JP2007239147A - Spinning nozzle for producing hollow fiber membrane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中空糸膜製造用紡糸ノズルに関し、特に、乾湿式法による多孔質中空糸膜の製造に用いられる中空糸膜製造用紡糸ノズルに関するものである。 The present invention relates to a spinning nozzle for producing a hollow fiber membrane, and more particularly to a spinning nozzle for producing a hollow fiber membrane used for producing a porous hollow fiber membrane by a dry and wet method.
精密濾過や限外濾過等に用いられる多孔質中空糸膜(以下、中空糸膜という)の一般的な製造方法について、その概略を説明する。 An outline of a general method for producing a porous hollow fiber membrane (hereinafter referred to as a hollow fiber membrane) used for microfiltration, ultrafiltration and the like will be described.
ポリマー溶液、ドープ等と呼ばれる製膜溶液は、膜を形成するポリマーとその他適宜配合される添加剤を良溶媒中に溶解させて調整される。この製膜溶液を圧力ポンプや定量ポンプ等によって二重管構造の紡糸ノズルの環状の外側流路に供給する。環状の外側流路の内側に設けられた流路には、内部凝固液と呼ばれるポリマーを凝固(相分離)させる非溶媒(一般的には水または水に良溶媒を混ぜたもの)を芯液として供給する。 A film-forming solution called a polymer solution, dope or the like is prepared by dissolving a polymer forming a film and other additives that are appropriately blended in a good solvent. This film forming solution is supplied to the annular outer flow path of the spinning nozzle having a double tube structure by a pressure pump, a metering pump or the like. In the channel provided inside the annular outer channel, a non-solvent (generally a mixture of water or a good solvent in water) that solidifies (phase-separates) a polymer called an internal coagulating liquid is used as a core liquid. Supply as.
紡糸ノズルから管状の中空構造を呈して押し出される製膜溶液は、空気中を一定距離通過した後、外部凝固液と呼ばれるポリマーを凝固させる溶液に浸漬され、その外側が凝固される。また製膜溶液の内側(中空部)は芯液によって凝固される。このようにして中空状の中空糸膜が形成される。 The film-forming solution that is extruded from the spinning nozzle in the form of a tubular hollow structure passes through a certain distance in the air, and is then immersed in a solution that solidifies a polymer called an external coagulation liquid, and the outside is solidified. Further, the inside (hollow part) of the film forming solution is solidified by the core liquid. In this way, a hollow hollow fiber membrane is formed.
このような一般的な中空糸膜製造方法については以下に示す文献に開示されている。
中空糸膜の製造に使用される紡糸ノズルとしては、例えば、図4に示すようなものがある。図4は、従来技術に係る紡糸ノズルの模式的断面図である。紡糸ノズル101は、製膜溶液管部102と、芯液管部103とからなる二重管構造で構成されている。
As a spinning nozzle used for manufacturing a hollow fiber membrane, for example, there is a nozzle as shown in FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a spinning nozzle according to the prior art. The spinning
中空糸膜を形成する製膜溶液は、製膜溶液管部102に設けられた製膜溶液流入口121から注入され製膜溶液流路122を通って製膜溶液吐出口123から吐出される。一方、中空糸膜の中空部を形成するための芯液は、芯液管部103の芯液流路135を通って芯液吐出口133から吐出される。
The membrane-forming solution that forms the hollow fiber membrane is injected from the membrane-forming
このような紡糸ノズル101の場合、製膜溶液流入口121は軸方向に延びる製膜溶液流路122に対して径方向に設けられているため、図5に示すように、製膜溶液は製膜溶液流路122内に内径方向に流入する。図5は、図4の製膜溶液流路122を拡大して示した模式的透視図である。
In the case of such a spinning
したがって、製膜溶液流入口121から流入してきた製膜溶液は、図5および図6に示すように、芯液管部103の周りを一方の周方向と他方の周方向とに分かれて芯液管部103を巻き込むように流れつつ、軸方向に流れを変えて製膜溶液吐出口123に向かって流れていく。なお、図6は図5のA−A断面図である
Therefore, the film-forming solution that has flowed in from the film-forming
このような流れの分流や方向の変化等により、また、製膜溶液流入口121から製膜溶液流路122に流れ込む際に流路断面積の拡大によって生じる急激な流速低下等により、
製膜溶液の流れは不均一となり、製膜溶液が分流する箇所105において流れの滞留や局所的な細かい乱れ(その他の箇所で生じる大きな乱れに係る流れとは異なる流れ)が生ずる。
