JP5672643B2

JP5672643B2 - 多孔質中空糸膜の製造方法、及び製造装置

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Publication number: JP5672643B2
Application number: JP2013519676A
Authority: JP
Inventors: 田阪　広; 広田阪
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: CN104334263B; JPWO2013147188A1; WO2013147188A1; CN104334263A

Description

本発明は、多孔質中空糸膜の製造方法、及び製造装置に関する。

従来から、結晶性ポリオレフィンを溶融紡糸した後、延伸して製造されたポリオレフィン製多孔質中空糸膜は、化学的安定性、強度特性、柔軟性等に優れていることから、廃水の処理、超純水の製造、空気の浄化等の幅広い分野で利用されている。このような多孔質中空糸膜の製造は、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを溶融紡糸して中空糸の前駆体を得る紡糸工程と、紡糸工程で得られた中空糸の前駆体を延伸して多孔質化する延伸工程と、多孔質化された多孔質中空糸膜の前駆体の表面に親水化処理を施して多孔質中空糸膜とする親水化工程とを備えている（例えば特許文献１乃至４）。

特開昭６１−１２５４０８特開昭６２−２９８４０７特開平０４−２９３５３２特開平１０−０２８８５２

一般的に、紡糸工程では、例えば４個のノズルから紡出された４本の多孔質中空糸膜の前駆体の束を、同時に一つのボビンで巻き取るようになっており、延伸工程及び親水化工程では、例えば６個のボビンから繰り出された合計２４本の多孔質中空糸膜の前駆体の束を一錘の束として処理を行うようになっている。そして親水化工程は、複数錘の多孔質中空糸膜の前駆体を平行に搬送しながら親水化剤の溶液または分散液の槽に浸して多孔質中空糸膜とする工程と、過剰な蒸発を防ぎながら膜表面に付着した過剰な親水化剤の溶液または分散液を脱落さる保温工程と、親水化剤の溶液または分散液を乾燥させる工程とを備えている。

一般的に、親水化工程における、多孔質中空糸膜又はその束を搬送するローラーは、隣接して搬送される多孔質中空糸膜又はその束同士が接触するのを防止するために、表面に複数の溝が設けられたローラーが用いられている。この溝は、ローラーの周方向に延びており、一本の多孔質中空糸膜又は一錘の多孔質中空糸膜の束を一つの溝内に入れて多孔質中空糸膜の搬送中に多孔質中空糸膜又は多孔質中空糸膜の束がローラーの軸方向に移動するのを防止するようになっている。

しかしながら、このようなローラーで、膜表面に過剰な親水化剤の溶液または分散液が付着した多孔質中空糸膜又はその束を搬送した場合、溝の壁面に親水化剤の溶液または分散液が付着して固化するので、この親水化剤の固化物によって溝内を通過する多孔質中空糸膜を傷つけてしまうという問題があった。

そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、多孔質中空糸膜の製造段階において、多孔質中空糸膜が傷付くのを確実に防止することができる多孔質中空糸膜の製造方法、及び製造装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、表面に溶液又は分散液を付着させて多孔質中空糸膜を製造する多孔質中空糸膜の製造装置であって、外表面に溝が形成されておらず、その軸周りに回転することで多孔質中空糸膜又はその束を搬送するシャフト、及びこのシャフトの両端部に各々設けられたツバを有する溝無しローラーと、溝無しローラーと共に多孔質中空糸膜又はその束を搬送する搬送経路を形成するように配置された複数の溝付きローラーと、を備え、複数の溝付きローラーは、シャフトに対して搬送経路の上流側と下流側に対をなして配置されており、対をなす溝付きローラーの各々は、多孔質中空糸膜に付着した溶液又は分散液を乾燥させるための乾燥機内に配置されていることを特徴とする。

このように構成された本発明によれば、溝付きローラーを用いることによって、搬送される多孔質中空糸膜又はその束の溝無しローラー上での搬送位置を調整できるようになる。そして溝付きローラーによって、多孔質中空糸膜又はその束の溝無しローラー上での位置を、ツバから所定距離離れた位置にすることによって、搬送される多孔質中空糸膜又はその束が搬送中にツバに当たらなくなる。これにより、多孔質中空糸膜の表面に付着していた溶液又は分散液がシャフトを伝ってツバに付着し、ツバの表面で固化したとしても、固化した溶液又は分散液によって多孔質中空糸膜が傷付くのを防止することができる。

