NO178610B

NO178610B - Fremgangsmåte for fremstilling av en polymer, porös hulfiber, ekstruderingshode for tildannelse derav, og anlegg for tildannelse av hulfibre

Info

Publication number: NO178610B
Application number: NO902026A
Authority: NO
Inventors: Clinton Virgil Kopp; Robert John William Streeton; Paul Soo-Hock Khoo
Original assignee: Memtec Ltd
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1990-05-08
Publication date: 1996-01-22
Also published as: NO902026D0; CA2002798A1; EP0423249A1; EP0408688A1; EP0423249B1; BR8907138A; CN1043636A; EP0408688B1; PT92293B; PT92292B; EP0408688A4; DK166390A; IE62001B1; KR0153291B1; CN1035927C; IE893629L; HK129794A; NO902027L; CN1049108A; IE893628L

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av en polymer, porøs hulfiber. Oppfinnelsen vedrører også et ekstruderingshode for tildannelse av en polymer, porøs hulfiber. Videre vedrører oppfinnelsen et anlegg for tildannelse av hulfibre.

Disse og andre trekk fremgår av de etterfølgende patentkrav.

Porøse polymere strukturer med porer i området 0,01 til 10 [ im anvendes vanlig for mikrofiltrering. Slike membranstrukturer kan fremstilles fra plastiske polymerer under anvendelse av utfellingsmetoder og tildannes til forskjellige former inklu-sive hulfibre eller flate ark.

Den termiske utfellingsteknikk for membrantildannelse begynner med tildannelse av en oppløsning av en termoplastisk polymer i et løsningsmiddel ved en forhøyet temperatur. Oppløsningen blir så avkjølt og ved en spesifikk temperatur som avhenger av polymeren, løsningsmiddelet, konsentrasjonen av polymeren i løsningsmiddelet og avkjølingshastigheten, foregår faseseparering og den flytende polymer separerer fra løsningsmiddelet.

Ekte oppløsninger krever at der er et løsningsmiddel og en oppløst substans. Løsningsmiddelet utgjør en kontinuerlig fase og den oppløste substans er tilfeldig fordelt i løs-ningsmiddelet på molekylært nivå. En slik situasjon er nesten ukjent i forbindelse med polymeroppløsninger. Lange polymerkjeder vil ha tendens til å bøye seg tilbake mot seg selv og danne midlertidige interaksjoner eller bindinger med andre polymerkjeder som de kommer i kontakt med. Disse interaksjoner dannes og brytes kontinuerlig og nye dannes. Poly-meroppløsninger er således sjelden ekte oppløsninger, men ligger et sted mellom ekte oppløsninger og blandinger.

I mange tilfeller er det også vanskelig å angi hva som er løs-ningsmiddelet og hva som er den oppløste substans. På området er det akseptert praksis å benevne en blanding av en polymer og et løsningsmiddel for en oppløsning hvis den er optisk klar uten tydelige inklusjoner av den ene fase i den andre. Faseseparering ansees vanligvis å være det punkt hvor der er en optisk påvisbar separering.

Der er imidlertid et ytterligere tilfelle hvor den oppvarmede blanding av polymer, løsningsmidler og eventuelle andre kom-ponenter hverken er en oppløsning eller en blanding i den vanlige betydning av ordene. Dette er det tilfelle hvor et

overflateaktivt middel er tilstede i tilstrekkelig konsentra-sjon til å danne ordnede strukturer som for eksempel miceller.'

Et hulfiberdannende anlegg omhandlet i US-PS 4.708.799 inkluderer en beholder inneholdende en oppvarmet oppløsning av en

polymer og en væske som er inert overfor polymeren som til-føres til en ekstruderingsdyse ved hjelp av en pumpe. Hulfiberen ekstruderes gjennom en dyse inn i et spinnerør inneholdende inert væske av oppløsningen. Fiberen og den inerte væske passerer gjennom et atmosfærisk gap til et spinnerør i den samme retning og ved hovedsakelig den samme lineære hastighet.

I dette anlegg ekstruderes hulfiberen i smeltet tilstand og tildannes i spinnerøret. Tilførselen av den inerte væske til den smeltede fiber har en skadelig virkning på porøsiteten av overflaten av fiberen. Videre er bruken av spinnerør brysom 'og dyr.

I samsvar med oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte for fremstilling av en polymer, porøs hulfiber, omfattende trinnene med: a) oppvarming av en blanding av en termoplastisk polymer og et løsningsmiddel til en temperatur og i en tid slik at

polymeren og løsningsmiddelet oppløses gjensidig,

b) den smeltede blanding innføres i et ekstruderingshode innrettet til å forme den smeltede blandingen til en hulfiber, c) det innføres et lumendannende fluid i lumen av den formede smeltede blanding, d) den formede smeltede blanding avkjøles i ekstruderingshodet til en temperatur slik at ikke-likevekt væske-væske-faseseparering foregår slik at det dannes en bikontinuerlig matriks av polymeren og løsningsmiddelet hvori polymeren og løsningsmiddelet danner to gjensidig innblandede separate faser med stort grenseflateareal, og

e) løsningsmiddelet fjernes fra polymeren,

som er kjennetegnet ved at

f) det innføres et belegningsfluid omkring utsiden av den formede smeltede blanding, og at g) det innføres et kjølefluid omkring belegningsfluidet.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også et ekstruderingshode for tildannelse av en polymer, porøs hulfiber, som er kjennetegnet ved at det omfatter en langstrakt kropp som avgrenser en aksial passasje (gjennomstrømningskanal) for å motta et lumendannende fluid, en første ringformet passasje (gjennomstrømningskanal) omkring den aksiale passasje for å motta en smeltet blanding hvorfra hulfiberen tildannes, en andre ringformet passasje radialt utenfor den første ringformede passasje for å motta et belegningsfluid og en tredje ringformet passasje for å motta et kjølefluid og innretninger for å rette kjølefluidet mot utsiden av belegningsfluidet.

