JP2008207050A - Manufacturing method of hollow fiber membrane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、限外ろ過膜、精密ろ過膜などの中空糸膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a hollow fiber membrane such as an ultrafiltration membrane and a microfiltration membrane.
限外ろ過、精密ろ過などの中空糸膜製造では、一般的にチューブインオリフィスを用いて溶剤を芯液とした溶液紡糸が行われている。チューブインオリフィスから芯液と共に溶液を同時に凝固槽(冷却槽)に紡出して固化させて引き出し、引き続き中空糸膜中に残存する芯液(溶剤)を除去する洗浄処理が行われ、必要に合わせてコーティングなどの膜処理が施される。主な中空糸膜の洗浄工程では、温水槽に中空糸膜を浸漬して膜中の溶剤を溶解(液)拡散により希釈して取り除くものである。 In the production of hollow fiber membranes such as ultrafiltration and microfiltration, solution spinning using a solvent as a core solution is generally performed using a tube-in orifice. The solution is spun from the tube-in orifice together with the core liquid into the coagulation tank (cooling tank), solidified and drawn, and then the cleaning process is performed to remove the core liquid (solvent) remaining in the hollow fiber membrane. Then, film processing such as coating is performed. In the main hollow fiber membrane washing step, the hollow fiber membrane is immersed in a hot water tank, and the solvent in the membrane is diluted and removed by dissolution (liquid) diffusion.
しかしながら中空糸膜に高濃度の芯液を用いる場合、或いは膜壁の細孔が小さい場合など、溶解拡散に多大な時間を要することになり水洗工程が長くなることが多い。さらに洗浄不充分になると、その後の乾燥工程やコーティング工程などで種々の問題が発生することになる。このように充分に中空糸膜の芯液を除くことができない場合、紡糸終了後の中空糸膜を切断し加圧下に洗浄液を圧入する方法がある(特許文献1参照)。しかしながら、一旦切断した糸束を容器内に封入して空気圧力下に液切りで洗浄するものでプロセスが簡便であるが、連続処理を中空糸膜に施すプロセスなどに採用できない難点がある。
そこで、本発明においては、製造中の中空糸膜の芯液および/または溶剤を効率的に抜き出して洗浄する中空糸膜の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a hollow fiber membrane in which the core liquid and / or solvent of the hollow fiber membrane being produced is efficiently extracted and washed.
係る目的を達成するための本発明は、次にいずれかの構成を特徴とする。
(1) 溶剤を芯液とした溶液紡糸における中空糸膜の製造方法であって、芯液と共に溶液を同時に紡出して固化させる工程の後に、固化した中空糸膜を減圧容器に誘導させて、中空糸膜中に残存する芯液および/または溶剤を吸引する工程を有することを特徴とする中空糸膜の製造方法。
(2) オンラインで芯液を吸引する請求項1記載の中空糸膜の製造方法。
(3) 減圧容器を−5〜−85kPaの範囲に減圧して吸引する請求項1または2に記載の中空糸膜の製造方法。
(4) 減圧容器が少なくとも中空糸膜の導入口と中空糸膜の導出口と減圧用の吸引口を備え、中空糸膜の導入口と中空糸膜の導出口が弾性部材で構成され、該弾性部材によって減圧容器がシールされる特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の中空糸膜の製造方法。
In order to achieve the object, the present invention is characterized by any of the following configurations.
(1) A method for producing a hollow fiber membrane in solution spinning using a solvent as a core liquid, wherein after the step of simultaneously spinning and solidifying the solution together with the core liquid, the solidified hollow fiber membrane is guided to a vacuum vessel, A method for producing a hollow fiber membrane, comprising a step of sucking a core liquid and / or a solvent remaining in the hollow fiber membrane.
(2) The method for producing a hollow fiber membrane according to
(3) The method for producing a hollow fiber membrane according to claim 1 or 2, wherein the vacuum container is vacuumed and sucked in a range of -5 to -85 kPa.
(4) The decompression vessel includes at least a hollow fiber membrane inlet, a hollow fiber membrane outlet, and a vacuum suction port, and the hollow fiber membrane inlet and the hollow fiber membrane outlet are formed of an elastic member, The method for producing a hollow fiber membrane according to any one of
本発明においては、製造過程にある中空糸膜を減圧容器内に導入して、容器の両端部で中空糸膜をシールし、容器を減圧にして中空糸膜の外壁側と内壁側の間に働く差圧を利用して、芯液を中空糸膜の外壁側に透過させて洗浄することができる。さらには高濃度の芯液を効率的に回収することが可能になる。このような減圧容器は、中空糸膜の導入口および中空糸膜の導出口に弾性部材を用いてシール機構を達成することができる。 In the present invention, the hollow fiber membrane in the production process is introduced into the vacuum container, the hollow fiber membrane is sealed at both ends of the container, and the container is decompressed between the outer wall side and the inner wall side of the hollow fiber membrane. The core liquid can be permeated to the outer wall side of the hollow fiber membrane and washed using the differential pressure that acts. Furthermore, it becomes possible to efficiently collect a high concentration core liquid. Such a decompression vessel can achieve a sealing mechanism by using elastic members at the inlet of the hollow fiber membrane and the outlet of the hollow fiber membrane.
