少的倾向,这被认为是在产生扁平等负荷时成为应力集中点而形成沿轴向开裂的起点的主要原因。
相反,在纺丝喷嘴41的储液部416中,在第一储液部416A、第二储液部416B、第三储液部416C和第四储液部416D中,膜形成性树脂溶液的分歧和合流进行二次以上。由此,结果所成形的膜形成性树脂溶液中的膜形成性树脂的缠绕整体上变少,在本发明的纺丝喷嘴内部所述膜形成性树脂溶液被均匀化。另外,因各储液部中膜形成性树脂溶液的合流部分处于不同的位置,故在膜的厚度方向合流部分连续形成的现象被避免。于是,被认为形成沿轴向开裂的起点的现象得到抑制。
本发明的第四方式的中空纤维膜纺丝喷嘴,如本例的纺丝喷嘴41那样,最好是储液部被分成三级以上,并且,将第n级(n是自然数)储液部与第n+1级储液部连通的树脂供给部、将第n+1级储液部与第n+2级储液部连通的树脂供给部,被配置在沿储液部的周向错开的位置上。现以纺丝喷嘴41为例来具体说明,如图23及图25所示,将第1级第一储液部416A与第2级第二储液部416B连通的第一树脂供给部416a、以及将第2级第二储液部416B与第3级第三储液部416C连通的第二树脂供给部416b,沿储液部416周向错开配置。同样,如图25及图27所示,将第2级第二储液部416B与第3级第三储液部416C连通的第二树脂供给部416b、以及将第3级第三储液部416C与第4级第四储液部416D连通的第三树脂供给部416c,沿储液部416周向错开配置。由此,由于避免了各储液部中的膜形成性树脂溶液的合流部分集中在储液部的周向的同一部位,因此,更容易获得不易产生沿着轴向的开裂的中空纤维膜。
另外,本发明的第四方式的中空纤维膜纺丝喷嘴,如纺丝喷嘴41那样,最好是,各个树脂供给部从上级侧依次相对于成形部的中心轴以一定的角度间隔配置在储液部的周向上。在纺丝喷嘴41中,第一树脂供给部416a、第二树脂供给部416b和第三树脂供给部416c,沿储液部416的周向以向逆时针方向各错开225°的等角度间隔配置。由此,更容易获得不易产生沿着轴向的开裂的中空纤维膜。
在第一储液部416A中,如图22所示,也可在第一成形部417A近旁设置狭槽部416d。通过设置狭槽部416d赋予流动阻力,从而可提高膜形成性树脂容易的周向的排出均匀性。
第二储液部416B、第三储液部416C及第四储液部416D也相同,也可在第二成形部417B、第三成形部417C和第四成形部417D的各自近旁设置狭槽部416e、416f、416g。
第一树脂供给部416a,是将在第一储液部416A内流通的膜形成性树脂溶液供给到第二储液部416B的部分。另外,第二树脂供给部416b,是将在第二储液部416B内流通的膜形成性树脂溶液供给到第三储液部416C的部分,第三树脂供给部416c,是将第三储液部416C内流通的膜形成性树脂溶液供给到第四储液部416D的部分。
第一树脂供给部416a的截面形状如本例那样,最好是圆形状。但是,第一树脂供给部416a的截面形状不限于圆形状。第一树脂供给部416a的直径不特别限定。
第二树脂供给部416b、第三树脂供给部416的截面形状、直径,可列举与第一树脂供给部416a的方式相同的结构,较佳的方式也相同。
第一成形部417A,是将从第一储液部416A流入的膜形成性树脂溶液成形为与通过支承体通道413的支承体同心圆状的圆筒状的部分。
第二成形部417B,是在沿第一成形部417A流来的膜形成性树脂的外侧层叠从第二储液部416B流入的膜形成性树脂溶液、并成形为与通过支承体通道413的支承体同心圆状的圆筒状的部分。
第三成形部417C,是在沿第二成形部417B流来的膜形成性树脂的外侧层叠从第三储液部416C流入的膜形成性树脂溶液、并成形为与通过支承体通道413的支承体同心圆状的圆筒状的部分。
第四成形部417D,是在沿第三成形部417C流来的膜形成性树脂的外侧层叠从第四储液部416D流入的膜形成性树脂溶液、并成形为与通过支承体通道413的支承体同心圆状的圆筒状的部分。
第一成形部417A、第二成形部417B、第三成形部417C及第四成形部417D的宽度(内壁与外壁的距离),可根据所形成的多孔质膜层的厚度适当设定。
另外,第一成形部417A、第二成形部417B、第三成形部417C及第四成形部417D的长度不特别限定。
在利用纺丝喷嘴41进行的多孔质中空纤维膜的纺丝中,中空状支承体从支承体供给口413a供给到支承体通道413,并且利用定量供给膜形成性树脂溶液的装置(例如齿轮泵等的容积式泵)将膜形成性树脂溶液从树脂供给口414a供给到树脂流路414。
在树脂流路414中,如图22及图23所示,沿导入部415流来的膜形成性树脂溶液流入第一储液部416A,在第一储液部416A分歧成二路而圆弧状流通及合流,并通过狭槽部416d而流入第一成形部417A。
另外,如图23及图24所示,在第一储液部416A内合流后的膜形成性树脂溶液,通过第一树脂供给部416a而流入第二储液部416B。
在第二储液部416B内,如图22及图25所示,膜形成性树脂溶液分歧成二路而圆弧状流通及合流,并通过狭槽部416e而流入第二成形部417B,将沿第一成形部417A流来的膜形成性树脂溶液的外周覆盖地层叠。另外,如图25及图26所示,在第二储液部416B内合流后的膜形成性树脂溶液,通过第二树脂供给部416b而流入第三储液部416C。
此外,在第三储液部416C中也相同,如图22及图27所示,膜形成性树脂溶液分歧成二路而圆弧状流通及合流,并通过狭槽部416f而流入第三成形部417C,将由第二成形部417B层叠并流来的膜形成性树脂溶液的外周覆盖地层叠。另外,如图27及图28所示,在第三储液部416C内合流后的膜形成性树脂溶液,通过第三树脂供给部416c而流入第四储液部416D。
然后,如图22及图29所示,在第四储液部416D中,膜形成性树脂溶液也分歧成二路而圆弧状流通及合流,并通过狭槽部416g而流入第四成形部417D,将由第三成形部417C层叠并流来的膜形成性树脂溶液的外周覆盖地层叠。
如此,在第二成形部417B,膜形成性树脂溶液分别从第一成形部417A和第二储液部416B流入并合流及层叠,在第三成形部417C,膜形成性树脂溶液分别从第二成形部417B和第三储液部416C流入并合流及层叠,在第四成形部417D,膜形成性树脂溶液分别从第三成形部417C和第四储液部416D流入并合流及层叠。这样,由第四成形部417D层叠成形为圆筒状的膜形成性树脂溶液,从排出口414b排出,同时赋予到从支承体导出口413b导出的支承体的外侧。
然后,在例如使含有水分的气体与膜形成性树脂溶液接触的容器中,使膜形成性树脂溶液在使其与凝固液接触的凝固槽中通过而使膜形成性树脂溶液凝固,经清洗或干燥等而获得中空纤维膜。
储液部516,是将沿导入部515流来的膜形成性树脂溶液成形为截面圆环状的部分。导入部515连通到储液部516的一方的外壁侧。
如图32所示,储液部516的截面形状是圆环状,储液部516的中心与支承体通道513的中心一致。在储液部516中,膜形成性树脂溶液从导入部515侧分歧成二路而圆弧状流通,在与导入部515相反的一侧的合流部分516a合流。储液部516如本例那样,最好是截面圆环状。但是,储液部516的截面形状不限于圆环状。
另外,如图31所示,在储液部516的蛇行部518近旁,最好形成有狭槽部516a。通过设置狭槽部516而赋予流动阻力,从而可提高膜形成性树脂溶液的周向的排出均匀性。
如图31、图33及图34所示,纺丝喷嘴51的特征是,在储液部516与成形部517之间具有蛇行部518。蛇行部518由二个第一围堰511a和二个第二围堰512a形成,二个第一围堰511a从第一喷嘴511向第二喷嘴512延伸且呈截面圆环状;二个第二围堰512a从第二喷嘴512向第一喷嘴511延伸且截面圆环状。第一围堰511a与第二围堰512a交替设置。
蛇行部518,利用前述的第一围堰511a和第二围堰512a同心圆状地形成有截面圆环状且直径不同的五个圆环流路部518a~518e,从外壁侧,圆环流路部518a与圆环流路部518b在下侧连通,圆环流路部518b与圆环流路部518c在上侧连通,圆环流路部518c与圆环流路部518d在下侧连通,圆环流路部518d与圆环流路部518e在上侧连通。另外,储液部516的内壁侧与蛇行部518的圆环流路部518a连通,蛇行部518的圆环流路部518e与成形部517连通。
如此,蛇行部518,在将从储液部516流入的膜形成性树脂溶液的截面形状维持成圆环状的状态下,使该膜形成性树脂溶液向中心作上下蛇行地流通。