Videre tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse et anlegg for tildannelse av hulfibre, som er kjennetegnet ved at det omfatter: (i) en beholder for å inneholde en smeltet blanding hvorfra fiberen tildannes, (ii) et ekstruderingshode i samsvar med oppfinnelsen, (iii) innretninger for å transportere den smeltede blanding til ekstruderingshodet, (iv) innretninger for å tilføre lumendannende fluid til ekstruderingshodet, (v) innretninger for å tilføre fiberbelegningsfluid til ekstruderingshodet, (vi) midler for å tilføre kjølevæske til ekstruderingshodet, og (vii) midler for å oppvarme den smeltede blanding, det lumendannende fluid og belegningsfluidet til hovedsakelig den samme temperatur.

Hvert fluid transporteres til ekstruderingshodet ved hjelp av individuelle målepumper. De fire fluider oppvarmes indivi-duelt og transporteres langs termisk isolerte og varmestyrte rør. Ekstruderingshodet har et antall temperatursoner. Lumenfluidet, membranblandingen og belegningsfluidet bringes til den samme temperatur i en nøye overvåket temperatursone hvor polymeroppløsningen som utgjør blandingen formes. Kjøle-fluidet innføres i en kjølesone hvor blandingen undergår ikke-likevekt væske-væske-faseseparering til å danne en bikontinuerlig matriks med stort grenseflateareal av to væsker hvori polymerfasen størkner før aggregert separering i distinkte faser med mindre grenseflateareal kan foregå.

Hulfibermembranen forlater ekstruderingshodet fullstendig tildannet og der er ikke noe behov for ytterligere tildan-ningsbehandling med unntagelse av å fjerne det overflateaktive løsningsmiddel fra membranen ved en etterekstruderingsopera-sjon som er vanlig for membranfremstillingsprosesser. Et flyktig løsningsmiddel som ikke oppløser polymeren anvendes for å fjerne det overflateaktive løsningsmiddel for polymeren fra den ferdige membran.

Hulfibermembranen er kjennetegnet ved en kniplingsaktig eller-filamentaktig struktur. I denne fremstilling menes med betegnelsen "kniplingsaktig" at membranen er fremstilt av et flertall polymertråder som er sammenknyttet ved et antall lokaliteter langs hver tråd. Hvert forbindelsespunkt har bare litt større dimensjoner enn tverrsnittet av trådene. Lengden av hver tråd er fra fem til femti ganger diameteren av tråden, og trådene varierer i tverrsnittsform fra sirkulære til ellip-tiske, idet i det siste tilfelle hovedaksen av ellipsen kan være opp til fem ganger så stor som den minste akse av ellipsen. Beskrivelsen "kniplingsaktig eller filamentaktig struktur" kan også visualiseres" som et tredimensjonalt av-rundet kniplingsfilet avledet fra en bikontinuerlig struktur.

En foretrukket hulfibermembran har en kniplingsaktig struktur hvori der er en svak orientering av trådene i den aksiale retning av fiberen, slik at når en lumenal gasstilbake-blåsingsprosedyre utøves for å rense fibrene, øker visse dimensjoner av mellomrommene i gjennomsnitt, slik at material som befinner seg i mellomrommene lett kan drives ut. Mellomrommene har en generelt aksialt langstrakt form og ved anvendelse av gasstilbakeblåsing blir mellomrommene deformert fra den langstrakte form til en generelt kvadratisk form for å forstørre de minste dimensjoner av mellomrommene. Gasstil-bakeblåsingen vil også strekke fiberen for å øke den minste dimensjon av mellomrommene.

For at oppfinnelsen lettere skal forstås og utøves.skal det vises til de vedføyde tegninger hvori: Fig. 1 er et skjematisk diagram av en ekstruderingsdyse i

samsvar med oppfinnelsen,

Fig. 2 er et tverrsnittriss av en ekstruderingsdysesammenstilling i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen, Fig. 3 er et forstørret tverrsnittriss av den øvre eller smeltedysedel av ekstruderingsdysesammenstillingen i fig. 2, Fig. 4 er et forstørret tverrsnittsriss av den nedre eller kjølerørdelen av ekstruderingsdysen vist i fig. 2. Fig. 5 er et forstørret tverrsnittriss av utløpsdysen av smeltedysedelen av ekstruderingsdysesammenstillingen vist i fig. 2, og Fig. 6 er et skjematisk diagram av et ekstruderingsanlegg i

samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen.

Ekstruderingsdysen vist i skjematisk form i fig. 1 har ved sin øvre ende tre konsentriske passasjer 11, 12 og 13. Den aksiale passasje 11 fører et lumenfluid 14 som for eksempel nitrogengass, den indre ringformede passasje 12 fører en homogen oppløsning (eller blanding) 15 av polymert material og overflateaktivt middel og den ytre ringformede passasje 13 fører et varmt belegningsfluid 16 som for eksempel soyaolje. Hverken lumenfluidet eller belegningsfluidet inneholder det overflateaktive middel tilstede i blandingen som passerer gjennom passasjen 12. De tykke linjer i fig. 1 representerer vegger og de tynne linjer representerer grenseflater mellom de forskjellige fluider.

Den øvre del 17 av ekstruderingshodet 10 er en nøye overvåket temperatursone. Inne i den varme sone 17 forblir belegnings-materialet som et belegg på membranen 21 som tildannes og oppløser en del av overflaten av membranen 21 til å gi en porøs overflate på membranen.