また、上述した課題を解決するために、本発明は、多孔質中空糸膜の製造方法であって、多孔質中空糸膜の表面に溶液又は分散液を付着させる工程と、この付着させる工程の後、多孔質中空糸膜又はその束を搬送する工程とを備え、この搬送する工程では、外表面に溝が形成されておらず、その軸周りに回転することで多孔質中空糸膜又はその束を搬送するシャフト、及びこのシャフトの両端部に各々設けられたツバを有する溝無しローラーを用いて多孔質中空糸膜又はその束を、ツバから所定の距離離れた位置で搬送するようになっており、さらに、乾燥機内に配置されており、前記溝無しローラーと共に前記多孔質中空糸膜又はその束を搬送する搬送経路を形成するように配置された複数の溝付きローラーを用いて、前記多孔質中空糸膜又はその束が前記ツバに接触しない位置で搬送することを特徴としている。

この場合において、溶液又は分散液は、親水化剤の溶液または分散液であることが好ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明は、複数錘の多孔質中空糸膜の前駆体の束を搬送して親水化剤の溶液または分散液の槽に浸して多孔質中空糸膜とする工程と、複数錘の多孔質中空糸膜の束を親水化剤の溶液または分散液の槽から引き上げる工程と保温工程とを備え、この保温工程では、外周面に溝が形成されていないシャフト、及びこのシャフトの両端部に各々設けられたツバを有する溝無しローラーと、この溝無しローラーと共に多孔質中空糸膜又はその束を搬送する搬送経路を形成するように配置された複数の溝付きローラーとを用いて多孔質中空糸膜又はその束を、ツバから所定の距離離れた位置で搬送することを特徴としている。

以上のように本発明によれば、多孔質中空糸膜の製造段階において、多孔質中空糸膜が傷付くのを確実に防止することができる。

本発明の実施形態による多孔質中空糸膜を製造する工程を示すブロック図である。本発明の実施形態による親水化処理工程を示すブロック図である。本発明の実施形態による親水化処理工程で使用される親水化処理装置を示す概略図である。本発明の実施形態によるローラーを示す上面図である。親水化剤付着率測定方法を説明するための概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、多孔質中空糸膜を製造する工程を示すブロック図である。

図１に示すように、多孔質中空糸膜を製造するためには、溶融樹脂を冷却固化して多孔質中空糸膜の前駆体とする紡糸工程１と、多孔質中空糸膜の前駆体を延伸して微細孔を形成する延伸工程３と、多孔質中空糸膜の前駆体の表面に親水化ポリマーをコーティングして親水化処理を施して多孔質中空糸膜とする親水化処理工程５とを行う。

紡糸工程１では、例えば４個のノズルを有する紡糸ヘッドから吐出された溶融樹脂を冷却固化し、４本の多孔質中空糸膜の前駆体を一束にして一つのボビンで巻き取るようになっている。そして延伸工程３では、束にされた多孔質中空糸膜の前駆体に引張力を作用させ徐々に引き延ばすようになっている。

図２は、親水化処理工程を示すブロック図である。また、図３は、親水化処理工程で使用される親水化処理装置を示す概略図である。

図２に示すように親水化処理工程５は、多孔質中空糸膜の前駆体を親水化剤の溶液または分散液が入った溶液槽に浸して多孔質中空糸膜Ｍとする含浸工程７と、多孔質中空糸膜を所定の温度と湿度に保たれた環境内で搬送する保温工程９と親水化剤の溶液または分散液を乾燥・固化させる乾燥工程１１と、表面に親水化処理が施された多孔質中空糸膜を巻き取る巻き取り工程１３とを備えている。

図３に示すように、親水化処理装置１７は、多孔質中空糸膜Ｍの搬送方向上流側から、延伸された多孔質中空糸膜Ｍの前駆体を巻き取った複数のボビン１９が取り付けられている給糸クリール２１と、親水化剤の溶液または分散液が貯留されている溶液槽２３と、内部雰囲気が所定の温度と湿度に保たれ、本発明によるローラーとしての溝無しローラー２７を備えている保温槽２５と、親水化剤の溶液または分散液を乾燥・固化させるための乾燥機３１と、親水化処理された多孔質中空糸膜Ｍを巻き取るための巻き取り装置３３とを備えている。

保温槽２５に設けられている溝無しローラー２７の本数は、特に限定されるものではなく、保温槽２５内のローラーのうち数本を溝無しローラー２７としてもよいし、全てのローラーを溝無しローラー２７としてもよい。溝無しローラー２７によって多孔質中空糸膜Ｍの束を搬送している間、多孔質中空糸膜Ｍの表面に付着した親水化剤の溶液または分散液の余剰分が脱落するが、この親水化剤の溶液または分散液の余剰分の脱落速度は、多孔質中空糸膜Ｍの本数や細孔径に応じて異なる。従って、保温槽２５内に設ける溝無しローラー２７の本数は、多孔質中空糸膜Ｍの本数や細孔径に応じて適宜選択することが好ましい。

