JP4967242B2

JP4967242B2 - 中空糸膜の製造方法

Info

Publication number: JP4967242B2
Application number: JP2005053043A
Authority: JP
Inventors: 亮小金丸; 文明福井; 英俊小澤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2025-02-28
Also published as: JP2006231275A

Description

本発明は、中空糸膜の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、中空糸膜製造工程において、中空糸膜を走行させつつ乾燥する中空糸膜の製造方法に関するものである。

近年、高分子からなる中空糸は、様々な目的や用途に開発され使用されている。特に、中空糸状の高分子膜は精密濾過膜、限界濾過膜、逆浸透膜、気体分離膜、窒素富化膜、酸素富化膜、血液浄化膜、人工腎臓、人工肺などの様々な用途で実用化されている。これらの中空糸膜は、一般的に湿式紡糸法、乾式紡糸法、溶融紡糸法で製糸される。

上述のように、中空糸膜の製造方法は様々なものがあるが、例えば、湿式紡糸法では、二重環式構造からなる紡糸口金からポリマー流体を吐出させ、凝固浴での凝固、洗浄、乾燥後、巻取られる。

特に中空糸膜を走行させつつ乾燥する方法については、中空糸膜つぶれや性能の変動をおさえるため、これまでにも種々の提案がなされている。その主なものとして、湿潤状態にある中空糸膜を溶媒及び水蒸気の濃度を規定した熱風による乾燥処理を行う方法（特許文献１参照）、マイクロ波照射による乾燥処理方法（特許文献２参照）などがある。また、乾燥後の処理方法としてクリンプ処理をする方法（特許文献３参照）などがあるが、乾燥方法を提案した特許がほとんどであった。しかしながら、これらの方法では、乾燥時に中空糸膜の静電気により中空糸膜の擦過や擦過に伴う糸切れの発生という問題があった。

また、中空糸膜の電位については、アクリロニトリル中空糸膜（特許文献４参照）やグリセリン添加での静電気除去（特許文献５参照）や乾燥後の静電気除去（特許文献６参照）などがあるが、糸束の電位を規定した提案であり、乾燥工程での中空糸膜の静電気除去を想定した提案はなかった。

また、中空糸膜の特性上、特に人工臓器用途で使用する場合には人命に関わるおそれがあるため、界面活性剤やカーボンブラック等の静電気除去剤の膜表面への塗布や膜成分への添加を行った場合には静電気除去剤を完全に除去する必要がある。このため、製品の安全性の面から中空糸膜の静電気除去に静電気除去剤の使用を避ける必要があった。
特開平１１-３３２９８０号公報特開２００３−２８４９３１号公報特開２００１−３８１７１号公報特開平０６−１１４２４９号公報特開２０００−３２５７６１号公報特開２０００−３２５７６０号公報

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消せんとするものであり、短時間で大量の中空糸膜を乾燥させることを可能にする中空糸膜の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
（１）中空糸膜を紡糸後、中空糸膜を走行させつつ乾燥する中空糸膜の製造方法において、該乾燥工程においてコロナ放電により中空糸膜の静電気を除去することを特徴とする中空糸膜の製造方法。
（２）125℃以上150℃以下の温度に加熱乾燥した熱風を用いて中空糸膜を乾燥させることを特徴とする（１）記載の中空糸膜の製造方法。
（３）該乾燥工程における中空糸膜の電位を−1.0〜＋1.0kVにすることを特徴とする（１）または（２）記載の中空糸膜の製造方法。
（４）中空糸膜の膜成分としてポリスルホン系樹脂と、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）及び／又はポリエチレングリコール（ＰＥＧ）とを用いることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の中空糸膜の製造方法。
（５）該乾燥工程における走行速度が３０ｍ／ｍｉｎ以上であり、乾燥時間が３分以下であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の中空糸膜の製造方法。
（６）人工臓器に使用することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の中空糸膜の製造方法。
（７）人工臓器が人工腎臓であることを特徴とする（６）に記載の中空糸膜の製造方法。

本発明においては、乾燥時に中空糸膜の静電気を除去することにより、糸切れの要因である中空糸膜の擦過をなくすことが出来る。

図１に湿式紡糸法による乾燥中空糸膜製造工程の一例を示す。二重環式構造からなる紡糸口金１から中空形状のポリマー流体を吐出させ、凝固浴２、水洗浴３、乾燥装置４を通過後、巻取機５で巻き取る。６は湿潤状態の中空糸膜であり、７は乾燥中空糸膜である。乾燥装置内の除電器８のコロナ放電により中空糸膜の静電気を除去する。乾燥機内の中空糸膜は分繊ガイド９で糸条毎に分繊される。

本発明は、中空糸膜を走行させつつ乾燥する製造方法において、中空糸膜の乾燥時において中空糸膜の静電気の除去を行い、糸切れの原因である中空糸膜の擦過を防ぐ。除電が行われない場合、中空糸膜の分繊不良や擦過が生じ、糸切れの頻発や品質の信頼性低下を招く。

中空糸膜の乾燥温度は125〜150℃が好ましい。125℃未満であると、中空糸膜の乾燥が不十分のため、中空糸膜のつぶれを誘発する場合がある。一方、150℃を越えると、急激な温度上昇により張力変動が大きいため、膜性能のバラツキが起きる場合がある。

乾燥工程での中空糸膜の電位は−1.0〜＋1.0kVが好ましい。中空糸膜の電位がこの範囲外にある場合には、静電気除去が十分でないため、中空糸膜同士の反発を抑えにくい傾向がある。