在纺丝喷嘴51中,通过设置蛇行部518,从而抑制在由膜形成性树脂溶液形成的多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点。在纺丝喷嘴51中,利用前述蛇行部518获得前述效果的主要原因虽然未必明了,但可认为如下。
本发明的发明人们对在由图6~8所例示的纺丝喷嘴1101那样的以往纺丝喷嘴进行的纺丝中、当提高纺丝速度时在多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点的问题作了详细研究后,发现:在储液部1116中与导入部1115相反的一侧的部分,即在与分歧成二路的膜形成性树脂溶液再合流的合流部分1116a(图8)相当的部分,在多孔质膜层上形成有沿轴向开裂的起点。在该合流部分1116a,具有膜形成性树脂之间的缠绕相比于合流部分1116a以外的部分减少的倾向,这被认为是在产生扁平等负荷时成为应力集中点而形成沿轴向开裂的起点的主要原因。
相反,在纺丝喷嘴51中,通过设有蛇行部518,从而从储液部516至排出口514b的路径相比于以往的从纺丝喷嘴1101的成形部1116至排出口1114b的路径而变长,膜形成性树脂溶液滞留在喷嘴内部的时间就变长。因此,即使储液部516的合流部分516a(图32)中的膜形成性树脂溶液的膜形成性树脂之间的缠绕相比于合流部分516a以外部分的缠绕变少,在沿蛇行部518流通的时候缠绕也返回到分歧前的状态,在本发明的纺丝喷嘴内部整体上被均匀化,被认为在所形成的多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点的现象得到抑制。
较好的是,从蛇行部518的圆环流路部518a至圆环流路部518e的流路宽度(横向的长度)、和围堰511a、围堰512a的高度,被设定成使在各流路部流通的膜形成性树脂溶液的平均流速尽量相同。
成形部517,是将沿蛇行部518流来的膜形成性树脂溶液成形为与通过支承体通道513的支承体同心圆状的圆筒状的部分。
成形部517的宽度(内壁与外壁的距离),可根据所形成的多孔质膜层的厚度或所需的成形条件适当设定。
在利用纺丝喷嘴51进行的多孔质中空纤维膜的纺丝中,中空状支承体从支承体供给口513a供给到支承体通道513,并且利用定量供给膜形成性树脂溶液的装置(例如齿轮泵等的容积式泵)将膜形成性树脂溶液从树脂供给口514a供给到树脂流路514。
在树脂流路514中,沿导入部515流来的膜形成性树脂溶液流入储液部516,分歧成二路而圆弧状流通后,在与导入部515相反的一侧合流,流入蛇行部518。并且,在蛇行部518中,膜形成性树脂溶液在其截面形状维持成圆环状的状态下作上下蛇行并向中心方向流通,流入成形部517。由成形部517成形为圆筒状的膜形成性树脂溶液,从排出口514b排出,同时赋予到从支承体导出口513b导出的支承体的外侧。
然后,在例如使含有水分的气体与膜形成性树脂溶液接触的容器中,使膜形成性树脂溶液在使其与凝固液接触的凝固槽中通过而使膜形成性树脂溶液凝固,经清洗或干燥等而获得中空纤维膜。
储液部616,是将沿导入部615流来的膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的部分。储液部616如本例那样,最好是截面圆环状。但是,储液部616的截面形状不限于圆环状。
在纺丝喷嘴61的储液部616的内部,如图37~39所示,设有从储液部616的下壁面616a向上壁面616b延伸的围堰618、619。围堰618和围堰619互相从储液部616的外壁侧向内壁侧连续形成为涡旋状,连接到储液部616的内壁近旁。由此,在储液部616内,形成有使膜形成性树脂溶液一边回旋成涡旋状一边流通的涡旋流路616c及616d。涡旋流路616c与导入部615流通,通到储液部616的内壁近旁,涡旋流路616d通到储液部616的外壁侧,并在内壁侧与成形部617连通。储液部616内的膜形成性树脂溶液的流通,受该围堰618及619限制而涡旋状回旋。
另外,如图37所示,围堰618和围堰619的上部,与储液部616的上壁面616b之间有间隙。由此,供给到储液部616内的膜形成性树脂溶液就向中心方向涡旋状回旋,并还能越过围堰618和围堰619。
所述涡旋状的围堰的回旋次数,较好的是二次以上、10次以下,更好的是3次以上、7次以下,最好的是4次以上、5次以下。当所述回旋次数是2次以上时,由于在本发明的纺丝喷嘴的内部所述膜形成性树脂溶液被均匀化,故较好。
在纺丝喷嘴61中,在储液部616内,如前述那样,通过设有围堰618及619,将储液部616内的膜形成性树脂溶液的流通限制成使其回旋成涡旋状,从而可抑制在由膜形成性树脂溶液形成的多孔质膜层上产生沿轴向开裂的起点。在纺丝喷嘴61的储液部616中获得前述效果的理由虽然不明,但可认为如下。
本发明的发明人们对在由图6~8所例示的纺丝喷嘴1101那样的以往纺丝喷嘴进行的纺丝中、当提高纺丝速度时在多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点的问题作了详细研究后,发现:在储液部1116中与导入部1115相反的一侧的部分,即在与分歧成二路的膜形成性树脂溶液再合流的合流部分1116a(图8)相当的部分,在多孔质膜层上形成有沿轴向开裂的起点。在该合流部分1116a,具有膜形成性树脂之间的缠绕相比于合流部分1116a以外的部分减少的倾向,这被认为是在产生扁平等负荷时成为应力集中点而形成沿轴向开裂的起点的主要原因。
相反,在纺丝喷嘴61中,由于储液部616内的膜形成性树脂溶液涡旋状回旋并越过围堰618及619地流通,反复进行细微的分歧和合流,故被认为,在储液部616的内壁面与外壁面之间,沿通过储液部616的中心轴的水平方向的直线而形成膜形成性树脂溶液的合流边界的现象得到抑制。因此,结果由储液部616储存的膜形成性树脂溶液中膜形成性树脂的缠绕及合流边界整体上变少,在本发明的纺丝喷嘴的内部所述膜形成性树脂溶液被均匀化,产生扁平等负荷的应力被分散,故认为在所形成的多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点的现象得到抑制。
涡旋流路616c、616d的宽度及围堰618、619与储液部616的上壁面616b之间的间隙的长度,只要是能发现前述那样的流动的范围,不特别限定。
另外,如图37所示,也可在储液部616的成形部617近旁设置狭槽部616e。通过设置狭槽部616e赋予流动阻力,从而提高膜形成性树脂溶液的周向的排出均匀性。
成形部617,是将由储液部616储存为截面圆环状的膜形成性树脂溶液成形为与支承体同心圆状的部分。
成形部617的宽度(内壁与外壁的距离),可根据所形成的多孔质膜层的厚度适当设定。
在利用纺丝喷嘴61进行的中空纤维膜的纺丝中,中空状支承体从支承体供给口613a供给到支承体通道613,并且利用定量供给膜形成性树脂溶液的装置(例如齿轮泵等的容积式泵)将膜形成性树脂溶液从树脂供给口614a供给到树脂流路614。
在树脂流路614中,沿导入部615流来的膜形成性树脂溶液被供给到储液部616,在储液部616内涡旋状回旋并越过围堰618及619地流通,反复进行分歧和合流并储存为截面圆环状而流向成形部617。然后,由成形部617成形为圆筒状的膜形成性树脂溶液,从排出口614b排出,同时赋予到从支承体导出口613b导出的支承体的外侧。
然后,在例如使含有水分的气体与膜形成性树脂溶液接触的容器中,使膜形成性树脂溶液在使其与凝固液接触的凝固槽中通过而使膜形成性树脂溶液凝固,经清洗或干燥等而获得中空纤维膜。
[第二实施形态]
下面,对本发明第六方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的另一实施形态进行说明。图41~43是表示作为本发明第六方式的中空纤维膜纺丝喷嘴的另一实施形态例的中空纤维膜纺丝喷嘴62(下面记作“纺丝喷嘴62”)的概略图。
纺丝喷嘴62,是制造在中空状支承体外侧形成有一层多孔质膜层的中空纤维膜的纺丝喷嘴。
如图41~43所示,本实施形态的纺丝喷嘴62具有第一喷嘴621和第二喷嘴622。
如图42所示,纺丝喷嘴62具有:使中空状支承体通过的支承体通道623、以及使形成多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路624。另外,如图41~43所示,树脂流路624具有:导入膜形成性树脂溶液的导入部625、将膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部626、以及将由储液部626储存为截面圆环状的膜形成性树脂溶液成形为与支承体通道623同心的圆筒状的成形部627。