Under den varme sone 14 er der en avkjølingssone 18 som inkluderer en ringformet kjølefluidpassasje 19. Kjølefluidet, som kan være kald soyaolje, pumpes gjennom kjølepassasje 19 i en bestemt takt og kjølemiddelet eller kjølefluidet er ikke utsatt for atmosfæren. Den indre vegg av kjølekanalen 19 har en rekke åpninger 20 hvorigjennom kjølefluidet passerer. Under ekstruderingshodet 10 er der et oppsamlingspunkt for å motta den ekstruderte membran 21.

En ekstruderingsdysesammenstilling 30 i samsvar med en ut-førelsesform av oppfinnelsen er vist i fig. 2 til 5 og består av en øvre eller smeltedysedel 31 og en nedre eller kjølerør-dysedel 32 koblet sammen ved hjelp av en union 33.

Smeltedysedelen 31, som er vist i forstørret målestokk i

fig. 3, har en kropp 34 med et innløp 35 for å motta membrandannende blanding og et innløp 3 6 for å motta belegningsfluid. Kroppen har en sentral boring 37 og ved dens.øvre ende er der en lukkeplate 38 med en aksial passasje 39 for å motta et

lumendannende fluid. Platen 38 er festet til kroppen 34 ved hjelp av skruer 40 og en tetning er anordnet ved hjelp av "0"-ringen 41.

I den sentrale boring 37 av kroppen 34 er der en dysedel 42 som står ut fra platen 38. Deri aksiale passasje 39 har redusert diameter ved sin nedre ende hvor den passerer gjennom den avsmalnende ende 43 av dysedelen 42. Dysedelen 42 er forseglet i kroppen 34 ved hjelp av "0"-ringen 44. Passasjen 39 tilsvarer passasjen 11 i fig. 1.

Blandingsinnløpet 35 fører til en blandingstilførselspassasje

45 i kommunikasjon med et ringformet kammer 46 tildannet i den

ytre overflate av dysen 42. Blanding tømmes ut fra kammeret

46 inn i passasjen 47 som passerer ut i et avsmalnende

ringformet fiberdannende rør 48 som avgrenset mellom utsiden av dysen 42 og en utsparing 49 tildannet i dyseplaten 50.

Som det kan sees i fig. 3 og 5 har det fiberdannende rør 48 en øvre konisk del 48a og en nedre konisk del 48b. Den øvre del 48a er anordnet på skrå med en større vinkel i forhold til vertikalen enn den nedre del 48b. I dette tilfelle er hel-lingsvinkelen for den øvre del fra 30° til 60' fra aksen og for den nedre del fra 1' til 10<*> fra aksen. Ved den fore-trukne utførelsesform er vinkelen fra aksen på den øvre del av dysen 42 44<*> og på den øvre del av dyseplaten 50 er vinkelen 50" og på den nedre del av dysen 42 er vinkelen 3' og på den nedre del av ringplaten 50 er vinkelen 5<*>. Det avsmalnende rør 48 tilveiebringer et halsinnsnevringsforhold (det vil si forholdet mellom smeltet blanding ved bunnen av røret 48 og diameteren av den ferdige fiber) på 2,1 til 1. Halsinn-snevringsf orholdet kan være.i området 1:4 til 10:1.

Belegningsfluidinnløpet 3 6 fører til en belegningsfluid-tilførselskanal 51 i kommunikasjon med et ringformet kammer 52 dannet av en utsparing i bunnen av kroppen 34 og dyseplaten 50. Belegningsfluid tømmes ut fra kammeret 52 inn i passasjer 53 tildannet i dyseplaten 50 som munner ut i et ringformet kammer 54 tildannet mellom bunnen av dyseplaten 50 og ringplaten 51.

Ringplaten 51 er festet til kroppen 34 ved hjelp av skruen 55. "0"-ringen 56 tilveiebringer en tetning mellom ringplaten 51, dyseplaten 50 og kroppen 34 og "0"-ringen 57 tilveiebringer en tetning mellom dyseplaten 50 og kroppen 34. En sentral boring 58 av stammedelen 59 av ringplaten 51 mottar fiberen som bibeholdes i hul form ved hjelp av lumenfluidet og som er belagt med belegningsfluidet.

Kjølerørdelen 32, som er vist i forstørret målestokk i fig. 4, har en kroppsdel 60 og en forbindelsesplate 61 festet dertil ved hjelp av skruen 62. "0"-ringen 63 tilveiebringer en tetning mellom kroppen 60 og platen 61. Kroppen 60 som et kjølefluidinnløp 64 fører til et kjølefluidkammer 65 tildannet av en utsparing 6 6 formet i kroppen 60.

Inne i utsparingen 6 6 er det en kjøleoljediffusor 67 med en aksial boring 68. Passasjer 69 forbinder kammeret 65 til boringen 68.

"0"-ringen 70 tetter diffusoren 67 i forhold til kroppen 60 og "O"-ringen 71 tetter diffusoren 67 i forhold til forbindelses-platen 61. Boringen 68 i diffusoren 67 er i kommunikasjon med boringen 72 i kroppen 60 som i sin tur er i kommunikasjon med boringen 73 i utløpsrøret 74.

Fig. 5 er et forstørret riss av utløpsdysen 42 som i dette tilfellet er modifisert, slik at den har form av en nål 80 med et flertall fremspring 81 som virker til selvsentrering av nålen 80 inne i kammeret 48.

