JP3589927B2

JP3589927B2 - 中空繊維およびその繊維を使用する気体乾燥器

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Publication number: JP3589927B2
Application number: JP2000030471A
Authority: JP
Inventors: 正樹小林; 汪芳白井; 睦木村
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2020-02-08
Also published as: JP2001219041A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空繊維のなかでも中空壁に湿気を吸着し透過させる機能を持つ中空繊維、およびその中空繊維を使用する気体乾燥器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体の精密濾過、限外濾過、血液濾過、各種液体の透析等に用いられる中空繊維のフィルタが注目されている。これらの中空繊維は、耐熱、耐酸、耐アルカリ、耐酸化性が優れているポリスルホンが中空繊維母材として用いられ、たとえば特開平７−２５８９１６号公報、特開平９−２２０４５５号公報に開示されている。しかし、これらの公報をはじめ他の文献にも、中空繊維の吸湿性についての記述はない。
【０００３】
一方、精密機器工業や医療の分野では、圧縮空気の水分を除去した乾燥空気や、その他の圧縮乾燥気体が使われている。従来、これらの乾燥気体は、高圧気体を冷凍乾燥したり、物理化学的な吸着剤を通過させて水分を除去するものがある。さらには中空糸をフィルタとして使用する除湿装置が、例えば特開昭６２−４２７２３号公報、実開平２−７０７１７号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの公報に記載された装置は、フィルタを構成する中空糸の材質が芳香族ポリイミドであり、必ずしも十分な除湿効果を得られていない。本発明は、中空壁の湿気を吸着透過させる機能が優れた中空繊維を提供するとともに、その中空繊維を使用し、除湿性の改良された気体乾燥器を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するためになされた本発明の湿気吸着透過性の中空壁を有する中空繊維は、
【０００６】
下記Ｉ式
【化４】

の繰り返しを持つ芳香族ポリエーテルスルホン重合体を基材とする中空繊維であって、該重合体の溶液を外周ノズルから、テトラフルオロエチレンとパーフルオロビニルエーテルとの共重合体懸濁液、およびポリスルホン化スチレン−Ｎａ水溶液から選ればれる少なくとも一種類のコア液を内周ノズルから吐出す湿式紡糸により凝固させたことを特徴とする湿気吸着透過性の中空壁を有する。
【０００７】
同じく本発明の別な態様の湿気吸着透過性の中空壁を有する中空繊維は、下記II式
【化５】

の繰り返しを持つ芳香族ポリエーテルアミド重合体を基材とする中空繊維であって、該重合体の溶液を外周ノズルから、テトラフルオロエチレンとパーフルオロビニルエーテルとの共重合体懸濁液、およびポリスルホン化スチレン−Ｎａ水溶液から選ればれる少なくとも一種類のコア液を内周ノズルから吐出す湿式紡糸により凝固させたことを特徴としている。
【０００８】
同じく本発明の別な態様の湿気吸着透過性の中空壁を有する中空繊維は、下記III式
【化６】

（ただしｎ：ｍ＝１：１〜３：２）の繰り返しを持つ芳香族ポリエーテルアミドアルキルスルホン重合体を基材とする中空繊維であって、該重合体の溶液を外周ノズルから、水のコア液を内周ノズルから吐出す湿式紡糸により凝固させたことを特徴としている。
前記凝固は水系の凝固浴によりなされる。
【０００９】
また前記の目的を達成するためになされた本発明の気体乾燥器は、実施例に対応する図１に示されたとおり、前記した中空繊維１が繊維方向に多数並べられ、各中空繊維１どうしの中間部が独立して両端部が密着し、両端部の中空孔が各々閉鎖空間３および４に対向し、その一方の閉鎖空間３に気体吸入口６、もう一方の閉鎖空間４に気体取出口７が通じている。
【００１０】
この気体乾燥器で、圧力を加えられた湿気のある気体は、気体吸入口６から入り閉鎖空間３に至り、多数の中空繊維１の端部から中空孔１ｈ（図３参照）に入り、そこを通ってもう一方の端部から閉鎖空間４に至り気体取出口７から抜け出る。気体が中空孔１ｈを通る間、その湿気は中空繊維１の中空孔１ｈの内壁から吸着され、乾燥する。一方、吸着された湿気は中空繊維１の壁を透過して外壁表面に至り、外気にあたって乾燥する。このとき中空繊維１の端部は密着して閉鎖空間３に対向しているので、湿気のある気体が多数並べられた中空繊維１どうしの間隙を通ってしまうことがなく、またもう一方の端部は密着して閉鎖空間４に対向しているので、乾燥した気体が多数並べられた中空繊維１どうしの間隙から漏れ出てしまうことがない。さらに、多数並べられた中空繊維１どうしの中間部が独立しているため、中空繊維１の外壁の外気にあたる表面積が大きく、吸着、透過してきた湿気を効率良く外気に蒸発させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を、図面により以下に説明する。
図２に示す湿式紡糸により、中空繊維１が製造される。同図に示すタンク２０には中空繊維の紡糸原料液である芳香族ポリエーテルスルホン重合体のＮ−メチル-２-ピロリドン（ＮＭＰ）溶液、タンク２１にはコア液であるテトラフルオロエチレンとパーフルオロビニルエーテルとの共重合体懸濁液を入れ、加圧する。すると紡糸原料液はパイプを通って同心型紡糸ノズル２３に送られ外周側ノズルから、コア液は紡糸ノズル２３の内側から吐出される。吐出された同心状の繊維は、ガイドに導かれて水からなる凝固浴２４を通って、紡糸原料液の溶媒が脱溶媒され繊維として凝固し、リール２５に巻かれる。この繊維を必要な長さに切断してから水洗し乾燥させると、図３に示すような、繊維断面の中央部に孔１ｈの通った中空繊維１が完成する。
【００１２】
この中空繊維１は、図１に示す気体乾燥器に組み込まれる。中空繊維は必要本数並べられ、その両端部だけが接着剤で相互に接着される。一方の端部は気体吸入口６を持つキャップ１３、もう一方の端部は気体取出口７を持つキャップ１４に挿入されて密に接着される。したがって、中空繊維１の一端部断面は、閉鎖空間３を経て気体吸入口６に通じ、もう一方の端部側の断面は、閉鎖空間４を経て気体取出口７に通じている。中空繊維１の中間部は、接着されることなくばらばらのままケース９に収められている。したがって、ケース９内と閉鎖空間３および閉鎖空間４との間は完全に隔てられている。閉鎖空間４はパイプにより流量調整弁８を経て、中空繊維１の中間部に対応する位置のケース９の上側に取付けられた供給管１１に繋がっている。同じくケース９の下側に取付けられた排出管１２は、外界に開放されている。
【００１３】
以下、本発明を適用した中空繊維および気体乾燥器の実施例について記載する。
【００１４】
（中空繊維の基材重合体の合成）
(1)下記IV式に示す反応により芳香族ポリエーテルスルホンを重合
【化７】

