JPH0456656B2 - - Google Patents

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JPH0456656B2
JPH0456656B2 JP59250659A JP25065984A JPH0456656B2 JP H0456656 B2 JPH0456656 B2 JP H0456656B2 JP 59250659 A JP59250659 A JP 59250659A JP 25065984 A JP25065984 A JP 25065984A JP H0456656 B2 JPH0456656 B2 JP H0456656B2
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JP
Japan
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film
membrane
polymer
dense
porous
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP59250659A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS60132602A (en
Inventor
Emu Zuitsuku Moorisu
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Wyeth Holdings LLC
Original Assignee
American Cyanamid Co
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Filing date
Publication date
Application filed by American Cyanamid Co filed Critical American Cyanamid Co
Publication of JPS60132602A publication Critical patent/JPS60132602A/en
Publication of JPH0456656B2 publication Critical patent/JPH0456656B2/ja
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  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Shaping By String And By Release Of Stress In Plastics And The Like (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳现な説明】 逆浞透、ガス分離、および限倖濟過を含む応甚
を含めお、広く工業的に䜿甚されおいる半透膜
は、カスチング法によ぀お酢酞セルロヌスから調
補されるものである。そのような膜
membraneは、氎に察しお非垞に高透過性で
ある䞀方、塩化ナトリりムに察しおはそうではな
いが、加氎分解に察する酢酞セロヌスの固有の鋭
敏性のため、性胜が䜎䞋する。その結果、塩化ナ
トリりムの劂き溶質を陀去する胜力は時間ずずも
に枛少し、膜の寿呜は埓぀お限定される。これら
の加氎分解的傟向のため、酢酞セルロヌス膜は、
加氎分解に導く条件が存圚しない特定の甚途に察
しおのみ考えるこずができる。埓぀お、化孊的に
より安定なポリマヌが、膜材料ずしお、酢酞セル
ロヌスに、ず぀お替わり始めた。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Semipermeable membranes widely used industrially, including in applications involving reverse osmosis, gas separation, and ultrafiltration, are prepared from cellulose acetate by the casting process. be. While such membranes are very highly permeable to water, they are less so to sodium chloride, which reduces their performance due to the inherent sensitivity of cellose acetate to hydrolysis. . As a result, the ability to remove solutes such as sodium chloride decreases over time and the lifetime of the membrane is thus limited. Because of these hydrolytic tendencies, cellulose acetate membranes
It can only be considered for specific applications where conditions conducive to hydrolysis are not present. Therefore, chemically more stable polymers have begun to replace cellulose acetate as membrane materials.

限倖濟過、逆浞透、ガス分離等に有甚な半透膜
に関する基本的な考え方は、そのものが次の皮
の圢のうちの䞀方で䞀般的には存圚するずいうこ
ずである(1)緻密で実質的に非倚孔性のフむルム
および(2)倚孔性で非察称なフむルム。倚くの堎
合、緻密なポリマヌフむルムは、䞀軞もしくは二
軞の配向ずするこずができ、これによ぀おその機
械的匷床および膜ずしおの遞択性が高められる。
䞍幞にしお、そのようなフむルムは、抂しお、望
たしい透過物の流れに察しお抵抗が倧きすぎ、殆
どの応甚においお、溶媒カスチングされた倚孔性
膜によ぀おず぀おかわられおきおいる。こうした
倚孔性膜は、倚孔性構造 porous
substructureによ぀お支持された、非垞に薄
い、緻密な「掻性」衚面を有するように、特定的
に補造される。倚くの堎合、倚孔性構造の厚さ党
䜓に亘぀お、孔埄の挞進的倉化が存圚し、小さい
现孔ほど緻密な「掻性」衚面により近くな぀おい
る。或る皮の溶質成分を排斥し、他のものの通過
を蚱容するのは、たさにこの「掻性」緻密衚面で
ある。この遞択性は、掻性衚面がピンホヌルもし
くはクラツクを党く有さない限りは、掻性衚面の
厚さに䟝存しない。倚孔性副構造は、薄い掻性衚
面に察する機械的支持察を構成するものであ぀
お、望たしい透過物の流れに察しおできるだけ小
さい抵抗しか瀺さないこずが必芁である。このこ
ずは、现孔が開いおいお盞互に接続しおおり、そ
しお奜たしくは、膜の掻性衚面に察しお垂盎で、
圢状が瞊方向である時に、最もうたく達成され
る。こういう膜は、本分野で公知で䟋えば米囜特
蚱第3133132号、同3133137号、同3170867号、同
3567810号、同3615024号および同3884801号蚘茉
の、泚意深い溶媒カスチング法によ぀お埗られ
る。
The basic idea about semipermeable membranes useful in ultrafiltration, reverse osmosis, gas separation, etc. is that they generally exist in one of two forms: (1) (2) a dense, substantially non-porous film and (2) a porous, asymmetric film. In many cases, dense polymer films can be uniaxially or biaxially oriented, which increases their mechanical strength and selectivity as membranes.
Unfortunately, such films generally have too much resistance to desired permeate flow and have been replaced in most applications by solvent cast porous membranes. These porous membranes have a porous structure (a porous structure).
It is specifically manufactured to have a very thin, dense "active" surface supported by a substructure. There is often a gradual change in pore size throughout the thickness of the porous structure, with smaller pores being closer to the dense "active" surface. It is precisely this "active" dense surface that excludes some solute components and allows the passage of others. This selectivity is independent of the thickness of the active surface as long as the active surface does not have any pinholes or cracks. The porous substructure constitutes a mechanical support pair for the thin active surface and must exhibit as little resistance as possible to the desired permeate flow. This means that the pores are open, interconnected, and preferably perpendicular to the active surface of the membrane.
This is best achieved when the shape is vertical. Such membranes are known in the art and are described, for example, in U.S. Pat.
Obtained by careful solvent casting methods as described in 3567810, 3615024 and 3884801.

このような膜を補造するための先行技術の方法
は、耇雑で遅く、難しい操䜜条件の䜿甚を必芁ず
する。その結果、そのような手順は、限られた数
のポリマヌに限定される。この制限は、連続法で
工業的に実斜し埗る生産速床で膜を生成させる、
カスチング溶媒、添加剀、カスチング溶液の枩床
および環境の条件を遞択するのが、困難であるず
いう事実から生起しおいる。毎分僅かずいう
補造線速床においおさえも、膜の流束fluxお
よび倚孔性は通垞の方法で制埡するのが困難であ
り、機械的特性は、分子配向の提䟛がなされない
ため、最適化されない。
Prior art methods for producing such membranes are complex, slow, and require the use of difficult operating conditions. As a result, such procedures are limited to a limited number of polymers. This limitation makes it difficult to produce membranes at industrially viable production rates in a continuous process.
This arises from the fact that the selection of casting solvents, additives, temperature and environmental conditions of the casting solution is difficult. Even at manufacturing linear speeds of only 1 m/min, membrane flux and porosity are difficult to control with conventional methods, and mechanical properties are suboptimal due to the lack of provision for molecular orientation. not be converted into

カスチングされた膜の、生成する緻密で掻性な
倖皮衚面が等方的であるずいうこずは、あらゆる
溶媒カスチング法の本性である。このこずは、薄
い倖皮ず倚孔性の構造を同時に提䟛する䞀段の反
応、たたは薄い倖皮を予め組み立おられた倚孔性
の構造ぞ斜甚するこずからなる二段の、䜕れでカ
スチング法を行なうにしおも、真である。第䞀矩
的に重芁な非察称膜フむルム構造の完党性を維持
しながら、ゆ぀くりした耇雑な溶媒カスチング法
の諞段階の間に、カスチングされたフむルムの䞀
軞もしくは二軞の匕き䌞ばしを行なうこずには、
少しの可胜性しか無い。
It is inherent in all solvent casting methods that the resulting dense active skin surface of the casted film is isotropic. This applies whether the casting process is carried out in a one-step reaction that simultaneously provides a thin skin and a porous structure, or in a two-step process consisting of applying a thin skin to a preassembled porous structure. , is true. Uniaxial or biaxial stretching of the casted film during the stages of a slow and complex solvent casting process while maintaining the integrity of the primary asymmetric membrane film structure is useful. ,
There's only a small chance.

