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JP6004120B1 - 中空糸膜の製造方法及び中空糸膜紡糸用ノズル - Google Patents

中空糸膜の製造方法及び中空糸膜紡糸用ノズル Download PDF

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Abstract

中空糸膜の製造において、ノズル外の製膜原液が中空多孔質基材の外周面に被着される地点で製膜原液が中空多孔質基材から剥離すること、及びそれに起因するトラブルの発生を抑制することを目的とする。中空糸膜紡糸用ノズル(1)を用いて、多孔質膜層を形成するための第1の製膜原液(3)及び第2の製膜原液(4)を中空多孔質基材(2)の外周面に塗布し、それら製膜原液を凝固させる紡糸工程を有する中空糸膜の製造方法であって、中空糸膜紡糸用ノズル(1)の製膜原液吐出口(27a)から吐出される第1の製膜原液(3)及び第2の製膜原液(4)の線速度VAに対する、基材繰り出し口(7a)から繰り出される中空多孔質基材(2)の繰り出し速度VBのドラフト比(VB/VA)を1以上6以下とする中空糸膜の製造方法。

Description

本発明は、長尺な中空多孔質基材の外周面に、多孔質膜層を形成可能な製膜原液を塗布して中空糸膜を製造する際に用いられる中空糸膜紡糸用ノズルと、その中空糸膜紡糸用ノズルを用いる中空糸膜の製造方法に関するものである。
近年、環境汚染に対する関心の高まりと規制の強化により、分離の完全性やコンパクト性等に優れた濾過膜を用いた膜法による水処理が注目を集めている。このような水処理の用途において、濾過膜には分離特性や透過性能に優れているのみならず、これまで以上に高い機械物性が要求されている。
耐圧的に優れた多孔質の濾過膜としては、中空多孔質基材の外周面に多孔質膜層が形成された中空糸膜が知られている。
例えば、特許文献1では、丸打ちの紐を液体浸漬浴に通過させて脱泡した後、この丸打ちの紐と、相分離可能な膜形成性樹脂からなる製膜原液とを2重環状構造の中空糸膜紡糸用ノズルから押し出して、湿式又は乾湿式紡糸法で紡糸することにより、中空糸膜を製造する方法が提案されている。
また、特許文献2では、長尺な中空多孔質基材と製膜原液との複合部分に気体が巻き込まれることを抑止し、気体の巻き込みに起因する異常外径部や局所的薄膜化による膜欠陥部の発生を抑制できるようにした中空糸膜紡糸用ノズルが提案されている。該中空糸膜紡糸用ノズルには、挿通される長尺な中空多孔質基材が繰り出される基材繰り出し口と、該基材繰り出し口を囲うように外側に位置し、中空多孔質基材の繰り出し方向に製膜原液を吐出する円環状の製膜原液吐出口とが設けられている。また、該中空糸膜紡糸用ノズルには、ノズル先端から、ノズル外で製膜原液が中空多孔質基材の外周面に被着(複合)される地点までの領域におけるそれらの間の空間に存在する気体を排出するための通路がさらに設けられている。
特開平5−7746号公報 特開2007−126783号公報
上記のような中空糸膜紡糸用ノズルを用いた中空糸膜の製造方法では、設備の振動や中空多孔質基材の送り速度の変動、製膜原液中に混入した気泡や製膜原液の曳糸性の斑等によって、吐出される製膜原液に乱れが生じることがある。このとき、上記特許文献1や特許文献2に記載された中空糸膜の製造方法においては、ノズル外の製膜原液が中空多孔質基材の外周面に被着される地点において、製膜原液が中空多孔質基材から一時的に剥離することがある。
このように、紡糸中にノズル外の製膜原液が中空多孔質基材の外周面に被着される地点で中空多孔質基材から製膜原液が剥離すると、ノズルから一定速度で繰り出されている中空多孔質基材に製膜原液が追随しなくなることで、ノズル外の製膜原液吐出口付近で製膜原液が滴状の大きな塊に成長する。以下、成長した製膜原液の塊を異常吐出部という。
この状態で製膜原液吐出口からの製膜原液の吐出が継続されると、さらに大きく成長した異常吐出部が中空多孔質基材の外周面に再び接触し、中空多孔質基材に対する製膜原液の塗布が再開される。しかし、製膜原液が剥離してから中空多孔質基材の外周面に再び接触するまでの間は、中空多孔質基材の外周面には製膜原液が塗布されていない部分が生じる。また、異常吐出部が中空多孔質基材の外周面に接触した部分では、製膜原液の厚みが局所的に大きくなる。このような製膜原液の塗布斑は、中空糸膜としては欠陥部分となる。
特に、中空糸膜の製造工程において、中空多孔質基材上に大きな異常吐出部が存在すると、製品検査時に欠陥部分として取り除く作業が必要になる。さらに、紡糸工程に続く後工程である洗浄、乾燥、巻取り工程等において、中空糸膜が各装置の狭い開口部を通過する際に異常吐出部で詰まりが生じる、異常吐出部が他錘の中空糸膜に絡んで傷をつける等の工程トラブルを発生させる恐れがある。そのため、できるだけ異常吐出部を発生させないこと、及び、異常吐出部が発生したとしても、できるだけ小さい異常吐出部に留めることが重要となる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、製造時に、ノズル外の製膜原液が中空多孔質基材の外周面に被着される地点で製膜原液が中空多孔質基材から剥離することが抑制され、たとえ製膜原液が剥離しても中空多孔質基材に製膜原液が速やかに再付着するようにして、製膜原液の異常吐出部による欠陥部の発生と後工程におけるトラブルの発生を抑制できる中空糸膜の製造方法、及び中空糸膜紡糸用ノズルを提供しようとするものである。
本発明は、以下の構成を有する。
[1]下記中空糸膜紡糸用ノズルを用いて、多孔質膜層を形成するための製膜原液を中空多孔質基材の外周面に塗布し、該製膜原液を凝固させる紡糸工程を有する中空糸膜の製造方法であって、下記製膜原液吐出口から吐出される前記製膜原液の線速度Vに対する、下記基材繰り出し口から繰り出される前記中空多孔質基材の繰り出し速度Vのドラフト比(V/V)が1以上6以下である、中空糸膜の製造方法。
(中空糸膜紡糸用ノズル)
前記中空多孔質基材が挿通される基材挿通孔と、前記製膜原液が流通される製膜原液流路とが形成され、かつ、前記製膜原液流路を流通した前記製膜原液が吐出される環状の製膜原液吐出口が、前記基材挿通孔を通った前記中空多孔質基材が繰り出される基材繰り出し口を囲うように、前記基材繰り出し口の外側に筒状壁によって隔てられて形成されている中空糸膜紡糸用ノズル。
[2]前記製膜原液吐出口の開口面積が、前記中空多孔質基材の長さ方向に垂直な断面の断面積の3倍以下である、[1]に記載の中空糸膜の製造方法。
[3]前記製膜原液吐出口の開口面積が15mm以下である、[1]又は[2]に記載の中空糸膜の製造方法。