Ekstruderingslinjen vist i fig. 6 inkluderer en beholder 90 inneholdende en membrandannende oppløsning eller blanding. Omkring beholderen 90 er der en varmekappe 91 koblet til et oljeoppvarmingsssystem (ikke vist) ved hjelp av ledningene 92 og 93. Blanding fra beholderen 90 trekkes gjennom ledningen 94 og ventilen 95 ved hjelp av en tannhjulspumpe 96. Fra tannhjulspumpen 96 passerer blandingen gjennom filteret 97 med en varmekappe 98 koblet til oljeoppvarmingssysternet ved hjelp av ledningene 99 og 100.

Nedstrøms fra filteret 97 forgrener blandingsledningen 94 seg 1 fire. ledninger 94a, 94b, 94c og 94d som fører til de respektive ekstruderingsdysehoder 101, 102, 103 og 104. Hvert dyse-hode har en smeltedel 105 av den type som er beskrevet i forbindelse med fig. 3 og en kjølerørdel 106 av den type som er beskrevet i forbindelse med fig. 4. Ledningene 107 representerer de tildannede hulfibre som ekstruderes fra dysehodene 101, 102, 103 og 104. Hulfibrene vikles opp på spoler (ikke vist) .

En beholder 108 inneholdende et kjølefluid har en varmekappe 109 koblet til oljeoppvarmingssysternet ved hjelp av ledningene 110 og 111. Kjølefluid trekkes gjennom ledningen 112 og ventilen 113 ved hjelp av tannhjulspumpen 114. Nedstrøms fra • pumpen 114 forgrener ledningen 112 seg i fire ledninger 112a, 112b, 112c og 112d som fører til de respektive kjølerørdeler 106 på dysehodene 101, 102, 103 og 104. Etter passering gjennom rørdelene 106 samles kjølefluidet i beholderen 117 og returneres til beholderen 108 gjennom ledningen 118.

Et lumendannende fluid innføres gjennom ledningen 119 og ventilen 120. Nedstrøms fra ventilen 120 forgrener ledningen 119 seg i ledninger 121, 122, 123 og 124 som fører til de respektive smeltedeler 105 av dysehodene 101, 102, 103 og 104.

De forskjellige rør i anlegget er isolert og alle parametre styres ved hjelp av en mikroprosessor.

Oppfinnelsen skal nå ytterligere beskrives med henvisning til fremstilling av porøse hulfibermembraner.

EKSEMPEL 1

En blanding ble tildannet ved å blande og deretter oppvarme 2 600 gram polypropylen-pelleter, 7300 gram "Teric" N2 og 100 gram antioksydasjonsmiddel "Ethanox" 330 ("Ethanox" og "Teric" er varebetegnelser). "Teric" N2 er nonylfenoksyetoksyetanol. Temperaturen i blandingen ble hevet til over 220'C med omrø-ring under vakuum for å sikre at blandingen ble homogen. Blandingen ble så ekstrudert gjennom dysen med firedobbelt passasje ved en temperatur på 220'C.

Under blandingen ble beholderen 90 holdt under et vakuum på -96 kPa og oljeoppvarmingssysternet opprettholdt ved 245"C. Blanding ble påbegynt når temperaturen i beholderen 90 var 160'C. Blandings- og oppvarmingstiden var 240 minutter. Under ekstrudering ble den lumendannende nitrogengass opprettholdt ved 200 kPa. Filteret 97 hadde en gjennomsnittlig porediameter på 20 /xm og trykkfallet over filteret var 50 kPa.

Nitrogen ble anvendt som det lumendannende fluid og soyaolje som belegningsfluid og kjølefluid. Strømningshastigheten av blandingen var 22 ml/min., lumenpumpe-strømningshastigheten 7,6 ml/min., belegningspumpe-strømningshastigheten 5,0 ml/min. og kjølepumpe-strømningshastigheten var 1750 ml/min.

Sirkulæriteten av fiberen før ekstråksjonen av løsningsmid-delet var 95 % og bruddforlengelsen 175 %. Etter ekstrahering av løsningsmiddelet var de fysikalske egenskaper av fiberen:

Strukturen av den således dannede fiber var generelt kniplingsaktig. Den kniplingsaktige struktur egner seg ikke for en presis kvalitativ beskrivelse med uttrykk anvendt for å beskrive tidligere kjente membraner slik som celler og porer. I den tidligere teknikk, som f.eks. US-PS 4.519.909, relateres celler til kuler og porer vedrører sylindre. I noen henseen-der kan delene av kniplingsstrukturen hvor et hulrom krysser et annet være ekvivalent med en "celle" og selve skjærings-punktet en "pore". Topologisk vedrører slike "celler" i den kniplingsaktige struktur tilstøtende kuler og disse "porer" vedrører sirkler tildannet av deres skjæringspunkt, mens i den tidligere teknikk vedrørte cellene separerte kuler og porene vedrørte de forbindende sylindre.

I tillegg til slike "porer" og "celler" har den kniplingsaktige struktur alveoler som er større hulrom enn celler og disse forbinder med et større antall "celler". Kniplingsstrukturen opptar rommene mellom alveolene.

En typisk kniplingsaktig struktur kan ha hovedsakelig kuleformede "celler" på mellom 0,1 og 5 \ im som har hovedsakelig sirkulære "porer" på 0,1 til 0,5 \ im som forbinder cellene med hverandre. "Porene" forbinder også cellene til alveolene med omtrent 8 til 20 (lm. Vannpermeabilitetstester viste at permeabiliteten av en typisk fiber fra utsiden til lumen var en tredjedel av permeabiliteten fra lumen til utsiden.

Selv om eksempelet er blitt beskrevet i forbindelse med en polypropylen/"Teric" N2-oppløsning, skal det forstås at ekstruderingsprosessen kan anvendes for andre oppløsninger. Soyaolje med eller uten kastorolje kan tilsettes til oppløs-ningen som en koløsningsmiddel og "Synprolam" 35X2 eller "Brij" 92 kan anvendes i stedet for "Teric" N2. "Synprolam" og "Brij" er varebetegnelser. Et løsningsmiddel kan tilsettes til belegningsfluidet.