埓来の詊行は、化孊的、機械的、および熱的特
性䞊びに氎透過性においお、酢酞セルロヌスより
も優れた、ポリアクリロニトリルおよび他の皮類
のポリマヌからなる半透膜を提䟛するべく、行な
われおきた。そのような詊みは、カスチング法を
䜿甚しお、倖皮局および支持局をも぀膜を同時に
提䟛するこずが目的ずされた。しばしば、埗られ
た膜は満足できる性胜を瀺さなか぀たが、それ
は、適正なカスチング条件を工業的操䜜条件䞋で
維持するのが困難なためであ぀た。そのようなポ
リマヌの皮類で満足のできる倖皮局を有する膜を
生成するこずは、カスチング法を䜿甚する時は、
冗長で䞔぀行ないにくい方法であるずいうこず
は、䞀般的に認識されおいるこずである。
Previous attempts have been made to provide semipermeable membranes made of polyacrylonitrile and other types of polymers that are superior to cellulose acetate in chemical, mechanical, and thermal properties as well as water permeability. . Such attempts were aimed at simultaneously providing a membrane with a skin layer and a support layer using a casting method. Often, the resulting membranes did not exhibit satisfactory performance because proper casting conditions were difficult to maintain under industrial operating conditions. Producing membranes with satisfactory skin layers with such polymer types is difficult when using the casting method.
It is generally recognized that this method is tedious and difficult to implement.

最近の特蚱、米囜特蚱第4364759号は、䞭空の
繊維前駆䜓を補造しその前駆䜓を固たらせるこず
によ぀お、倚孔性の膜のカスチングに関連する問
題の幟぀かを解決しようず詊おいる。その結果で
きあが぀た膜は、しかしながら、二軞配向されお
いないために、匷床および遞択性が先芁条件であ
る倚くの有甚な応甚に察しお芁求される、被裂匷
床および分離遞択性を有さない。
A recent patent, U.S. Pat. No. 4,364,759, attempts to solve some of the problems associated with casting porous membranes by producing a hollow fiber precursor and solidifying the precursor. . The resulting membrane, however, because it is not biaxially oriented, lacks the cleavage strength and separation selectivity required for many useful applications where strength and selectivity are prerequisites. I don't have it.

望たしいものは、埓぀お、倚孔性の非察称フむ
ルム膜の補造法にしお、その方法が溶媒カスチン
グ法よりも遂行するのが迅速であるばかりではな
く、支持甚の倚孔性基板の最䞊郚の䞊に分子配向
された緻密な掻性倖皮衚面を盎接提䟛し埗るもの
である。そのような方法およびその結果ずしお埗
られる生成物を提䟛するず、長い間感じおきた必
芁が充たされ、本分野においお顕著な進展がはか
られる。
What is desirable, therefore, is a method for producing porous asymmetric film membranes that is not only faster to carry out than solvent casting methods, but also capable of being applied on top of a supporting porous substrate. It can directly provide a dense active skin surface with molecular orientation. Providing such a method and resultant product fills a long felt need and represents a significant advance in the field.

本明现曞䞭で䜿甚される「蒞気条件」および
たたは「蒞気凊理」等の甚語によ぀お、本明现曞
䞭の膜の䞀方の衚面内に倚孔性を創補するため
に、気䜓、蒞気、ミスト、゚ヌロゟル等を含む機
構を䜿甚するこずを意味するものずする。
"Steam conditions" as used herein and/or
or by terms such as "steaming," it is meant herein the use of mechanisms involving gases, vapors, mist, aerosols, etc., to create porosity within one surface of the membrane. shall be taken as a thing.

本発明は、限倖濟過プロセスにおいお有甚な倚
孔性の非察称フむルム状膜を補造するための改善
された方法に関する。曎に特定的には、本発明
は、ポリマヌ溶媒および非溶媒溶融助剀の少なく
ずも䞀方を甚いお液化されたポリマヌを、環状の
型を通しお抌出成型しおチナヌブ状のフむルムを
生成させ、これを、チナヌブ状フむルムの぀の
衚面の各々、即ち内面および倖面が、異な぀た凊
理を受けるような条件に同時に曝しながら、膚匵
および䌞匵させお二軞性の配向を提䟛し、匕き続
いおチナヌブを切り開いお、緻密で二軞的に配向
した衚面を有する倚孔性のフむルム状膜を提䟛す
るこずからなる。そのような方法に関する。
The present invention relates to an improved method for producing porous asymmetric film membranes useful in ultrafiltration processes. More specifically, the present invention involves extruding a polymer liquefied using at least one of a polymer solvent and a non-solvent melting aid through an annular mold to produce a tube-shaped film; Each of the two surfaces of the shaped film, the inner and outer surfaces, is expanded and stretched to provide a biaxial orientation while simultaneously being exposed to different processing conditions, and the tube is subsequently cut open to create a densified structure. and providing a porous film-like membrane having a biaxially oriented surface. Regarding such methods.

本発明に埓い、倚孔性の非察称膜を補造する方
法にしお、液化されたフむルム生成ポリマヌを環
状の型を通しお抌出成型しお、内偎の衚面(A)およ
び倖偎の衚面(B)を有するチナヌブ状フむルムを生
成させ、ここで該液化ポリマヌは、ポリマヌ溶媒
を単独で、たたは皮もしくはそれ以䞊の溶融助
剀ず組み合せお䜿甚するこずによ぀お埗られるも
のずし、該フむルムを、奜たしくはチナヌブ状の
圢である間で二軞性の配向の間に、぀の該衚面
(A)および(B)が各々、枩床およびたたは化孊組成
のうちの少なくずも䞀方の条件が互いに異な぀お
いる蒞気凊理を受けお、緻密で二軞的に配向した
䞀぀の衚面ず第二の少し緻密でない衚面ずを有す
る膜を提䟛するように、蒞気条件に曝しながら、
該フむルムを配向させ、そしお堎合により該チナ
ヌブ状膜を切り開いお、他の衚面よりも緻密な䞀
衚面を有する平板状の膜を提䟛するこずからなる
方法が提䟛される。
In accordance with the present invention, a method of making a porous asymmetric membrane includes extruding a liquefied film-forming polymer through an annular mold to form a tubular film having an inner surface (A) and an outer surface (B). wherein the liquefied polymer is obtained by using a polymeric solvent alone or in combination with one or more melting aids, and the film is preferably formed into a tube-like structure. The two surfaces have a biaxial orientation between
(A) and (B) are each subjected to steam treatments differing from each other in conditions of at least one of temperature and/or chemical composition to form a dense, biaxially oriented surface of one and a surface of a second surface; while exposed to steam conditions so as to provide a membrane with a non-dense surface.
A method is provided comprising orienting the film and optionally cutting open the tubular membrane to provide a tabular membrane having one surface that is denser than the other surface.

本発明の方法は、぀の衚面を有する膜にし
お、その䞀方が緻密で二軞配向性の衚面であり、
他方が䞀般により倚孔性の衚面であるこずからな
る膜を提䟛する。䞡方の衚面ずも二軞配向を有す
るこずが瀺され埗るが、䞀般に、䞀方の衚面の方
が他方よりも実質的により緻密で二軞的に配向さ
れようし、緻密さの䜎い方の衚面は、膜を通しお
高速の流束を可胜ずするべく奜適に倚孔性のもの
ずなる。本発明が、同時に二軞配向性を提䟛しな
がら、高流速をも぀た緻密な衚面を提䟛するずい
う事実は、そのような膜の䞀段での補造に関しお
特定的なものの提䟛が党くなされおいない、珟段
階の技術分野の芳点からは、極めお重芁である。
本発明は、たた、奜たしくはフむルムを二軞的に
配向させながら、チナヌブ状フむルムの぀の衚
面を、異な぀た蒞気条件に同時に曝す点が、独特
である。
The method of the invention provides a membrane having two surfaces, one of which is a dense, biaxially oriented surface;
The other surface is generally more porous. Both surfaces can be shown to have biaxial orientation, but in general one surface will be substantially more dense and biaxially oriented than the other, with the less dense surface being It is preferably porous to allow high flux through the membrane. The fact that the present invention provides a dense surface with high flow rates while simultaneously providing biaxial orientation does not provide any specificity regarding the one-step fabrication of such membranes. From the point of view of the current state of the art, this is extremely important.
The present invention is also unique in that two surfaces of the tubular film are simultaneously exposed to different steam conditions, preferably with biaxial orientation of the film.

