JP2010142747A - 中空糸膜の紡糸方法および中空糸膜 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリマー、溶媒、非溶媒を均一に溶解してなる紡糸原液を複数の紡糸口金1から吐出し、空中走行部を経た後、凝固浴4に浸漬して中空糸膜を得る乾湿式紡糸法において、空中走行部が外気と遮断するエアギャップ管2により囲まれており、エアギャップ管の内壁と紡糸口金から吐出された紡糸原液との最短距離L1が10mm以上50mm以下となるように調整されていることを特徴とする中空糸膜の紡糸方法である。
【選択図】図1
Description
伝熱冷却部材とノズルから吐出した紡糸原液との距離が記載されているが、この距離が膜の生産性に影響する効果は認めない。
(1)ポリマー、溶媒、非溶媒を均一に溶解してなる紡糸原液を複数の紡糸口金から吐出し、空中走行部を経た後、凝固浴に浸漬して中空糸膜を得る乾湿式紡糸法において、空中走行部が外気と遮断するエアギャップ管により囲まれており、エアギャップ管の内壁と紡糸口金から吐出された紡糸原液との最短距離が10mm以上50mm以下となるように調整されていることを特徴とする中空糸膜の紡糸方法。
(2)エアギャップ管が加熱手段を備えたことを特徴とする(1)に記載の中空糸膜の紡糸方法。
(3)エアギャップ管の加熱温度が紡糸口金温度に対して、±20℃以内であることを特徴とする(1)または(2)に記載の中空糸膜の紡糸方法。
(4)紡糸口金温度が80℃以上160℃以下であることを特徴とする(1)〜(3)いずれかに記載の中空糸膜の紡糸方法。
(5)紡糸原液のポリマー濃度が10〜30重量%であることを特徴とする(1)〜(4)いずれかに記載の中空糸膜の紡糸方法。
(6)空中走行部の距離が5〜150mmであることを特徴とする(1)〜(5)いずれかに記載の中空糸膜の紡糸方法。
(7)紡糸速度が50〜500m/minであることを特徴とする(1)〜(6)いずれかに記載の中空糸膜の紡糸方法。
(8)紡糸口金から吐出された紡糸原液の空中走行部におけるノズルドラフトが10〜50であることを特徴とする(1)〜(7)いずれかに記載の中空糸膜の紡糸方法。
(9)ポリマーがセルロース系ポリマーまたはポリスルホン系ポリマーであることを特徴とする(1)〜(8)いずれかに記載の中空糸膜の紡糸方法。
(10)(1)〜(9)いずれかに記載の方法により得られたことを特徴とする中空糸膜。
乾湿式紡糸法では、ポリマーおよびポリマーに対する溶媒、非溶媒を混合した後、加熱溶解して紡糸原液を調製した後、得られた紡糸原液をニ重管状ノズル(紡糸口金)の外側スリットから吐出すると同時に中心孔より中空形成材を吐出する。紡糸口金から吐出された紡糸原液は、空中走行部(エアギャップ部)を通過させた後、凝固液に浸漬し紡糸原液の凝固、相分離を行なわせる。エアギャップ部では、紡糸原液表面から溶媒が蒸発することで糸状(膜構造)の形成が開始され(ポリマーの核が形成され成長する初期段階)、引き続き凝固浴中で紡糸原液が冷却され、また溶媒と凝固液が置換することにより糸状の形成が完了する(膜構造の基本が決定する)。特に、エアギャップ部での溶媒の蒸発温度や蒸発時間等の条件によって、出来上がった中空糸膜の構造や性能・品質は大きく影響するため、エアギャップ部の条件をコントロールすることは安定した中空糸膜を製造する上で非常に重要である。
ここで、エアギャップを加熱することの効果について説明する。一般的に中空糸膜の紡糸において、性能をコントロールするために紡糸原液の組成や、紡糸口金の温度(ノズル温度)、凝固浴の温度や凝固液中の溶媒の濃度を変更することがある。ここで、一般的に紡糸口金の温度を高めると中空糸膜の細孔径は大きくなるが、口金温度を高めすぎると紡糸原液の粘度が低くなり、口金直下で糸切れが発生しやすくなる問題がある。また、凝固浴は一般的に取扱いが容易なことから水溶液を用いることが多く、そのため凝固浴の温度にはおのずから上限がある。紡糸口金温度に比べ、凝固浴の温度が低い場合には、エアギャップ中で吐出された未凝固の中空糸状ポリマー溶液の温度が急激に低下してしまい、十分な性能が発現できないことがある。よって、エアギャップ中の未凝固の中空糸状ポリマー溶液の温度低下を防ぎ、十分な溶媒の蒸発や、延伸比を上げるために、エアギャップ管を加熱することが有効である。