[4]40℃における粘度が30,000mPa・s以上である製膜原液を用いる、[3]に記載の中空糸膜の製造方法。
[5]中空多孔質基材の外周面に、多孔質膜層を形成するための製膜原液を塗布する中空糸膜紡糸用ノズルであって、前記中空多孔質基材が挿通される基材挿通孔と、前記製膜原液が流通される製膜原液流路とが形成され、かつ、前記製膜原液流路を流通した前記製膜原液が吐出される環状の製膜原液吐出口が、前記基材挿通孔を通った前記中空多孔質基材が繰り出される基材繰り出し口を囲うように、該基材繰り出し口の外側に筒状壁によって隔てられて形成され、前記筒状壁の先端部の厚みが0.1mm以上0.75mm以下であり、前記製膜原液吐出口の開口面積が15mm 以下である、中空糸膜紡糸用ノズル。
[6]前記製膜原液吐出口の開口面積が、前記基材挿通孔に挿通される前記中空多孔質基材の長さ方向に垂直な断面の断面積の3倍以下である、[5]に記載の中空糸膜紡糸用ノズル
[7]前記基材繰り出し口の直径が、前記基材挿通孔に挿通される前記中空多孔質基材の直径に対して1.01倍以上1.20倍以下である、[5]又は[6]に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
]前記製膜原液流路における前記製膜原液吐出口寄りに、前記製膜原液吐出口と同じ直径で前記製膜原液吐出口まで延びるストレート部が1mm以上の長さで形成されている、[5]〜[]のいずれかに記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
]前記製膜原液流路における前記製膜原液吐出口寄りに、前記製膜原液吐出口に向かうにつれて直径が小さくなるように、前記製膜原液吐出口まで延びる縮径部が形成されている、[5]〜[]のいずれかに記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
10]前記製膜原液流路内に、前記製膜原液流路を流通する前記製膜原液が分岐及び合流を繰り返しながら内部を通過する分岐合流手段が備えられている、[5]〜[]のいずれかに記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
11]前記製膜原液流路が2つ以上形成され、かつ、それら製膜原液流路が前記製膜原液吐出口寄りで合流して、各々の製膜原液流路を流通する前記製膜原液がノズル内部で積層複合される複合部が形成されている、[5]〜[10]のいずれかに記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
12]前記製膜原液流路が2つ以上形成され、各々の前記製膜原液流路が、前記製膜原液が導入される原液導入部と、前記原液導入部から流通してくる前記製膜原液が前記基材挿通孔の外側で環状に貯液される原液貯液部とを備え、外層側に積層される前記製膜原液が貯液される前記原液貯液部が、内層側に積層される前記製膜原液が貯液される前記原液貯液部よりも下流側となるように、前記基材挿通孔の軸方向にずれて形成されている、[5]〜[11]のいずれかに記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
13]各々の前記原液導入部が、互いに前記基材挿通孔の中心軸周りに60°以上間隔を開けて形成されている、[12]に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
14]前記分岐合流手段が、前記製膜原液が分岐及び合流を繰り返しながら内部を通過する多孔体エレメントである、[11]〜[13]のいずれかに記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
15]前記製膜原液流路が、前記製膜原液が前記基材挿通孔の外側で環状に貯液される原液貯液部を備え、前記分岐合流手段が、前記原液貯液部の内部に粒子が充填された充填層である、[11]〜[13]のいずれかに記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
16]前記製膜原液流路が、前記製膜原液が前記基材挿通孔の外側で環状に貯液される原液貯液部を備え、前記原液貯液部が上下に2段以上に分かれた貯液室を備えている、[11]〜[13]のいずれかに記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
17]前記製膜原液流路に、前記製膜原液のノズル通過を遅らせる遅延手段が設けられており、前記遅延手段が、前記原液貯液部と、前記製膜原液を筒状に賦形する原液賦形部との間で、前記製膜原液を上下に蛇行させる蛇行部である、[12]に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
本発明によれば、ノズル外の製膜原液が中空多孔質基材の外周面に被着される地点で製膜原液が中空多孔質基材から剥離することを抑制でき、たとえ製膜原液が剥離しても中空多孔質基材に製膜原液が速やかに再付着するようにして、製膜原液の異常吐出部による欠陥部の発生と後工程におけるトラブルの発生を抑制することができる。
本発明の一実施形態の中空糸膜紡糸用ノズルの模式的な縦断面図である。 本発明の一実施形態の中空糸膜紡糸用ノズルの図1のA矢視に対応する端面図である。 本発明の一実施形態の中空糸膜紡糸用ノズルの図1のA矢視に対応する端面図に、中空多孔質基材と製膜原液の断面を加えた図である。 図1の中空糸膜紡糸用ノズルのB−B断面図である。 図1の中空糸膜紡糸用ノズルのC−C断面図である。 図1の中空糸膜紡糸用ノズルのD−D断面図である。 本発明の他の実施形態の中空糸膜紡糸用ノズルの模式的な縦断面図である。 本発明の他の実施形態の中空糸膜紡糸用ノズルの模式的な縦断面図である。 本発明の他の実施形態の中空糸膜紡糸用ノズルにおける第2ノズルブロック部分の模式的な横断面図である。 本発明の他の実施形態の中空糸膜紡糸用ノズルの模式的な縦断面図である。 本発明の他の実施形態の中空糸膜紡糸用ノズルにおける第2ノズルブロック部分の模式的な平面図である。 本発明の他の実施形態の中空糸膜紡糸用ノズルの模式的な縦断面図である。
[中空糸膜紡糸用ノズル]
本発明の中空糸膜紡糸用ノズルは、中空多孔質基材(支持体)の外周面に多孔質膜層が形成された中空糸膜を製造するためのものである。本発明の中空糸膜紡糸用ノズルは、単層の多孔質膜層を備える中空糸膜を製造するためのものであってもよく、二層以上の多孔質膜層を備える中空糸膜を製造するためのものであってもよい。
以下、本発明の中空糸膜の製造方法に用いる本発明の中空糸膜紡糸用ノズルの一例を示して説明する。
