JP5565621B2 - 多孔質膜用支持体の製造方法及び多孔質膜用支持体 - Google Patents
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このような楕円形状に偏平化した支持体を用いて中空状多孔質膜を製造した場合、製膜原液が均一に塗布されず膜厚斑が発生し、性能低下や不良品となり、歩留り低下に繋がる。
また、偏平化した支持体は、その内径断面も偏平化しており、中空状多孔質膜として使用する場合、通常の円形断面の中空状多孔質膜よりも濾過水の通水抵抗が増え、性能低下に繋がる。
前記引取ロールに接触する直前の中空紐状物の表面温度を85℃以下に冷却するに際して、
前記冷却する手段が、自然冷却であり、所望する引取ロールの回転速度に応じて、前記型と引取ロールの距離を決定する、もしくは前記冷却する手段が冷却ファンであることを特徴とする多孔質膜用支持体の製造方法にある。
本発明の製造方法に用いる中空紐状物としては、糸を丸編みした筒状編紐や製紐機により製造される筒状組紐などを用いることができる。
ここで、丸編みとは、丸編機を用いて筒状のよこメリヤス生地を編成することであり、筒状編紐は、糸を湾曲させて螺旋状に伸びる連続したループを形成し、これらループを前後左右に互いに関係させたものである。丸編機から排出される筒状編紐の排出速度は、編紐の形状によっても若干変わるが、基本的にはシリンダの回転数によって決まる。シリンダの回転数は引取ロール4の引取り速度に応じて設定され、通常1000〜4000r/min程度である。
ところで、該製紐機は、小分けした多数のボビンが複雑な動きをしているため、製紐速度を上げることが難しく、生産性が低いという問題がある。通常、製紐機による円筒状組紐の製紐速度は10〜20m/hr程度である。従って、本願発明においては、生産性の点から筒状編紐を用いるのが好ましい。
半合成繊維の例としては、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、キチン、キトサン等を原料としたセルロース誘導体系繊維;プロミックスと呼称される蛋白質系繊維等が挙げられる。
糸の繊度は、多孔質膜の耐久性および、多孔質膜層との接着性を向上させる点から、150〜1000dtexが好ましい。糸の繊度が150dtex以上であれば、外径にもよるが、中空状多孔質膜のつぶれ圧が向上する。糸の繊度が1000dtex以下であれば、内径縮小化による通水性の低下が抑えられる。
原糸ボビン7から供給される糸8を丸編みして筒状編紐9を編成して排出する丸編機2と、丸編機2から排出された筒状編紐9が通過する貫通孔11を有し、該貫通孔11内の筒状編紐9を加熱処理するとともに所望の外径に成型する熱処理金型3と、該熱処理金型3を通過した支持体10(加熱処理された筒状編紐9)を引き取る引取ロール4が設けられている。その後、巻取り機12に巻き取られるか、或いは図示していない収納容器に収納される。
図2は、熱処理金型3の、筒状編紐9の入り口側端面、側断面、および筒状編紐9の出口側端面を示す図である。熱処理金型3の本体には、貫通孔11が形成されている。
ここで、筒状編紐9は、樹脂の融点又はガラス転移点未満の温度で熱処理される。これにより、繊維が溶融して編目が閉塞することが抑えられる。
例えば、材料がポリエステル系繊維(通常、Tm=約240℃〜290℃)の場合、上述の理由により温度tは180〜250℃が好ましく、190〜230℃がより好ましい。
内径dは、外径D’の50〜100%であることが好ましい。外径D’より内径dが極端に小さい場合、外径d’が内径dより大きくなり、筒状編紐9が熱処理金型3内で引っ掛かり、貫通孔11を通過できなくなるおそれがある。長さLと内径dとの比(L/d)は、筒状編紐9を均一に加熱する点から、1以上が好ましい。貫通孔11は、筒状編紐9の引っ掛かりを回避する点から、ストレート部以外では、内周面がテーパーを有することが好ましい。