Overflateporemodifisering kan bevirkes både ved tempera-turs tyring og variasjon av sammensetningen av belegningsfluidet. Membraner kan fremstilles med langstrakte porer i aksialretningen men med symmetrisk morfologi i radiell og omkretsretning. Overflateporøsiteten kan varieres med radiell porøsitet fra en "hinne" helt til fullstendig radiell isotropi og videre til å ha en overflate som er mer porøs enn resten av membranen (revers asymmetri).

Under ékstruderingen blandes belegningsfluidet i vesentlig grad med den smeltede polymer i en større utstrekning enn kjølefluidet blandes når belegningsfluidet utelates.

Belegningsfluidet styrer overflateporøsiteten av membranen. Det varme belegningsfluid demper den plutselige kjøleeffekt av kjølefluidet på blandingen. Belegningsfluidet er en separat del ved koekstruderingen og er verken del av membranekstru-deringen eller kjølekoekstruderingen.

Selv om den nøyaktige mekanisme for strukturdannelsen ikke er klar, synes det som om et væske-væske bikontinuerlig system dannes og som hvis det ble opprettholdt i tilstrekkelig tid ville bli to separate lag. Under denne prosess kan systemet bringes til å passere gjennom en kniplingsaktig struktur etterfulgt av et trinn med nesten kuleformede celler med gjensidig forbindende porer. For en gitt polymer og løsnings-middelblanding avhenger størrelsesområdet for cellene av avkjølingshastigheten og grenseflatespenningen mellom den polymerrike og den polymerfattige fase, mens porestørrelsen avhenger av kjølehastigheten og i mindre grad av molekylvekten av polymeren.

Det bemerkes at fiberen beveger seg ned gjennom kjølerøret med en vesentlig forskjellig lineær hastighet fra kjølefluidet. Den ekstruderte fiber beveger seg med en hastighet som er tre til fire ganger større enn den gjennomsnittlige hastighet av kjølefluidet. En slik hastighetsforskjell beregnet på den gjennomsnittlige hastighet betyr også at fiberen beveger seg med en hastighet omtrent dobbelt så stor som den maksimale hastighet av kjølefluidet. Den gjennomsnittlige og maksimale hastighet av kjølefluidet i det foregående er tatt som hastighet uten noen fiber tilstede.

Selv om det ovennevnte eksempel refererer til bruken av nitrogen som det lumendannende fluid, kan hvilken som helst mettet damp anvendes så vel som en lang rekke forskjellige væsker. Når nitrogen (eller en mettet damp) anvendes, virker denne til å redusere den lumenale overflateporestørrelse, og dette gir større asymmetri. Bruk av en mettet damp har den egenskap at den vil kondensere i lumen under avkjøling, noe som tillater kjølefluidet å passere gjennom de porøse vegger og gi noen grad av mekanisk kompresjon til den størknende membran.

Selv om polypropylen hittil foretrekkes som termoplastisk polymer, kan følgende polymerer anvendes:

(a) polybutylen

(b) polyvinylidendifluorid

(c) polyvinylidendiklorid

(d) polyamid

(e) polyvinylklorid

(f) polystyren

(g) polymetylmetakrylat

(h) polyfenylenoksyd

(i) polyetylentereftalat

(j) polyakrylnitril

(k) celluloseacetat

Bortsett fra "Teric" N2 er et annet løsningsmiddel som kan anvendes "Synprolam" 3 5X2 som er et aminetoksylat med den generelle formel:

hvori x + y = 2 til 50 og R er en blanding av C13 og C15 fettradikaler i det omtrentlige forhold 70:30 hvorav omtrent halvparten er lineære og resten for det meste forgrenede species. I tilfellet av "Synprolam" 35X2 er x + y = 2. Enda et ytterligere løsningsmiddel som kan anvendes er "Brij" 92

som er en polyoksyetylen (2) oleylalkohol. Andre løsnings-midler som kan anvendes ved gjennomføring av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen inkluderer: (a) etyloksylerte derivater av cetyloleylalkohol som "Teric" 17A2, (b) kondensater av etylenoksyd med tallolje som "Teric" T2, (c) selvemulgerende derivater fra fettsyrer med høy molekyl-vekt som "Teric" 124,

(d) sorbitanmonooleat,

(e) sorbitanmonostearat,

(f) sorbitansesquioleat,

(g) POE heksitanfettsyreester,

(h) POE cetyloleylalkohol som "Atlas" G-70140,

(i) "Atmer" 685 ikke-ionisk overflateaktivt middel,

(j) POE (2) cetylalkohol,

(k) POE (2) stearylalkohol,

(1) POE fettalkoholer som "Cirrasol" EN-MB og "Cirrasol"

EN-MP,

(m) POE (2) syntetisk primær C13</C>15 alkohol som "Renex" 702.

"Atlas", "Atmer", "Cirrasol" og "Renex" er varebetegnelser.