本実施形態に係る中空糸膜紡糸用ノズル1(以下、紡糸用ノズル1という。)は、中空多孔質基材の外周面に内層と外層からなる2層構成の多孔質膜層が形成された中空糸膜を製造するための中空糸膜紡糸用ノズルである。この例の紡糸用ノズル1は、図1に示すように、中空多孔質基材2が挿入される基材挿入孔10が上下方向に形成された金属製の導入プレート11の下流側の端面に、ビス等によって脱着可能に取り付けられるようになっている。
導入プレート11は平面視で円形状であり、その軸心に沿って基材挿入孔10が形成されている。基材挿入孔10は、導入プレート11の上流側の端面から下流側の端面まで貫通している。
導入プレート11には、基材挿入孔10に加えて、製膜原液が導入される第1の導入孔12と第2の導入孔13が形成されている。第1の導入孔12と第2の導入孔13は、平面視で導入プレート11における基材挿入孔10よりも外側にそれぞれ離間して位置し、導入プレート11の上流側の端面から下流側の端面まで基材挿入孔10と並行するように形成されている。
第1の導入孔12には、多孔質膜層の内層を形成するための第1の製膜原液3が導入される。第2の導入孔13には、多孔質膜層の外層を形成するための第2の製膜原液4が導入される。
紡糸用ノズル1は、導入プレート11側から順に三段に重ねられた円柱状の第1ノズルブロック5A、第2ノズルブロック5B及び第3ノズルブロック5Cを備えるノズル本体5を備えている。
ノズル本体5の材質としては、種々の材質を選択することができ、耐熱性、耐食性、強度等の観点からは、ステンレス鋼材(SUS)が好ましい。
第1ノズルブロック5Aは、図1及び図4〜6に示すように、円柱状のブロック本体51と、ブロック本体51における導入プレート11と反対側の端面の中央から突出するように一体に設けられた円筒状の筒状突起6と、を備えている。
筒状突起6は、基端側の大径部6aと、先端側の小径部6bとを備えている。大径部6aの軸心と、小径部6bの軸心は一致している。
筒状突起6の内部は、中空多孔質基材2が挿通される基材挿通孔7となっている。基材挿通孔7は、筒状突起6の先端からブロック本体51の導入プレート11側の端面まで形成されており、導入プレート11に形成された基材挿入孔10と連通している。筒状突起6の先端には、図1及び図2に示すように、基材挿通孔7を通った中空多孔質基材2が繰り出される基材繰り出し口7aが形成されている。導入プレート11の基材挿入孔10に挿入された中空多孔質基材2は、第1ノズルブロック5Aの基材挿通孔7を通って基材繰り出し口7aから外部に繰り出される。例えば、紡糸用ノズル1の下流側に設置される巻取りローラによって基材繰り出し口7aから中空多孔質基材2を連続的に引き出す態様等を採用することができる。
基材繰り出し口7aの直径c(図2)は、基材挿通孔7に挿通される中空多孔質基材2の直径に対して、1.01倍以上1.20倍以下が好ましく、1.05倍以上1.15倍以下がより好ましい。基材繰り出し口7aの直径が前記下限値以上であれば、基材挿通孔内での基材の引っ掛かりが抑制され、基材の繰り出し安定性が向上する。基材繰り出し口7aの直径が前記上限値以下であれば、製膜原液吐出口27aから吐出された第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が中空多孔質基材2の外周面に被着するときの角度が浅くなる。
第2ノズルブロック5Bは、図1、図5及び図6に示すように、円柱状のブロック本体52と、ブロック本体52における導入プレート11と反対側の端面の中央から突出するように一体に設けられた円筒状の筒状突部8と、を備えている。
ブロック本体52におけるブロック本体51側の端面には、平面視形状が円形状の凹部20が形成されている。凹部20は、その内径が筒状突起6における大径部6aの外径よりも大きく、凹部20の内壁面が大径部6aを取り囲むように形成されている。ノズル本体5の内部における凹部20と大径部6aの間の空間が、円環状の第1の原液貯液部21とされている。円環状の第1の原液貯液部21の中心は、筒状突起6における大径部6aの軸心と一致している。
図1及び図4に示すように、第1ノズルブロック5Aのブロック本体51と第2ノズルブロック5Bのブロック本体52とが重なった部分には、第1の原液導入部14が形成されている。第1の原液導入部14は、平面視でブロック本体51における基材挿通孔7の外側で、かつブロック本体52における凹部20の外周部分に対応するように位置し、ブロック本体51の上流側の端面から凹部20と通じるように、基材挿通孔7と並行して形成されている。第1の原液導入部14の底面は凹部20の底面と面一になっている。
第1の原液導入部14は、第1の導入孔12と連通しており、第1の導入孔12に導入された第1の製膜原液3が流入してくるようになっている。
第1の原液導入部14の長さ方向に垂直な断面形状は、円形状が好ましい。なお、第1の原液導入部14の断面形状は円形状には限定されない。また、第1の原液導入部14の直径は特に限定されない。
第1の原液導入部14を流通してきた第1の製膜原液3は、第1の原液貯液部21に流入するようになっている。第1の原液貯液部21では、第1の原液導入部14から流入してきた第1の製膜原液3が、筒状突起6における大径部6aの周囲で円環状に貯液される。具体的には、第1の原液導入部14から第1の原液貯液部21に流入してきた第1の製膜原液3は、第1の原液貯液部21内で二手に分岐してそれぞれ円弧状に流れ、第1の原液導入部14と反対側で合流して円環状とされる。
平面視における筒状突部8の中央には、凹部20と連通し、筒状突部8の先端面まで延びる貫通孔22が形成されている。貫通孔22は、その内径が筒状突起6における小径部6bの外径よりも大きく、貫通孔22の内壁面が小径部6bを取り囲むように形成されている。貫通孔22と小径部6bの間の空間が、円筒状の第1の原液賦形部23とされている。円筒状の第1の原液賦形部23の軸心は、筒状突起6における小径部6bの軸心と一致している。
第1の原液貯液部21において円環状とされた第1の製膜原液3は、第1の原液賦形部23に流入して円筒状に賦形される。
図1及び図6に示すように、第3ノズルブロック5Cにおけるブロック本体52側の端面には、平面視形状が円形状の凹部24が形成されている。凹部24は、その内径が筒状突部8の外径よりも大きく、凹部24の内壁面が筒状突部8を取り囲むように形成されている。ノズル本体5の内部における凹部24と筒状突部8の間の空間が、円環状の第2の原液貯液部25とされている。円環状の第2の原液貯液部25の中心は、筒状突起6における小径部6bの軸心と一致している。