Due to such flow diversion and change in direction, etc., and due to a sudden drop in flow velocity caused by expansion of the cross-sectional area of the flow path when flowing from the film
The flow of the film-forming solution becomes non-uniform, and the flow stays at the
このような分流箇所105における流れの乱れ等が製膜溶液吐出口123からの製膜溶液の吐出しに与える影響により、図7に示すように、製膜後の中空糸膜に気泡106等が発生してしまうという問題があった。図7は、製膜後の中空糸膜の模式的断面図である。
Due to the influence of the flow turbulence at the
特に製膜溶液はある程度の粘性を有するため、このような局所的な乱れや滞留が製膜溶液吐出口123まで痕跡を残し易いものと考えられる。そして、このような気泡106等の発生がさらに悪化すると、中空糸膜に割れが発生し中空糸膜の強度を著しく低下させていた。
In particular, since the film-forming solution has a certain degree of viscosity, it is considered that such local disturbance and stagnation easily leave a trace up to the film-forming
本発明は、上述の従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、製膜における気泡や割れ等の発生を抑制し、安定した強度を備えた中空糸膜を製造することができる紡糸ノズルを提供することである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the prior art, and the object of the present invention is to provide a hollow fiber membrane that suppresses the occurrence of bubbles, cracks, and the like in film formation and has a stable strength. It is providing the spinning nozzle which can manufacture.
上記目的を達成するために、本発明における中空糸膜製造用紡糸ノズルは、中心側の芯液流路と、その外側の製膜溶液流路と、を備えた二重管構造の中空糸膜製造用紡糸ノズルにおいて、製膜溶液流路内には、内径方向に流入してきた製膜溶液を製膜溶液流路の出口に向けて中心軸と平行な方向に整流する流路を形成する整流流路形成部が設けられていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the spinning nozzle for producing a hollow fiber membrane in the present invention is a hollow fiber membrane having a double tube structure including a core liquid channel on the center side and a membrane forming solution channel on the outside thereof. In the production spinning nozzle, a flow straightening is formed in the film forming solution flow path to flow the film forming solution flowing in the inner diameter direction in a direction parallel to the central axis toward the outlet of the film forming solution flow path. A flow path forming part is provided.
このように、内径方向に流入してきた製膜溶液の流れが、整流流路形成部によって形成される整流流路により中心軸と平行で均一な流れに整流され、これにより製膜溶液の流れの中に局所的な乱れや滞留が発生するのが抑制され、製膜後の中空糸膜に気泡や割れ等が発生するのが抑制される。 In this way, the flow of the film-forming solution that has flowed in the inner diameter direction is rectified into a uniform flow parallel to the central axis by the rectifying flow path formed by the rectifying flow-path forming portion, thereby Occurrence of local turbulence and stagnation inside is suppressed, and generation of bubbles and cracks in the hollow fiber membrane after film formation is suppressed.
整流流路を、0.01mm〜1mmの幅の環状の流路としてもよい。 The rectifying channel may be an annular channel having a width of 0.01 mm to 1 mm.
整流流路形成部を、内管の外壁から外側に向かって突出した環状凸部としてもよい。 The rectifying flow path forming portion may be an annular convex portion protruding outward from the outer wall of the inner tube.
以上説明したように、中空糸膜の製膜において気泡や割れ等の発生が抑制され、気泡や割れ等の発生等による強度低下のおそれの少ない、安定した強度を備えた中空糸膜の製造が可能となる。 As described above, the production of hollow fiber membranes with stable strength is suppressed in the production of hollow fiber membranes, and the occurrence of bubbles and cracks is suppressed, and there is little risk of strength reduction due to the occurrence of bubbles and cracks. It becomes possible.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. .