含浸工程７では、延伸工程３で延伸された多孔質中空糸膜Ｍを給糸クリール１９のボビン２１から繰り出し、繰り出した多孔質中空糸膜Ｍを親水化剤の溶液または分散液が貯留された溶液槽２３を通して搬送するようになっている。ボビン１９には、複数本の多孔質中空糸膜Ｍが巻き取られており、給糸クリール２１からの繰り出しに際しては、複数のボビン１９からの複数本の多孔質中空糸膜Ｍを一錘の束として繰り出すようになっている。即ち、例えば１個のボビンに４本の延伸された多孔質中空糸膜Ｍの前駆体が巻き取られている場合、給糸クリール２１からの繰り出しに際しては、６個のボビンから合計２４本の多孔質中空糸膜Ｍの前駆体を一錘の束として繰り出すようになっている。そして親水化処理工程５では、この一錘の束毎に各処理を行うようになっている。

溶液槽２３には、親水化剤の溶液または分散液が貯留されている。そして多孔質中空糸膜Ｍの前駆体を、溶液槽２３内を通過させることで多孔質中空糸膜Ｍの前駆体に親水化剤を付着させる。本発明で用いることのできる親水化剤としては、エチレン−ビニルアルコールブロック共重合体や、エチレン−酢酸ビニルブロック共重合体などの、親水性ブロックポリマーを用いることができる。また、これらの親水化剤の溶液又は分散液の溶媒または分散液としては、水またはメタノール、エタノール、Ｎ−プロパノール、イソプロピルアルコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の水と混和性を有する有機溶剤もしくは水とこれら有機溶剤の混合溶媒を用いることができる。

次いで、保温工程９では、表面に親水化剤の溶液または分散液が付着した多孔質中空糸膜Ｍを、所定の温度と湿度に保たれた保温槽２５内で搬送し、多孔質中空糸膜Ｍの表面に付着した親水化剤の溶液または分散液の過剰な蒸発を防ぎつつ、且つ過剰の親水化剤の溶液または分散液を脱落させるようになっている。

次いで、乾燥工程１１では、親水化剤の溶液または分散液が馴染んだ多孔質中空糸膜Ｍの束を、所定の距離にわたって搬送し、親水化剤を多孔質中空糸膜Ｍの表面で乾燥・固化させるようになっている。

次いで、巻き取り工程１３では、親水化剤が付着した多孔質中空糸膜Ｍをボビン３５に巻き取るようになっている。このとき多孔質中空糸膜Ｍの束は解体され、給糸クリール２１のボビン１９に巻き付いていた束の状態でボビン３５に巻き取られるようになっている。

図４は、溝無しローラーを示す上面図である。尚、図４では、溝無しローラー２７と多孔質中空糸膜Ｍの束との相対的な位置関係を明確に示すために、多孔質中空糸膜Ｍが溝無しローラー２７を横切るように描かれている。

図４に示すように、溝無しローラー２７は、水平方向に延びるシャフト３７と、シャフト３７の両端に取り付けられた一対のツバ３９を備えている。溝無しローラー２７には、シャフト３７の軸線方向に間隔をおいて複数錘の多孔質中空糸膜Ｍの束がかけわたされている。シャフト３７には、多孔質中空糸膜Ｍの束をシャフト３７に対して位置決めするための溝は形成されていない。また、複数錘の多孔質中空糸膜Ｍの束のうち、最も溝無しローラー２７のツバ３９に近接している束は、ツバ３９から所定距離Ａだけシャフト３７の中央方向に距離を置いた位置でシャフト３７にかけわたされている。

また、溝無しローラー２７の搬送方向上流側と、搬送方向下流側には、一対の溝付きローラー４１が設けられている。複数の溝付きローラー４１は、各々、周面における軸方向中心近傍に、多孔質中空糸膜Ｍの束を収容するための溝が形成されており、溝無しローラー２７のツバ３９と、最も溝無しローラー２７のツバ３９に近接している多孔質中空糸膜Ｍの束との間隔、及び隣接する多孔質中空糸膜Ｍの束同士の間隔を保持する。また、複数の溝付きローラー４１は、同軸周りで回転できるように一列に並んで保持されている。