Den samme substans kan anvendes som belegningsfluid, lumenfluid og kjølefluid. Det lumendannende fluid kan velges fra en lang rekke forskjellige substanser som soyaolje eller en inert gass som nitrogen. Vann kan anvendes som kjølefluid. Andre substanser som kan anvendes som lumendannende fluid, belegningsfluid og kjølefluid inkluderer:

(a) paraffinolje,

(b) peanøttolje,

(c) teelolje,

(d) bolekoolje,

(e) sennepsolje,

(f) olivenolje,

(g) senekaolje,

(h) kokosnøttolje,

(i) kaffeolje,

(j) rapsolje,

(k) maisolje,

(1) bomullsfrøolje,

(m) glycerol,

(n) glyceryltrioleat,

(o) trimyristin,

C<p>) jojobaolje,

(q) makassarolje,

(r) neemolje,

(s) kastorolje,

(t) orrisrotolje,

(u) saflorolje

(v) olein-, palmitin-, stearin-, arachin-, arachi-don-, behen-, lignocerin-, linol-, linolen-, elaidin-, vaccensyrer og deres glycerider, og blandet med deres natrium-, kalium- og kalsium-salter,

(w) dioktylftalat og andre ftalatestere av alkoholer med seks eller flere karbonatomer.

EKSEMPEL 2

5,2 kg Hoechst polypropylen "PPN" 1060F ble oppløst i 14,6 kg "Teric" N2 sammen med 0,2 kg antioksydasjonsmiddel "Ethanox" 330 og ekstrudert ved en temperatur på 230°C med soyaolje som lumen-, belegnings- og kjølefluider. Kjølefluidtemperaturen var 31,3'C.

Dimensjonene av fiberen var 322 nm lumendiameter og 671 \ Lm utvendig diameter.

Den resulterende fiber hadde en vannpermeabilitet på

106 ml/min/m ved 96 kPa, 367 ml/min/m ved 398 kPa og 478 ml/min/m ved 599 kPa, en midlere porestørrelse på

0,301 nm og 90,7 % porer over 0,16 |im.

EKSEMPEL 3

5,2 kg Hoechst polypropylen "PPN" 1060F ble oppløst i 14,6 kg "Teric" N2 sammen med 0,2 kg antioksydasjonsmiddel "Ethanox" 33 0 og ekstrudert ved en temperatur på 2 30°C med soyaolje som

lumen-, belegnings- og kjølefluider. Kjølefluidtemperaturen var 29,9°C.

Dimensjonene av fiberen var 324 |im lumendiameter og 652 (lm utvendig diameter.

Den resulterende fiber hadde en vannpermeabilitet på

126 ml/min/m ved 96 kPa, 430 ml/min/m ved 398 kPa og 543 ml/min/m ved 599 kPa, og en midlere porestørrelse på 0,3 80 fim og 95,2 % porer over 0,16 \ lm.

EKSEMPEL 4

5,2 kg Hoechst polypropylen "PPN" 1060F ble oppløst i 14,6 kg "Teric" N2 sammen med 0,2 kg antioksydasjonsmiddel "Ethanox" 330 og ekstrudert ved en temperatur på 230'C med soyaolje som lumen-, belegnings- og kjølefluider. Kjølefluidtemperaturen var 31,7'C.

Dimensjonene av fiberen var 323 |lm lumendiameter og 640 [ lm utvendig diameter.

Den resulterende fiber hadde en vannpermeabilitet på

94 ml/min/m ved 95 kPa, 330 ml/min/m ved 396 kPa og 448 ml/min/m ved 598 kPa, en midlere porestørrelse på

0,310 fim og 87,9 % porer over 0,16 Jim.

EKSEMPEL 5

5,2 kg Hoechst polypropylen "PPN" 1060F ble oppløst i 14,6 kg "Teric" N2 sammen med 0,2 kg antioksydasjonsmiddel "Ethanox" 330 og ekstrudert ved en temperatur på 230<*> med soyaolje som lumen-, belegnings- og kjølefluider. Kjølefluidtemperaturen var 31,8<*>C.

Dimensjonene av fiberen var 320 \ im lumendiameter og 627 (im utvendig diameter.

Den resulterende fiber hadde en vannpermeabilitet på

80 ml/min/m ved 98 kPa, 288 ml/min/m ved 399 kPa og

393 ml/min/m ved 600 kPa, en midlere porestørrelse på

0,260 (im og 80,9 % porer over 0", 16 jxm.

EKSEMPEL 6

5,2 kg Hoechst polypropylen "PPN" 1060F ble oppløst i 14,6 kg "Teric<11> N2 sammen med 0,2 kg antioksydas jonsmiddel "Ethanox" 330 og ekstrudert ved en temperatur på 230"C med soyaolje som lumen-, belegnings- og kjølefluider. Kjølefluidtemperaturen var 30,5'C.

Dimensjonene av fiberen var 325 (Xm lumendiameter og 642 Jim utvendig diameter.

Den resulterende fiber hadde en vannpermeabilitet på

73 ml/min/m ved 98 kPa, 288 ml/min/m ved 399 kPa og 393 ml/min/m ved 600 kPa, en midlere porestørrelse på

0,2 60 fim og 80,9 % porer over 0,16 \ uxi.

EKSEMPEL 7

6,75 kg Hoechst polypropylen "PPN" 1060F ble oppløst i 18,25 kg "Teric" N2 sammen med 0,25 kg antioksydasjonsmiddel "Ethanox" 330 og ekstrudert ved en temperatur på 230'C med soyaolje som lumen-, belegnings- og kjølefluider. Kjølefluid-temperaturen var 3 0,1'C.

De nominelle dimensjoner av fiberen var 320 Jim lumendiameter og 650 Jim utvendig diameter.

Den resulterende fiber hadde en vannpermeabilitet på

68 ml/min/m ved 95 kPa, 288 ml/min/m ved 402 kPa og 347 ml/min/m ved 600 kPa, en midlere porestørrelse på

0,270 |im og 80,1 % porer over 0,16 |im.