紡糸用ノズル1では、第2ノズルブロック5Bのブロック本体52に第1の原液貯液部21が形成され、第2ノズルブロック5Bよりも下側の第3ノズルブロック5Cに第2の原液貯液部25が形成されている。すなわち、外層側に積層される第2の製膜原液4が貯液される第2の原液貯液部25が、内層側に積層される第1の製膜原液3が貯液される第1の原液貯液部21よりも下流側となるように、基材挿通孔7の軸方向にずれて形成されている。本発明では、紡糸用ノズル1のように、外層側に積層される製膜原液が貯液される原液貯液部が、内層側に積層される製膜原液が貯液される原液貯液部よりも下流側となるように、基材挿通孔の軸方向にずれて形成されている。これにより、ノズルを幅方向にコンパクトに設計でき、製膜装置の操作性ならびに生産性を向上できる。
第1ノズルブロック5Aのブロック本体51と第2ノズルブロック5Bのブロック本体52と第3ノズルブロック5Cとが重なった部分には、第2の原液導入部15が形成されている。第2の原液導入部15は、平面視でブロック本体51及びブロック本体52における第1の原液導入部14よりも外側で、かつ第3ノズルブロック5Cにおける凹部24の外周部分に対応するように位置し、ブロック本体51の上流側の端面から凹部24と通じるように、基材挿通孔7と並行して形成されている。第1の原液導入部14の底面は凹部24の底面と面一になっている。
第2の原液導入部15は、第2の導入孔13と連通しており、第2の導入孔13に導入された第2の製膜原液4が流入してくるようになっている。
第2の原液導入部15の長さ方向に垂直な断面形状は、円形状が好ましい。なお、第2の原液導入部15の断面形状は円形状には限定されない。また、第2の原液導入部15の直径は特に限定されない。
この例では、第1の原液導入部14と第2の原液導入部15は、平面視で基材挿通孔7と第1の原液導入部14と第2の原液導入部15とが一直線に並ぶように形成されている。
本発明では、複数の原液導入部のそれぞれが、平面視で互いに基材挿通孔の中心軸周りに60°以上間隔を開けて形成されていてもよい。複数の原液導入部このように形成されている態様は、軸方向に沿った割れの起点を層間で分散でき、割れの形成を抑制できる点で好ましい。
第2の原液導入部15を流通してきた第1の製膜原液3は、第2の原液貯液部25に流入するようになっている。第2の原液貯液部25では、第2の原液導入部15から流入してきた第2の製膜原液4が、筒状突部8の周囲で円環状に貯液される。具体的には、第2の原液導入部15から第2の原液貯液部25に流入してきた第2の製膜原液4は、第2の原液貯液部25内で二手に分岐してそれぞれ円弧状に流れ、第2の原液導入部15と反対側で合流して円環状とされる。
平面視における第3ノズルブロック5Cの中央には、凹部24と連通し、第2ノズルブロック5Bと反対側の端面まで延びる貫通孔26が形成されている。貫通孔26は、その内径が筒状突起6における小径部6bの外径よりも大きく、貫通孔26の内壁面が小径部6bを取り囲むように形成されている。また、貫通孔26の内径は、貫通孔22の内径よりもわずかに大きくなっている。
ノズル本体5の内部における貫通孔22と小径部6bの間の空間が、円筒状の複合部27とされている。円筒状の複合部27の軸心は、筒状突起6における小径部6bの軸心と一致している。
第2の原液貯液部25において円環状とされた第2の製膜原液4は、複合部27に流入し、円筒状に賦形されつつ、第1の製膜原液3の外側に積層複合される。
図1〜3に示すように、第3ノズルブロック5Cにおける第2ノズルブロック5Bと反対側の端面には、複合部27の開口端である円環状の製膜原液吐出口27aが形成されている。
製膜原液吐出口27aは、基材繰り出し口7aを囲うようにして基材繰り出し口7aの外側に位置し、筒状突起6の小径部6bにおける先端部を形成する筒状壁6cによって隔てられた状態で形成されている。
このように、ノズル本体5の内部には、第1の原液導入部14、第1の原液貯液部21及び第1の原液賦形部23を含む第1の製膜原液流路28と、第2の原液導入部15、第2の原液貯液部25を含む第2の製膜原液流路29が形成されている。そして、第1の製膜原液流路28と第2の製膜原液流路29は、ノズル本体5内の製膜原液吐出口27a寄りの複合部27で合流している。
製膜原液吐出口27aからは、第1の製膜原液流路28を流通してきた第1の製膜原液3と、第2の製膜原液流路29を流通し、複合部27で第1の製膜原液3の外側に積層複合された第2の製膜原液4とが、円筒状に吐出される。製膜原液吐出口27aから吐出された円筒状の第1の製膜原液3と第2の製膜原液4は、基材繰り出し口7aから繰り出された中空多孔質基材2の外周面に連続して被着される。
筒状壁6cの先端部の厚みa(図2)は、0.1mm以上0.75mm以下が好ましく、0.25mm以上0.60mm以下がより好ましい。
筒状壁6cの厚みaが前記範囲内であれば、製膜原液吐出口27aから吐出された第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が中空多孔質基材2の外周面に被着するときの角度が浅くなる。また、被着した第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が中空多孔質基材2によって斜めに引っ張られる際の角度も浅くなる。これにより、第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が安定して中空多孔質基材2の外周面に被着される。また、筒状壁6cの厚みaが前記範囲内であれば、製膜原液吐出口27aから吐出された第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が中空多孔質基材2の外周面に被着されるまでの距離が短くなる。そのため、製膜原液吐出口27aから吐出されてから中空多孔質基材2の外周面に被着されるまでの間で第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が不安定な状態にある時間が短くなる。
これらのことから、紡糸用ノズル1外の第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が中空多孔質基材2の外周面に被着される地点において、第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が中空多孔質基材2から剥離することが抑制されやすくなる。
また、筒状壁6cの厚みaが前記範囲内であれば、たとえ製造中に、第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が中空多孔質基材2の外周面で被着される地点で該外周面から剥離した場合でも、それにより形成される異常吐出部と中空多孔質基材2の外周面との距離が短い。そのため、異常吐出部が中空多孔質基材2の外周面に再度接触するまでの時間が短くなる。このように、第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が中空多孔質基材2から剥離した場合でも、より速やかに再付着し、異常吐出部がより小さくなる。