引取ロール4としては、ネルソンロール、ニップロール、カレンダーロール等が挙げられる。ニップロールは得られた支持体10をつぶす恐れがある。つぶれると中空部が閉塞し、多孔質膜用支持体としての用を成さなくなる恐れがある。従って、引取ロール4にはネルソンロールまたはカレンダーロールが好ましい。これらのロールを用いて支持体10を引き取るには、ロールと支持体10との接触面積をある程度大きくする必要がある。カレンダーロールの場合、支持体10との接触面積を確保するためにロール本数を多くする必要がある。ネルソンロールは、2本のロールに支持体10を複数回巻き付けることで接触面積を確保できる点でより好ましい。
なお、各ロールの表面温度は室温と実質同一となり、通常20〜30℃の範囲にあると考えてよい。
本発明の製造方法を用いて製造することにより、円形度95%以上の多孔質膜用支持体を得ることができる。
加熱用金型3引き出された支持体は、通常、支持体が引取ロール4のロール表面に押し付けられると、支持体はロール上で若干楕円状に偏平化するが、ロール通過後は支持体の弾性によりもとの円筒形状に戻る。
しかし、高温状態でロール表面に押し付けられた筒状編紐は、ロールを通過する過程で冷却するため、楕円状に偏平した形態で固定され、ロール通過後も楕円状に偏平した形状を維持した状態となる。
円形度(%)=紐最小径÷紐最大径×100・・・(2)
ここで、紐最小径及び紐最大径は、外径測定器を用いてその外径を連続的に測定することにより得ることができる。例えば、レーザー式の外形測定器を用いる場合、当該測定器の測定部に紐を通して、紐端部付近にレーザーがあたるよう固定しつつ、紐の長手方向を軸心として1回転することにより径の測定値を連続的に読み取り、その最大値を紐最大径とし、最小値を紐最小径とする。
加熱処理した多孔質膜用の膜支持体10を引取ロール4直前で85℃冷却する手段としては、自然空冷の他、熱処理金型3の後工程に冷却ファンなどの冷却手段を設けることは任意である。
図4は、室温下において、合成繊維としてポリエステル繊維を用い、該ポリエステル繊維の繊度が420dtex、加熱処理した中空紐状物9(支持体10)の外径が2.55mm、熱処理金型3の温度(t)が210℃、引取ロール4の引取り速度を1.7m/minとした場合の加熱処理金型3を通過した支持体10の移動距離と表面温度の関係を示すグラフである。
図5は、上記条件のうち、引取ロール4の引取り速度を4.5mm/minとした場合の加熱処理金型3を通過した支持体10の移動距離と表面温度の関係を示すグラフである。
図4および図5から加熱処理金型3を通過した支持体10の表面温度の下がり方は、引取り速度により異なることが判る。すなわち、上述の加熱処理金型3を通過した支持体10の表面温度を85℃以下にするには、引取り速度に応じて、熱処理金型3の出口から引取ロール4のロール中心までの距離を変更する必要がある。
また、上記条件のうち、引取り速度を4〜5m/minとした場合、加熱処理金型3と引取ロール4の距離は、700mm以上が好ましく、950mm以上がより好ましい。
支持体の外径は、レーザー外径測定器(キーエンス社製、LS3000)を用いて測定モードを『外径』にあわせて測定した。測定器の測定部に紐を通して、紐端部付近にレーザーがあたるよう固定しつつ、紐の長手方向を軸心として1回転することにより径の測定値を連続的に読み取り、その最大値を紐最大径とし、最小値を紐最小径とした。一度測定するごとに支持体10の位置を数mm移動させた後、さらに外径測定することを繰り返し、計3回測定して、それぞれの最大値と最小値の平均値を求めた。
支持体の表面温度は、赤外線温度測定器(FLIR社製、i50)を用いて温度レンジを0〜350℃、放射率を0.95に設定して測定した。走行中の支持体の引取ロールに接触する直前の表面温度は、支持体との接点から約5cm離れた位置における表面温度を、10秒間隔で計3回測定して、それらの平均値を引取ロールに接触する直前の表面温度とした。
