JP2818359B2 - セルローストリアセテート中空糸膜の製造方法 - Google Patents

セルローストリアセテート中空糸膜の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は限外濾過法、透析法等に
よる液体の分離に利用することができるセルローストリ
アセテート中空糸膜の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、限外濾過法、透析法等による液体
の分離に利用される中空糸膜に要求される性質として、
物質の透過速度が大きいこと及び物質の選択透過性が高
いことが要求されている。特に、限外濾過法、透析法に
利用される中空糸膜に要求される性質としては、透水速
度が大きくかつ分子量分画特性が優れていることが要求
されている。更に、人工透析に利用される中空糸膜の場
合、血液透析時の残血や溶血、血液中のタンパク質の沈
着による性能低下を低減させるために、中空糸膜の内面
はできるだけ平滑にすることが要求されている。これら
の性質は、膜素材とその溶媒に添加する第三成分(膨潤
剤)により大きく変化するため、これまでに多数の膨潤
剤が検討されている。
【0003】透水速度が大きくかつ分子量分画特性に優
れた中空糸膜を製造する方法として、例えば、セルロー
スエステル類、その溶媒及びポリエチレングリコール類
からなる紡糸原液(ドープ)を紡糸口金から吐出し、浴
中で凝固させて中空糸膜を製造する方法が提案されてい
る(特開昭54―88881号公報)。しかし、特開昭
54―88881号公報に記載されている方法では、膨
潤剤として用いているポリエチレングリコール類のオキ
シエチレン繰り返し単位数を変えることによって溶質分
離し得る溶質の分子量の大きさを制御しているにすぎ
ず、この方法では、透水速度を大きくすることはできて
も、同時に分子量分画特性を向上させることは困難であ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの従
来技術に鑑み、透水速度、分子量分画特性及び中空糸膜
内面平滑性などの複数の優れた特性を兼備するセルロー
ストリアセテート中空糸膜の製造方法を提供しようとす
るものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、これまでとは異
なった発想から複数の膨潤剤を組合せることにより、い
くつかの優れた特性を兼ね備えた中空糸膜を製造する方
法を見いだした。かくして、本発明者らは、セルロース
トリアセテート中空糸膜の製造において、化学的凝固価
が0.5以上異なる2種類の膨潤剤を混合して用いるこ
とにより、単独の膨潤剤を用いる場合よりも一段と優れ
た膜特性を有する中空糸膜が得られることを見いだし、
本発明を完成するに到った。
【0006】すなわち、本発明は、セルローストリアセ
テートをN―メチル―2―ピロリドン及び化学的凝固価
の差が0.5以上である2種類の膨潤剤からなる混合液
にセルローストリアセテート濃度が10〜25重量%と
なるように均一に溶解した紡糸原液を、二重管構造を有
する紡糸ノズルの外管スリットより押し出すと同時に、
該紡糸ノズルの内管より芯剤を押し出し、この糸状吐出
物を気体雰囲気中を走行させた後、凝固浴中に導入して
凝固させることによって、複数の優れた特性を兼ね備え
たセルローストリアセテート中空糸膜を製造する方法で
ある。
【0007】本発明方法において、目的とする複数の優
れた特性を有する中空糸膜を製造するためには、セルロ
ーストリアセテート、N―メチルピロリドン及び化学的
凝固価が0.5以上異なる2種類の膨潤剤を混合した混
合膨潤剤を均一溶解した紡糸原液(ドープ)を用いるこ
とが重要である。
【0008】なお、本発明でいう「化学的凝固価」と
は、セルローストリアセテート1.5g、N―メチル―
2―ピロリドン8.4g及び膨潤剤3.6gからなる均
一溶液が、80℃で白濁するのに要する30重量%N―
メチル―2―ピロリドン水溶液の添加量を意味する。
【0009】本発明方法で用いられる主な膨潤剤及びそ
の化学的凝固価(カッコ内の数値)を次に示す。
【0010】1,4―ブタンジオール(0.4)、グリ
セリン(0.4)、ジグリセリン(0.6)、エチレン
グリコール(0.9)、トリエチレングリコール(1.