纺丝喷嘴62,从支承体供给口623a供给中空状支承体并从支承体导出口623b将中空状支承体导出,并且将膜形成性树脂溶液从树脂供给口624a供给到树脂流路624内,储存在储液部626后,由成形部627成形为同心圆筒状,从排出口624b绕所述支承体排出成圆筒状。
第一喷嘴621及第二喷嘴622的材质,可使用作为中空纤维膜的纺丝喷嘴而通常使用的材质,从耐热性、耐腐蚀性或强度等方面看,最好是不锈钢(SUS)。
支承体通道623的截面形状是圆形状。
支承体通道623的直径,也可根据所使用的中空状支承体的直径适当设定。
树脂流路624的导入部625的截面形状如本例那样,最好是圆形状。但是,导入部625的截面形状不限于圆形状。
导入部625的直径不特别限定。
储液部626,是将沿导入部625流来的膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的部分。
在纺丝喷嘴62的储液部626的内部,如图41~43所示,连续形成有螺旋状的、从储液部626的内壁面626a向外壁面626b延伸的围堰628。由此,在储液部626内形成有使膜形成性树脂溶液螺旋状回旋并流通的螺旋流路626c。导入部625连通到储液部626的外壁面626b侧,储液部626内的膜形成性树脂溶液的流通,就受围堰628限制而螺旋状回旋。
另外,如图43所示,围堰628的外壁面626b侧的顶端部与外壁面626b之间有间隙。由此,供给到储液部626内的膜形成性树脂溶液就沿螺旋流路626c而螺旋状回旋,并也能从围堰628的外壁面626b侧向下方落下。
在纺丝喷嘴62中,在储液部626内,如前述那样通过设有围堰628,将储液部626内的膜形成性树脂溶液的流通限制成使其螺旋状回旋,从而可抑制在由膜形成性树脂溶液形成的多孔质膜层上产生沿轴向开裂的起点。在纺丝喷嘴62的储液部626中获得前述效果的理由虽然不明,但可认为与前述的纺丝喷嘴62相同。
即,在纺丝喷嘴62中,由于储液部626内的膜形成性树脂溶液,一边螺旋状回旋一边从围堰628的外壁面626b侧向下方落下地流通,反复进行细微的分歧和合流,因此被认为,在储液部626的内壁面626a与外壁面626b之间,沿通过储液部626的中心轴的水平方向的直线而形成膜形成性树脂溶液的合流边界的现象得到抑制。因此,结果由储液部626储存的膜形成性树脂溶液中的膜形成性树脂的缠绕及合流边界整体上变少,在本发明的纺丝喷嘴的内部,所述膜形成性树脂溶液被均匀化,产生扁平等负荷时的应力被分散,故被认为在所形成的多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点的现象得到抑制。
螺旋流路626c的高度(螺旋状围堰628中位于上下的部分之间的距离)不特别限定。
围堰628的长度(从内壁面626a至外壁面626b侧的顶端部的距离),只要是能在储液部626内使膜形成性树脂溶液螺旋状回旋的长度即可。
围堰628的顶端部与储液部626的外壁面626b之间的间隙长度,只要是沿螺旋流路626c流通的膜形成性树脂溶液从外壁面626b向下方落下的长度即可。
另外,如图42所示,也可在储液部626的成形部627近旁设置狭槽部626d。通过设置狭槽部626d赋予流动阻力,从而提高膜形成性树脂溶液的周向的排出均匀性。
成形部627,是将由储液部626储存为截面圆环状的膜形成性树脂溶液成形为与支承体同心的圆筒状的部分。
成形部627的宽度(内壁与外壁的距离),可根据所形成的多孔质膜层的厚度和所需的成形条件适当设定。
在利用纺丝喷嘴62进行的在中空纤维膜的纺丝中,中空状支承体从支承体供给口623a供给到支承体通道623,并且利用定量供给膜形成性树脂溶液的装置(例如齿轮泵等的容积式泵)将膜形成性树脂溶液从树脂供给口624a供给到树脂流路624。
在树脂流路624中,沿导入部625流来的膜形成性树脂溶液供给到储液部626,利用分歧及合流构件,在储液部626内作螺旋状回旋并从围堰628的外壁面626b侧向下方落下地流通,反复进行分歧和合流,在储液部626的内壁面626a与外壁面626b之间,不会沿通过储液部626的中心轴的水平方向的直线形成膜形成性树脂溶液的合流边界,而是储存为截面圆环状并流向成形部627。然后,由储液部626储存的膜形成性树脂溶液,通过成形部627而成形为与支承体同心的圆筒状,从排出口624b排出,同时赋予到从支承体导出口623b导出的支承体的外侧。
然后,在例如使含有水分的气体与膜形成性树脂溶液接触的容器中,使膜形成性树脂溶液在使其与凝固液接触的凝固槽中通过而使膜形成性树脂溶液凝固,经清洗或干燥等而获得中空纤维膜。
采用以上说明的纺丝喷嘴11、21、31、41、51、61或62,即使在提高纺丝速度的情况下,也能使膜形成性树脂溶液在周向上均匀地成形,能抑制在多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点,故能抑制所获得的中空纤维膜产生开裂的现象。
本发明第一方式的中空纤维膜纺丝喷嘴,不限于所述纺丝喷嘴11。
例如,虽然纺丝喷嘴11是在第一储液部118或第二储液部121的内部设有圆筒状的多孔单元131及132的形态,但多孔单元的形状并不限于圆筒状。例如,也可在第一储液部118的狭槽部118b及第二储液部121的狭槽部121b的部分上设置圆板状的多孔单元,做成使膜形成性树脂溶液从该圆板状的多孔单元的外周面向内周面通过的形态。
另外,虽然纺丝喷嘴11是具有由第一成形部119和第二成形部123形成的复合部120的形态,但本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴也可以在喷嘴内部无复合部,使形成二个以上多孔质膜层的各个膜形成性树脂溶液分别各自圆筒状地排出,并在喷嘴外部复合层叠而赋予到支承体的外侧。具体来说,也可是图4例示的中空纤维膜纺丝喷嘴12(下面,记作“纺丝喷嘴12”)。在纺丝喷嘴12中与纺丝喷嘴11相同的部分,标上相同符号而省略说明。
纺丝喷嘴12具有第一喷嘴111、第二喷嘴112A和第三喷嘴113A,并具有:将从第一储液部118流入的第一膜形成性树脂溶液成形为与支承体通道114同心圆状的圆筒状的第一成形部119A、以及将从第二储液部121流入的第二膜形成性树脂溶液成形为与支承体通道114同心圆状的圆筒状的第二成形部122A。第一膜形成性树脂溶液,从树脂供给口115a供给到树脂流路115,由第一成形部119A成形后从排出口115b排出。第二膜形成性树脂溶液,从树脂供给口116a供给到树脂流路116,由第二成形部122A成形后从排出口116b排出。从排出口115b、116b分别排出的第一膜形成性树脂溶液和第二膜形成性树脂溶液,在喷嘴外部被层叠复合,并被赋予到从支承体导出口114b导出的支承体的外部。
另外,虽然纺丝喷嘴11具有使膜形成性树脂溶液从外周面向内周面通过的多孔单元131及132,但本发明的中空纤维膜纺丝中的多孔单元,也可是使膜形成性树脂溶液从侧面通过的结构。例如,也可是图5所例示的中空纤维膜纺丝喷嘴13(下面,记作“纺丝喷嘴13”)。纺丝喷嘴13是对具有单层多孔质膜层进行纺丝的中空纤维膜的喷嘴。
纺丝喷嘴13具有第一喷嘴141和第二喷嘴142,并具有:使中空状支承体通过的支承体通道143、以及使形成多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路144。另外,树脂流路144具有:导入膜形成性树脂溶液的导入部145、将膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部146、以及将从储液部146流入的膜形成性树脂溶液成形为与通过支承体通道143的支承体同心圆状的圆筒状的成形部147。另外,在储液部146的内部,设有使膜形成性树脂溶液从内周面向外周面通过的多孔单元151。作为多孔单元151,可使用与多孔单元131中列举的结构相同的结构。
由纺丝喷嘴13进行的纺丝中的膜形成性树脂溶液,从树脂供给口144a供给到树脂流路144,并供给到储液部146中的多孔单元151的内侧,分歧成二路而圆弧状流通并在相反侧合流。然后,该膜形成性树脂溶液从内周面向外周面通过多孔单元151,由成形部147成形为圆筒状并从排出口144b排出,同时赋予到从支承体导出口143a导出的支承体的外侧。如此,设置使膜形成性树脂溶液从内周面向外周面通过的多孔单元151,也能抑制在所获得的中空纤维膜上产生开裂的现象。
