JPS6115162B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は熱可塑性重合体を中空糸製造用ノズル
を用いて、空冷条件下にて中空糸に賦形する方法
に関するものである。更に詳しくは、本発明は中
空糸製造用ノズルから溶融して吐出された熱可塑
性重合体を、糸条に対して向流の冷却風にて糸条
を均一に効果的に冷却することにより、糸径斑の
非常に少ない中空糸を得ることを目的とするもの
である。 近来、中空糸の利用分野は従来の衣料用途中心
からガス分離膜、限外過膜等の高分子膜素材の
一つの重要な形態として発展しつつあり、工業的
規模で実用化されているものも数多くなつている
が、医療用途、精密過用途など非常に厳密な性
能を要求される分野が多く、品質の均質化、安定
化が非常に強く要請されている。これ等の用途に
対しては中空糸内部に比較的低い圧力で液体を流
すことが望ましく、太い内径を有する均一な中空
糸が要求されている。 中空糸の製造法は、通常の合成繊維と同様に大
別して溶融紡糸法、湿式紡糸法、乾式紡糸法に分
けられるが、溶融紡糸法にて中空糸を製造する場
合、中空糸が太くなればなる程従来の空気冷却方
法では糸状の冷却が効きにくく、糸径斑が著しく
増大するという問題があり、太い中空糸の製造は
困難であつた。 本発明者らは、溶融紡糸法において中空糸を製
造するにあたり、太い中空糸を糸径斑を少なくか
つ安定に製造できる冷却方法について鋭意検討し
た結果、本発明に到達したものである。 即ち本発明は、熱可塑性重合体を口径が５〜50
mmの中空糸製造用紡糸ノズルを用いて外径が0.05
〜２mmかつ単繊維繊度が50〜3000デニールの中空
糸に溶融賦形するに際し、糸条に対して向流の冷
却風にて糸条の冷却固化を行ない、その向流冷却
風の風速Ｖ（m/S）が 3.6×10^-4×Ｄ＋0.3≦Ｖ≦1.3×10^-3×Ｄ＋2.0 Ｄ；引取られた中空糸の単繊維繊度 （デニール） の範囲にあることを特徴とする糸径斑の改良され
た中空糸の溶融賦形方法に関するものである。 本発明で用いられる中空糸製造用紡糸ノズル
は、中空形状に紡糸できるノズルなら、どんなも
のでもよいが、中空糸の使用目的に応じて適宜選
択すべきである。例えば真円状の中空糸を得るに
は二重管型ノズルが望ましいが、そうでない場合
はブリツジ型でもよく、むしろ積極的に異形断面
中空糸が必要なら三角形、星形、四角形、多角形
あるいはこれらを変形したり組合せたものが適当
であろう。重要な要因は、ノズルの口径で目的と
する中空糸の外径や肉厚、糸条の引取り速度によ
つてノズル口径は決められる。しかしながら直径
が0.05mm以上の太い中空糸を得る本発明の場合、
冷却効率の高い向流クエンチを採用して糸斑を抑
制するにはノズル直下のポリマー変形領域での溶
融糸条の直径が大きくてクエンチ風による糸ゆれ
が少ない方が望ましく、ノズルの口径は５mm以上
50mm以下である必要があり、さらに望ましくは10
mm以上35mm以下である。 このようなノズルから吐出されたポリマーは空
冷ゾーンで冷却固化される。単繊維数10デニール
以下の細い糸については従来から横風、あるいは
並流風あるいは両者を組合せたものが一般的であ
り、向流風によるクエンチはむしろ糸の揺れが大
きく糸斑が大きかつたり極端な場合は糸が接着し
て巻取ることができない。しかし、繊度が50デニ
ール以上でかつ中空形で外径が50μ以上になる
と、横風の冷却では風量が少ないと冷却不足によ
り糸斑が大きくなつたり糸同志の接着が起り、巻
取が安定してできない状態になり、又風量が大き
いと糸が太いだけに糸の扁冷却効果が大きく未延
伸糸の構造斑が無視できなくなり、捲縮が発生し
たり、又後加工で種々の問題発生の要因となる。
一方並流風クエンチでは糸条と冷却風との相対速
度が大きくとれなく冷却効果が非常に乏しく、や
はり糸斑が大きくなる。 本発明者らは、繊度50デニール以上かつ外径
0.05mm以上の中空糸を得るにつき空冷条件を種々
検討し、糸の外径斑を抑制して、安定して巻取る
には冷却条件を向流風クエンチとし、その風速は
得られる中空糸の繊度に応じて変化させることに
より可能であることを見い出した。即ち、向流冷
却風の風速Ｖ（m/S）が3.6×10^-4×Ｄ＋0.3以上
で1.3×10^-3×Ｄ＋2.0以下（Ｄ；引取られた中空
糸の単繊維繊度，デニール）の範囲にある時に糸
径斑を抑制して、かつ糸切が発生せず、安定して
巻取ることが可能であることを見い出した。 即ち繊度を大きくすればするほど、冷却効果を
上げるために風速を増加する必要があるが、その
時の風速は繊度によつて決められる適正な範囲が
あることを示している。その適正範囲を逸脱した
場合、例えば向流冷却風の風速Ｖ（m/S）が
（3.6×10^-4×Ｄ＋0.3）の関係式で表される速度
より小さくなつた時は、即ち図の直線Ａより下方
領域では糸条は冷却不足となり、糸条の冷却固化
点が一定に定まらず、同期性のある大きな糸径斑
が発生し、さらに風速が小さくなると、もはや安
定して巻取ることは不可能となる。逆に向流冷却
風の風速Ｖ（m/S）が図の直線Ａを含みＡより上
方の領域にあると糸径斑は良くなり、安定して巻
取ることが可能となる。しかしながら風速が
（1.3×10^-3×Ｄ＋2.0）の関係式で表される速度
に近づくと、即ち図の直線Ｂに近づくと向流風の
冷却効果が高いため糸条の冷却固化点よりすぐ上
に紡糸応力が集中し、糸掛が非常に困難になつた
り、糸切が発生し、安定に巻取れなくなることが
ある。このような現象は向流風の風速（m/S）が