また、筒状壁6cの厚みaが前記範囲内であれば、筒状突起6の先端部において充分な耐圧強度を確保することも容易になる。
製膜原液吐出口27aの開口面積d(図2)は、基材挿通孔7に挿通される中空多孔質基材2の長さ方向に垂直な断面の断面積の3倍以下であることが好ましく、1〜2.5倍であることがより好ましい。これにより、紡糸用ノズル1外の第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が中空多孔質基材2の外周面に被着される地点において、第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が中空多孔質基材2から剥離することが抑制されやすくなる。
製膜原液吐出口27aの開口面積d(図2)は、15mm以下が好ましく、1mm以上15mm以下が好ましい。製膜原液吐出口27aの開口面積が15mm以下であれば、紡糸用ノズル1外の第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が中空多孔質基材2の外周面に被着される地点において、第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が中空多孔質基材2から剥離することが抑制されやすい。
製膜原液吐出口27aの外径b(図2)は、1〜6mmが好ましく、2〜5mmがより好ましい。
本発明では、製膜原液流路における製膜原液吐出口寄りに、製膜原液吐出口と同じ直径で製膜原液吐出口まで延びるストレート部が1mm以上の長さで形成されていることが好ましい。この例では、第1の製膜原液流路28及び第2の製膜原液流路29における製膜原液吐出口27a寄りの複合部27が、製膜原液吐出口27aと同じ直径で、製膜原液吐出口27aから1mm以上延びるストレート部を有するようにすることが好ましい。これにより、製膜原液の下方への吐出を安定して行うことができる。
また、本発明では、製膜原液流路における製膜原液吐出口寄りに、製膜原液吐出口に向かうにつれて直径が小さくなるように、製膜原液吐出口まで延びる縮径部が形成されていることも好ましい。例えば、第1の製膜原液流路28及び第2の製膜原液流路29における製膜原液吐出口27a寄りの複合部27が、製膜原液吐出口27aに向かうにつれて直径が小さくなるように、製膜原液吐出口27aまで延びる縮径部を有するようにすることも好ましい。これにより、製膜原液が狭い流路を通る長さを短くできるため、製膜原液を吐出するための必要圧力をより低くでき、生産安定性を向上できる。
本発明では、製膜原液流路内に、製膜原液流路を流通する製膜原液が分岐及び合流を繰り返しながら内部を通過する分岐合流手段が備えられていることが好ましい。これにより、製造される中空糸膜の多孔質膜層に、軸方向に沿った割れの起点が形成されることが抑制される。
分岐合流手段としては、例えば、製膜原液が分岐及び合流を繰り返しながら内部を通過する多孔体エレメントが挙げられる。
多孔体エレメントとしては、例えば、国際公開第2012/070629号で挙げられているものが挙げられ、三次元網目構造を有する多孔質体であることが好ましい。三次元網目構造を有する多孔質体とは、製膜原液が内部を通過する際に直線的には流れず、上下方向や横方向に分岐しながら通過する三次元的な流路が形成された構造の多孔質体である。
多孔体エレメントとしては、強度、熱伝導性、耐薬品性、構造均一性の点から、金属微粒子の焼結体であることが好ましい。なお、多孔体エレメントは金属微粒子の焼結体には限定されず、金属繊維の焼結体、金属メッシュの積層体や焼結積層体、セラミック多孔体、多孔板の積層体や焼結積層体、金属微粒子の充填体等であってもよい。
多孔体エレメントは円筒状で、製膜原液が多孔体エレメントの外周面から内周面に向かって通過するようにすることが好ましい。本発明では、原液貯液部内に円筒状の多孔体エレメントを設けることが特に好ましい。
多孔体エレメントを備える中空糸膜用紡糸用ノズルとしては、例えば、図7に例示した中空糸膜紡糸用ノズル100(以下、紡糸用ノズル100という。)が挙げられる。
紡糸用ノズル100は、上から順に三段に重ねられた第1ノズルブロック111、第2ノズルブロック112及び第3ノズルブロック113を備えるノズル本体110を備えている。第1ノズルブロック111と、第2ノズルブロック112及び第3ノズルブロック113は、紡糸用ノズル1における第1ノズルブロック5A、第2ノズルブロック5B及び第3ノズルブロック5Cと同様の態様になっている。
第1ノズルブロック111における、ブロック本体111aと円筒状の筒状突起111bの内部に、中空多孔質基材が挿通される基材挿通孔114が形成されている。筒状突起111bの先端には、基材挿通孔114を通った中空多孔質基材が繰り出される基材繰り出し口114aが形成されている。
ノズル本体110の内部における、第2ノズルブロック112のブロック本体112aに形成された凹部115と、筒状突起111bの大径部111cとの間の空間が、円環状の第1の原液貯液部132とされている。第1ノズルブロック111のブロック本体111aと第2ノズルブロック112のブロック本体112aには、第1の原液貯液部132に通じる第1の原液導入部131が形成されている。第2ノズルブロック112の筒状突部112bに形成された貫通孔116と、筒状突起111bの小径部111dとの間の空間が、円筒状の第1の原液賦形部133とされている。
第1の原液貯液部132には、円筒状の多孔体エレメント117が設けられている。
また、ノズル本体110の内部における、第3ノズルブロック113に形成された凹部118と筒状突部112bの間の空間が、円環状の第2の原液貯液部142とされている。第1ノズルブロック111のブロック本体111a、第2ノズルブロック112のブロック本体112a、及び第3ノズルブロック113には、第2の原液貯液部142に通じる第2の原液導入部141が形成されている。第3ノズルブロック113に形成された貫通孔119と、筒状突起111bの小径部111dとの間の空間が、円筒状の複合部143とされている。第3ノズルブロック113の下端面には、複合部143の開口端である円環状の製膜原液吐出口143aが形成されている。
第2の原液貯液部142には、円筒状の多孔体エレメント120が設けられている。
製膜原液吐出口143aは、基材繰り出し口114aを囲うようにして基材繰り出し口114aの外側に位置し、筒状突起111bの小径部111dにおける先端部を形成する筒状壁111eによって隔てられた状態で形成されている。