本发明第二方式的中空纤维膜纺丝喷嘴,不限于前述纺丝喷嘴21。例如,如图14所示,也可是这样的中空纤维膜纺丝喷嘴,其代替纺丝喷嘴21的储液部217而具有如下的储液部:该储液部被分成第一储液室217C和第二储液室,所述第一储液室217C具有截面圆环状的圆环部217b、和从圆环部217b向外侧凹陷形成的六个外周部217c;所述第二储液室同样具有圆环部和六个外周部,在各个外周部217c的部分设有六个供给道217a。
另外,也可是这样的中空纤维膜纺丝喷嘴,其代替纺丝喷嘴21的储液部217而具有如下的储液部:如图15所示,该储液部不具有外周部,而具有截面圆环状的第一储液室217D、和相同形状的第二储液室,并沿其外壁设有二个以上的供给道217a。
另外,第一储液室217A的外周部217c也可以不是阶梯状,而是像第二储液部217B那样底面为一定。
另外,虽然纺丝喷嘴21的储液部217分为二级储液室,但本发明的在中空纤维膜纺丝喷嘴的储液部也可分为三级以上的储液室。此时的储液部的上下相邻的储液室通过分别沿外壁设置的二个以上的供给道连通。
另外,本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴,也可是对具有多层多孔质膜层的多孔质中空纤维膜进行纺丝的喷嘴。例如,也可是这样的中空纤维膜纺丝喷嘴:具有二个树脂流路,该树脂流路具有如纺丝喷嘴21那样的储液部和成形部,将在各自的树脂流路中成形为圆筒状的膜形成性树脂溶液层叠复合成同心圆状并赋予到中空状支承体的外侧。
在该情况下,既可在纺丝喷嘴的内部设置将膜形成性树脂溶液层叠复合的复合部,也可在喷嘴的外部将各个膜形成性树脂溶液层叠复合并赋予到支承体的外侧。
本发明第三方式的中空纤维膜纺丝喷嘴,只要是在储液部的内部形成有充填了粒子的充填层的结构,则不限于所述纺丝喷嘴31。例如,也可是图19及图20所例示的中空纤维膜纺丝喷嘴32(下面,记作“纺丝喷嘴32”)。
纺丝喷嘴32具有第一喷嘴331和第二喷嘴332,并在内部具有:使中空状支承体通过的支承体通道333、以及使形成多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路334。树脂流路334具有:导入膜形成性树脂溶液的导入部335、将膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部336、以及将膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部337。储液部336,其水平方向的截面形状是圆环状,且垂直方向的截面形状是半圆形。在储液部336上形成有充填有球状粒子341的充填层340,球状粒子341具有与储液部336的高度大致同等的直径。
成形部337,将从储液部336流入的膜形成性树脂溶液成形为与通过支承体通道333的支承体同心圆状的圆筒状。
另外,本发明第三方式的中空纤维膜纺丝喷嘴,充填层也可不从成形部的底部形成。例如,也可在成形部内部的规定高度,设置圆盘状的金属丝网或过滤器等使膜形成性树脂溶液通过的圆盘支承体,在成形部内部的所述圆盘支承体上,充填粒子而形成充填层。
另外,本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴,也可是对具有多层多孔质膜层的多孔质中空纤维膜进行纺丝的喷嘴。例如,也可是这样的中空纤维膜纺丝喷嘴:具有二个树脂流路,该树脂流路具有如纺丝喷嘴31那样的储液部和成形部,在这些储液部分别形成有充填了粒子的充填层,将由各个成形部成形为圆筒状的膜形成性树脂溶液层叠复合成同心圆状并赋予到中空状支承体的外侧。在该情况下,既可在纺丝喷嘴的内部,设置将由各个成形部成形的膜形成性树脂溶液层叠复合的复合部,也可在喷嘴的外部,对膜形成性树脂溶液进行层叠复合并赋予到支承体的外侧。
本发明第四方式的中空纤维膜纺丝喷嘴,不限于纺丝喷嘴41。例如,虽然纺丝喷嘴41的储液部是四级,但储液部既可是二级或三级,也可是五级以上。
另外,虽然各树脂供给部沿储液部416的周向向逆时针方向互相各错开225°地等间隔设置,但形成树脂供给部的位置不特别限定。例如,纺丝喷嘴41的第一树脂供给部416a、第二树脂供给部416b及第三树脂供给部416c,也可沿储液部416的周向向逆时针方向各错开135°地形成。
另外,本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴,也可是对层叠有由不同的膜形成性树脂溶液形成的多孔质膜层的多孔质中空纤维膜的喷嘴。例如,也可是这样的中空纤维膜纺丝喷嘴:具有二个树脂流路,该树脂流路具有前述的储液部和成形部,将在各个树脂流路成形为圆筒状的种类不同的膜形成性树脂溶液层叠复合成同心圆状并赋予到中空状支承体的外侧。在该情况下,既可在二个树脂流路的各自的最下级成形部的下游侧,设置将沿各个树脂流路流来的膜形成性树脂溶液层叠复合的复合部,也可在喷嘴的外部,对各个膜形成性树脂溶液进行层叠复合并赋予到支承体的外侧。
本发明第五方式的中空纤维膜纺丝喷嘴,不限于所述纺丝喷嘴51。例如,在纺丝喷嘴51中,虽然蛇行部518的圆环流路部是五个,但不限于五个。
蛇行部518的圆环流路部也可是二个以上。
另外,虽然纺丝喷嘴51的蛇行部518是使从储液部516流入的膜形成性树脂溶液向中心方向作上下蛇行的部分,但本发明第五方式的中空纤维膜纺丝喷嘴只要具有蛇行部,则不限于该形态。
例如,也可是图35所例示的中空纤维膜纺丝喷嘴52(下面,记作“纺丝喷嘴52”)。纺丝喷嘴52具有第一喷嘴521a、第二喷嘴521b、第三喷嘴522a和第四喷嘴522b,在内部具有:使中空状支承体通过的支承体通道523、以及使形成多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路524。树脂流路524具有:导入膜形成性树脂溶液的导入部525、将膜形成性树脂溶液储存为截面圆环状的储液部526、以及将膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部527。另外,纺丝喷嘴52,在储液部526与成形部527之间具有使膜形成性树脂溶液以保持成截面圆环状的状态作上下蛇行的蛇行部528。
另外,本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴,也可是对具有多层多孔质膜层的多孔质中空纤维膜进行纺丝的喷嘴。例如,也可是这样的中空纤维膜纺丝喷嘴:具有二个树脂流路715及722,该树脂流路715及722具有纺丝喷嘴71那样的储液部717和724、成形部278和718、以及蛇行部719和726,将由这些树脂流路715及722的成形部728及718成形的膜形成性树脂溶液层叠复合为同心圆状并赋予到中空状支承体的外侧。在该情况下,既可在纺丝喷嘴的内部,设置将各个膜形成性树脂溶液层叠复合的复合部730,也可在喷嘴的外部,对各个膜形成性树脂溶液进行层叠复合并赋予到支承体的外侧。
在前述的纺丝喷嘴61的储液部616中,虽然是二个围堰618和围堰619被互相设成涡旋状的形态,但也可是只是一个围堰被设成涡旋状的形态。例如,如图40所示,也可是在储液部616的内部,从下壁面向上壁面延伸的一个围堰618A被设成涡旋状的形态。即使这种形态,在储液部616内,膜形成性树脂溶液也一边涡旋状回旋一边越过围堰618A地流通,并反复进行细微的分歧和合流,故认为,在储液部616的内壁面与外壁面之间,沿通过储液部616的中心轴的水平方向的直线形成膜形成性树脂溶液的合流边界的现象得到抑制。因此,可抑制在多孔质膜层上形成沿轴向开裂的起点,可抑制所获得的中空纤维膜产生开裂的现象。
本发明第六方式的中空纤维膜纺丝喷嘴,不限于所述纺丝喷嘴61或62。例如,本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴,也可是对具有多层多孔质膜层的多孔质中空纤维膜进行纺丝的喷嘴。具体来说,也可是这样的中空纤维膜纺丝喷嘴:具有二个树脂流路,该树脂流路具有纺丝喷嘴61或62那样的储液部及成形部,在这些储液部上分别设有前述那样的将膜形成性树脂溶液限制成使其回旋的围堰,将储存在这些储液部内的膜形成性树脂溶液层叠复合为同心圆状并赋予到中空状支承体的外侧。在该情况下,既可在纺丝喷嘴的内部,设置将由各个储液部储存的膜形成性树脂溶液层叠复合的复合部,也可在喷嘴的外部,对膜形成性树脂溶液进行层叠复合并赋予到支承体的外侧。