エアギャップ管を加熱することにより、エアギャップ部での未凝固の中空糸状ポリマー溶液は粘度の急激な変化がなく、またエアギャップ中で外側表面から溶媒が蒸発して、高い性能を得ることができる。
さらに、製膜溶液には、公知の酸化防止剤や微孔形成剤などの添加剤を必要に応じて加えることができる。
紡糸原液中の溶媒/非溶媒比は紡糸原液の安定性が高まることや均質膜構造を得やすいことなどから97/3〜40/60とするのが好ましい。90/10〜50/50がより好ましく、80/20〜60/40がさらに好ましい。
血液浄化器の血液出口部回路(圧力測定点よりも出口側)を鉗子で挟んで封止した。37℃に保温した純水を加圧タンクに入れ、レギュレーターにより圧力を制御しながら、37℃恒温槽で保温した血液浄化器の血液流路側へ純水を送り、透析液側から流出した濾液量を測定した。膜間圧力差(TMP)は
TMP=(Pi+Po)/2
とする。ここでPiは透析器入り口側圧力、Poは透析器出口側圧力である。TMPを4点変化させ濾過流量を測定し、それらの関係の傾きから透水性(mL/hr/mmHg)を算出した。このときTMPと濾過流量の相関係数は0.999以上でなくてはならない。また回路による圧力損失誤差を少なくするために、TMPは100mmHg以下の範囲で測定する。中空糸膜の透水性は膜面積と血液浄化器の透水性から算出する。
UFR(H)=UFR(D)/A
ここでUFR(H)は中空糸膜の透水性(mL/m2/hr/mmHg)、UFR(D)は血液浄化器の透水性(mL/hr/mmHg)、Aは血液浄化器の膜面積(m2)である。
生理食塩液でプライミングし湿潤化した血液浄化器(膜面積1.5m2)の血液流路側に、0.01%ミオグロビン透析液水溶液を流量(Qbin)200ml/minで濾過をかけずにシングルパスで流しつつ、透析液側流路に透析液を流量(Qd)500ml/minで流す。最初のミオグロビン原液のミオグロビン濃度(Cbin)と血液浄化器を通って出てきた液のミオグロビン濃度(Cbout)、流量から、血液浄化器のクリアランス(CLmyo)を算出する。測定は37℃で実施する。
CLmyo=(Cbin−Cbout)/Cbin
中空糸膜100本の断面を200倍の投影機で観察する。一視野中、最も膜厚差がある一本の糸断面について、最も厚い部分と最も薄い部分の厚さを測定する。
偏肉度=最薄部/最厚部
偏肉度=1で膜厚が完璧に均一となる。
セルローストリアセテート(ダイセル化学社製)24重量%、N−メチルピロリドン(三菱化学社製)、トリエチレングリコール(三井化学社製)を7対3の重量比で均一に溶解し、紡糸原液の脱泡を行った。得られた紡糸原液を130℃に加温した二重管ノズル(紡糸口金)の外側環状部より吐出し、同時に中心孔より流動パラフィンを芯液として吐出した。吐出後の紡糸原液をエアギャップ長80mm、SUS製のエアギャップ管に熱媒を流し150℃に加熱したエアギャップ管内を通過させた。その時のエアギャップ内壁と吐出ノズルとの最短距離は35mm、ノズルドラフトは15であった。エアギャップ管内を通過した後、30℃の15重量%NMP/TEG(7/3)水溶液中で凝固させた。70℃の洗浄槽を経た後、80℃、65重量%のグリセリン水溶液槽を通過させ、ドライヤーで乾燥させた後、速度150m/minで巻き取った。凝固浴出口から最終巻き取りまでの延伸比は10%とした。得られた中空糸膜の評価結果および1ヶ月間における糸切れの頻度を表1にまとめた。