筒状壁111eの先端部の厚みは、0.1mm以上0.75mm以下が好ましく、0.25mm以上0.60mm以下がより好ましい。
紡糸用ノズル100では、第1の原液導入部131、第1の原液貯液部132及び第1の原液賦形部133を含む第1の製膜原液流路130と、第2の原液導入部141、第2の原液貯液部142を含む第2の製膜原液流路140が形成されている。そして、第1の製膜原液流路130と第2の製膜原液流路140は複合部143で合流している。
第1の原液導入部131を流通してきた第1の製膜原液は、第1の原液貯液部132に流入して多孔体エレメント117の外側で円環状とされる。円環状とされた第1の製膜原液は、多孔体エレメント117内を外周面から内周面に向かって細かい分岐及び合流を繰り返しながら通過し、第1の原液賦形部133へと流入する。
また、第2の原液導入部141を流通してきた第2の製膜原液は、第2の原液貯液部142に流入して多孔体エレメント120の外側で円環状とされる。円環状とされた第2の製膜原液は、多孔体エレメント120内を外周面から内周面に向かって細かい分岐及び合流を繰り返しながら通過し、複合部143へと流入する。複合部143では、第1の原液賦形部133から流入してきた第1の製膜原液の外側に第2の製膜原液が積層複合され、製膜原液吐出口143aから吐出される。製膜原液吐出口143aから吐出された第1の製膜原液及び第2の製膜原液は、基材繰り出し口114aから繰り出された中空多孔質基材の外周面に連続して被着される。
分岐合流手段としては、例えば、原液貯液部の内部に粒子が充填された充填層を採用することもできる。
粒子の形状としては、例えば、球状、矩形状、フィラー状、不均一な三次元構造物等が挙げられる。
粒子の材質は特に限定されず、ステンレス鋼、合金等の金属;ガラス、セラミック等に代表される無機物;テフロン(登録商標)、ポリエチレン等の製膜原液に侵されない樹脂等が挙げられる。粒子の具体例としては、例えば、鋼球等が挙げられる。
粒子の大きさ及び数は、適宜決定できる。
充填層の高さは、適宜決定できる。
充填層を備える中空糸膜用紡糸用ノズルとしては、例えば、図8及び図9に例示した中空糸膜紡糸用ノズル200(以下、紡糸用ノズル200という。)が挙げられる。紡糸用ノズル200は、中空多孔質基材の外側に1層の多孔質膜層が積層された中空糸膜を製造する紡糸用ノズルである。
紡糸用ノズル200は、上から順に二段に重ねられた第1ノズルブロック211及び第2ノズルブロック212を備えるノズル本体210を備えている。
第1ノズルブロック211における、ブロック本体211aと、ブロック本体211aから下方に突出する円筒状の筒状突起211bとの内部に、中空多孔質基材が挿通される基材挿通孔213が形成されている。筒状突起211bの先端には、基材挿通孔213を通った中空多孔質基材が繰り出される基材繰り出し口213aが形成されている。
ノズル本体210の内部における、第2ノズルブロック212の上側部分に形成された凹部214と筒状突起211bの間の空間が、円環状の原液貯液部222とされている。第1ノズルブロック211及び第2ノズルブロック212には、原液貯液部222に通じる原液導入部221が形成されている。第2ノズルブロック212の下側部分には、凹部214と通じる貫通孔215が形成されている。ノズル本体210の内部における、貫通孔215と筒状突起211bとの間の空間が、円筒状の原液賦形部223とされている。第2ノズルブロック212の下端面には、原液賦形部223の開口端である円環状の製膜原液吐出口223aが形成されている。原液貯液部222内には、粒子216が充填された充填層217が形成されている。
製膜原液吐出口223aは、基材繰り出し口213aを囲うようにして基材繰り出し口213aの外側に位置し、筒状突起211bの先端部を形成する筒状壁211cによって隔てられた状態で形成されている。
筒状壁211cの先端部の厚みは、0.1mm以上0.75mm以下が好ましく、0.25mm以上0.60mm以下がより好ましい。
紡糸用ノズル200では、このように、原液導入部221、原液貯液部222及び原液賦形部223を含む製膜原液流路220が形成されている。
原液導入部221を流通してきた製膜原液は、原液貯液部222に流入し、充填層217中を下方に向かって細かい分岐及び合流を繰り返しながら通過した後、原液賦形部223へと流入して製膜原液吐出口223aから吐出される。製膜原液吐出口223aから吐出された製膜原液は、基材繰り出し口213aから繰り出された中空多孔質基材の外周面に連続して被着される。
本発明の中空糸膜紡糸用ノズルにおいては、製膜原液流路が原液貯液部を備える場合、原液貯液部が上下に2段以上に分かれた貯液室を備えていてもよい。これにより、製造される中空糸膜の多孔質膜層に、軸方向に沿った割れの起点が形成されることが抑制される。
例えば、本発明の中空糸膜紡糸用ノズルは、図10及び図11に例示した中空糸膜紡糸用ノズル300(以下、紡糸用ノズル300という。)であってもよい。
紡糸用ノズル300は、上から順に三段に重ねられた第1ノズルブロック311、第2ノズルブロック312及び第3ノズルブロック313を備えるノズル本体310を備えている。
第1ノズルブロック311における、ブロック本体311aと、ブロック本体311aから下方に突出する円筒状の筒状突起311bの内部に、中空多孔質基材が挿通される基材挿通孔314が形成されている。筒状突起311bの先端には、基材挿通孔314を通った中空多孔質基材が繰り出される基材繰り出し口314aが形成されている。
ノズル本体310の内部における、第2ノズルブロック312のブロック本体312aの上側部分に形成された凹部315と、筒状突起311bの大径部311cとの間の空間が、第1の貯液室322aとされている。また、第3ノズルブロック313の上側部分に形成された凹部317と、第2ノズルブロック312の筒状突部312bとの間の空間が、第2の貯液室322bとされている。
第1ノズルブロック311のブロック本体311aには、第1の貯液室322aに通じる原液導入部321が形成されている。また、第2ノズルブロック312のブロック本体312aには、第1の貯液室322aを形成するブロック本体312aの内壁面に沿うように、第1の貯液室322aから第2の貯液室322bまで通じる8個の供給路323が形成されている。このように、紡糸用ノズル300では、上下に2段の第1の貯液室322aと第2の貯液室322bに分かれた原液貯液部322を備えている。
第1の貯液室322aは、平面視で断面円環状の円環部325aと、円環部325aからブロック本体312aの内壁面が外側に向かって窪むように形成された8つの外周部325bとを備えている。8つの供給路323は、第1の貯液室322aにおける8つの外周部325bにそれぞれ形成されている。平面視において、第1の貯液室322aにおける1つの外周部325bの位置と、原液導入部321の位置とが一致している。