本発明の方法は、奜たしい具䜓䟋においおは、
満足な现孔構造および二軞配向の膜を提䟛しなが
ら、玄70〜80たでの範囲の固䜓含有率で、液化
された圢でポリマヌを郜合よく䜿甚しながら操䜜
される。この結果は、䜎氎準のポリマヌ固䜓しか
䜿甚しない先行技術、即ち平板膜カスチング法に
おける10〜20および䞭空繊維抌出成型における
25〜50ずいう芳点からは、驚異的なものであ
る。
In a preferred embodiment, the method of the invention comprises:
It is conveniently operated using polymers in liquefied form, with solids contents ranging up to about 70-80%, while providing membranes with satisfactory pore structure and biaxial orientation. This result is consistent with prior art techniques that use low levels of polymer solids, i.e. 10-20% in flat membrane casting and hollow fiber extrusion.
From a 25-50% perspective, it's amazing.

本発明に埓い、皮の衚面を有する倚孔性非察
称ポリマヌ膜にしお、衚面の䞀方が他方よりも緻
密であり、より緻密な方の衚面は、その緻密な衚
面の面内で玄70°よりも小さい二軞配向角を瀺し、
該膜は、ボむド空間が、より緻密な衚面の方向に
倧きさおよび数の少なくずも䞀方が䞀般的に枛少
し぀぀、その厚さ方向を暪切぀お倚孔性募配を瀺
し、より緻密な該衚面の密床が、透過性䞍透過
性特性によ぀お限倖濟過プロセスにおいお達成さ
れるべき望たしい分離が可胜ずなるようなもので
あるこずからなる膜が提䟛される。広さ方向の配
向は、チナヌブ状フむルムの内郚の盎埄察環の内
偎のオリフむスの盎埄の比が、普通は玄3.0たた
はそれ以䞊ずなるように、圧力のもずで、抌出成
型されたチナヌブ状フむルムの内偎の䞭ぞ、蒞気
を導入するこずによ぀お達成される。フむルムの
長さ方向の配向は、平板化甚のガむドの䞋のチナ
ヌブの最䞋郚における、ロヌルのシヌルによ぀お
提䟛される䌞匵力によ぀お行なわれる。長さ方向
および広さ方向の匕぀匵り配向は等䟡である
のが奜たしいが、しかし、お互いの間の玄25た
での倉動は蚱容し埗る。
In accordance with the present invention, a porous asymmetric polymeric membrane having two surfaces is provided, one of the surfaces is denser than the other, and the denser surface has an angle greater than about 70° in the plane of the dense surface. exhibiting a small biaxial orientation angle,
The membrane exhibits a porosity gradient across its thickness with void spaces generally decreasing in size and/or number towards the denser surface. A membrane is provided whose density is such that the permeability/impermeability properties enable the desired separation to be achieved in an ultrafiltration process. The widthwise orientation of the extruded tubular film under pressure is such that the ratio of the internal diameter of the tubular film to the diameter of the internal orifice of the annulus is typically about 3.0 or greater. This is accomplished by introducing steam into the interior of the film. The longitudinal orientation of the film is effected by the stretching force provided by the seal of the roll at the bottom of the tube below the flattening guide. Preferably, the length and breadth tensions (orientations) are equivalent, but variations of up to about 25% between each other may be tolerated.

本発明に埓぀お生成される倚孔性の非察称膜
は、䞀般に玄60°〜70°範囲の配向角によ぀お瀺さ
れる劂く、高角の二軞配向を有するが、この膜は
䞊蚘の劂く本発明の方法によ぀お補造される。そ
のような高床の二軞性衚面配向の非察称膜は、発
生期の膜の匕き䌞ばしが提䟛されない方法ではこ
れらのものを埗るこずができないので、埓来は知
られおいなか぀た。この二軞性の配向は䞡方の衚
面の面内にあり、米囜特蚱第3275612号蚘茉の方
法によ぀お容易に枬定される。曎に、膜は、緻密
な衚面から離れおいく方向ではボむド空間が䞀般
に増倧し぀぀、その厚さの䞭で倚孔性を瀺しおい
る。本発明の膜の倖皮衚面の密床は、限倖濟過に
おいお望たしい分離を生み出す透過性非透過性
特性を提䟛し、埓぀お、埗られる実際の密床が広
く倉化し埗るようなものずする。しかし、加工の
適正な制埡によ぀お、特定の甚途に察しお望たし
い倚孔性の膜を提䟛するこずが可胜である。䟋え
ば逆浞透の劂き特定的な堎合では、倖皮衚面の密
床は、氎が透過するのは蚱容するが、塩化ナトリ
りムの劂き特定の塩類の透過は実質的に劚害する
ようなものずする。気孔率募配は、膜の厚さを通
しお断面を調べるこずによ぀顕埮鏡的に芳枬さ
れ、透過性は奜適な公知の方法によ぀お枬定し埗
る。
The porous asymmetric membranes produced in accordance with the present invention generally have high angle biaxial orientation, as indicated by orientation angles in the range of about 60° to 70°; Manufactured by the method of Asymmetric membranes with such a high degree of biaxial surface orientation were hitherto unknown since they cannot be obtained by methods that do not provide for stretching of the nascent membrane. This biaxial orientation is in the plane of both surfaces and is easily determined by the method described in US Pat. No. 3,275,612. Furthermore, the membrane exhibits porosity through its thickness, with void spaces generally increasing in the direction away from the dense surface. The density of the skin surface of the membrane of the present invention is such that it provides permeable/impermeable properties that produce the desired separation in ultrafiltration, and thus the actual density obtained can vary widely. However, with proper control of processing, it is possible to provide membranes with the desired porosity for a particular application. In certain cases, such as reverse osmosis, the density of the skin surface is such that it allows the passage of water, but substantially impedes the passage of certain salts, such as sodium chloride. Porosity gradients can be observed microscopically by examining cross-sections through the thickness of the membrane, and permeability can be measured by any suitable known method.

本発明は、添付図面を特定的に参照するこずに
よ぀お䞋蚘で曎に完党に䟋瀺されるが、添付図面
䞭、 第図は、䟋えば蒞気を甚いおチナヌブ状フむ
ルムの䞀方の偎が加圧される固圢化垯を䜿甚し、
フむルムの他の偎の䞊を空気および蒞気を埪環さ
せるこずからなる、本発明の具䜓䟋の暡匏図を衚
わす。
The present invention will be more fully illustrated below by specific reference to the accompanying drawings, in which FIG. using a solidification zone,
Figure 3 represents a schematic diagram of an embodiment of the invention consisting of circulating air and steam over the other side of the film.

第図は、固圢化垯の䞭に包みこむものは党く
䜿甚せず、䟋えば、チナヌブ状のフむルム内で滞
留した空気を甚いる、本発明の方法の具䜓䟋の暡
匏図を衚わす。
FIG. 2 represents a schematic diagram of an embodiment of the method of the invention, in which no envelopment is used in the solidification zone, but air retained, for example, in a tube-shaped film.

第図は、チナヌブ状のフむルムの䞀方の偎で
固圢化垯の䞭の䟋えば空気および溶媒蒞気を䜿甚
し、そしお他方の偎では飜和氎蒞気を䜿甚する、
本発明の方法の別の奜たしい具䜓䟋の暡匏図を衚
わす。
FIG. 3 shows the use of e.g. air and solvent vapor in the solidification zone on one side of the tubular film and saturated steam on the other side.
Figure 3 represents a schematic representation of another preferred embodiment of the method of the invention.