5)、プロピレングリコール(1.5)、ジプロピレン
グリコール(1.8)、ジプロピレングリコールモノメ
チルエーテル(2.9)、トリプロピレングリコール
(1.7)。
【0011】また、化学的凝固価の差が0.5以上であ
る2種類の膨潤剤の組合せの例としては、次のような組
合せがあげられる。
【0012】1,4―ブタンジオール/トリエチレング
リコール、グリセリン/トリエチレングリコール、ジグ
リセリン/トリエチレングリコール、1,4―ブタンジ
オール/プロピレングリコール、グリセリン/プロピレ
ングリコール、グリセリン/ジプロピレングリコール、
グリセリン/トリプロピレングリコール、グリセリン/
ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、グリセリ
ン/エチレングリコール、1,4―ブタンジオール/ジ
プロピレングリコール、1,4―ブタンジオール/トリ
プロピレングリコール、1,4―ブタンジオール/ジプ
ロピレングリコールモノメチルエーテル、1,4―ブタ
ンジオール/エチレングリコールなど。
【0013】本発明方法の如く化学的凝固価が大きく異
なる2種類の膨潤剤を混合した膨潤剤(混合物)の相分
離過程における相分離挙動は、一般に、単独で用いた場
合と異なり、不均一なサイズの相分離が生じ、その結
果、中空糸膜の物質透過性、分子量分画特性の低下など
が生じると考えられているが、かかる予想に反し、物質
の透過性、分子量分画特性の優れた膜が得られることを
本発明者らは見いだした。この性能発現の機構の詳細に
ついては未だ不明であるが、化学的凝固価の異なる2種
類の膨潤剤が相分離過程で協奏的な挙動を示し、その結
果、均一で好適な構造を有する中空糸膜が得られたもの
と推察される。この際、2種類の膨潤剤の凝固性挙動の
大きく異なるもの、すなわち、2種類の膨潤剤の化学的
凝固価が0.5以上異なるものでないと、この協奏的な
挙動は発現しない。これは、2種類の膨潤剤の凝固価の
差が小さいと、あたかも1種類の膨潤剤しか存在しない
場合と同様な相分離現象が生じ、膨潤剤を単独で用いた
場合と大差ない結果しか得られないためと思われる。
【0014】このように化学的凝固価が大きく異なる膨
潤剤を組合せることによる更なる利点は、膨潤剤を組合
せることにより、各々の膨潤剤のもつ特性が同時に発現
されるという点にある。例えば、優れた中空糸膜内面平
滑性を発現させうるプロピレングリコールと、透水性、
物質透過性が高く、かつ分子量分画特性のよいブタンジ
オールとを混合することにより、透水性、物質透過性が
高く、かつ分子量分画特性に優れ、しかも中空糸膜内面
平滑性にも優れた膜を得ることができる。
【0015】また、高い物質透過性を発現するが粘性の
高い膨潤剤の場合、長時間の紡糸において、紡糸パック
圧の上昇といった問題を生じるが、粘性の低い膨潤剤を
混合することにより、膜性能を損なうことなく、物質透
過性の優れた中空糸膜を長時間安定に紡糸することが可
能となる。
【0016】本発明方法において用いる膨潤剤の混合物
を調製するには、各々の化学的凝固価が0.5以上異な
る膨潤剤を混合することが重要である。各々の化学的凝
固価の差が0.5より小さく、しかもその絶対値が小さ
い場合、透水性は大きいものの、分子量分画特性の小さ
い膜しか得られない。また、各々の化学的凝固価の差が
0.5より小さく、しかもその絶対値が大きい場合、物
質透過性の小さい膜しか得られない。
【0017】したがって、本発明方法において、膨潤剤
として、化学的凝固価が0.5以上異なる2種類の膨潤
剤を混合した混合膨潤剤以外のものを用いた場合、複数
の優れた特性を兼ね備えた中空糸膜を得ることは困難で
ある。
【0018】更に、これら膨潤剤の混合割合は、1:9
〜9:1、好ましくは2:8〜8:2、特に好ましくは
4:6〜6:4とする。混合割合が1:9〜9:1の範
囲を超えると、本発明方法の効果が小さいものとなる。
【0019】本発明方法の効果を発現するには、溶媒と
してのN―メチルピロリドンと化学的凝固価が0.5以
上異なる膨潤剤の混合物とを、重量比にして8:1から
5:3、特に7:1から2:1で配合することが好適で
ある。N―メチルピロリドンの割合が化学的凝固価が
0.5以上異なる膨潤剤の混合物に対して8:1を超え
ると中分子量体の透過性が低下し、一方、5:3未満で
は紡糸原液の均一溶解が困難となり、その結果、紡糸性
が悪化し、均質な中空糸膜を製造することが困難とな
る。
【0020】更に、紡糸原液中のセルローストリアセテ
ート含有量は、10〜25重量%、好ましくは15〜2
3重量%であることが必要である。セルローストリアセ
テート含有量が25重量%を超えると、透水性、中分子
量体の透過性の大きい中空糸膜を得るのは困難となり、
一方、10重量%未満では、紡糸が不安定となるため、
均質な中空糸膜を得ることは困難となり、また、中空糸
の強度が低下し、糸リークが発生し易くなるので好まし
くない。
【0021】上記の如き紡糸原液を用いて紡糸するに
は、紡糸原液を二重管ノズルの外側環状オリフィスから
吐出するとともに、該ノズルの中心部から芯剤を同時に
吐出させて中空糸状となし、気体雰囲気中(エアギャッ
プ)を走行させた後、凝固浴中に導入して凝固させる。
【0022】この際に用いる芯剤は、中空糸を形成し得
るものであれば特に制限されないが、流動パラフィンが
特に好ましい。
【0023】本発明における凝固浴温度は10〜50℃
が好ましく、凝固浴温度が10℃未満では、透水性及び
中分子量体の透過性の大きい中空糸膜を得るのが困難と
なり易く、一方、凝固浴温度が50℃を超えると、物質
の透過性が大きいものの、分子量分画特性が低下するた
め、透水速度が大きくかつ分子量分画特性に優れた中空