配列された複数の溝付きローラー４１のうち、列の外側にある二つの溝付きローラー４１は、その軸方向中心が、ツバ３９の内側表面から距離Ａの位置にくるように保持されている。そして残りの溝付きローラー４１は、その軸方向中心同士の距離が、距離Ｂとなるように保持されている。

上述した距離Ａは、以下のように決定される。

多孔質中空糸膜Ｍに付着した親水化剤の溶液または分散液がシャフト３７の表面に堆積すると、親水化剤の溶液または分散液は、徐々にシャフト３７の軸方向に広がる。そしてシャフト３７の端部に形成されたツバ３９は、軸方向に広がってツバ３９に到達した親水化剤の溶液または分散液を、シャフト３７の径方向に広げる。そしてツバ３９と多孔質中空糸膜Ｍの束との間の距離Ａを短くし過ぎると、固化物が付着したツバ３９と多孔質中空糸膜Ｍが接触し、膜を傷つけてしまう。一方で、距離Ａを長くし過ぎるとシャフト３７が長くなってしまい、溝無しローラー２７全体が大型化してしまう。従って、ツバ３９と多孔質中空糸膜Ｍの束との間の距離Ａは、親水化処理工程全般にわたって多孔質中空糸膜Ｍの束が通る糸道のシャフト３７の軸方向における振れ幅以上にとってあれば良く、具体的には１０〜５０ｍｍとすることが好ましい。

また、シャフト３７の端部にツバ３９を形成することによって、シャフト３７に掛け渡された多孔質中空糸膜Ｍの束がシャフト３７から脱落するのを防止することができる。また、シャフト３７の端部にツバ３９を設けることによって、多孔質中空糸膜Ｍの束の糸かけ作業をやりやすくすることができる。

また、複数錘の多孔質中空糸膜Ｍの束のうち隣接する束同士の距離Ｂは、短くすることが好ましい。多孔質中空糸膜Ｍに付着した親水化剤の溶液または分散液がシャフト３７に付着したときに、親水化剤の溶液または分散液はシャフト３７の軸方向に広がるが、距離Ｂを短くして多孔質中空糸膜Ｍ同士の間隔を狭くすると、多孔質中空糸膜Ｍからシャフト３７に付着した親水化剤の溶液または分散液によりシャフト３７の表面を常に湿潤状態が保つことができ親水化剤の固化を防ぐ事ができる。従って距離Ｂは、保温槽２５内環境において親水化剤が固化しない距離である必要があり、０に近い距離である事が好ましい。また、距離Ｂが長くなるとシャフト３７の長さも必要となり、保温槽２５の小型化のためにも短い事が好ましい。

以上のように本発明の実施形態によれば、多孔質中空糸膜Ｍの搬送時に、ツバ３９と多孔質中空糸膜Ｍの束との間に距離Ａを設けることによって親水化剤の溶液または分散液がツバ３９に付着してその固化物が多孔質中空糸膜Ｍを傷つけるのを防止することができる。さらに、多孔質中空糸膜Ｍの隣接する束同士の距離Ｂを出来るだけ短くする事により、不必要にシャフト３９の表面で親水化剤が固化する事を防ぎ、且つ保温槽２５を小型化することが出来る。また、ツバ３９を設ける事により、糸かけ作業時の多孔質中空糸膜Ｍの束の脱落を防ぐ事ができる。

また、本発明の実施形態によれば、シャフト３７の両端にツバ３９を形成することによってシャフト３７の全長を短くし、保温槽２５を小型化することができる。即ち、多孔質中空糸膜Ｍに付着した親水化剤がシャフト３７に付着すると、親水化剤は、付着した箇所からシャフト３７の軸方向に広がり、固化するが、親水化剤が多孔質中空糸膜Ｍの搬送経路上で固化しないためには、搬送経路をシャフト３７の軸方向に十分に離す必要がある。しかしながら、シャフト３７の両端部にツバ３９を設けることにより、親水化剤がシャフト３７の軸方向に流れてツバ３９に到達したときにツバ３９の表面をつたってシャフト３９の径方向に広がり、固化する。このように、ツバ３９を設けることによって、多孔質中空糸膜Ｍの搬送経路外に親水化剤を固化させるための空間を確保することができる。これにより、シャフト３７の軸方向に親水化剤を固化させるための空間を確保する必要がなくなるので、シャフト３７を短くすることができる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態の各構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