本発明に埓぀お加工を行なう際には、液化され
たフむルム生成甚ポリマヌが䜿甚されるが、液化
ポリマヌは、ポリマヌ溶媒単独の䜿甚か、或いは
皮もしくはそれ以䞊の溶融助剀ず組み合せお䜿
甚するこずによ぀お埗られる。ポリマヌ溶媒は、
勿論、適正な割合で適正な条件䞋で䜿甚された時
は、ポリマヌを完党に溶解させ、普通の圧力で抌
出成型するこずが可胜な、液化された組成物を提
䟛する。溶融助剀は、ポリマヌに察しお非溶媒で
あるか、枩床および圧力が通垞の条件のもずでポ
リマヌを溶解させるには䞍十分な割合で䜿甚され
るポリマヌ溶媒であるかの䜕れかである、組成物
である。䞊蚘の劂く、溶融助剀およびポリマヌ溶
媒は、もし望たれれば組み合せお、本発明に埓぀
お䜿甚し埗る。
In processing in accordance with the present invention, liquefied film-forming polymers are used, which may be used alone or in combination with one or more melting aids. obtained by doing. The polymer solvent is
Of course, when used in the proper proportions and under the proper conditions, it completely dissolves the polymer and provides a liquefied composition that can be extruded at normal pressures. A melting aid is either a non-solvent for the polymer or a polymer solvent used in a proportion where the temperature and pressure are insufficient to dissolve the polymer under normal conditions. , a composition. As mentioned above, melting aids and polymeric solvents may be used in combination, if desired, in accordance with the present invention.

それによ぀お本発明に埓぀お䜿甚するための液
化ポリマヌを埗るこずのできる手順は幟぀かあ
る。぀の手順は、フむルムの生成の際の溶液の
加工の間に盞分離を起す皮類のものから遞ばれ
た、適正な割合の奜適なポリマヌ溶媒の䞭ぞ、適
圓な枩床でポリマヌを単に溶解させるこずであ
る。そのような溶媒はApplied
PolymerSymposia  1091967に蚘茉され
おいるが、これにより、参照によ぀お本明现曞䞭
に加えられおいる。
There are several procedures by which liquefied polymers can be obtained for use according to the invention. One procedure involves simply dissolving the polymer at an appropriate temperature into a suitable polymer solvent in the appropriate proportions, selected from those that undergo phase separation during solution processing during film production. That's true. Such solvents are Applied
PolymerSymposia 6, 109 (1967), hereby incorporated by reference.

別の手順は、高められた枩床および圧力におい
お、溶媒および溶融助剀の奜適な組み合せを甚い
お、ポリマヌ溶融物を提䟛するこずである。ポリ
マヌ溶媒を加工ず組み合せお可塑剀および溶融助
剀ずしお䜿甚するこずは、そのように䜿甚するこ
ずによ぀おフむルム䞭により良い现孔構造が䞀般
には生成されるので、䞀般的に望たしい。この関
連で、溶融物を提䟛するためには、䜿甚されるポ
リマヌ溶媒もしくはポリマヌ溶媒−溶融助剀混合
物の割合は、ポリマヌを分子的に溶解するのに䞍
十分なものずしなければならないずいう点は、泚
目すべきである。有甚なポリマヌ溶媒は、䞀般
に、䜿甚の際に液䜓の圢である有機物質、䟋えば
ゞメチルホルムアミド、プロピレンカヌボネヌ
ド、塩溶液、酞溶液および混合物を含む。ポリマ
ヌ甚の非溶媒もたた、ポリマヌ溶媒ず組み合せ
お、溶融助剀ずしお適圓な䟋では䜿甚し埗る。非
溶媒には、氎、䜎沞点アルコヌル、およびポリマ
ヌ溶媒もしくはその混合物ずは奜たしく混じり合
う、他の有機液䜓を含めるこずができる。
Another procedure is to provide a polymer melt at elevated temperature and pressure using a suitable combination of solvent and melting aid. The use of polymeric solvents as plasticizers and melting aids in conjunction with processing is generally desirable since such use generally produces a better pore structure in the film. In this connection, it is important to note that in order to provide a melt, the proportion of the polymer solvent or polymer solvent-melting aid mixture used must be insufficient to molecularly dissolve the polymer. , is noteworthy. Useful polymer solvents generally include organic materials that are in liquid form during use, such as dimethylformamide, propylene carbonate, salt solutions, acid solutions, and mixtures. Nonsolvents for the polymer may also be used in appropriate instances as melting aids in combination with the polymer solvent. Nonsolvents can include water, low boiling alcohols, and other organic liquids that are preferably miscible with the polymer solvent or mixture thereof.

奜適なポリマヌには、そのポリマヌブレンドも
含めお、ポリスルホン、䟋えば䞋蚘匏 匏䞭、は20〜100である。
Suitable polymers, including polymer blends thereof, include polysulfones, e.g. In the formula, n is 20-100.

を有するもの、ポリむミド、ポリアミド、ポリカ
ヌボネヌト、ポリ゚ステル、メチルセルロヌス、
゚チルセルロヌス、酢酞セルロヌス等の劂きセル
ロヌス誘導䜓、䞊びにアクリロニトリルポリマヌ
およびコポリマヌ、ポリビニルアルコヌル、
ポリビニルピロリドンの劂きビニルポリマヌ
およびコポリマヌ、ポリオレフむン等が含たれ
る。
polyimide, polyamide, polycarbonate, polyester, methyl cellulose,
Cellulose derivatives such as ethylcellulose, cellulose acetate, etc., as well as acrylonitrile polymers and copolymers, poly(vinyl alcohol),
Included are vinyl polymers and copolymers such as poly(vinylpyrrolidone), polyolefins, and the like.

液化されたポリマヌ組成物は、分離分散盞ずし
お液䜓およびたたは固䜓の充填剀成分、最滑
剀、静電防止剀、顔料、匷化ミクロフむブリル等
の劂き皮々の添加剀をも含有し埗る。空気および
窒玠の劂き䞍掻性ガス䞊びに二酞化むオり、二酞
化炭玠、アンモニア等の劂き反応性ガスもたた存
圚するこずができる。
The liquefied polymer composition may also contain various additives such as liquid and/or solid filler components, lubricants, antistatic agents, pigments, reinforcing microfibrils, etc. as separate dispersed phases. Inert gases such as air and nitrogen and reactive gases such as sulfur dioxide, carbon dioxide, ammonia, etc. may also be present.

本発明に埓぀おチナヌブ状のフむルムを提䟛す
る工皋を遂行する際、溶融助剀が溶媒ず共に䜿甚
されお液化されたポリマヌを埗る時に埓う手順
は、M.Zwickの1981幎11月17日付の米囜特蚱第
4301112号蚘茉の劂き、助剀溶融スピニング法
assisted melt spinning processであり、こ
れにより、本明现曞蚘茉の劂き倉圢を陀くず、参
照によ぀お本明现曞䞭に加えられおいる。ポリマ
ヌを普通の圧力で溶解させる割合でポリマヌ溶媒
が単独で䜿甚される時は、埓う手順はApplided
Polymer Symposia1091967蚘茉の盞分離
法であり、このものもたたこれにより、ここに蚘
茉された倉圢を陀くず、参照によ぀お本明现曞䞭
に加えられおいる。
The procedure followed when a melting aid is used in conjunction with a solvent to obtain a liquefied polymer in carrying out the process of providing a tubular film in accordance with the present invention is described by M. Zwick, US Pat. Patent No.
4301112, herein incorporated by reference except for variations as described herein. When the polymer solvent is used alone in a proportion that will dissolve the polymer at normal pressure, the procedure followed is Applied.
Polymer Symposia 6 , 109 (1967), which is also hereby incorporated by reference except for the variations described therein.