本发明的纺丝喷嘴,既可是在其中心具有使支承体通过的支承体通道的纺丝喷嘴,也可是对无中空状支承体的多孔质中空纤维膜进行纺丝的纺丝喷嘴。
通过使支承体或芯液等通过所述支承体通道,从而获得中空状中空纤维膜。较好的是,使支承体通过所述支承体通道。
在本发明的纺丝喷嘴是对无中空状支承体的多孔质中空纤维膜进行纺丝的纺丝喷嘴的情况下,使芯液等通过支承体通道,并进行凝固及清洗,由此可制造具有中空状多孔质膜的多孔质中空纤维膜。作为芯液,适当选定具有所需凝固力的芯液即可。作为所述芯液,例如有水、甘油或甘醇等的非溶剂的单独或混合物,与溶剂混合的混合溶液或它们的多种组合,或聚乙烯吡咯烷酮那样的可溶性聚合物等。
本发明的纺丝喷嘴,最好只有一个所述支承体通道。
<中空纤维膜的制造方法>
本发明的具有中空状多孔质膜层的中空纤维膜的制造方法,具有如下工序:由膜形成性树脂溶液对中空状中空纤维膜进行纺丝的纺丝工序;利用凝固液使纺丝出的中空纤维膜凝固的凝固工序;从凝固后的所述中空纤维膜中去除溶剂的去溶剂工序;将去除溶剂后的所述中空纤维膜内部所含的添加剂予以分解、并利用清洗而去除的分解及清洗工序;使清洗后的所述中空纤维膜干燥的干燥工序;以及对干燥后的所述中空纤维膜进行卷绕的卷绕工序,由所述膜形成性树脂溶液对所述中空纤维膜进行纺丝的纺丝工序,包含利用本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴而由所述膜形成性树脂溶液对所述中空纤维膜进行纺丝。
<<纺丝工序>>
在本发明的中空纤维膜的制造方法中,首先调制前述的膜形成性树脂溶液。本发明的中空纤维膜的制造方法所用的本发明的纺丝喷嘴,在内部具有:使中空状支承体通过的支承体通道、以及使形成多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路。纺丝喷嘴从支承体供给口供给中空状支承体并将该中空状支承体从支承体导出口导出,从树脂供给口供给所述膜形成性树脂溶液并将该膜形成性树脂溶液从排出口绕所述支承体排出成圆筒状。在利用本发明的纺丝喷嘴进行的中空纤维膜的纺丝中,从纺丝喷嘴的排出口排出的所述膜形成性树脂溶液,被赋予到从支承体导出口同时导出的中空状支承体的外侧。
<<凝固工序>>
使凝固池内的凝固液与从所述纺丝喷嘴排出的所述膜形成性树脂溶液接触,使所述膜形成性树脂溶液凝固,将所述膜形成性树脂溶液中的溶剂置换成非溶剂,形成多孔质膜层,获得具有中空状多孔质膜层的中空纤维膜前躯体。
在从所述纺丝喷嘴排出所述中空纤维膜前躯体后,到放入装有凝固液的凝固池之前,既可设置空走区间(气隙)(干湿式纺丝),也可不设置空走区间(湿式纺丝)。
本发明所用的膜形成性树脂溶液,是将膜形成性树脂及以控制相分离为目的的添加剂(开孔剂)溶解在成为两者的良好溶剂的有机溶剂中而得到的溶液(制膜原液)。所述凝固液,如有水、酒精或甲醇等或者它们的混合物,但从安全性或运行管理方面看,尤其是用于所述制膜原液的溶剂与水的混合液比较好。
<<去溶剂工序>>
由于在利用所述凝固工序像上述那样凝固后的中空纤维膜前躯体中残留有大量的溶剂等物质,因此,进行将残留在所述中空纤维膜前躯体中的溶剂等物质予以去除的工序(去溶剂工序)。
在去溶剂工序中,通过使具有所述中空状多孔质膜层的中空纤维膜前躯体与去溶剂槽中的热水接触而去除溶剂。热水的温度在不使所述中空纤维膜前躯体之间熔融的范围内,尽量设成高温是有效的。因此,所述热水的温度较好的是20~100℃,更好的是50~100℃。
<<分解及清洗工序>>
分解及清洗工序,是利用次氯酸等分解中空纤维膜前躯体内部的添加剂(开孔剂)、利用以后的清洗而将其去除的工序。
在分解及清洗工序中,在将去溶剂工序后的中空纤维膜前躯体浸渍在氧化剂及次氯酸钠水溶液后,在分解槽中利用氧化分解而使添加剂(开孔剂)低分子化。然后,用高速清洗槽中的热水清洗添加剂(开孔剂)。分解及清洗工序,进行一次处理或反复二次以上处理,以使所述中空纤维膜前躯体内部的添加剂(开孔剂)达到所需水平。
<<干燥工序及卷绕工序>>
在干燥工序中,对实施了分解及清洗工序后的中空纤维膜进行干燥。
作为干燥工序的方法不特别限制,可以通过将中空纤维膜导入热风干燥机等干燥机77内的方法进行。
例如,将分解及清洗工序后的所述中空纤维膜在60℃以上的温度下干燥总共所需时间1分钟以上、不到24小时之后,将其卷绕在绕线架或卷线轴等卷绕机上。
本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴及使用了所述纺丝喷嘴的本发明的中空纤维膜的制造方法,即使在提高了纺丝速度的情况下,也能制造不易产生沿着轴向的开裂的中空纤维膜。膜开裂的产生容易度,可根据后述的膜开裂性确认试验来确认。
利用本发明的纺丝喷嘴或本发明的制造方法制造的所述中空纤维膜,是具有中空状多孔质膜层的中空纤维膜,在其中心具有中空部。所述中空纤维膜,最好只具有一个所述中空部。
所谓的所述中空纤维膜的外径d,是指所述中空纤维膜的环状截面中膜的最外周的直径。所谓的中空纤维膜的内径dh,是指所述中空纤维膜的环状截面中的支承体内表面的直径。
(中空纤维膜的外径d)
中空纤维膜的外径d,用如下方法测定。
将所测定的样本切断成大约10cm,束成数根,其整体用聚氨脂树脂覆盖。聚氨酯树脂也浸透在支承体内的中空部中。
聚氨酯树脂硬化后,对用剃须刀片做成厚度(膜的长度方向)约0.5mm的薄片进行采样。
接着,用投影机(尼康公司制,PROFILE PROJECTOR V-12),以100倍物镜观察所采样的中空纤维膜的环状截面。
在所观察的中空状多孔质膜截面的X方向及Y方向的外表面位置对照标记(刻线)读取坐标,计算出外径d。对其测定三次并求出外径d的平均值。
中空纤维膜的内径dh,用如下方法测定。
要测定的样本,用与测定出外径d的样本相同的方法进行采样。
接着,用投影机(尼康公司制,PROFILE PROJECTOR V-12),以100倍物镜100观察了所采样的中空纤维膜的环状截面。
在所观察的中空状多孔质膜截面的X方向及Y方向的支承体内表面位置对照标记(刻线)读取坐标,由其计算出内径dh。对其测定三次并求出内径dh的平均值。
通常,使过滤对象物从中空纤维膜的膜外表面向膜内表面透过,使功能体现出来,当d/dh的数值变大时,作为通过中空纤维膜面后的中空部中的流体的流动阻力估算时所用的参数的内径dh相对于作为中空纤维膜的过滤面估算时所用的参数的外径d变小,或者外径d相对于内径dh变大,因此,有如下可能性:过滤后的流体在中空部流动时流动阻力增加,难以有效利用中空纤维膜;或者,膜形成性树脂溶液产生凝固延迟,不能获得所需的膜构造;或者,膜形成性数值溶液过剩地进入支承体内部,将中空部堵塞等。
另外,当d/dh的数值变小时,由于中空纤维膜的外径d与内径dh之差变小,中空纤维膜的膜厚变薄,因此,有耐压强度下降、或容易产生破损的可能性。
d/dh的较好的范围是1.3~5.0,更好的范围是1.4~3.5,最好的范围是1.5~2.0。
中空纤维膜的外径d在0.5mm以上、5.0mm以下较好。在中空纤维膜的外径d小于0.5mm时,难以制造中空加强支承体。当中空纤维膜的外径d超过5mm时,有如下的可能性:膜单体的聚集效率下降,不能获得所需的处理量;或者,在中空纤维膜的制造工序中,利用导向件进行的转向等产生工序通过性不良。
实施例
下面,利用实施例具体说明本发明,但本发明并不限于这些实施例。
(膜开裂性确认试验)
在数字式千分尺(三丰公司制MDC-25MJ)的测量头之间,以使千分尺的测定方向成为膜径向的状态夹持中空纤维膜,以投影机所测定的中空纤维膜外径值为零点,从该位置转动测量轴以使千分尺的指示值为负数,一边压缩膜、使其变形直至千分尺的指示的绝对值达到投影机所测定的中空纤维膜的中空部直径的数值,一边用肉眼确认开裂的产生,记录开裂产生时的千分尺的指示值。
在未见到膜开裂的情况下,暂时将千分尺打开,在使膜旋转45°后,再次使其压缩和变形并确认开裂的产生,每次旋转45°,最多测定四次。测定样本是三根,长度约为1cm。
作为开裂性的指标,在千分尺的指示的绝对值达到膜的中空部直径之前观察到开裂的为有开裂,达到膜的中空部直径时没有观察到开裂的为无开裂。
[实施例1]
(支承体的制造)
与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