図1に示す支持体製造装置1を用いて、筒状編紐9からなる支持体10を製造した。糸8としては、ポリエステル繊維(繊度:420dtex、フィラメント数:180、Tm:260℃)を用いた。丸編機2としては、卓上型紐編機(圓井繊維機械社製、編針数:12本、針サイズ:16ゲージ、スピンドルの円周直径:8mm)を用いた。熱処理金型3としては、バンドヒーターによる加熱手段を有するSUS304製の金型(外径D:5mm、内径d:2.55mm、L/d:5)を用いた。引取ロール4のロール直径は100mm、熱処理金型3出口から引取ロール4の中心までの距離は400mmとした。熱処理金型3の温度(t)を210℃とし、引取り速度を1.7m/minとした。製造中の装置周囲の温度は室温(24℃)であった。
引取ロール4のロールに接触する直前の支持体10の表面温度(3回の測定値の平均)は60℃であった。
製造した支持体10の外径の最大値と最小値を測定し、円形度を求めたところ、98%であった。
糸8として、ポリエステル繊維(繊度:336dtex、フィラメント数:144、Tm:260℃)を用い、引取り速度を2.0m/minとした以外は、実施例1と同じ条件で支持体10を製造した。引取ロール4のロールに接触する直前の支持体10の表面温度(3回の測定値の平均)は70℃であった。
製造した支持体10の外径の最大値と最小値を測定し、円形度を求めたところ、99%であった。
図3に示す支持体製造装置6を用いて、筒状編紐9からなる支持体10を製造した。糸8、丸編機2、熱処理金型3、および引取ロール4は実施例1と同じものを用いた。ガイドロール5の直径は100mm、熱処理金型4出口からガイドロール5の中心までの距離は、800mmとした。
熱処理金型4の温度(t)を210℃とし、引取り速度を4.5m/minとした。製造中の装置周囲の温度は、22℃であった。
ガイドロール5に接触する直前の支持体10の表面温度(3回の測定値の平均)は80℃であった。
製造した支持体10の外径の最大値と最小値を測定し、円形度を求めたところ、98%であった。
支持体10の表面温度が85℃以上の場合の比較を行った。図1に示す支持体製造装置1を用いて、筒状編紐9からなる支持体10を製造した。引取ロール4の引取り速度を2.5m/minとした以外は、実施例1と同じ条件とした。製造中の装置周囲の温度は、24℃であった。
引取ロール4のロールに接触する直前の支持体10の表面温度(3回の測定値の平均)は100℃であった。
製造した支持体10の外径の最大値と最小値を測定し、円形度を求めたところ、89%であった。
支持体10の表面温度が85℃以上の場合の比較を行った。図1に示す支持体製造装置1を用いて、筒状編紐9からなる支持体10を製造した。
引取ロール4の引取り速度を3.0m/minとした以外は、実施例2と同じ条件とした。製造中の装置周囲の温度は、24℃であった。引取ロール4のロールに接触する直前の支持体10の表面温度は90℃であった。
製造した支持体10の外径の最大値と最小値を測定し、円形度を求めたところ、92%であった。
2・・・・・・丸編機
3・・・・・・熱処理金型
4・・・・・・引取ロール
5・・・・・・ガイドロール
7・・・・・・ボビン
8・・・・・・糸
9・・・・・・紐
10・・・・・支持体(中空状多孔質膜用支持体)
Claims (4)
- 中空紐状物を加熱された型内を連続的に通過させることにより加熱処理した後に引取ロールにより連続的に引き取ることを特徴とする多孔質膜用支持体の製造方法であって、
前記引取ロールに接触する直前の中空紐状物の表面温度を85℃以下に冷却するに際して、
前記冷却する手段が、自然冷却であり、所望する引取ロールの回転速度に応じて、前記型と引取ロールの距離を決定する、もしくは前記冷却する手段が冷却ファンであることを特徴とする多孔質膜用支持体の製造方法。 - 前記中空紐状物が、合成繊維又は半合成繊維の糸で構成される請求項1記載の多孔質膜用支持体の製造方法。
- 前記加熱処理時の型内の温度t(℃)を下記式(1)の範囲とする請求項1に記載の多孔質膜用支持体の製造方法。
Tm−80≦t<Tm ・・・(1)
(Tmは糸の溶融温度(℃)) - 前記型と引取ロールとの間に、1又は複数のガイドロールを設け、所望する引取ロールの回転速度に応じて、前記型と、各ガイドロール及び引取ロールの距離を決定することを特徴とする、請求項1記載の多孔質膜用支持体の製造方法。
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