本発明の䞀般化された具䜓䟋を衚わす第図を
参照するず、本発明に埓う装眮および加工手順が
瀺されおいる。スピニングヘツドは、その䞭を
通぀お液化ポリマヌがフむルタヌおよび円圢の
型を通぀お抌出成型されるように瀺されおお
り、円圢の型は、環の䞭心ぞの圧瞮されたガス
たたは蒞気の入口甚の導入口ず気䜓たたは蒞気
の逃げのための出口およびを含むものであ
る。型の唇状郚lipで生成するフむルムは、
導入口を通しおその䞭ぞ導入された気䜓たたは
蒞気の圧力によ぀おふくらたされ、フむルムを長
さ方向に匕き䌞ばさせる。発生期のフむルムは、
から入る蒞気たたはガスで加圧された固圢化
垯の境界内に含たれるが、ここで、その䞭の圧
力は匁によ぀お制埡される。蒞気リング
vapor ringは堎合により䜿甚されるもので
あり、発生期のフむルムからの液䜓の蒞発による
そのフむルムの冷华を防止するために、補助加熱
を䟛絊し埗る。䌞匵しおいるフむルムの内偎に
は、倖から加えられたガスたたは蒞気および液化
されたポリマヌから発生する気化溶媒および他の
成分からなる混合物がある。フむルムが固圢化垯
を通぀お䞋方ぞ進むに぀れお、その倖面は固圢化
垯の䞭の氎蒞気の圱響のために倚孔性ずなり、䞀
方、その内面はその䞭の蒞気成分の䜜甚によ぀お
曎に緻密ずなる。こうしお膜が生成され、このも
のは次に堎合により急冷郚ず接觊され、平坊化
ガむドに導かれお平坊化されたチナヌブを生
成し、このものは、内郚の圧力の挏れに察しお膚
匵されたチナヌブの底をシヌルし、長さ方向の䌞
匵力を膜に䌝達する機胜を果すずいう䞡方の働き
をするロヌルシヌルを通過しお行く。固圢化
垯を出お行く膜を巻き䞊げロヌルの䞊に取り
䞊げる。この膜は、その䞭に残存し埗るあらゆる
溶媒もしくは非溶媒を掗い出すこずを含め、望た
れ埗る劂くに他の加工凊理にかけるこずができ
る。もしこの膜を也燥させるのが望たれるなら
ば、これは、ニツプロヌルおよびず組み
合せおガむドロヌルおよび
を䜿甚しお、奜適な条件䞋で䜜動しおいる幅出し
機ぞ膜を送るこずからなる、別の加工工皋におい
お行なうこずができる。匕匵ロヌルは、幅出
し機を通しお、制埡された巻き䞊げ速床で、膜を
最終巻き䞊げロヌルぞ移動させる。平坊化さ
れたチナヌブ状の膜を切り開いおその平板状の別
圢物を提䟛する甚意図瀺されおいないもたた
なされおいる。この手順は、フむルムに同時に二
軞性の匕匵りを提䟛するばかりでなく、膜の、倚
孔性で緻密性のより䜎い倖偎ず、より緻密な内偎
ずを生成させる。
Referring to FIG. 1, which represents a generalized embodiment of the invention, an apparatus and processing procedure according to the invention is shown. A spinning head 1 is shown through which the liquefied polymer is extruded through a filter 2 and a circular mold 4 which injects the compressed gas or It includes an inlet 3 for inlet of steam and outlets 5 and 5A for escape of gas or steam. The film 8 produced at the lip of the mold is
It is inflated by the pressure of gas or steam introduced into it through the inlet 3, causing the film to be stretched longitudinally. The nascent film is
It is contained within the confines of a solidification zone 6 pressurized with steam or gas entering from 11 , the pressure therein being controlled by a valve 12 . A vapor ring 7 is optional and may provide supplemental heating to prevent cooling of the nascent film by evaporation of liquid from the film. Inside the stretching film is a mixture of externally applied gas or vapor and vaporized solvent and other components generated from the liquefied polymer. As the film progresses downward through the solidification zone, its outer surface becomes porous due to the influence of water vapor within the solidification zone, while its inner surface becomes more dense due to the action of the vapor components within it. Become. A membrane is thus produced, which is then optionally brought into contact with a quenching section 9 and guided through a flattening guide 10 to produce a flattened tube, which expands in response to internal pressure leaks. It passes through a roll seal 13 which serves both to seal the bottom of the tube and to transfer longitudinal tension forces to the membrane. The membrane leaving the solidification zone is picked up onto a take-up roll 14. The membrane can be subjected to other processing as desired, including washing out any solvent or non-solvent that may remain therein. If it is desired to dry this membrane, it can be used in combination with nip rolls 15 and 16 and guide rolls 17, 18, 19 and 20.
can be carried out in a separate processing step consisting of feeding the membrane to a tenter machine operating under suitable conditions. A pull roll 22 moves the membrane through a tenter to a final wind-up roll 23 at a controlled wind-up speed. Provisions (not shown) are also made to cut open the flattened tube-like membrane to provide its flat version. This procedure not only provides simultaneous biaxial tension to the film, but also creates a porous, less dense exterior and a more dense interior of the membrane.

第図に瀺される具䜓䟋においおは、固圢化垯
内に維持される蒞気条件およびふくらたされたフ
むルム内に維持されるそれは、枩床およびたた
は蒞気組成のうちの少なくずも぀の条件が異な
぀おいる。特定的な倉圢は、付随する実斜䟋の䞭
に蚘茉されおいる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the steam conditions maintained within the solidification zone and those maintained within the expanded film differ in at least one of the following conditions: temperature and/or vapor composition. There is. Specific variations are described in the accompanying examples.

本発明の別の特定的な具䜓䟋を衚わす第図を
参照するず、第図の装眮が、チナヌブ状フむル
ムが空気䞭で生成され、内偎が滞留空気でふくら
たされるように倉曎されおいる。即ち、空気の出
口甚の出口およびは、固圢化甚の枠領域
および蒞気導入口がそうであるように、取り
陀かれおいる。曎に、この具䜓䟋においおは、膜
の也燥および切り開きが、連続法の䞀郚ずしお瀺
されおいる。ロヌルシヌルを出る膜は、切り
開き郚たで進み、そこから次にガむドロヌ
ル、ニツプ、幅出し機、匕匵ロヌル、および最終
巻き䞊げロヌルぞず進む。膜の倚孔性は、熱い蒞
気甚のポヌトを利甚するこずによ぀お発珟さ
れるが、そのポヌトを通しお、熱い、ひびを促進
する非溶媒蒞気が、フむルムが曎に匕぀匵られお
いる䞀方で、これが幅出し機の䞭ぞ入る前に、そ
の䞀方の偎に衝突しおいる。
Referring to FIG. 2, which represents another specific embodiment of the invention, the apparatus of FIG. 1 is modified such that a tubular film is produced in air and the inside is inflated with stagnant air. There is. That is, the air outlets 5 and 5A are connected to the solidification frame area 6.
and steam inlet 11 have been removed. Additionally, in this example, drying and cutting of the membrane is shown as part of a continuous process. The membrane exiting the roll seal 13 passes to the slit 24 and from there to the guide rolls, nip, tenter, tension roll, and final take-up roll. The porosity of the membrane is developed through the use of hot vapor ports 25 through which hot, crack-promoting non-solvent vapors are allowed to flow while the film is further stretched. , which hits one side of the tenter before entering the tenter.

本発明の方法の曎に別の具䜓䟋を衚わす第図
を参照するず、固圢化垯が空気および溶媒蒞気で
加圧され、フむルムの内偎が膚匵されお連続的に
加圧氎蒞気で凊理され、そしおロヌルシヌル
から出おくる膜が第図の劂く切り開かれ、熱い
蒞気で衝突を受け、也燥され、そしお巻き䞊げら
れおいる点以倖は、第図の装眮が、第図に関
しお蚘茉された劂く䜜動しおいるのが再び瀺され
おいる。この具䜓䟋においおは、抌出成型された
チナヌブの内偎が、最終的な膜の緻密さのより䜎
い倚孔性の偎ずなる。
Referring to FIG. 3, which represents yet another embodiment of the method of the present invention, the solidification zone is pressurized with air and solvent vapor, the inside of the film is expanded and continuously treated with pressurized steam, and the Seal 13
The apparatus of FIG. 1 operates as described in connection with FIG. 1, except that the membrane emerging from it is cut open, bombarded with hot steam, dried, and rolled up as in FIG. is shown again. In this embodiment, the inside of the extruded tube will be the less dense and porous side of the final membrane.

䞊蚘の劂き望みの膜を提䟛するべく加工する際
に、䟋えば米囜特蚱第4268662号1981幎、西ド
むツ特蚱出願第3223844号1983幎もしくは日
本特蚱出願第80−147108号1980幎、同83−
3603号1983幎および同83−766347号1983
幎においお教えられる、先行技術の教える所に
埓぀お、通垞の加工に埓うか、或いは埌凊理ずし
お、皮々の现孔拡匵もしくは流束増進凊理によ぀
お、膜を通しおの望たしい透過物の流束を増倧さ
せるために、远加凊理を甚いるこずができる。他
の利甚し埗る凊理には、米囜特蚱第4147745号、
同4272378号および同4283359号蚘茉のものが含た
れる。
When processing to provide the desired membrane as described above, for example, U.S. Pat. Same 83−
No. 3603 (1983) and No. 83-766347 (1983)
The desired permeate flux through the membrane can be achieved by various pore expansion or flux enhancement treatments, either by conventional processing or as a post-treatment, in accordance with the teachings of the prior art, as taught in 2010 (2013). Additional processing can be used to increase. Other possible treatments include U.S. Pat. No. 4,147,745;
Includes those described in No. 4272378 and No. 4283359.