まず、図3を参照して、本発明の実施例に係る中空糸膜製造用紡糸ノズル(以下、紡糸ノズルという)を備えた中空糸膜製造装置について、中空糸膜の製造工程と合わせて説明する。図3は、本実施例に係る紡糸ノズルを備えた中空糸膜製造装置の構成を説明する模式図である。 First, with reference to FIG. 3, a hollow fiber membrane production apparatus provided with a spinning nozzle for producing a hollow fiber membrane (hereinafter referred to as a spinning nozzle) according to an embodiment of the present invention will be described together with the production process of the hollow fiber membrane. To do. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a configuration of a hollow fiber membrane manufacturing apparatus including a spinning nozzle according to the present embodiment.
中空糸膜製造装置1は、紡糸ノズル10と、ギアポンプ12と、マイクロポンプ13と、外部凝固液浴槽14と、巻取りロール15とを備える。
The hollow fiber membrane manufacturing apparatus 1 includes a
紡糸ノズル10は、中空糸膜の中空部を形成するための芯液を吐出する芯液吐出口と、該芯液吐出口の周りに環状に設けられ、製膜溶液を管状に吐出する製膜溶液吐出口と、を備える。
The spinning
製膜溶液2は、中空糸膜を形成するポリマーとその他の適宜配合される添加剤とを良溶媒中に溶解させることにより調整される。製膜溶液2は粘性の高い溶液であり加圧によってギアポンプ12に送り込まれ(図3中P)、ギアポンプ12から定量的に紡糸ノズル10に注入される。
The membrane-forming
芯液3には、ポリマーを凝固させる能力を持つ低粘性溶液、一般的には、水または水に良溶媒を混ぜたものが用いられ、中空糸膜の内側(中空部)を形成するための内部凝固液として、マイクロポンプ13によって紡糸ノズル10に注入される。
The
外部凝固液浴槽14は、外部凝固液と呼ばれるポリマーを凝固させる溶液で満たされており、紡糸ノズル10から吐出された製膜溶液2が浸漬される。
The external
中空糸膜の成形の手順は、まず、マイクロポンプ13によって芯液3が紡糸ノズル10に注入され、次いで、ギアポンプ12によって製膜溶液2が紡糸ノズル10に注入される。
The hollow fiber membrane is formed by first injecting the
そして、紡糸ノズル10から吐出されたゲル状の製膜溶液2を一定距離空走させたのち(エアギャップ11)外部凝固液浴槽14に導き、外部凝固液に浸漬させてその外側を凝固させることにより、中空糸膜4が形成される。中空糸膜4の内側(中空部)は芯液によって凝固されて形成される。
And after making the gel-form
形成された中空糸膜4は、さらに外部凝固液浴槽14中でしばらく溶媒置換(初期洗浄)が行われた後乾燥され、巻取りロール15で回収される。
The formed
次に、図1を参照して、本実施例に係る紡糸ノズルについてさらに詳しく説明する。図1は、本実施例に係る紡糸ノズルの模式的断面図である。本実施例に係る紡糸ノズル10は、製膜溶液管部20と、芯液管部30とを有する二重管構造で構成される。
Next, the spinning nozzle according to the present embodiment will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a spinning nozzle according to the present embodiment. The spinning
製膜溶液管部20は、軸方向に貫通する軸方向穴21と、該軸方向穴21の周面から径方向に製膜溶液管部2の側面まで貫通する径方向穴22とを備える。軸方向穴21は一方の開口部が先細に形成されており、径方向穴22は製膜溶液の流入口であり軸方向穴21の他方の開口部側に設けられている。
The membrane-forming
芯液管部30は、軸方向に突出したノズル部31と、ノズル基部32と、これらの中心を軸方向に貫通する軸方向穴(芯液流路)33とを備える。
The core
ノズル部31が軸方向穴21の他方の開口部から挿入され、ノズル部31根元のノズル基部32の端面が製膜溶液管部20の軸方向穴21の他方の開口部側の端面に当接し、ボルト等の締結具5によって製膜溶液管部20と芯液管部30とが軸方向に締め付けられることにより、製膜溶液管部20と芯液管部30とが一体となって紡糸ノズル10が構成される。
The
ノズル部31の根元側の外周面は、製膜溶液管部20の軸方向穴21の内周面と嵌合す
るように形成されており、これにより、ノズル部31が軸方向穴21に対して正確に位置決めされる
The outer peripheral surface on the base side of the