また、上述の親水化処理工程に以下に説明する、親水化剤付着率測定方法を適用してもよい。

親水化剤付着率測定方法は、多孔質中空糸膜の前駆体を溶液槽に導入する前での多孔質中空糸膜の前駆体の重量と、溶液槽を通過した多孔質中空糸膜の重量との差から、多孔質中空糸膜に付着した親水化剤の量を測定するものである。

図５は、この親水化剤付着率測定方法を説明するための概略図である。

親水化剤付着率測定方法では、図５に示すように、溶液槽２３の前後にそれぞれ繰り出し用ボビン１０１及び巻き取り用ボビン１０３を配置する。そして多孔質中空糸膜の前駆体に含浸処理を施す前の繰り出し用ボビン１０１及びそこに巻かれた多孔質中空糸膜の前駆体の総重量をｗ₁とし、巻き取り用ボビン１０３及びそこに巻かれた多孔質中空糸膜の総重量をｗ₂とし、多孔質中空糸膜の前駆体に含浸処理を施した後の繰り出し用ボビン１０１及びそこに巻かれた多孔質中空糸膜の総重量をｗ₃とし、巻き取り用ボビン１０３及びそこに巻かれた多孔質中空糸膜の総重量をｗ₄と仮定する。そしてこのとき多孔質中空糸膜の前駆体の総重量は、ｗ₁−ｗ₃によって算出され、含浸処理が施された多孔質中空糸膜の総重量は、ｗ₄−ｗ₂によって算出される。そして親水化剤の付着率は、以下の数式１によって決定される。

上記数式１によって算出される親水化剤付着率を、７−１３ｗｔ％程度とすることによって、適切な量の親水化剤を多孔質中空糸膜の前駆体に付着させることができる。この親水化剤付着率は、親水化剤の親水性、原料密度、細孔表面も含めた表面積に応じて適宜調整可能である。

５親水化処理工程
７含浸工程
９保温工程
１７親水化処理装置
２３溶液槽
２７溝無しローラー
３１乾燥機
３７シャフト
３９ツバ
Ｍ多孔質中空糸膜

Claims

表面に溶液又は分散液を付着させて多孔質中空糸膜を製造する多孔質中空糸膜の製造装置であって、
外表面に溝が形成されておらず、その軸周りに回転することで多孔質中空糸膜又はその束を搬送するシャフト、及びこのシャフトの両端部に各々設けられたツバを有する溝無しローラーと、
前記溝無しローラーと共に前記多孔質中空糸膜又はその束を搬送する搬送経路を形成するように配置された複数の溝付きローラーと、を備え、
前記複数の溝付きローラーは、前記シャフトに対して前記搬送経路の上流側と下流側に対をなして配置されており、
前記対をなす溝付きローラーの各々は、前記多孔質中空糸膜に付着した前記溶液又は分散液を乾燥させるための乾燥機内に配置されている、多孔質中空糸膜の製造装置。
多孔質中空糸膜の製造方法であって、
多孔質中空糸膜の前駆体の表面に溶液又は分散液を付着させて多孔質中空糸膜とする工程と、
この付着させる工程の後、前記多孔質中空糸膜又はその束を搬送する工程とを備え、
この搬送する工程では、外表面に溝が形成されておらず、その軸周りに回転することで前記多孔質中空糸膜又はその束を搬送するシャフト、及びこのシャフトの両端部に各々設けられたツバを有する溝無しローラーを用いて前記多孔質中空糸膜又はその束を、前記ツバから所定の距離離れた位置で搬送するようになっており、
さらに、乾燥機内に配置されており、前記溝無しローラーと共に前記多孔質中空糸膜又はその束を搬送する搬送経路を形成するように配置された複数の溝付きローラーを用いて、前記多孔質中空糸膜又はその束が前記ツバに接触しない位置で搬送する、多孔質中空糸膜の製造方法。
前記溶液又は分散液は、親水化剤の溶液または分散液である、請求項２に記載の多孔質中空糸膜の製造方法。
複数錘の多孔質中空糸膜の前駆体の束を搬送して親水化剤の溶液または分散液の槽に浸して多孔質中空糸膜とする工程と、
複数錘の多孔質中空糸膜の束を親水化剤の溶液または分散液の槽から引き上げる工程と、保温工程とを備え、
この保温工程では、外周面に溝が形成されていないシャフト、及びこのシャフトの両端部に各々設けられたツバを有する溝無しローラーと、この溝無しローラーと共に前記多孔質中空糸膜又はその束を搬送する搬送経路を形成するように配置された複数の溝付きローラーとを用いて前記多孔質中空糸膜又はその束を前記ツバから所定の距離離れた位置で搬送する、多孔質中空糸膜の製造方法。