以下に図面を用いて本発明を具体的に説明する。なお、本発明が以下の実施態様に限定されるものではない。図1に本発明の中空糸膜の製造工程における概略洗浄フローの一例を示した。図1において、乾湿式の溶液紡糸法を用いて、チューブインオリフィスが装填された紡糸パック9より芯液と共に、紡糸溶液を中空糸状に凝固浴(冷却浴)10に押し出して固化させて、ロールによって中空糸膜7を引き出し、引き続き減圧容器1に誘導され、水洗浴11を経て巻き取る。このとき減圧容器1では、吸引ポンプ14につながる減圧ライン13を介して吸引される。
The present invention will be specifically described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiments. FIG. 1 shows an example of a schematic cleaning flow in the manufacturing process of the hollow fiber membrane of the present invention. In FIG. 1, using a dry and wet solution spinning method, the spinning solution is extruded in a hollow fiber form into a coagulation bath (cooling bath) 10 together with a core solution from a
本発明の減圧容器1は、図2が示すように中空糸膜7が中空糸膜の導入口2から中空糸膜の導出口3に架けて引き出されると、テーパー形状の弾性部材の中空糸膜の導入口2と中空糸膜の導出口3によってシールされ、減圧容器1内を減圧にすると、中空糸膜7の外壁面と内壁面の膜間に有効差圧を発生させることが可能になる。その結果、中空糸膜7の芯液8が膜壁を透過して減圧用の吸引口4から抜き出され、芯液が除去されると共に、凝固時に洗浄水が染み込んでいる場合は、洗浄水が透過することで膜壁が洗浄される。また気相中で中空糸膜を導入する場合、膜壁中に空気が流れ含水率を下げる除湿効果が期待できる。この様な減圧容器1を使った透過機構は、中空糸膜の製造にあってオンライン処理、或いはオフラインでバッチ処理を行うことができる。中でも、本発明は中空糸膜の連続処理に対応できることから、オンライン処理が好ましい。
When the
ここで芯液とは、溶液紡糸法や溶融紡糸法を用いて、製造過程の中空糸膜が形成する中空部分、及び膜壁に存在する液体、及び液体中に溶解する微粒子を云う。 Here, the core liquid refers to a hollow portion formed by a hollow fiber membrane in the manufacturing process, a liquid existing on the membrane wall, and fine particles dissolved in the liquid using a solution spinning method or a melt spinning method.
減圧範囲としては、−5〜−85kPaの範囲が好ましく、さらに−30〜−85kPaの範囲に減圧することが好ましい。なお耐圧性や吸引時間など考慮して、減圧容器1を多数(段)に配置して段階的に減圧することであっても構わない。
The reduced pressure range is preferably in the range of −5 to −85 kPa, and more preferably in the range of −30 to −85 kPa. In consideration of pressure resistance, suction time, etc., the
減圧容器1は、弾性部材で構成される中空糸膜の導入口2と中空糸膜の導出口3が本体に装備され、中空糸膜7の変形などで中空糸膜の導入口2と中空糸膜の導出口3を通過する際に過大な外力が働くと、中空糸膜の導入口2及び中空糸膜の導出口3は変形し外力との平衡が保たれる。つまり中空糸膜7の外径変動が起こっても可逆的に変形して中空糸膜7の外表面を連続的にシールすることができる。さらに中空糸膜の導入口2、及び中空糸膜の導出口3が拡張することで中空糸膜の糸詰まりが軽減する。
The
中空糸膜の導入口2と中空糸膜の導出口3に使用する弾性部材としては、耐溶剤性と機械的強度を兼備するスチレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、フロロシリコーンゴムなどを用いることが好ましい。
Elastic members used for the hollow
中空糸膜の導入口2と中空糸膜の導出口3は、中空糸膜7の進行方向に向かって小さくなるように形成されることが好ましく、さらにテーパー形状であると中空糸膜の挿入(誘導)が容易になるので好ましい。容器本体内に装備する際に中空糸膜の導入口2の先端が変形する際に容器本体に拘束されないように装着されることがよい。中空糸膜の導入口2と中空糸膜の導出口3は、負荷(外力)がかからない状態において実質的に円形であることが好ましく、シール性を保持できる程度に楕円であっても何ら問題はない。
The hollow fiber
また図3に示すように中空糸膜の導入口2、及び導出口3の先端部分は、シール性と変形外力とのバランスが保たれるように考慮することが好ましい。先端部分のランド長さ(L)と外径(D)の比が0.1〜10の範囲にあり、先端部の部材厚み(t)が0.1〜5mmの範囲にあるとシール性と中空糸膜の走行性がバランスするので好ましい。一方、減圧容器1の中空糸膜の導入口2と中空糸膜の導出口3以外の構成部分は、もちろん中空糸膜の導入口2と中空糸膜の導出口3と同一部材で構成されてもよいが、プラスチック、金属、セラミックスなどから耐溶剤性や機械的強度を考慮して選ぶれた材料であれば何ら構わない。
Moreover, as shown in FIG. 3, it is preferable to consider the front-end | tip part of the
ジメチルスルホキシド溶剤の濃度測定は、検量線を作成してアッベ式示差屈折計を用いて屈折率を測定した。 The concentration of dimethyl sulfoxide solvent was measured by preparing a calibration curve and measuring the refractive index using an Abbe differential refractometer.