実施例1と同一分率のポリマー、溶媒、非溶媒を均一に溶解し紡糸原液を得た。得られた紡糸原液を150℃に加温した二重管ノズルの外側環状部より吐出し、同時に中心孔より流動パラフィンを芯液として吐出した。吐出後の紡糸原液をエアギャップ長120mm、SUS製のエアギャップ管に熱媒を流し160℃に加熱したエアギャップ管内を通過させた。その時のエアギャップ内壁と吐出ノズルとの距離は15mm、ノズルドラフトは18である。エアギャップ管内を通過した後、30℃の15重量%NMP/TEG(7/3)水溶液中で凝固させた。70℃の洗浄槽を経た後、80℃、65重量%のグリセリン水溶液槽を通過させ、ドライヤーで乾燥させた後、速度225m/minで巻き取った。凝固浴出口から最終巻き取りまでの延伸比は10%とした。得られた中空糸膜の評価結果および1ヶ月間における糸切れの頻度を表1にまとめた。
実施例1と同一分率のポリマー、溶媒、非溶媒を均一に溶解し紡糸原液を得た。得られた紡糸原液を100℃に加温した二重管ノズルの外側環状部より吐出し、同時に中心孔より流動パラフィンを芯液として吐出した。吐出後の紡糸原液をエアギャップ長25mm、SUS製のエアギャップ管に熱媒を流し100℃に加熱したエアギャップ管内を通過させた。その時のエアギャップ内壁と吐出ノズルとの距離は35mm、ノズルドラフトは30である。エアギャップ管内を通過した後、30℃の15重量%NMP/TEG(7/3)水溶液中で凝固させた。70℃の洗浄槽を経た後、80℃、65重量%のグリセリン水溶液槽を通過させ、ドライヤーで乾燥させた後、速度85m/minで巻き取った。凝固浴出口から最終巻き取りまでの延伸比は10%とした。得られた中空糸膜の評価結果および1ヶ月間における糸切れの頻度を表1にまとめた。
実施例1と同一分率のポリマー、溶媒、非溶媒を均一に溶解し紡糸原液を得た。得られた紡糸原液を160℃に加温した二重管ノズルの外側環状部より吐出し、同時に中心孔より流動パラフィンを芯液として吐出した。吐出後の紡糸原液をエアギャップ長130mm、SUS製のエアギャップ管に熱媒を流し140℃に加熱したエアギャップ管内を通過させた。その時のエアギャップ内壁と吐出ノズルとの距離は40mm、ノズルドラフトは25である。エアギャップ管内を通過した後、30℃の15重量%NMP/TEG(7/3)水溶液中で凝固させた。70℃の洗浄槽を経た後、80℃、65重量%のグリセリン水溶液槽を通過させ、ドライヤーで乾燥させた後、速度150m/minで巻き取った。凝固浴出口から最終巻き取りまでの延伸比は10%とした。得られた中空糸膜の評価結果および1ヶ月間における糸切れの頻度を表1にまとめた。
ポリエーテルスルホン(住化ケムテックス社製、スミカエクセル4800P)42.5重量%、ポリビニルピロリドン(BASF社製コリドンK-90)4.5重量%、トリエチレングリコール(三井化学社製)21.2重量%、及びN−メチル2−ピロリドン(三菱化学社製)31.8重量%を混合後、130℃に昇温して均一に溶解した。得られた紡糸原液を脱泡処理した後、130℃に加温したニ重管ノズルの外側環状部より吐出し、同時に中心孔より流動パラフィンを芯液として吐出した。150℃に加熱したエアギャップ管により外気と遮断した、35mmの空中走行部を通過させた。このときのエアギャップ内壁と吐出ノズルとの最短距離は25mm、ノズルドラフトは18であった。その後、5℃の65質量%NMP/TEG(6/4)水溶液中で凝固させ、水洗浴を経た後、87℃、60重量%のグリセリン浴に通過させ、次いでドライヤーで乾燥し、紡糸速度85m/minで巻き上げ、内径200μm、膜厚17μmの中空糸膜を得た。凝固浴出口から最終巻取りまでの延伸比は12%とした。得られた中空糸膜の評価結果および1ヶ月間における糸切れの頻度を表1にまとめた。