EKSEMPEL 8

5,2 kg Hoechst polypropylen "PPN" 1060F ble oppløst i 14,6 kg "Teric" N2 sammen med 0,2 kg antioksydasjonsmiddel "Ethanox" 330 og ekstrudert ved en temperatur på 230 'C med soyaolje som

lumen-, belegnings- og kjølefluider. Kjølefluidtemperaturen var 31,5 *C.

Dimensjonene av fiberen var 310 Jim lumendiameter og 599 Jim utvendig diameter.

Den resulterende fiber hadde en vannpermeabilitet på

52 ml/min/m ved 96 kPa, 241 ml/min/m ved 3 97 kPa og

305 ml/min/m ved 598 kPa, en midlere porestørrelse på

0,322 fim og 65,7 % porer over 0,16 (lm.

EKSEMPEL 9

5,2 kg Shell polypropylen "LY" 6100 ble oppløst i en blanding av 9,8 kg soyaolje og 4,6 kg kastorolje sammen med 0,2 kg antioksydasjonsmiddel "Ethanox" 330 og ekstrudert ved en temperatur på 195'C med soyaolje som lumen-, belegnings- og kjølefluider. Kjølefluidtemperaturen var 26,2'C.

De nominelle dimensjoner av fiberen var 32 0 Jim lumendiameter og 650 Jim utvendig diameter.

Den resulterende fiber hadde et boblepunkt på 175 kPa, en midlere porestørrelse på 0,3 Jim og 87,4 % porer over 0,16 Jim.

EKSEMPEL 10

5,2 kg Hoechst polypropylen "PPR" 1070 ble oppløst i en blanding av 9,8 kg soyaolje og 4,6 kg kastorolje sammen med 0,2 kg antioksydasjonsmiddel "Ethanox" 330 og ekstrudert ved en temperatur på 197'C med soyaolje som lumen-, belegnings- og kjølefluider. Kjølefluidtemperaturen var 2 6,0*C.

Den resulterende fiber hadde et boblepunkt på 133 kPa, en midlere porestørrelse på 0,45 Jim og 100,0 % porer over 0,16 Jim.

EKSEMPEL 11

5,2 kg Hoechst polypropylen "PPR" 1060F ble oppløst i en blanding av 10,8 kg soyaolje og 5,0 kg kastorolje og ekstrudert ved en temperatur på 186"C med soyaolje som lumen-, belegnings- og kjølefluider. Kjølefluidtemperaturen var 27,5'c: De nominelle dimensjoner av fiberen var 320 um lumendiameter og 650 um utvendig diameter.

Den resulterende fiber hadde et boblepunkt på 245 kPa, en midlere porestørrelse på 0,19 um og 86,2 % porer over 0,16 |im.

EKSEMPEL 12

5,2 kg Hoechst polypropylen "PPN" 1070 ble oppløst i 14,6 kg "Teric" N2 sammen med 0,2 kg antioksydasjonsmiddel "Ethanox" 330 og ekstrudert ved en temperatur på 196'C med soyaolje som lumen-, belegnings- og kjølefluider. Kjølefluidtemperaturen var 25,4'C.

De nominelle dimensjoner av fiberen var 320 (im lumendiameter og 650 um utvendig diameter.

Den resulterende fiber hadde et boblepunkt på 140 kPa, en midlere porestørrelse på 0,24 um og 89,6 % porer over 0,16 um.

EKSEMPEL 13

4,8 kg Hoechst polypropylen "PPN" 1070 ble oppløst i 15,0 kg "Teric" N2 sammen med 0,2 kg antioksydasjonsmiddel "Ethanox" 330 og ekstrudert ved en temperatur på 198<*>C med soyaolje som lumen-, belegnings- og kjølefluider. Kjølefluidtemperaturen var 20,7<*>C.

De nominelle dimensjoner av fiberen var 320 um lumendiameter og 650 um utvendig diameter.

Den resulterende fiber hadde et boblepunkt på 175 kPa, en midlere porestørrelse på 0,23 |lm og 82,8 % porer over 0,16 um.

EKSEMPEL 14

5,2 kg Hoechst polypropylen "PPN" 1060F ble oppløst i 14,6 kg "Teric<11> N2 sammen med 0,2 kg antioksydas jonsmiddel "Ethanox" 330 og ekstrudert ved en temperatur på 238'C med soyaolje som lumen-, belegnings- og kjølefluider. Kjølefluidtemperaturen var 21,4'C.

Den resulterende fiber hadde et boblepunkt på 280 kPa, en midlere porestørrelse på 0,18 um og 83,4 % porer over 0,16 um.

Claims

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en polymer, porøs hulfiber, omfattende trinnene med: a) oppvarming av en blanding av en termoplastisk polymer og et løsningsmiddel til en temperatur og i en tid slik at polymeren og løsningsmiddelet oppløses gjensidig, b) den smeltede blanding innføres i et ekstruderingshode innrettet til å forme den smeltede blandingen til en hulfiber, c) det innføres et lumendannende fluid i lumen av den formede smeltede blanding, d) den formede smeltede blanding avkjøles i ekstruderingshodet til en temperatur slik at ikke-likevekt væske-væske-faseseparering foregår slik at det dannes en bikontinuerlig matriks av polymeren og løsningsmiddelet hvori polymeren og løsningsmiddelet danner to gjensidig innblandede separate faser med stort grenseflateareal, og e) løsningsmiddelet fjernes fra polymeren, karakterisert ved at f) det innføres et belegningsfluid omkring utsiden av den formede smeltede blanding, og at g) det innføres et kjølefluid omkring belegningsfluidet.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at ekstruderingshodet har en første temperatursone hvori fiberen tildannes og en annen temperatursone hvori den dannede fiber avkjøles og størknes.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at det lumendannende fluid og belegningsfluidet innføres i ekstruderingshodet ved den første temperatursone og kjølefluidet innføres i ekstruderingshodet ved den andre temperatursone.

4. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at diameteren av fiberen reduseres etter dannelsen av hulfiberformen, idet forholdet mellom endelig diameter av fiberen og den initiale diameter er i området fra 0,25 til 10.

5. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at fiberen beveger seg gjennom ekstruderingshodet med en lineær hastighet som er forskjellig fra kjølefluidets hastighet.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at fiberen beveger seg med en hastighet tre til fire ganger større enn den gjennomsnittlige hastighet av kjølefluidet.

7. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det lumendannende fluid er nitrogengass eller en mettet damp.

8. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at belegningsfluidet er soyaolje.

9. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at kjølefluidet er soyaolje.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at kjølefluidet er det samme som belegningsfluidet.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, karakterisert ved at det lumendannende fluid er det samme som belegningsfluidet og kjølefluidet.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert v e~ d at det lumendannende fluid og belegningsfluidet oppvarmes til temperaturen for den smeltede blanding før de innføres i ekstruderingshodet.

13. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at polymeren er polypropylen.

14. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at løsningsmiddelet velges fra gruppen bestående av kationiske, anioniske og ikke-ioniske overflateaktive midler.

15. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at løsningsmiddelet er nonylfenoksyetoksyetanol eller en blanding av soyaolje og kastorolje.

16. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den fiberdannende blanding inkluderer et antioksydasjonsmiddel.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 16, karakterisert ved at anti-oksydasjonsmiddelet velges fra gruppen omfattende (1,3,5-trimetyl-2,4,6-tris-3,5-di-tert-butyl-4-hydroksybenzyl)benzen og en oppløsbar hindret fenol.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at polymeren er polypropylen og løsningsmiddelet er nonylfenoksyetoksyetanol og hvori konsentrasjonen av polymeren i løsningsmiddelet er fra 15 til 50 vekt%.

19. Et ekstruderingshode for tildannelse av en polymer, porøs hulfiber, karakterisert ved at det omfatter en langstrakt kropp som avgrenser en aksial passasje (11,39) (gjen-nomstrømningskanal) for å motta et lumendannende fluid (14), en første ringformet passasje (12,48) (gjennomstrømningskanal) omkring den aksiale passasje for å motta en smeltet blanding (15) hvorfra hulfiberen tildannes, en andre ringformet passasje (13,53) radialt utenfor den første ringformede passasje (12,48) for å motta et belegningsfluid (16) og en tredje ringformet passasje (19) for å motta et kjølefluid og innretninger (20) for å rette kjølefluidet mot utsiden av belegningsfluidet.

20. Ekstruderingshode som angitt i krav 19, karakterisert ved at den aksiale passasje (11,39), den første ringformede passasje (12,48) og den andre ringformede passasje (13,53) befinner seg i en første del (31) av ekstruderingshodet og den tredje ringformede passasje (19) befinner seg i en andre del (32) av ekstruderingshodet.

21. Ekstruderingshode som angitt i krav 20, karakterisert ved ekstruderingshodet har en passasje (68) som forbinder den første og andre del (31,32) og den tredje ringformede passasje (53) er radialt utenfor den forbindende passasje (68) med de dirigerende midler (69) derimellom.

22. Ekstruderingshode som angitt i krav 19, karakterisert ved at den aksiale passasje (39) avsluttes i en dyse (80) som står ut i den første ringformede passasje (48).

23. Ekstruderingshode som angitt i krav 22, karakterisert ved at dysen (80) har et flertall fremspring (81) omkring sin ytre omkrets for å sentrere dysen i forhold til den første ringformede passasje (48).

24. Ekstruderingshode som angitt i krav 19, karakterisert ved at den første ringformede passasje (48) avsmalner innover mot aksen for ekstruderingshodet .

25. Ekstruderingshode som angitt i krav 24, karakterisert ved at den første passasje (48) har en første avsmalnende del (48a) og en andre avsmalnende del (48b) idet den første avsmalnende del har en større vinkel i forhold til aksen enn den andre avsmalnende del.

26. Ekstruderingshode som angitt i krav 19, karakterisert ved at den aksiale passasje (39) og den første ringformede passasje (48) avsluttes i samme posisjon inne i ekstruderingshodet.

27. Ekstruderingshode som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den andre ringformede passasje har en første del (53) med konstant tverrsnitt og en andre del (54) som avsmalner innover mot aksen av den aksiale passasje.

28. Ekstruderingshode som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at de dirigerende midler omfatter en langstrakt ringformet del (67) med en avsmalnende boring (68), idet boringen øker utover i forhold til retningen av fiberstrømmen gjennom ekstruderingshodet.

29. Et anlegg for tildannelse av hulfibre, karakterisert ved at det omfatter: (i) en beholder (90) for å inneholde en smeltet blanding hvorfra fiberen tildannes, (ii) et ekstruderingshode som angitt i ett eller flere av kravene 19 til 28, (iii) innretninger (96,94) for å transportere den smeltede blanding til ekstruderingshodet, (iv) innretninger (119,39) for å tilføre lumendannende fluid til ekstruderingshodet, (v) innretninger (36) for å tilføre fiberbelegningsfluid til ekstruderingshodet, (vi) midler (114,112) for å tilføre kjølevæske til ekstru- - deringshodet, og (vii) midler (91) for a oppvarme den smeltede blanding, det lumendannende fluid og belegningsfluidet til hovedsakelig den samme temperatur.

30. Anlegg som angitt i krav 29, karakterisert ved at det omfatter et filter (98) mellom beholderen (90) og ekstruderingshodet.

31. Anlegg som angitt i krav 29 eller 30, karakterisert ved at det inkluderer fire ekstruderingshoder.