ノズル部31と軸方向穴21の軸方向の寸法はほぼ同じに設定されており、また、ノズル部31先端部の外径は、先細に形成された軸方向穴21の一方の開口部の径よりも小さく設定されている。したがって、ノズル部31が軸方向穴21に挿入されることにより、ノズル部31先端の外周面と、軸方向穴21の一方の開口部の内周面とによって製膜溶液の環状の吐出口23が形成される。一方、芯液の吐出口34は、ノズル部31先端の開口部となる。
The axial dimension of the
製膜溶液は、製膜溶液管部20の径方向穴(流入口)22から注入され、ノズル部31の外周面と軸方向穴21の内周面とにより環状に形成された流路24を通り、環状の吐出口23から管状に吐出される。
The film-forming solution is injected from the radial hole (inlet) 22 of the film-forming
中空糸膜の中空部を形成する芯液は、軸方向穴33のノズル基部32側の開口部(流入口35)から注入され、ノズル部31先端の開口部(吐出口34)から吐出される。
The core liquid that forms the hollow portion of the hollow fiber membrane is injected from the opening (inlet 35) on the
本実施例に係る紡糸ノズル10においては、芯液管部30のノズル部31の外周に、径方向に突出する(ノズル部31の外壁から外側に向かって突出する)環状の凸部(整流流路形成部)36が設けられており、凸部36の外周面と製膜溶液管部20の軸方向穴21の内周面との間に、凸部36より上流の流路26及び凸部36より下流の流路27に対して幅の小さい環状の整流流路25が形成される。したがって、製膜溶液の流路24は、整流流路25と、整流流路25より上流の流路26と、整流流路25よりも下流の流路27とにより構成されることになる。
In the spinning
ここで、図2を参照して、本実施例に係る紡糸ノズルの製膜溶液流路における製膜溶液の流れ及び整流流路による整流効果について説明する。図2は、本実施例に係る紡糸ノズルの製膜溶液流路を拡大して示した透視図である。ここで、同図中の矢印は製膜溶液の流れを表している。 Here, with reference to FIG. 2, the flow of the film forming solution in the film forming solution channel of the spinning nozzle according to the present embodiment and the rectifying effect by the rectifying channel will be described. FIG. 2 is an enlarged perspective view showing the film forming solution flow path of the spinning nozzle according to the present embodiment. Here, the arrow in the figure represents the flow of the film forming solution.
製膜溶液は、軸方向穴21に対して径方向に設けられた流入口22から流路26内に流入する。流入した製膜溶液は、ノズル部31の外周を両周方向に分かれてノズル部31を巻き込むようにして流れつつ、吐出口23に向かって軸方向に流れの向きを変えながら流れていくことになる。
The film forming solution flows into the
このような流れの分流や方向の変化等や、流入口22から流路26に流れ込む際の流路断面積の拡大によって生じる急激な流速低下等により、製膜溶液の流れは不均一となり、製膜溶液の分流箇所で流れの滞留や局所的な細かい乱れ等が生ずる。
The flow of the film-forming solution becomes non-uniform due to such a flow splitting or change in direction, or a sudden drop in flow velocity caused by an increase in the cross-sectional area of the flow path when flowing from the
滞留や乱れの生じた製膜溶液は、流路26に対して流路面積の小さい整流流路25に流入することにより、流れの向きが軸方向(中心軸と平行)に概ね揃えられるとともに、整流流路25を流れる流量の偏りが抑制されて概ね均一となる。
The film-forming solution in which the stay or disturbance has occurred flows into the rectifying
以上のようにして整流流路25で整流された製膜溶液は、流路27を流れる過程でさらに流れが整えられ吐出口23から吐出される。すなわち、凸部36を設けて整流流路25を形成することで製膜溶液の流れの向きを概ね揃えることができ、流れに偏り等が生じるのを抑制され、安定した吐出が可能となる。
The film forming solution rectified in the
その結果、製膜後の中空糸膜に気泡や割れ等が発生するのが抑制され、安定した強度を備えた中空糸膜の製造が可能となる。 As a result, generation of bubbles and cracks in the hollow fiber membrane after film formation is suppressed, and a hollow fiber membrane having stable strength can be produced.