【００１５】
撹拌機、窒素導入管、トラップを連結した冷却器を取付けた１Ｌのフラスコに、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン２２．８ｇ（０．１０ｍｏｌ）とビス（４クロロフェニル）スルホン２８．７ｇ（０．１０ｍｏｌ）をとり、Ｎ−メチル-２-ピロリドン２００ｍｌに溶解した。次に無水炭酸カリウム１８．０ｇ（０．１３５ｍｏｌ）とトルエン１００ｍｌを加えた。以上の操作はフラスコ中に窒素を流しながら行った。この溶液を１４０〜１５０℃に加熱しながら、６時間還流撹拌した。その後、トラップからトルエンを抜き取りながら４時間反応させ、さらに１時間１９０〜１９５℃に上げ、熱いうちにフィルタで吸引ろ過した。ろ液が冷却した後、溶液の色が暗緑色から淡褐色に変わるまで酢酸を加えた。その溶液を、激しく攪拌している４Ｌのメタノールにゆっくりと滴下した。これを濾過、乾燥して芳香族ポリエーテルスルホンが得られた。収量３３．１３ｇ、収率７４．９０％、極限粘度〔η〕は０．７４７ｄｌ/ｇ（クロロホルム中２５℃）であった。
【００１６】
(2)下記Ｖ式に示す反応により芳香族ポリエーテルアミド（アラミド）を重合
【化８】

【００１７】
窒素導入管と撹拌機の付いたフラスコに、ジアミノジフェニルエーテル８．００ｇをＮ−メチル-２-ピロリドン８０ｍｌで溶解した液を入れ、窒素雰囲気下、ドライアイス−アセトン浴により完全に凍結させ、これにイソフタル酸クロライド８．１２ｇを固体のまま入れた。浴を氷浴に交換して５時間攪拌し、メタノール４０００ｍｌ中にゆっくりと注ぎ、ポリマーを析出させた。その後、ポリマーを濾別、減圧乾燥し、アラミドを得た。極限粘度〔η〕＝１．６７（ジメチルアセトアミドジメチルアセトアミド中、３０℃文献値１．２〜２．０ｄｌ/ｇ）であった。
【００１８】
(3)下記VI式に示す反応によるアラミドのアルキルスルホン（−ＡＳ）化
【化９】

【００１９】
ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）４００ｍｌ中に水素化ナトリウム（６０％）１．６ｇを加え、窒素下７５℃で１時間攪拌した。次いで系の温度を４０℃まで下げ、前記により得られたアラミド４．７６ｇを十分に乾燥して添加した。この混合物を４８時間攪拌し、さらに１，３−プロパンサルトン４．８９ｇを固体のまま添加し、４０℃で２４時間攪拌した。反応混合物をテトラヒドロフラン中に投入し生成ポリマーを沈殿させた。上澄みをデカンテーションで除去し、残渣にテトラヒドロフランを加え攪拌した後、濾別、乾燥して、芳香族ポリエーテルアミドアルキルスルホン（アルキルスルホン化率５０〜６０％）を得た。収率９２．７４％、ＦＴ−ＩＲ：３４４４（ａｍｉｄｏ）、１１９８（Ｓ＝０）。
【００２０】
（中空繊維の紡糸）
表１に示す組成に従って、基材重合体である芳香族ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、芳香族ポリエーテルアミド（アラミド）、芳香族ポリエーテルアミドアルキルスルホン（アラミド−ＡＳ）から紡糸原料液を調整し、水、テトラフルオロエチレンとパーフルオロビニルエーテルの共重合体懸濁液（デュポン社製、商品名Ｎａｆｉｏｎの水系液）、およびポリスルホン化スチレン−Ｎａ（ＰＳＳＮａ）水溶液のなかから、表１に示すとおりのコア液を選択した。
【００２１】
【表１】