以下に実施例をもって説明するが、これにより本発明が限定されるものではない。 Examples will be described below, but the present invention is not limited thereby.
<実施例1>
極限粘度が3.1(dl/g)のアクリロニトリル単独重合体を、ジメチルスルホキシド溶媒に80℃で溶解させ、重合体濃度を13重量%にした製膜紡糸溶液を得た。この紡糸溶液を概略フロー図1に示すチューブインオリフィスが装填された紡糸パックより、芯液(85重量%のジメチルスルホキシド水溶液)を同時に中空糸状に、10℃の冷却液体である16重量%ジメチルスルホキシド水溶液を有する冷却浴槽に押し出して、冷却固化させた。引き続き、減圧容器1に中空糸膜を6m/分の速度で誘導し、減圧容器1につながる減圧ラインを−50kPaにて吸引した後、60℃の水洗浴11を介して巻き取った。なお減圧容器1は、シリコーンゴム製(先端形状がD=3.0mmφ、L=5.0mm、t=1.0mm)の中空糸膜の導入口2と中空糸膜の導出口3をステンレス鋼管本体に取り付けたもの使用した。紡糸から8時間後に水洗浴11の洗浄液をサンプリングして示差屈折計でジメチルスルホキシド濃度を測定した結果、ジメチルスルホキシド濃度は12%であった。
<Example 1>
An acrylonitrile homopolymer having an intrinsic viscosity of 3.1 (dl / g) was dissolved in a dimethyl sulfoxide solvent at 80 ° C. to obtain a membrane spinning solution having a polymer concentration of 13% by weight. From the spinning pack in which the tube-in-orifice shown in FIG. 1 is loaded, this spinning solution is filled with a core liquid (85% by weight dimethyl sulfoxide aqueous solution) into a hollow fiber at the same time, and 16% by weight dimethyl sulfoxide as a cooling liquid at 10 ° C. It extruded to the cooling bath which has aqueous solution, and it was made to cool and solidify. Subsequently, the hollow fiber membrane was guided to the
<比較例1>
実施例1と同じ紡糸液を用いて、概略フロー図4で示すように実施例1の減圧容器1に代わって、中空糸膜の通過距離を同じ速度にして60℃の水洗浴12を設置して2段で水洗を行った。同じく紡糸から8時間後に水洗浴11の洗浄液を示差屈折計でジメチルスルホキシド濃度を測定した結果、ジメチルスルホキシド濃度は28%であった。実施例1と同じ中空糸膜の通過距離にしたが、洗浄濃度が約2倍程度高くなった。
<Comparative Example 1>
Using the same spinning solution as in Example 1, a 60 ° C. water-
1:減圧容器
2:中空糸膜の導入口
3:中空糸膜の導出口
4:減圧用の吸引口
5:減圧容器の本体
6:中空糸膜の導入口及び中空糸膜の導出口の先端部分
7:中空糸膜
8:芯液(中空部)
9:紡糸パック
10:凝固浴(冷却浴)
11:水洗浴
12:水洗浴
13:減圧ライン
14:吸引ポンプ
15:ワインダー
A:吸引方向
B:中空糸膜の引き出し方向
L:5.0mm
D:3.0mmφ
t:1.0mm
1: Depressurization vessel 2: Hollow fiber membrane inlet 3: Hollow fiber membrane outlet 4: Decompression suction port 5: Depressurization vessel body 6: Hollow fiber membrane inlet and hollow fiber membrane outlet Part 7: Hollow fiber membrane 8: Core liquid (hollow part)
9: Spin pack 10: Coagulation bath (cooling bath)
11: Washing bath 12: Washing bath 13: Decompression line 14: Suction pump 15: Winder A: Suction direction B: Pull-out direction of the hollow fiber membrane L: 5.0 mm
D: 3.0mmφ
t: 1.0 mm
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