なお、整流流路25よりも上流の流路26では、ノズル部31のノズル基部32側から凸部36にかけての外形形状が、図1および図2に示すように中間部でくびれた形成を呈している。これにより、流入口22から内径方向に流入してきた製膜溶液の流れの向きをゆるやかに軸方向に変えることができ、よりスムーズに整流流路25に向けて流すことによってより効果的な整流効果を得ることができる。
In the
また、ノズル部31の凸部36からノズル部31先端にかけての外形形状は、釣鐘状に先細となった形状を呈しており、整流流路25よりも下流の流路27の空間は、整流流路25を出てから一旦広がり、その後吐出口23に向かって徐々に狭くなっていくように変化する。
Further, the outer shape from the
流路27をこのように形成することにより、整流流路25で整流された製膜溶液をよりスムーズに吐出口23に向けて流すことができるとともに、粘調の製膜溶液の圧力損失を小さくして、吐出口23における吐出圧を十分に確保することができる。これにより、製膜溶液の安定した吐出形状を形成することができ、吐出の偏り等による糸裂け等を防止することができる。
By forming the
ただし、ノズル部31や流路24の形状は上述の形状に限定されるものではなく、流路を流れる流体の性質等によって適宜変更されることは言うまでもない。すなわち、本実施例のような粘調流体ではなく低粘度の溶液等を流すような場合には、吐出時における最終的な隙間間隔のまま吐出口まで続くように流路を構成してもよい。
However, the shape of the
ここで、整流流路25の幅(凸部36の外周面と軸方向穴21の周面との間の距離、すなわち、整流流路25の内径と外径との差の2分の1)は、広過ぎると凸部36による作用効果が低下し十分な整流効果を得ることができなくなる。また、逆に狭すぎると溶液中のコンタミの目詰まり、圧力損失による溶液供給圧の上昇、溶液の圧縮流れによる乱れ等により、粘調の製膜溶液の流れを阻害してしまう。
Here, the width of the rectifying channel 25 (distance between the outer peripheral surface of the
そこで、整流流路25の幅を0.01mm〜1mm、好ましくは0.05mm〜0.2mmとすることで、上述の問題を回避しつつ十分な整流効果を得ることができる。なお、軸方向穴21の径(図中のR)は10mm〜20mmとする。
Therefore, by setting the width of the rectifying
1 中空糸膜製造装置
2 製膜溶液
3 芯液
4 中空糸膜
10 紡糸ノズル
11 エアギャップ
12 ギアポンプ
13 マイクロポンプ
14 外部凝固液浴槽
15 巻取りロール
20 製膜溶液管部
21 軸方向穴
22 径方向穴(流入口)
23 吐出口
24 製膜溶液流路
25 整流流路
26 上流流路
27 下流流路
30 芯液管部
31 ノズル部
32 ノズル基部
33 軸方向穴(芯液流路)
34 吐出口
35 流入口
36 整流流路形成部
5 締結具
101 紡糸ノズル
102 製膜溶液管部
105 分流箇所
106 気泡
121 製膜溶液流入口
122 製膜溶液流路
123 製膜溶液吐出口
103 芯液管部
133 芯液吐出口
135 芯液流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hollow fiber
23
34
Claims (3)
その外側の製膜溶液流路と、
を備えた二重管構造の中空糸膜製造用紡糸ノズルにおいて、
前記製膜溶液流路内には、内径方向に流入してきた製膜溶液を製膜溶液流路の出口に向けて中心軸と平行な方向に整流する流路を形成する整流流路形成部が設けられていることを特徴とする中空糸膜製造用紡糸ノズル。 A core fluid channel on the center side;
The outer membrane-forming solution flow path;
In a spinning nozzle for producing a hollow fiber membrane having a double-pipe structure comprising:
In the membrane-forming solution channel, there is a rectifying channel forming portion that forms a channel for rectifying the membrane-forming solution flowing in the inner diameter direction in a direction parallel to the central axis toward the outlet of the membrane-forming solution channel. A spinning nozzle for producing a hollow fiber membrane, which is provided.
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