糸膜を得ることが難しくなる。また、凝固浴としては、
溶媒、膨潤剤が可溶な液体であれば使用できるが、コス
トや製造管理の面で水を主成分としたものが好ましい。
中空糸膜の品質管理の面から、凝固浴としては水、溶
媒、膨潤剤からなり、溶媒と膨潤剤比が紡糸原液中のそ
れと同一比である液体が特に好ましい。具体的な凝固浴
組成は、紡糸原液の組成、温度、エアギャップ長により
異なるので一義的に規定することはできないが、水の濃
度が40〜90重量%であることが好ましい。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、透水速度、分子量分画
特性及び中空糸膜内面平滑性などの複数の優れた特性を
兼ね備えたセルローストリアセテート中空糸膜を容易に
製造することができる。
【0025】
【実施例】以下に、実施例により本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
なお例中、単に部又は%とあるは重量部又は重量%を表
わす。
【0026】
【実施例1】セルローストリアセテートを20部、N―
メチルピロリドン(NMP)を62部、1,4―ブタン
ジオール(化学的凝固価0.4)9部、トリエチレング
リコール(化学的凝固価1.5)9部を混合溶解し、こ
れを紡糸原液とし、二重管構造の環状オリフィスノズル
を用いて紡糸を行った。外管部より100℃の紡糸原液
を供給し、一方、芯剤として流動パラフィンを内管部よ
り吐出した。環状オリフィスを出た中空状の原液を15
cm空気中に走行させ、その後、25℃に保った10%
NMP水溶液の凝固浴中に1.1秒間導入して凝固さ
せ、その後、水洗浴で水洗し、40m/minの速度で
巻き取った。
【0027】得られたセルローストリアセテート中空糸
膜の断面形状は真円であり、かつ、中空糸の内面は平滑
であり、内径213μm、膜厚15μmで形状のバラツ
キはほとんどなかった。また、得られたセルローストリ
アセテート中空糸膜の限外濾過率UFRは、158ml
/hr・mmHg・1.5m2 、分子量10000のデ
キストラン透過性は、44ml/min・1.5m2
大きく、分子量70000のデキストランのふるい係数
(SC)は0.03と極めて小さい中空糸膜であった。
すなわち、透水速度及び中分子量体の透過速度が大き
く、かつ分子量分画特性に優れたセルローストリアセテ
ート中空糸膜が得られた。
【0028】なお、本発明に用いる分子量70000の
デキストランのふるい係数(SC)は、以下の式で定義
されたものである。
【0029】SC=C2 ÷C11 は、原液中の分子量70000のデキストラン濃度
を表わし、C2 は、透過液中の分子量70000のデキ
ストラン濃度を表わす。
【0030】
【比較例1】実施例1において、膨潤剤として1,4―
ブタンジオールとトリエチレングリコールとの混合物の
代わりに、トリエチレングリコールのみを用いた以外
は、実施例1と同様にして、セルローストリアセテート
中空糸膜を得た。得られたセルローストリアセテート中
空糸膜の分子量10000のデキストラン透過性は、2
8ml/min・1.5m2 、分子量70000のデキ
ストランのふるい係数(SC)は0.04であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川口 武行 山口県岩国市日の出町2番1号 帝人株 式会社 岩国研究センター内 (56)参考文献 特開 昭55−36335(JP,A) 特開 昭55−62214(JP,A) 特開 昭56−67505(JP,A) 特開 昭57−133211(JP,A) 特開 昭57−42740(JP,A) 特開 昭59−36715(JP,A) 特開 昭63−221807(JP,A) 特開 平4−225822(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01D 71/16 B01D 69/08 D01D 5/24 D01F 1/08 D01F 2/28

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セルローストリアセテートを、N―メチ
    ル―2―ピロリドン及び化学的凝固価の差が0.5以上
    である2種類の膨潤剤からなる混合液に、セルロースト
    リアセテート濃度が10〜25重量%となるように均一
    に溶解した紡糸原液を、二重管構造を有する紡糸ノズル
    の外管スリットより押し出すと同時に、該紡糸ノズルの
    内管より芯剤を押し出し、この糸状吐出物を気体雰囲気
    中を走行させた後、凝固浴中に導入して凝固させること
    を特徴とするセルローストリアセテート中空糸膜の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 化学的凝固価の異なる2種類の膨潤剤の
    配合割合が重量比にして9:1〜1:9であり、かつ、
    N―メチル―2―ピロリドンと上記膨潤剤の合計との配
    合割合が重量比にして8:1〜5:3であることを特徴
    とする請求項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】 芯剤として流動パラフィンを用いること
    を特徴とする請求項1又は請求項2記載の製造方法。
  4. 【請求項4】 凝固浴温度を10〜50℃とすることを
    特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の製造
    方法。
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