本発明で用いられる中空糸膜の膜構成ポリマは特に限定されないが、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等のポリスルホン系樹脂と、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）及び／又はポリエチレングリコール（ＰＥＧ）とで構成されていることが好ましい。

中空糸膜の除電方法としては、特に限定はしないが、プラスイオンとマイナスイオンを交互にあてることにより中空糸膜の電位を安定させるコロナ放電が好ましい。

乾燥時の中空糸膜の合糸本数は１糸条あたり4〜32本であることが好ましい。合糸本数が１糸条あたり4本未満の場合には、分繊作業や設備の面で効率的ではない。また、合糸数を１糸条あたり32本を越えた場合には、乾燥不足が生じ、中空部のつぶれや膜性能のバラツキといった品質の信頼低下がおきる場合がある。

中空糸膜の電位が−1.0〜＋1.0kVを満たすのであれば、除電器の配置に関して特に限定はしないが、中空糸膜に12秒おきにコロナ放電が照射されるように設置することが好ましい。

走行中の中空糸膜を十分に乾燥させるのであれば乾燥条件の限定はしないが、中空糸膜の走行速度は30m/min以上、乾燥時間は3分以下である乾燥条件において、より大きな効果を発揮する。

本発明の中空糸膜の製造方法は、水処理（特に浄水）用途や、医療用途における血液浄化膜にも用いることができる。また、大量処理が可能なため、通常産業用途の限外濾過膜や逆浸透膜などの用途にも有効に用いることができる。しかし、添加物の除去を必要としない点で、安全性が重要視される人工腎臓等の人工臓器用に用いられることがより好ましい。

本発明における製膜原液及び芯液の組成は特に限定はないが、製膜原液及び芯液の溶媒濃度が高い場合において、特に大きな効果を発揮する。

乾燥機内の除電器はSIMCO社製のSS-50を使用し、中空糸膜の電位測定には春日電気製KSD-0303を使用した。

（実施例１）
ポリスルホン16 wt%、ポリビニルピロリドン(K-90)6wt%をジメチルアセトアミド78 wt%に加え、90℃、3時間加熱溶解し、製膜原液とした。この原液を外径0.3mm、内径0.2mmの二重環式構造からなる紡糸口金（144錘）から芯液としてジメチルアセトアミド60 wt%と水40 wt%からなる混合溶液を吐出させ、１糸条あたり4本に分繊を行ったまま毎分30.0mの走行速度で350mm・35℃・湿度80%の乾式部を通過の後、40℃の水からなる凝固浴中に浸漬し中空糸膜を形成した。形成後、その後も連続的に90℃の水からなる洗浄浴にて洗浄を行った後、熱風乾燥装置内を熱風温度を150℃に設定し、毎分30.0mの走行速度にて2分間乾燥を行った後、中空糸膜を巻き取った。乾燥機内の除電器の設置位置を中空糸膜の走行距離に対して6m毎に設置した。乾燥装置内の中空糸膜の電位は0.7kVであり、乾燥装置での糸切れは0.07回／時間であった。

（実施例２）
実施例１と同様に中空糸膜を形成し、１糸条あたり16本に分繊を行ったまま洗浄浴にて洗浄を行った後、熱風乾燥装置内の熱風温度を125℃に設定し、毎分30.0mの走行速度にて2分間乾燥を行った後、中空糸膜を巻き取った。乾燥機内の除電器の設置位置を中空糸膜の走行距離に対して6m毎に設置した。乾燥装置内の中空糸膜の電位は0.5kVであり、乾燥装置での糸切れは0.06回／時間であった。

（比較例１）
実施例１と同様に中空糸膜を形成し、１糸条あたり8本に分繊を行ったまま洗浄浴にて洗浄を行った後、熱風乾燥装置内を熱風温度を150℃に設定し、2分間毎分30ｍの走行速度で乾燥を行った後、中空糸膜を巻き取った。除電器を設置しなかったため、乾燥装置内の中空糸膜の電位は7.0kVであり、乾燥装置での糸切れは3回／時間であった。

中空糸膜製造工程の概略図である。

符号の説明

１紡糸口金
２凝固浴
３水洗浴
４乾燥装置
５巻き取り機
６湿潤状態の中空糸膜
７乾燥状態の中空糸膜
８乾燥装置内の除電器
９乾燥機内の分繊ガイド

Claims

中空糸膜を紡糸後、中空糸膜を走行させつつ乾燥する中空糸膜の製造方法において、該乾燥工程においてコロナ放電により中空糸膜の静電気を除去することを特徴とする中空糸膜の製造方法。
125℃以上150℃以下の温度で加熱乾燥した熱風にて中空糸膜を乾燥させることを特徴とする請求項１記載の中空糸膜の製造方法。
該乾燥工程における中空糸膜の電位を−1.0〜＋1.0kVにすることを特徴とする請求項１または２記載の中空糸膜の製造方法。
中空糸膜の膜成分としてポリスルホン系樹脂と、ポリビニルピロリドン及び／又はポリエチレングリコールとを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜の製造方法。
該乾燥工程における走行速度が３０ｍ／ｍｉｎ以上であり、乾燥時間が３分以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空糸膜の製造方法。
人工臓器に使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の中空糸膜の製造方法。
人工臓器が人工腎臓であることを特徴とする請求項６に記載の中空糸膜の製造方法。