また、この例では、8つの外周部325bは、原液導入部321が配置されている側からその反対側に向かって、各外周部325bの底面が段階的に低くなるように形成されている。このように各外周部325bに段差を設けることで、各供給路323からより均等に製膜原液が第2の貯液室322bに供給されるようになっている。
第2の貯液室322bは、平面視で断面円環状の円環部325cと、円環部325cにおける上部において第3ノズルブロックの内壁面が外側に向かって窪むように形成された8つの外周部325dとを備えている。8つの供給路323から8つの外周部325dのそれぞれに製膜原液が供給されるようになっている。
ノズル本体310の内部における、第2ノズルブロック312の筒状突部312bに形成された貫通孔316と、筒状突起311bの小径部311dとの間の空間、及び第3ノズルブロック313の下側部分に凹部317と連通するように形成された貫通孔318と、筒状突起311bの小径部311dとの間の空間が、円筒状の原液賦形部324とされている。第3ノズルブロック313の下端面には、原液賦形部324の開口端である円環状の製膜原液吐出口324aが形成されている。
製膜原液吐出口324aは、基材繰り出し口314aを囲うようにして基材繰り出し口314aの外側に位置し、筒状突起311bの小径部311dにおける先端部を形成する筒状壁311eによって隔てられた状態で形成されている。
筒状壁311eの先端部の厚みは、0.1mm以上0.75mm以下が好ましく、0.25mm以上0.60mm以下がより好ましい。
紡糸用ノズル300では、このように、原液導入部321、原液貯液部322及び原液賦形部324を含む製膜原液流路320が形成されている。
原液導入部321を流通してきた製膜原液は、原液貯液部322の第1の貯液室322aに流入し、一部が円環状とされて原液賦形部324に流入しつつ、残部が各供給路323から第2の貯液室322bに供給される。第2の貯液室322bに供給された製膜原液は円環状とされて原液賦形部324に流入する。そして、原液賦形部324を流通してきた製膜原液が製膜原液吐出口324aから吐出され、基材繰り出し口314aから繰り出された中空多孔質基材の外周面に連続して被着される。
また、本発明では、製膜原液流路に、製膜原液のノズル通過を遅らせる遅延手段が設けられていることが好ましい。前記遅延手段としては、原液貯液部と原液賦形部の間で、製膜原液を上下に蛇行させる蛇行部が好ましい。
本発明の中空糸膜紡糸用ノズルは、図12に例示した中空糸膜紡糸用ノズル400(以下、紡糸用ノズル400という。)であってもよい。
紡糸用ノズル400は、上から順に三段に重ねられた第1ノズルブロック411、第2ノズルブロック412及び第3ノズルブロック413を備えるノズル本体410を備えている。
第1ノズルブロック411における、ブロック本体411aと、ブロック本体411aから下方に突出する円筒状の筒状突起411bの内部に、中空多孔質基材が挿通される基材挿通孔414が形成されている。筒状突起411bの先端には、基材挿通孔414を通った中空多孔質基材が繰り出される基材繰り出し口414aが形成されている。
第1ノズルブロック411におけるブロック本体411aの下端側には、筒状突起411bを囲うように円環状の凹部415が形成されている。ノズル本体410の内部における凹部415と第2ノズルブロック412との間の空間が第1の原液貯液部432とされている。ブロック本体411aには、第1の原液貯液部432に通じる第1の原液導入部431が形成されている。
第2ノズルブロック412の上側には、平面視形状が円形状の凹部416が形成されている。凹部416は、第2ノズルブロック412の内壁面が筒状突起411bを取り囲むように形成されている。凹部416の中央部には、第2ノズルブロック412の下端面に通じる貫通孔417が形成されている。
第1ノズルブロック411の下端面からは、筒状突起411bを囲うように、かつ凹部415内に入り込むように垂下された円筒状の第1の堰418が形成されている。第1の堰418の先端は凹部416の底面から離間している。また、第2ノズルブロック412の凹部416の底面における貫通孔417の周囲には、第1の堰418内に入り込むように立ち上がる第2の堰419が形成されている。第2の堰419の先端は第1ノズルブロック411の下端面から離間している。これにより、凹部416内には、第1の原液貯液部432から流入してきた製膜原液を、その形状を円環状に維持した状態で中心に向かって上下に蛇行させる蛇行部433が形成されている。
ノズル本体410の内部における、貫通孔417と筒状突起411bとの間の空間が、円筒状の第1の原液賦形部434とされている。
第2ノズルブロック412の下端側には、凹部416よりも外側に、筒状突起411bを囲うように円環状の凹部420が形成されている。ノズル本体410の内部における凹部420と第3ノズルブロック413との間の空間が第2の原液貯液部442とされている。第1ノズルブロック411のブロック本体411aと第2ノズルブロック412には、第2の原液貯液部442に通じる第2の原液導入部441が形成されている。
第3ノズルブロック413の上側には、平面視形状が円形状の凹部421が形成されている。凹部421は、第3ノズルブロック413の内壁面が筒状突起411bを取り囲むように形成されている。凹部421の中央部には、第3ノズルブロック413の下端面に通じる貫通孔422が形成されている。
凹部421内には、平面視で中心に向かって交互となるように、第2ノズルブロック412の下端面と凹部421の底面のそれぞれから突出する円筒状の第1の堰423と第2の堰424が2つずつ筒状突起411bを囲うように形成されている。第1の堰423の先端は凹部421の底面から離間している。第2の堰424の先端は第2ノズルブロック412の下端面から離間している。これにより、凹部421内には、第2の原液貯液部442から流入してきた製膜原液を、その形状を円環状に維持した状態で中心に向かって上下に蛇行させる蛇行部443が形成されている。
ノズル本体410の内部における、貫通孔422と筒状突起411bとの間の空間が、円筒状の複合部444とされている。第3ノズルブロック413の下端面には、複合部444の開口端である円環状の製膜原液吐出口444aが形成されている。
製膜原液吐出口444aは、基材繰り出し口414aを囲うようにして基材繰り出し口414aの外側に位置し、筒状突起411bの先端部を形成する筒状壁411cによって隔てられた状態で形成されている。