将聚偏二氟乙烯A(阿科玛公司制,商品名:卡伊娜-301F)、聚偏二氟乙烯C(阿科玛公司制,商品名:卡伊娜-9000HD)、聚乙烯吡咯烷酮(日本催化剂公司制,商品名:K-79)以及N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)(三星精密化学公司制)按照如表1所示的质量比那样进行混合,调制成膜形成性树脂溶液(3)及(4)。
使用在各储液部分别配有多孔单元(SMC公司制,烧结金属单元ESP-20-40-2-70,长度13mm)的中空纤维膜纺丝喷嘴11,在将所述纺丝喷嘴保温成32℃的状态下,从支承体供给口114a供给所述中空状编绳支承体,并以每分钟10m的行进速度使其行进。作为第一膜形成性树脂溶液,从树脂供给口115a供给膜形成性树脂溶液(4),作为第二膜形成性树脂溶液,从树脂供给口116a供给膜形成性树脂溶液(3)。二种膜形成性树脂溶液在所述纺丝喷嘴内部层叠复合,在从所述喷嘴排出后,涂布并复合在所述中空状编绳支承体上,然后在62mm的气隙内通过。除上述外,与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造中空纤维膜。
在所述中空纤维膜的各储液部配置有孔径70μm的多孔单元。通过配置在各储液部的多孔单元后的计算合流数是2872。
所得到的中空纤维膜的外径d是2.75mm,内径dh是1.5mm,d/dh是1.83。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[实施例2]
(支承体的制造)
与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
除了在各储液部配置有孔径120μm的多孔单元(SMC公司制,烧结金属单元ESP-20-40-2-120,长度13mm)外,其余与实施例1相同地制造了中空纤维膜。
配置于所述中空纤维膜的各储液部的多孔单元的计算合流数是1676。
所得到的中空纤维膜的外径d是2.75mm,内径dh是1.5mm,d/dh是1.83。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[实施例3]
(支承体的制造)
与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
除了将各储液部的多孔单元的公称过滤精度做成150μm(富士过滤器工业公司制,烧结金属丝网富士麓(注册商标),外径14mm,内径11mm,长度13mm)以外,其余与实施例1相同地制造了中空纤维膜。
通过配置在所述中空纤维膜的各储液部的多孔单元后的计算合流数是922。
所得到的中空纤维膜的外径d是2.75mm,内径dh是1.5mm,d/dh是1.83。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[实施例4]
(支承体的制造)
除了将加热模温度设成190℃、将支承体外径做成2.55mm以外,其余与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
将聚偏二氟乙烯A(阿科玛公司制,商品名:卡伊娜-301F)、聚乙烯吡咯烷酮(日本催化剂公司制,商品名:K-79)以及N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)(三星精密化学公司制)如表1所示的质量比那样进行混合,调制成膜形成性树脂溶液(5)。
在储液部121配置有孔径70μm的多孔单元(SMC公司制,烧结金属单元ESP-14-40-2-70,长度13mm),不供给第一膜形成性树脂溶液,而将树脂供给口115a封住,作为第二膜形成性树脂溶液,从树脂供给口116a供给膜形成性树脂溶液(5),除此之外,其余与实施例1相同地制造了中空纤维膜。
通过配置在所述中空纤维膜的储液部的多孔单元后的计算合流数是1795。
所得到的中空纤维膜的外径d是2.75mm,内径dh是1.5mm,d/dh是1.83。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
(实施例5)
(支承体的制造)
与实施例1相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
除了在储液部121配设有孔径120μm的多孔单元(SMC公司制,烧结金属单元ESP-14-40-2-120,长度13mm)外,其余与实施例4相同地制造了中空纤维膜。
通过配置在所述中空纤维膜的各储液部的多孔单元后的计算合流数是1047。
所得到的中空纤维膜的外径d是2.75mm,内径dh是1.5mm,d/dh是1.83。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[实施例6]
(支承体的制造)
与实施例1相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
除了在储液部121配置有孔径150μm的多孔单元(富士过滤器工业公司制,烧结金属丝网富士麓(注册商标),外径14mm,内径11mm,长度13mm)以外,其余与实施例4相同地制造了中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[实施例7]
(支承体的制造)
与实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
将聚偏二氟乙烯A(阿科玛公司制,商品名:卡伊娜-301F)、聚偏二氟乙烯B(阿科玛公司制,商品名:卡伊娜-9000LD)、聚乙烯吡咯烷酮(日本催化剂公司制,商品名:K-79)以及N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)(三星精密化学公司制)如表1所示的质量比那样进行混合,调制成膜形成性树脂溶液(5)及(6)。
除了在各储液部配置有孔径70μm的多孔单元(SMC公司制,烧结金属单元ESP-20-40-2-70,长度13mm)外,其余与实施例4相同地制造了中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[实施例8]
(支承体的制造)
与实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
除了在各储液部配置有孔径120μm的多孔单元(SMC公司制,烧结金属单元ESP-20-40-2-120,长度13mm)外,其余与实施例7相同地制造了中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[实施例9]
(支承体的制造)
与实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
除了在各储液部配置有孔径150μm的多孔单元(富士过滤器工业公司制,烧结金属丝网富士麓(登记商标),外径14mm,内径11mm,长度13mm)以外,其余与实施例7相同地制造了中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[实施例10]
(支承体的制造)
与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
在储液部118a配置有孔径120μm的多孔单元(SMC公司制,烧结金属单元ESP-20-40-2-120,长度13mm),在储液部121a,配置有外径30mm、内径26mm、长度13mm的圆筒形状且在长度6.5mm的位置从圆筒外周向圆筒内周以5度间隔穿设有72个直径0.5mm孔的多孔单元,除此之外,其余与实施例1相同地制造了中空纤维膜。
通过配置于所述中空纤维膜内层的储液部118的多孔单元后的计算合流数是1676,通过配置于外层的储液部121的多孔单元后的计算合流数是72。
所得到的中空纤维膜的外径d是2.75mm,内径dh是1.5mm,d/dh是1.83。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[比较例1]
除了储液部118a及121a都不配置有实施例1的多孔单元外,其余与实施例1相同地纺丝,获得了多孔质中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的外径d是2.75mm,内径dh是1.5mm,d/dh是1.83。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,观察到了膜开裂。