実施例1と同一分率のポリマー、溶媒、非溶媒を均一に溶解し紡糸原液を得た。得られた紡糸原液を130℃に加温した二重管ノズルの外側環状部より吐出し、同時に中心孔より流動パラフィンを芯液として吐出した。吐出後の紡糸原液をエアギャップ長80mm、SUS製のエアギャップ管に熱媒を流し160℃に加熱したエアギャップ管内を通過させた。その時のエアギャップ内壁と吐出ノズルとの距離は8mm、ノズルドラフトは15である。エアギャップ管内を通過した後、30℃の15重量%NMP/TEG(7/3)水溶液中で凝固させた。70℃の洗浄槽を経た後、80℃、65重量%のグリセリン水溶液槽を通過させ、ドライヤーで乾燥させた後、速度150m/minで巻き取った。凝固浴出口から最終巻き取りまでの延伸比は10%とした。得られた中空糸膜の評価結果および1ヶ月間における糸切れの頻度を表1にまとめた。糸切れ頻度が大きく増えたのは、エアギャップ管内での糸揺れによって、エアギャップ管壁と紡糸原液が接近し、紡糸原液の粘度がエアギャップ管からの熱によって下がることにより、曳糸性が低下したためと思われる。
実施例1と同一分率のポリマー、溶媒、非溶媒を均一に溶解し紡糸原液を得た。得られた紡糸原液を170℃に加温した二重管ノズルの外側環状部より吐出し、同時に中心孔より流動パラフィンを芯液として吐出した。吐出後の紡糸原液をエアギャップ長170mm、加熱していないエアギャップ管内を通過させた。その時のエアギャップ内壁と吐出ノズルとの距離は60mm、ノズルドラフトは18である。エアギャップ管内を通過した後、30℃の15重量%NMP/TEG(7/3)水溶液中で凝固させた。70℃の洗浄槽を経た後、80℃、65重量%のグリセリン水溶液槽を通過させ、ドライヤーで乾燥させた後、速度150m/minで巻き取った。凝固浴出口から最終巻き取りまでの延伸比は10%とした。得られた中空糸膜の評価結果および1ヶ月間における糸切れの頻度を表1にまとめた。糸切れ頻度が大きく増えたのは、エアギャップ長を長く取ったにもかかわらず、AG部を加熱せず(保温せず)に紡糸を行なったことにより、AG部で紡糸原液の粘度が急激に高まり曳糸性が低下し、紡糸口金直下での糸切れが起こりやすくなったためと考える。
2:エアギャップ管
3:中空糸
4:凝固浴
L1:エアギャップ管内壁から紡糸原液までの距離
L2:紡糸口金面から凝固浴液面までの距離
Claims (10)
- ポリマー、溶媒、非溶媒を均一に溶解してなる紡糸原液を複数の紡糸口金から吐出し、空中走行部を経た後、凝固浴に浸漬して中空糸膜を得る乾湿式紡糸法において、空中走行部が外気と遮断するエアギャップ管により囲まれており、エアギャップ管の内壁と紡糸口金から吐出された紡糸原液との最短距離が10mm以上50mm以下となるように調整されていることを特徴とする中空糸膜の紡糸方法。
- エアギャップ管が加熱手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の中空糸膜の紡糸方法。
- エアギャップ管の加熱温度が紡糸口金温度に対して、±20℃以内であることを特徴とする請求項1または2に記載の中空糸膜の紡糸方法。
- 紡糸口金温度が80℃以上160℃以下であることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の中空糸膜の紡糸方法。
- 紡糸原液のポリマー濃度が10〜30重量%であることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の中空糸膜の紡糸方法。
- 空中走行部の距離が5〜150mmであることを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載の中空糸膜の紡糸方法。
- 紡糸速度が50〜500m/minであることを特徴とする請求項1〜6いずれかに記載の中空糸膜の紡糸方法。
- 紡糸口金から吐出された紡糸原液の空中走行部におけるノズルドラフトが10〜50であることを特徴とする請求項1〜7いずれかに記載の中空糸膜の紡糸方法。
- ポリマーがセルロース系ポリマーまたはポリスルホン系ポリマーであることを特徴とする請求項1〜8いずれかに記載の中空糸膜の紡糸方法。
- 請求項1〜9いずれかに記載の方法により得られたことを特徴とする中空糸膜。
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