それにチナヌブ状フむルムの内衚面および倖衚
面を曝す加工条件の倉化䞊びに䜿甚されるポリマ
ヌ組成が、生成するフむルム状膜の倚孔性および
流束の特性に圱響する。これらの特性の远加修正
は、或る皮の付加的な加工段階およびたたは埌
凊理によ぀お行ない埗る。即ち、望たしい流束の
倀を保぀こずを目的ずしお、広い範囲の気孔率の
倀で膜を提䟛するこずが可胜である。より緻密な
衚面の密床も同様に圱響され、透過性非透過性
特性も制埡されお、逆浞透、ガス分離等を含む特
定的な限倖濟過プロセス甚の膜を提䟛するこずも
できる。
Variations in the processing conditions to which the inner and outer surfaces of the tubular film are exposed, as well as the polymer composition used, influence the porosity and flux characteristics of the resulting film. Additional modification of these properties may be accomplished through certain additional processing steps and/or post-processing. That is, it is possible to provide membranes with a wide range of porosity values in order to maintain a desired flux value. The density of the denser surfaces can be similarly influenced and the permeability/impermeability properties can also be controlled to provide membranes for specific ultrafiltration processes including reverse osmosis, gas separation, etc.

本発明を以䞋に続く実斜䟋でより完党に䟋瀺す
るが、ここで党おの郚およびは他に特定しなけ
れば重量基準のものである。
The invention is more fully illustrated in the Examples that follow, in which all parts and percentages are by weight unless otherwise specified.

実斜䟋  第図に瀺される装眮を䜿甚しお、盎埄3/4ã‚€
ンチのシングルスクリナヌ型抌出成型噚によ぀お
䟛絊された液化ポリマヌから、チナヌブ状フむル
ムを補造する。ポリマヌは、最終組成物䞭のくり
返し単䜍のの量だけ䜿甚されおいる、予め生
成されたポリビニルアルコヌルの䞊ぞグラフ
ト化された、アクリロニトリル85およびメチル
メタクリレヌト12から誘導されたくり返し単䜍
からなるものずする。ポリマヌは重量平均分子量
箄56000を有する。抌出成型噚䟛絊物は、ポリマ
ヌ70、プロピレンカヌボネヌト22および氎
からなる。から導入された倧気圧の飜和氎
蒞気で充填された固圢化垯の䞭ぞ、溶融物を抌
出成型する。䜿甚された抌出成型の型は、盎埄1/
むンチおよび型の幅15ミルを有する。溶融物の
枩床は135℃であり、䟛絊速床は毎分である。
発生期のフむルムを毎分の線速床で匕きおろ
す。フむルムおその盎埄を倍に膚匵させるこず
によ぀お、フむルムを広さ方向に配向させるのに
十分な圧力で、空気を、加圧䞋で、導入口を経
由しお、チナヌブ状フむルムの䞭心ぞ導入する。
チナヌブ状フむルムの内偎の空間を、プロピレン
カヌボネヌトおよび氎で郚分的に飜和されたたた
ずし、これによ぀お、チナヌブ状フむルムの内偎
にコヒヌレントな緻密な倖皮を圢成させ、たた緻
密さのより䜎い倚孔性の倖衚面を圢成させるよう
な速床で、出口およびから、空気を流出す
るにたかせる。生成する膜をにおいお现かい冷
氎の噎霧で急冷した埌、平坊化甚ガむドおよ
び、ロヌルシヌルずしおも䜜甚し膜を長さ方向に
配向させる䜜甚も䞡方行なう、䞀察のピンチロヌ
ルを通すこずによ぀お、チナヌブを平坊化さ
せる。膜は、堎合により行なわれる仕䞊げ凊理を
埅ち぀぀、防湿容噚の䞭に貯えられる。この膜の
詊料を次に掗浄しお残留する溶融助剀を陀去し、
宀枩䞊びに皮々の高められた枩床で空気通で也燥
させる。也燥された切片の断面の顕埮鏡芳察によ
れば、実質的な割合の盞互連結された小宀を有
し、たた緻密な倖皮衚面の方向に斬進的に现かく
な぀おいく粒になる现孔組織を有する、非察称で
倚孔性の膜構造からなる兞型的な玠子構造が芋ら
れる。この埮现構造は、抌出成型および匕き䌞ば
しの間、蒞気盞䞭で䞻流ずなる、非察称な環境条
件の結果ずしお圢成される。この堎合、緻密な衚
面は、プロピレンカヌボネヌトおよび氎の制埡さ
れた蒞発が起る、チナヌブ状フむルムの内偎で生
成し、䞀方、倖偎では、フむルムは急速な盞分離
の䞭ぞぶ぀けられる。緻密な衚面の線配向角
は、也燥条件に䟝存しお60°および70°の間にあ
り、䜎目の角床は䜎目の枩床においお埗られる。
この膜は逆浞透プロセスで有甚である。
Example 1 The apparatus shown in FIG. 1 is used to produce a tubular film from liquefied polymer fed by a 3/4 inch diameter single screw extruder. The polymer was derived from 85% acrylonitrile and 12% methyl methacrylate grafted onto preformed poly(vinyl alcohol), which was used in an amount of 3% of the repeat units in the final composition. It shall consist of repeating units. The polymer has a weight average molecular weight of about 56,000. Extruder feed was 70% polymer, 22% propylene carbonate and 8% water.
Consists of %. The melt is extruded into a solidification zone 6 filled with saturated steam at atmospheric pressure introduced from 11. The extrusion mold used had a diameter of 1/
8 inches and mold width 15 mils. The temperature of the melt is 135° C. and the feed rate is 5 g/min.
The nascent film is pulled down at a linear speed of 4 m/min. Air is passed under pressure through the inlet 3 into the center of the tubular film at a pressure sufficient to orient the film widthwise by expanding the film's diameter by four times. to be introduced.
The interior space of the tubular film remains partially saturated with propylene carbonate and water, thereby forming a coherent dense skin on the inside of the tubular film and also forming a less dense porosity. Air is allowed to exit through outlets 5 and 5A at such a rate as to form a transparent outer surface. After the resulting film is quenched at 9 with a fine spray of cold water, it is passed through a flattening guide 10 and a pair of pinch rolls 13 which both act as roll seals and longitudinally orient the film. Thus, the tube is flattened. The membrane is stored in a moisture-proof container, awaiting optional finishing treatments. This membrane sample is then washed to remove any remaining melting aid,
Dry under air at room temperature as well as at various elevated temperatures. Microscopic examination of cross-sections of dried sections reveals a pore structure with a substantial proportion of interconnected chambers and progressively finer grains in the direction of the dense integumentary surface. A typical device structure consisting of an asymmetric, porous membrane structure is seen. This microstructure is formed as a result of asymmetric environmental conditions prevailing in the vapor phase during extrusion and stretching. In this case, a dense surface is created inside the tubular film where controlled evaporation of propylene carbonate and water takes place, while on the outside the film is forced into a rapid phase separation. The X-ray orientation angle of the dense surface is between 60° and 70° depending on the drying conditions, with low eye angles obtained at low eye temperatures.
This membrane is useful in reverse osmosis processes.