略ね1.7×10^-3×Ｄ＋1.0を越えると、即ち図の直
線Ｃより大きい風速領域になると発生することが
多い。このような場合には紡糸応力の集中を避け
るためにノズル下に筒を設置し無風域を設けると
よい。その無風域の長さは、その他諸条件により
異なるが５〜50cm、望ましくは10〜30cmが適当で
ある。適当な長さの無風域を設けることにより、
紡糸応力を緩和分散し、風速Ｖが図中直線Ｂまで
は糸斑が少なく、安定して巻取ることが可能とな
る。しかし向流風の風速Ｖ（m/S）が直線Ｂを越
えて大きくなると無風域を設置した場合でも無風
域が短かいと安定して巻取ることは不可能とな
り、逆に巻取性を向上させるために無風域を長く
するとポリマーの変形領域が長くなりすぎ、糸径
斑が非常に増大する結果になり、糸径斑の少ない
中空糸を安定して巻取ることはできなくなる。 糸条が向流冷却風で冷却されるゾーンの長さは
少くとも2mは必要で好ましくは3m以上がよい。
しかし7m以上にすると糸条の自由落下速度が大
きくなりすぎ、糸径斑が増大するので好ましくな
い。 糸径斑を抑制するには当然紡糸温度、吐出量も
大きく影響するが、これら因子は熱可塑性重合体
の種類あるいは中空糸の目的によつて異なるもの
であるが、一般的に紡糸温度は曳糸性に問題が起
らない限り低温にするのが望ましく、結晶性熱可
塑性重合体について言えば、結晶融解点より15℃
〜50℃高い温度が好ましい。 吐出量は冷却能力から過大でない方が望まし
く、好ましくは15g/minH以下、更に好ましくは
12g/minH以下である。 本発明に使用される熱可塑性重合体は、例えば
ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリ―３―メチ
ル―ブテン―１，ポリ―４―メチルペンテン―
１，ポリフツ化ビニリデン，ポリエチレンテレフ
タレート，ポリテトラメチレンテレフタレート，
ポリヘキサメチレンアジペート，ポリカプロラク
タム，ポリオキシメチレン等、又はこれらを主成
分とする共重合体等の結晶性重合体、あるいはポ
リメチルメタクリレート，ポリスチレン，ポリカ
ーボネート等、又はこれらを主成分とする共重合
体等の非晶性重合体など溶融賦形可能なものを任
意に選択出来る。更に熱可塑性重合体にシリカ，
カーボンブラツク，各種金属化合物等の無機化合
物を混合し、溶融紡糸してもよい。 中空糸の壁の厚みは、なんら限定されるもので
はないが、強度の面から外径が大きくなると壁厚
も大きく設定される。 分離膜としての用途では薄い方が良く、10〜
100μの範囲が望ましい。 以上各条件について詳しく述べてきたが、単繊
維繊度が3000デニールを越えると糸条の自重によ
る自由落下速度と紡速が近づき、もはや安定な紡
糸は不可能となる。逆に糸条の自重を小さくする
ために紡糸長を短かくすると冷却不足になり糸斑
が増大する。 本発明は溶融紡糸によつて得られる一般の衣料
品の中空糸よりも太い中空糸の糸径斑を改良する
方法を提供するものであり、得られた中空糸は単
に中空糸をそのまま使用する場合の用途のみなら
ず、従来数多く提案されている中空形状の多孔質
高分子膜へ加工され得る。例えば特開昭52―
15627号に示されているように延伸して多孔質化
する方法、特開昭53―134925号に開示されている
ように第２成分を溶剤にて抽出して多孔質化する
方法、無機質をブレンドしたもの等、これらの出
発物質としての中空を得る場合においても、本発
明の方法により糸径斑の低減が可能である。 本発明の方法によつて得られる、糸径斑の小さ
い、かつ均一な構造を有する中空糸あるいは中空
糸膜は、人工肺、人工腎臓、人工肝臓、人工血管
等の医療用途、水中のイオンやガスを分析する各
種センサー、分析器機、超精密過等に有効に用
いることが出来る。 以下実施例にて本発明を更に詳しく説明する。 なお本発明におい糸径斑の測定は、実願昭53―
51075号に記載の加圧空気の圧力変動を利用した
線状物太さ測定装置により、中空糸300mを連続
してその外径を測定した。その結果から糸径斑を
次式によつて計算した。 糸径斑（±％）＝最大外径−最小外径／平均外径×１／
２×100 実施例 １ ASTM D1238に従つて測定したMI値が15g/10
ｍｉｎのポリプロピレンを直径25mm、スリツト巾が
1.25mmの二重管構造を有する中空糸製造用ノズル
を用いて、吐出量10g/min hole、紡糸温度200
℃で、紡糸速度、向流冷却風（温度20℃）の風
速、ノズル下の筒の長さを表１に示した条件で紡
糸した。冷却域の長さは4.5mであつた。 それぞれ得られた未延伸糸を上述の線状物太さ
測定装置により300mの長さにわたり連続的に糸
径を測定し、上記計算式により糸径斑を計算して
求めた。結果を表１に示す。 実験No.１〜９は本発明の規定する風速の範囲を
満足する条件で得たものであり、糸径斑は非常に
少ない、巻取の安定性も優れたものであつた。 比較例 １ 実施例１と同様の条件にて、紡糸速度、向流冷
却風の速度、ノズル下の筒の長さを表１に示す条
件に変更して紡糸し、実施例１と同様の糸径斑の
測定を行なつた。得られた結果を表１に示した
が、実験No.10〜15は本発明の規定する風速の範囲
を逸脱した条件のもので、実施例１に比べて糸径
斑は非常に悪く、巻取性の不良のものもあつた。 又、実験No.16は50デニール以下の細い糸は、向
流風では巻取が非常に困難であることを示してお
り、実験No.17は3000デニールを越える太い糸は空
冷冷却では、もはや糸径斑をコントロールできな
いことを示している。