[比较例2]
除了储液部118a不配置有实施例1的多孔单元外,其余与实施例1相同地纺丝,获得了多孔质中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,观察到了膜开裂。
[比较例3]
除了储液部121a不配置有实施例1的多孔单元外,其余与实施例1相同地纺丝,获得了多孔质中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,观察到了膜开裂。
[比较例4]
在实施例10的储液部121a配置有外径20mm、内径16mm、长度13mm的圆筒形状且在长度6.5mm的位置从圆筒外周向圆筒内周以10度间隔穿设有36个直径0.5mm孔的多孔单元,除此之外,其余与实施例10相同地制造了中空纤维膜。
通过配置于所述中空纤维膜内层的储液部118的多孔单元后的计算合流数是1676,通过配置于外侧的储液部121的多孔单元后的计算合流数是36。
所得到的中空纤维膜的外径d是2.75mm,内径dh是1.5mm,d/dh是1.83。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,观察到了膜开裂。
[实施例11]
(支撑体的制造)
除了将加热模温度设成190°、将支承体外径做成2.55mm以外,其余与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
将聚偏二氟乙烯A(阿科玛公司制,商品名:卡伊娜-301F)、聚乙烯吡咯烷酮(日本催化剂公司制,商品名:K-79)以及N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)(三星精密化学公司制)如表1所示的质量比那样进行混合,调制成膜形成性树脂溶液(5)。
使用在储液室配置有分别向外侧凹陷的12个外周部的中空纤维膜纺丝喷嘴,在将所述纺丝喷嘴保温成32℃的状态下,从支承体供给口214a供给所述中空状编绳支承体,并以每分钟2m的行进速度使其行进。从树脂供给口215a供给膜形成性树脂溶液(5),在从所述中空纤维膜纺丝喷嘴排出后将其涂布和层叠在所述中空状编绳支承体上,使其在42mm的气隙内通过。除了上述外,其余与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[实施例12]
(支承体的制造)
除了将加热模温度设成190℃、将支承体外径做成2.55mm以外,其余与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
将聚偏二氟乙烯A(阿科玛公司制,商品名:卡伊娜-301F)、聚乙烯吡咯烷酮(日本催化剂公司制,商品名:K-79)以及N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)(三星精密化学公司制)如表1所示的质量比那样进行混合,调制成膜形成性树脂溶液(5)。
使用在储液部配置有7个直径2.79mm钢球的中空纺丝喷嘴,在将所述纺丝喷嘴保温成32℃的状态下,从支承体供给口313a供给所述中空状编绳支承体,并以每分钟4m的行进速度使其行进。从树脂供给口314a供给所述膜形成性树脂溶液(5),从所述中空纤维膜纺丝喷嘴排出后将其涂布和层叠在所述中空状编绳支承体上,使其在42mm的气隙内通过。除了上述外,其余与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[实施例13]
(支承体的制造)
除了将加热模温度设成190℃、将支承体外径做成2.55mm以外,其余与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
除了在储液部配置有300个直径1.51mm钢球以外,其余与实施例12相同地制造了中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[比较例5]
除了使用与实施例12相同地制造的支承体、在储液部不充填钢球以外,其余与实施例12相同地进行纺丝,获得中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,观察到了膜开裂。
[实施例14]
除了将加热模温度设成190℃、将支承体外径做成2.55mm以外,其余与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
将聚偏二氟乙烯A(阿科玛公司制,商品名:卡伊娜-301F)、聚偏二氟乙烯B(阿科玛公司制,商品名:卡伊娜-9000LD)、聚乙烯吡咯烷酮(日本催化剂公司制,商品名:K-79)以及N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)(三星精密化学公司制)如表1所示的质量比那样进行混合,调制成膜形成性树脂溶液(5)及(6)。
在膜形成性树脂溶液(6)的树脂流路配置二级储液部,在膜形成性树脂溶液(5)的树脂流路配置二级储液部,并使用将相邻树脂供给部的位置各错开225度的中空纤维膜纺丝喷嘴41。在将所述纺丝喷嘴保温成32℃的状态下,从支承体供给口供给所述中空状编绳支承体,并以每分钟10m的行进速度使其行进,从树脂供给口供给了膜形成性树脂溶液(5)及(6)。二种膜形成性树脂溶液(5)及(6)在喷嘴内部层叠复合,从喷嘴排出后将其涂布和层叠在所述中空状编绳支承体上,使其在42mm的气隙内通过。除了上述外,其余与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[比较例6]
除了使用将实施例14的各储液部做成一级一级、并将树脂供给部的位置各错开180度的喷嘴以外,其余与实施例14相同地进行纺丝,获得中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,观察到了膜开裂。
[实施例15]
(支承体的制造)
除了将加热模温度设成190℃、将支承体外径做成2.55mm以外,其余与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
将聚偏二氟乙烯A(阿科玛公司制,商品名:卡伊娜-301F)、聚偏二氟乙烯B(阿科玛公司制,商品名:卡伊娜-9000LD)、聚乙烯吡咯烷酮(日本催化剂公司制,商品名:K-79)以及N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)(三星精密化学公司制)如表1所示的质量比那样进行混合,调制成膜形成性树脂溶液(5)及(6)。
在将图44所示的纺丝喷嘴71保温成32℃的状态下,从支承体供给口714a供给所述中空状编绳支承体,并以每分钟10m的行进速度使其行进。作为内层的膜形成性树脂溶液,从内层的树脂供给口722a供给膜形成性树脂溶液(6),作为外层的膜形成性树脂溶液,从外层的树脂供给口715a供给膜形成性树脂溶液(5)。各膜形成性树脂溶液被导入各个储液部717或724,进行分歧和合流而成为截面圆环状,内层作上下蛇行并在蛇行部726经过大约10秒的滞留时间而从成形部728被导入成形部718,外层作上下蛇行并在蛇行部719经过大约60秒的滞留时间而被导入成形部718。在喷嘴内部使各膜形成性树脂溶液层叠复合,从喷嘴排出后将其涂布和层叠在所述中空状编绳支承体上,并使其在62mm的气隙内通过。除了上述外,其余与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[实施例16]
(支承体的制造)
与实施例15相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
将聚偏二氟乙烯A(阿科玛公司制,商品名:卡伊娜-301F)、聚乙烯吡咯烷酮(日本催化剂公司制,商品名:K-79)以及N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)(三星精密化学公司制)如表1所示的质量比那样进行混合,调制成膜形成性树脂溶液(5)。
除了从树脂供给口514a供给所述膜形成性树脂溶液(5)、在蛇行部518经过大约10秒的滞留时间而被导入成形部517以外,其余与实施例1相同地制造了中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[比较例7]
(支承体的制造)