実斜䟋  第図に瀺される装眮を䜿甚し、抌出成型噚お
よび型は実斜䟋の劂くずする。同じポリマヌを
䜿甚しお、抌出成型噚䟛絊物はポリマヌ72郚、プ
ロピレンカヌボネヌト24郚および氎郚からなる
ものずする。抌出成型枩床は玄138℃ずし、䟛絊
速床は毎分ずする。発生期のフむルムを毎分
の速床で匕き出す。盎埄を倍に膚匵させそれ
によ぀お広さ方向にフむルムを配向させるのに十
分な静的圧力で、加圧䞋の空気を導入口経由で
チナヌブ状抌出成型䜓の䞭心の䞭ぞ導入する。熱
い溶融物が環状の型を去るに぀れお、少量の氎お
よびプロピレンカヌボネヌトが倖衚面から蒞発し
去り、チナヌブの倖偎に薄くお緻密な倖皮を圢成
する。ガむドにおいお平坊化され、ピンチロ
ヌルによ぀お取り去られるのに先立぀お、
においお冷たい空気の流れによ぀お膜を急冷する
ず、より䞀局の衚面の匷化が起る。で、平坊
化された膜は、二枚の線状の现片に切り開かれ、
これらのものは、ロヌルおよびの間で機
械方向に50の線型匕匵にかけられる。チダンバ
ヌに入る前で、匕匵によ぀お長さ方向の配向
を起しおいる間に、膜の现片は、もずは平坊化さ
れたチナヌブの内偎であ぀た偎に、蒞気ポヌト
によ぀お、倧気圧の氎蒞気の䞀面的な吹き぀け
が行なわれる。これによ぀お、非察称な现孔構造
の発珟がもたらされ、これは顕埮鏡芳察によ぀お
実斜䟋の劂く蚌明される。緻密な倖皮の優先的
な分子配向は、偏光顕埮鏡を甚いる芳察によ぀お
確かめられる。この膜はガス分離に有甚である。
Example 2 The apparatus shown in FIG. 2 was used, and the extruder and mold were as in Example 1. Using the same polymers, the extruder feed shall consist of 72 parts polymer, 24 parts propylene carbonate, and 4 parts water. The extrusion temperature is approximately 138°C and the feed rate is 5 g/min. The nascent film is withdrawn at a speed of m/min. Air under pressure is introduced into the center of the tubular extrusion via inlet 3 at a static pressure sufficient to expand the diameter by a factor of five and thereby orient the film in the width direction. As the hot melt leaves the annular mold, small amounts of water and propylene carbonate evaporate from the outer surface, forming a thin, dense skin on the outside of the tube. 9 before being flattened in the guide 10 and removed by the pinch rolls 13.
Further surface hardening occurs when the membrane is rapidly cooled by a stream of cold air. At 24, the flattened membrane is cut into two linear strips;
These are subjected to 50% linear tension in the machine direction between rolls 19 and 22. Before entering the chamber 21, while undergoing longitudinal orientation by tension, the membrane strip is placed in the steam port 2 on the side that was originally inside the flattened tube.
5, a blanket spray of water vapor at atmospheric pressure is carried out. This results in the development of an asymmetric pore structure, which is demonstrated by microscopic observation as in Example 1. The preferential molecular orientation of the dense envelope is confirmed by observation using a polarized light microscope. This membrane is useful for gas separation.

実斜䟋  その䞭ぞフむルムを抌出成型するチダンバヌを
加圧し、105℃で氎蒞気を䟛絊する点以倖は、党
おの重芁な现郚に至るたで実斜䟋の手順を再び
远う。生成物は実斜䟋で埗られるものず同様で
あるが、生産速床は、実斜䟋のそれず比范しお
少なくずも30は高められる。
Example 3 The procedure of Example 1 is again followed in all important details, except that the chamber into which the film is extruded is pressurized and supplied with steam at 105°C. The product is similar to that obtained in Example 1, but the production rate is increased by at least 30% compared to that of Example 1.

実斜䟋  その䞭ぞフむルムを抌出成型するチダンバヌ
を氎蒞気のかわりに沞点におけるむ゜プロパノヌ
ル蒞気で充たす点以倖は、党おの重芁な现郚に至
るたで実斜䟋を再びくり返す。実斜䟋の膜の
それず比范しお、幟らか、より现かい倚孔性組織
が埗られる。即ち、倖皮の密床は実斜䟋で埗ら
れる膜のそれずほずんど同じであるが、现孔構造
はより䞀様であり、倧きい现孔はより少ししか瀺
さない。
Example 4 Chamber 6 into which a film is extruded
Example 1 is repeated again in all important details, except that the mixture is filled with isopropanol vapor at the boiling point instead of water vapor. Compared to that of the membrane of Example 1, a somewhat finer porous structure is obtained. That is, the density of the skin is almost the same as that of the membrane obtained in Example 1, but the pore structure is more uniform and shows fewer large pores.

実斜䟋  ポリマヌ溶融物が、ナニオンカヌバむド
Union Carbide Co.の補品であるUDEL
−1800ずしお知られおいる、垂販で入手し埗る
ポリスルホン、18のゞメチルホルムアミドおよ
びのホルムアミドからなるものずする点以倖
は、実斜䟋を党おの重芁な现郚に至るたでくり
返す。抌出成型枩床は160℃ずし、取り去り速床
は毎分ずし、動埄方向吹き蟌み膚匵速床は
3.0ずする。
Example 5 The polymer melt was UDEL, a product of Union Carbide Co.
Example 1 is repeated in all important details, except that it consists of a commercially available polysulfone known as P-1800, 18% dimethylformamide and 6% formamide. The extrusion temperature was 160°C, the removal rate was 3 m/min, and the radial blowing expansion rate was
Set it to 3.0.

その結果埗られる膜の詊料を氎に24時間浞し、
それに匕き続いお、アルコヌルで数回掗浄しお颚
也させる。実斜䟋蚘茉の劂き詊隓により、非察
称な现孔構造の存圚および緻密な衚面の面内にお
ける分子配向が再び確かめられるが、これは実斜
䟋で埗られる劂くである。ここでも再び、非察
称な现孔構造が、フむルムの生成および匕匵の間
にフむルムを取り囲む非察称な条件の結果ずしお
もたらされ、チナヌブの内偎の条件は繊維の也匏
玡糞の際にしばしば䜿甚されるものに類䌌しおお
り、䞀方、倖偎の条件は、倚孔性構造の発珟に有
利な、繊維玡糞においおは衝撃固化shock
coagulanionずよばれおいるものをもたらすよ
うに蚭定されおいる。
A sample of the resulting membrane was soaked in water for 24 hours;
This is followed by several washes with alcohol and air drying. Tests as described in Example 1 again confirm the presence of an asymmetric pore structure and the orientation of molecules in the plane of the dense surface, as obtained in Example 1. Here again, the asymmetric pore structure results from the asymmetric conditions surrounding the film during its formation and stretching, and the conditions inside the tube are those often used during dry spinning of fibers. while the external conditions are similar to shock solidification in fiber spinning, which favors the development of a porous structure.
coagulanion).

実斜䟋  ポリマヌ溶融物がポリマヌのブレンドを含有し
おいる点以倖は、党おの重芁な现郚に至るたで、
実斜䟋をくり返す。溶融物組成は次の劂くであ
る実斜䟋の劂くポリスルホン70、GAFCo.
の補品であるポリビニルピロリドンGAF 
−40、ゞメチルホルムアミド22および氎
。この結果生じる膜の顕埮鏡詊隓により、埮
粒組織を有する非察称な倚孔性構造が瀺される。
Example 6 In all important details, the polymer melt contains a blend of polymers.
Repeat Example 5. The melt composition is as follows: 70% polysulfone as in Example 5, GAFCo.
Poly(vinylpyrrolidone) GAF K is a product of
-406%, dimethylformamide 22% and water 2%. Microscopic examination of the resulting membrane shows an asymmetric porous structure with a fine grained structure.