【表】 実施例 ２ 〔η〕＝0.7のポリエチレンテレフタレートを直
径８mm、スリツト巾0.5mmの馬蹄形ノズルを用い
て吐出量７g/min hole、紡糸温度275℃、紡糸
速度400m/minで、向流冷却風の風速を表２に示
す条件で紡糸した。冷却域の長さは2.7mであつ
た。得られた中空糸の単繊維繊度は157.5デニー
ルで、実施例１と同様の方法で糸斑を測定した。
得られた結果を表２に示したが、いずれも糸径斑
は良好であつた。 比較例 ２ 実施例２と同様の条件にて風速のみを表２に示
すように変更して紡糸し、糸径を測定した。得ら
れた結果は表２に示したが、いずれも実施例２に
比較して糸径斑の悪いものであつた。

【表】 比較例 ３ 実施例１において冷却風を並流とする以外は同
様の条件にて紡糸を行ない、糸径斑の測定を行な
つた。結果を表３に示したが、実施例１の同一紡
速のものに比べて低風速での巻取性が悪く冷却が
非常に効きにくいことを示しており、巻けたもの
も、全般に糸径斑が不良でかつ同期性の斑であつ
た。

【表】 比較例 ４ 実施例１において冷却風をクエンチゾーンの長
さが2m横風とする以外は、同様の条件にて紡糸
を行なつたが、紡糸速度が400m/min以下では冷
却不足のため全く巻取ることはできなかつた。

【図面の簡単な説明】

図は中空糸デニールＤと冷却風の風速Ｖの関係
を示す。斜線部は本発明の中空糸直径斑の小さい
風速の範囲である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱可塑性重合体を口径が５〜50mmの中空系製
   造用紡糸ノズルを用いて外径が0.05〜２mmかつ単
   繊維繊度が50〜3000デニールの中空糸に溶融賦形
   するに際し、糸条に対して向流の冷却風にて糸条
   の冷却固化を行ない、その向流冷却風の風速Ｖ
   （m/S）が 3.6×10^-4×Ｄ＋0.3≦Ｖ≦1.3×10^-3×Ｄ＋2.0 Ｄ；引取られた中空糸の単繊維繊度 （デニール） の範囲にあることを特徴とする中空糸の溶融賦形
   方法