【００２２】
図２に示す湿式紡糸により、各実施例の紡糸原料液の送り速度を３．００ｍｌ/ｍｉｎ、コア液の送り速度を３．２ｍｌ/ｍｉｎ、巻き取り速度を７．１２ｍ/ｍｉｎで紡糸した。これを水洗、乾燥して比較例１、実施例２、実施例３、比較例４、実施例５、実施例６、実施例７の中空繊維が得られた。
【００２３】
（気体乾燥器の製造）
各実施例の中空繊維を、１５ｃｍの長さに切断し、所定の太さになる本数を平行に束ね、中空に樹脂が入らないようにして両端部だけを接着剤で固めて中空繊維束を作った。その両端部を、気体吸入口６を持つキャップ１３、気体取出口７を持つキャップ１４に、中空繊維の端面との間に空間があくように挿入して接着剤で蜜着固定した（図１参照）。中空繊維束の中央部をケース９に挿入して気体乾燥器が完成した。
【００２４】
（気体乾燥器の除湿試験）
実施例２、および実施例３の中空繊維で試作した気体乾燥器の気体吸入口６に水蒸気を含む圧縮空気を吸入し、気体取出口７から乾燥空気を排出させた。排出乾燥空気の一部はパージ用気体として供給管１１を経由してケース９内に供給し、排出管１２から排出させた。このときの吸入気体の含有水蒸気量と排出気体の含有水蒸気量とを各３回測定した。
【００２５】
実施例２の中空繊維で試作した気体乾燥器の測定結果を表２に示してある。
【００２６】
【表２】

【００２７】
実施例３の中空繊維で試作した気体乾燥器の測定結果を表３に示してある。
【００２８】
【表３】

【００２９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の中空繊維は、気体がその中空を通過する間に水分を吸着するという新しい機能を持っている。そのため、この中空繊維を利用した本発明の気体乾燥器は、簡便な機器でありながら極めて高効率な除湿性能をもっている。したがって、この気体乾燥器は、精密機器工業や医療、あるいは半導体製造設備などの広範囲な分野で使用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する気体乾燥器の部分破断斜視図である。
【図２】本発明を適用する中空繊維を製造するための湿式紡糸を説明する図である。
【図３】本発明を適用する中空繊維の斜視図である。
【符号の説明】
１は中空繊維、１ｈは中空孔、３および４は閉鎖空間、６は気体吸入口、７は気体取出口、８は流量調整弁、９はケース、１１は供給管、１２は排出管、１３および１４はキャップ、２０および２１はタンク、２３は紡糸ノズル、２４は凝固浴、２５はリールである。

Claims

下記Ｉ式

の繰り返しを持つ芳香族ポリエーテルスルホン重合体を基材とする中空繊維であって、該重合体の溶液を外周ノズルから、テトラフルオロエチレンとパーフルオロビニルエーテルとの共重合体懸濁液、およびポリスルホン化スチレン−Ｎａ水溶液から選ればれる少なくとも一種類のコア液を内周ノズルから吐出す湿式紡糸により凝固させたことを特徴とする湿気吸着透過性の中空壁を有する中空繊維。
下記 II 式

の繰り返しを持つ芳香族ポリエーテルアミド重合体を基材とする中空繊維であって、該重合体の溶液を外周ノズルから、テトラフルオロエチレンとパーフルオロビニルエーテルとの共重合体懸濁液、およびポリスルホン化スチレン−Ｎａ水溶液から選ればれる少なくとも一種類のコア液を内周ノズルから吐出す湿式紡糸により凝固させたことを特徴とする湿気吸着透過性の中空壁を有する中空繊維。
下記 III 式

（ただしｎ：ｍ＝１：１〜３：２）の繰り返しを持つ芳香族ポリエーテルアミドアルキルスルホン重合体を基材とする中空繊維であって、該重合体の溶液を外周ノズルから、水のコア液を内周ノズルから吐出す湿式紡糸により凝固させたことを特徴とする湿気吸着透過性の中空壁を有する中空繊維。
請求項１、２、または３に記載の中空繊維が繊維方向に多数並べられ、各中空繊維どうしの中間部が独立して両端部が密着し、該両端部の中空孔が各々閉鎖空間に対向し、その一方の閉鎖空間に気体吸入口、もう一方の閉鎖空間に気体取出口が通じていることを特徴とする気体乾燥器。