実斜䟋  実斜䟋蚘茉のアクリロニトリルコポリマヌ27
を含有するポリマヌ溶液を補造する。溶媒は溶
融カプロラクタムずする。溶液を135℃で脱気し、
第図に瀺されおいる劂き円圢の型を通しお、蚈
量ポンプの助けをかりお、125℃で抌出成型する。
チナヌブの䞭心の䞭ぞ熱い65℃加圧空気を泚
入し、それによ぀おその盎埄を倍に膚匵させる
こずによ぀お、フむルムを配向させる。同時に、
フむルムを、環状抌出成型オリフむス䞭の溶液に
線速床の倍で取り去る。抌出成型されたチナヌ
ブ状フむルムを取り囲むチダンバヌは、発生期の
フむルムを暪切る枩床募配内偎から倖偎が少
なくずも40℃になるように、25℃たたはそれ以䞋
に保持された空気を含有しおいる。点におい
お、冷やされた空気℃がチナヌブの倖偎に
あたり、これが平坊化される前にこのものを急冷
する。その結果生ずる䞭間的な膜を冷华されたロ
ヌルの䞊に巻き䞊げ、以埌の凊理に即応でき
るようにする。膜の詊料をメタノヌルでくり返し
抜出し、颚也させる。詊隓は実斜䟋ず同様であ
るが、非察称な现孔構造および緻密な倖偎の倖皮
衚面の内面にかなりの二軞配向性を瀺しおいる。
この堎合の非察称フむルム现孔構造は、その匕匵
および冷华の間に、発生期のフむルムを暪切぀お
存圚しおいる枩床募配によ぀おもたらされる。こ
れにより、固化溶媒カプロラクタムは玄80℃で
凍るがより冷たい方にむか぀お移動され、そし
お盞分離および系の固化の時に、现孔の内偎に非
察称なパタヌンで固䜓沈着物が生成される。
Example 7 Acrylonitrile copolymer 27 described in Example 1
Prepare a polymer solution containing %. The solvent is molten caprolactam. Degas the solution at 135 °C,
It is extruded through a circular mold as shown in FIG. 1 at 125° C. with the aid of a metering pump.
The film is oriented by injecting hot (65° C.) pressurized air into the center of the tube, thereby expanding its diameter by a factor of six. at the same time,
The film is removed into the solution in an annular extrusion orifice at 6 times the linear velocity. The chamber surrounding the extruded tubular film contains air maintained at or below 25°C so that the temperature gradient across the nascent film (inside to outside) is at least 40°C. At point 9, chilled air (0° C.) hits the outside of the tube, quenching it before it is flattened. The resulting intermediate film is rolled onto a cooled roll 14, making it ready for further processing. Membrane samples are repeatedly extracted with methanol and air dried. The test is similar to Example 1, but shows an asymmetric pore structure and significant biaxial orientation on the inner surface of the dense outer skin surface.
The asymmetric film pore structure in this case is caused by the temperature gradient that exists across the nascent film during its stretching and cooling. This forces the solidifying solvent (caprolactam freezes at about 80°C) towards the colder side, and upon phase separation and solidification of the system, solid deposits are produced in an asymmetric pattern inside the pores. .

実斜䟋  溶媒がゞメチルスルホキシド81郚、尿玠18郚、
およびポリ゚チレングリコヌル郚からな
り、ポリマヌ濃床が27である点以倖は、党おの
重芁な现郚い至るたで実斜䟋をくり返す。抌出
成型枩床は110℃であり、そしお再び、実斜䟋
の劂く発生期のフむルムの内偎ず倖偎を暪切぀お
少なくずも40℃の枩床募配を保぀。
Example 8 Solvent: 81 parts of dimethyl sulfoxide, 18 parts of urea,
and 1 part poly(ethylene glycol), Example 7 is repeated in all important details except that the polymer concentration is 27%. The extrusion temperature was 110°C and again, Example 7
Maintain a temperature gradient of at least 40°C across the inside and outside of the nascent film.

その結果生ずる䞭間の膜の詊料をブタノヌルで
抜出し、次にメタノヌルで抜出しお、最埌に颚也
させる。膜の顕埮鏡詊隓によれば、非察称な现孔
構造が瀺され、党ボむド容量は膜基材の容量の50
を越えおいる。緻密な倖皮衚面内の分子は、緻
密な倖皮の面内には぀きりした二軞性配向を瀺
す。
A sample of the resulting intermediate membrane is extracted with butanol, then with methanol, and finally air-dried. Microscopic examination of the membrane shows an asymmetric pore structure, with a total void volume of 50% of the membrane substrate volume.
exceeds %. Molecules within the dense envelope surface exhibit a sharp biaxial orientation in the plane of the dense envelope.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第図は、それによ぀お膜が制埡された雰囲気
内で補造される、本発明の䞀぀の具䜓䟋を遂行す
るために適した装眮の、暡匏図を衚わす。 第図は、膜が呚囲環境䞭で補造され、り゚ツ
ブ膜webが二枚の別々の膜に切り開かれるこ
ずからなる、本発明の䞀぀の具䜓䟋を遂行するた
めに適した装眮の、同様の暡匏図を衚わす。 第図は、り゚ツブ膜が再び二枚の別々の膜に
切り開かれるこずからなる、第図のそれず同様
の暡匏図を衚わす。
FIG. 1 represents a schematic diagram of an apparatus suitable for carrying out one embodiment of the invention, by which membranes are produced in a controlled atmosphere. FIG. 2 shows an apparatus suitable for carrying out one embodiment of the invention, in which the membrane is produced in an ambient environment and the web is cut into two separate membranes. A similar schematic diagram is shown. FIG. 3 represents a schematic diagram similar to that of FIG. 1, in which the web membrane is again cut into two separate membranes.

Claims (1)

【特蚱請求の範囲】  倚孔性の非察称膜を補造する方法にしお、液
化されたフむルム生成甚ポリマヌを、環状の型を
通しお抌出成型しお、内郚衚面(A)および倖郚衚面
(B)を有するチナヌブ状フむルムを生成させ、該液
化ポリマヌがポリマヌ溶媒を単独或いは皮もし
くはそれ以䞊の溶融助剀ず組み合せお䜿甚するこ
ずによ぀お埗られるものずし、該二衚面(A)および
(B)が、枩床およびたたは化孊組成のうち少なく
ずも぀の条件が互いに異なる蒞気凊理を各々受
けお、䞀぀の緻密な二軞配向性の衚面ず䞀぀の緻
密さのより䜎い倚孔性の衚面ずを提䟛するよう
に、該フむルムを蒞気条件に曝しながら、該フむ
ルムを二軞的に配向させ、そしお然る埌に、堎合
により該チナヌブ状フむルムを切り開くこずから
なる方法。  該ポリマヌがアクリロニトリルコポリマヌで
あるこずからなる特蚱請求の範囲第項蚘茉の方
法。  該ポリマヌがポリスルホンであるこずからな
る特蚱請求の範囲第項蚘茉の方法。  溶融助剀もたたポリマヌ溶媒ず共に存圚する
こずからなる特蚱請求の範囲第項蚘茉の方法。  䞀方が他方よりも緻密な皮の衚面を有する
倚孔性の非察称ポリマヌ膜にしお、該衚面が二軞
的に配向されおおり、該膜が、より緻密な衚面の
方向にボむド空間が埄および数のうちの少なくず
も䞀方が䞀般に枛少し぀぀、その厚さを暪切る方
向に気孔率募配を瀺し、そしおより緻密な該衚面
の密床が、透過性非透過性特性が化孊分離を達
成させる効果をも぀ようなものであるこずからな
る、膜。  該ポリマヌがアクリロニトリルコポリマヌで
あるこずからなる特蚱請求の範囲第項蚘茉の
膜。  該ポリマヌがポリスルホンであるこずからな
る特蚱請求の範囲第項蚘茉の膜。  該フむルムが逆浞透においお有甚な分離を提
䟛するこずからなる特蚱請求の範囲第項蚘茉の
フむルム状の膜。  該フむルムがガス分離においお有甚な分離を
提䟛するこずからなる特蚱請求の範囲第項蚘茉
のフむルム状の膜。
[Claims] 1. A method of manufacturing a porous asymmetric membrane, in which a liquefied film-forming polymer is extruded through an annular mold to form an inner surface (A) and an outer surface.
(B), the liquefied polymer is obtained by using a polymer solvent alone or in combination with one or more melting aids, and the two surfaces (A) and
(B) has one dense biaxially oriented surface and one less dense porous surface each subjected to steam treatments different from each other in at least one of temperature and/or chemical composition. A method comprising biaxially orienting said film while exposing said film to steam conditions so as to provide said film, and thereafter optionally cutting said tubular film. 2. The method of claim 1, wherein the polymer is an acrylonitrile copolymer. 3. The method of claim 1, wherein said polymer is polysulfone. 4. The method of claim 1, wherein a melting aid is also present with the polymer solvent. 5 A porous asymmetric polymeric membrane with two surfaces, one denser than the other, with the surfaces biaxially oriented and the membrane having a void space with a diameter in the direction of the denser surface. exhibiting a porosity gradient across its thickness, with at least one of A membrane consisting of something that has. 6. The membrane of claim 5, wherein said polymer is an acrylonitrile copolymer. 7. The membrane of claim 5, wherein the polymer is polysulfone. 8. The film-like membrane of claim 5, wherein the film provides separation useful in reverse osmosis. 9. The film-like membrane of claim 5, wherein the film provides separation useful in gas separation.
JP59250659A 1983-11-30 1984-11-29 Porous asymmetric membrane and its production Granted JPS60132602A (en)

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