与实施例15相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
与实施例16相同地如表1所示的质量比那样进行混合,调制成膜形成性树脂溶液(5)。
除了从树脂供给口供给所述膜形成性树脂溶液(5)、在蛇行部经过大约3秒的滞留时间而被导入成形部以外,其余与实施例2相同地制造了中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,观察到了膜开裂。
[实施例17]
(支承体的制造)
除了将加热模温度设成190℃、将支承体外径做成2.55mm以外,其余与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
将聚偏二氟乙烯A(阿科玛公司制,商品名:卡伊娜-301F)、聚乙烯吡咯烷酮(日本催化剂公司制,商品名:K-79)以及N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)(三星精密化学公司制)如表1所示的质量比那样进行混合,调制成膜形成性树脂溶液(5)。
使用在储液部配置连续的涡旋状的围堰、涡旋状围堰的回旋设成2.5周、将围堰顶端与上壁面之间的间隙设成0.1mm的中空纤维膜纺丝喷嘴。在将所述纺丝喷嘴保温成32℃的状态下,从支承体供给口供给所述中空状编绳支承体,并以每分钟10m的行进速度使其行进。从树脂供给口供给所述膜形成性树脂溶液(5),从喷嘴排出后将其涂布和层叠在所述中空状编绳支承体上,使其在42mm的气隙内通过。除了上述外,其余与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[实施例18]
(支承体的制造)
与实施例1相同地制造了中空状编绳支承体。
(中空纤维膜的制造)
与实施例1相同,调制膜形成性树脂溶液(5)。
在储液部配置连续的螺旋状的围堰,将螺旋状围堰的回旋设成大约6周。围堰顶端做成向排出口变小、具有14度的角度的圆锥状,外壁面做成向排出口变小、具有10度的角度的圆锥状。使用螺旋结束部的与外壁面的间隙设成大约0.3mm的中空纤维膜纺丝喷嘴,并以每分钟5m的行进速度使其行进。除了上述外,其余与实施例1相同地制造了中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。
[比较例8]
将聚酯的纤度做成167dtex、单纤维数72、卷绕数3、总计纤度501dtex,将加热模的内径做成1.8mm,除此以外,其余与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了支承体外径1.8mm、支承体内径1.5mm的中空状编绳支承体。
通过配置于各储液部的多孔单元后的计算合流数是922。
除了变更支承体、为了获得所需外径而调整排出量以外,其余与实施例3相同地进行纺丝,获得了多孔质中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的外径d是1.8mm,内径dh是1.5mm,d/dh是1.2。
所得到的多孔质中空纤维膜为扁平,膜产生破损。
[比较例9]
与国际公开第2009/142279号公报的实施例4相同地制造了中空状编绳支承体。
除了为获得所需外径而调整排出量以外,其余与实施例3相同地进行纺丝,获得了多孔质中空纤维膜。
所得到的中空纤维膜的外径d是8.5mm,内径dh是1.5mm,d/dh是5.67。
所得到的多孔质中空纤维膜,发现了膜形成性树脂过度进入中空部所造成的中空部堵塞。
[表1]
另外,对于实施例1~5及10和比较例1及4,将求出计算合流数的结果表示在表2中。从表2可知,在计算合流数多于50个的实施例1~5及10中,如上述那样得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,未观察到膜开裂。另一方面,在计算合流数少于50个的比较例1及4中,如上述那样得到的中空纤维膜的膜开裂性确认试验的结果,观察到了膜开裂。
产业上的实用性
本发明的中空纤维膜纺丝喷嘴及中空纤维膜的制造方法,由于即使是提高了纺丝速度的情况下,也能制造不易产生沿着轴向的开裂的中空纤维膜,因此,能够在水处理领域等中进行使用。

Claims (13)

1.一种中空纤维膜纺丝喷嘴,对具有多孔质膜层及支承体的中空纤维膜进行纺丝,该中空纤维膜纺丝喷嘴的特征在于,
所述喷嘴具有使形成所述多孔质膜层的膜形成性树脂溶液流通的树脂流路,
所述树脂流路具有:储存所述膜形成性树脂溶液的储液部;将所述膜形成性树脂溶液成形为圆筒状的成形部;以及延迟构件,所述延迟构件是蛇行部,所述膜形成性树脂溶液滞留在所述蛇行 部的时间为10秒~5分钟。
2.如权利要求1所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,其特征在于,所述储液部是截面圆环状。
3.如权利要求1所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,其特征在于,所述树脂流路具有将所述膜形成性树脂溶液合流的二个以上的合流部分。
4.如权利要求2所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,其特征在于,所述树脂流路具有将所述膜形成性树脂溶液合流的二个以上的合流部分。
5.如权利要求1~4中任一项所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,其特征在于,所述储液部或所述成形部的内部具有所述膜形成性树脂溶液的分歧及合流构件,
所述分歧及合流构件是设于所述储液部的内部的、充填有粒子的充填层。
6.如权利要求1~4中任一项所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,其特征在于,在所述树脂流路上,设有使所述膜形成性树脂溶液的流通延迟的延迟构件,
所述延迟构件是在所述储液部与所述成形部之间使所述膜形成性树脂溶液作上下蛇行的蛇行部。
7.如权利要求1~4中任一项所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,其特征在于,所述树脂流路配置成使所述膜形成性树脂溶液分歧及合流,
所述树脂流路是设成从所述储液部内的一方的壁面向另一方的壁面延伸的围堰,该围堰将所述储液部内的所述膜形成性树脂溶液的流通限制成使该流通回旋。
8.如权利要求1~4中任一项所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,其特征在于,
所述延迟构件是在所述储液部与成形部之间使膜形成性树脂溶液以保持成截面圆环状的状态作上下蛇行的蛇行部。
9.如权利要求1~4中任一项所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,其特征在于,
所述膜形成性树脂溶液滞留在所述蛇行 部的时间为1分钟~3分钟。
10.如权利要求1~4中任一项所述的中空纤维膜纺丝喷嘴,其特征在于,
从上方的壁面向下方的壁面延伸且呈截面圆环状的上方围堰和从下方的壁面向上方的壁面延伸且呈截面圆环状的下方围堰交替设置而形成所述蛇行部。
11.一种中空纤维膜的制造方法,具有中空状的多孔质膜层及支承体,该制造方法的特征在于,包括:
由膜形成性树脂溶液对中空状的中空纤维膜进行纺丝的工序;
利用凝固液使纺丝出的所述中空纤维膜凝固的工序;
从凝固的所述中空纤维膜中去除溶剂的工序;
将去除溶剂后的所述中空纤维膜中的添加剂予以分解,清洗所述中空纤维膜的工序;
使清洗后的所述中空纤维膜干燥的工序;以及
卷绕干燥后的所述中空纤维膜的工序,由所述膜形成性树脂溶液对所述中空纤维膜进行纺丝的工序包含:利用如权利要求1~10中任一项所述的中空纤维膜纺丝喷嘴而由所述膜形成性树脂溶液对所述中空纤维膜进行纺丝。
12.如权利要求11所述的中空纤维膜的制造方法,其特征在于,在对所述中空纤维膜进行纺丝的工序中,纺丝出的所述中空纤维膜的外径d是0.5mm以上、5.0mm以下,
所述中空纤维膜的外径d除以内径dh后的值d/dh是1.3以上、5.0以下。
13.如权利要求11或12所述的中空纤维膜的制造方法,其特征在于,在对所述中空纤维膜进行纺丝的工序中,纺丝出的所述中空纤维膜的环状截面上的计算合流数是50个以上。
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