筒状壁411cの先端部の厚みは、0.1mm以上0.75mm以下が好ましく、0.25mm以上0.60mm以下がより好ましい。
紡糸用ノズル400では、第1の原液導入部431、第1の原液貯液部432、蛇行部433及び第1の原液賦形部434を含む第1の製膜原液流路430と、第2の原液導入部441、第2の原液貯液部442及び蛇行部443を含む第2の製膜原液流路440が形成されている。そして、第1の製膜原液流路430と第2の製膜原液流路440は複合部444で合流している。
第1の原液導入部431を流通してきた第1の製膜原液は、第1の原液貯液部432に流入して円環状とされる。そして、蛇行部433に流入した第1の製膜原液は上下に蛇行しながら流通し、第1の原液賦形部434へと流入する。
また、第2の原液導入部441を流通してきた第2の製膜原液は、第2の原液貯液部442に流入して円環状とされる。そして、蛇行部443に流入した第2の製膜原液は上下に蛇行しながら流通し、複合部444へと流入する。複合部444では、第1の原液賦形部434から流入してきた第1の製膜原液の外側に第2の製膜原液が積層複合され、製膜原液吐出口444aから吐出される。製膜原液吐出口444aから吐出された第1の製膜原液及び第2の製膜原液は、基材繰り出し口414aから繰り出された中空多孔質基材の外周面に連続して被着される。
[中空糸膜の製造方法]
本発明の中空糸膜の製造方法によって製造される中空糸膜は、中空多孔質基材(支持体)の外周面に多孔質膜層が形成された中空糸膜である。本発明の中空糸膜の製造方法は、単層の多孔質膜層を備える中空糸膜を製造する方法であってもよく、二層以上の多孔質膜層を備える中空糸膜を製造する方法であってもよい。
本発明の中空糸膜の製造方法は、中空糸膜紡糸用ノズルにより、多孔質膜層を形成するための製膜原液を中空多孔質基材の外周面に塗布し、該製膜原液を凝固液により凝固させる紡糸工程を有する。本発明の中空糸膜の製造方法においては、紡糸工程以降は、中空糸膜を得るための公知の工程を採用することができる。
以下、本発明の中空糸膜の製造方法の一例を示して説明する。本発明の中空糸膜の製造方法としては、例えば、下記の紡糸工程、洗浄工程、除去工程、乾燥工程及び巻き取り工程を有する方法が挙げられる。
紡糸工程:中空糸膜紡糸用ノズルにより、多孔質膜層を形成するための製膜原液を中空多孔質基材の外周面に塗布し、該製膜原液を凝固液により凝固させて中空糸膜前駆体を得る工程。
凝固工程:中空多孔質基材の外周面に塗布した該製膜原液を凝固液により凝固させ、中空糸膜前駆体を得る工程。
洗浄工程:前記中空糸膜前駆体に残留する溶媒を洗浄して除去する工程。
除去工程:前記洗浄後の中空糸膜前駆体に残留する開孔剤を除去し、中空糸膜を形成する工程。
乾燥工程:前記除去工程後の中空糸膜を乾燥する工程。
巻き取り工程:乾燥後の中空糸膜を巻き取る工程。
(紡糸工程)
紡糸工程では、中空糸膜紡糸用ノズルの製膜原液吐出口から吐出される製膜原液の線速度Vに対する、基材繰り出し口から繰り出される中空多孔質基材の繰り出し速度Vのドラフト比(V/V)を1以上6以下として、製膜原液を中空多孔質基材の外周面に塗布する。
/Vが1以上6以下であれば、線速度Vが繰り出し速度Vに充分に近くなることで、製膜原液が中空多孔質基材の外周面に被着される地点において、製膜原液が中空多孔質基材から剥離しにくくなる。また、当該地点で製膜原液が中空多孔質基材から剥離した場合でも、より速やかに再付着し、異常吐出部が小さくなる。
/Vは、1以上6以下であり、2以上5.5以下が好ましい。
基材繰り出し口から繰り出される中空多孔質基材の繰り出し速度Vは、10〜50m/分が好ましく、15〜45m/分がより好ましい。
なお、本発明において、製膜原液吐出口から吐出される製膜原液の線速度Vは、中空糸膜紡糸用ノズルにギヤポンプ等で供給される製膜原液の供給量を、製膜原液吐出口の開口面積で除算することによって求められる。また、基材繰り出し口から繰り出される中空多孔質基材の繰り出し速度は、中空糸膜紡糸用ノズルの下流で中空多孔質基材を引き出す巻取りローラ等の駆動ローラの回転速度から求められる。
例えば、前記した紡糸用ノズル1を用いる場合は、導入プレート11の基材挿入孔10に中空多孔質基材2を導入し、第1の導入孔12に第1の製膜原液3を導入し、第2の導入孔13に第2の製膜原液4を導入する。基材挿入孔10に導入した中空多孔質基材2は、紡糸用ノズル1の基材挿通孔7に挿通され、基材繰り出し口7aから繰り出される。第1の導入孔12及び第2の導入孔13に導入された第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4は、それぞれ紡糸用ノズル1の第1の製膜原液流路28と第2の製膜原液流路29を流通する。そして、複合部27において、円筒状に賦形されつつ、第1の製膜原液3の外側に第2の製膜原液4が積層複合されて製膜原液吐出口27aから吐出される。積層複合された状態で製膜原液吐出口27aから吐出された第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4は、ノズル外で基材繰り出し口7aから繰り出される中空多孔質基材2の外周面に被着される。これにより、中空多孔質基材2の外周面に第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4が塗布される。
このとき、製膜原液吐出口27aから吐出される第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4の線速度Vと、基材繰り出し口7aから繰り出される中空多孔質基材2の繰り出し速度Vをそれぞれ調節し、ドラフト比(V/V)を1以上6以下に制御する。
中空多孔質基材としては、中空糸膜に使用される公知のものを使用することができる。中空多孔質基材の具体例としては、例えば、ポリエステル繊維やポリプロピレン繊維等の各種素材の繊維で製紐された中空状の編紐、組紐等が挙げられる。中空多孔質基材は、各種素材を単独で使用したものであってもよく、各種素材を2種以上組み合わせて使用したものであってもよい。
中空状の編紐や組紐に使用される繊維としては、合成繊維、半合成繊維、再生繊維、天然繊維等が挙げられる。繊維の形態としては、モノフィラメント、マルチフィラメント、紡績糸のいずれであってもよい。
また、中空多孔質基材としては、溶融延伸法により得られる多孔質中空糸膜を使用してもよい。また、上記した中空多孔質基材を膜形成補助液に浸漬したものや、上記した中空多孔質基材の外周面に膜形成補助液を塗布したものであってもよい。
中空多孔質基材としては、基材の生産性や、基材と多孔質膜層の接着性の点から、1本のマルチフィラメントからなる編紐であることが好ましい。
中空多孔質基材の形態は、基材の長手方向に垂直な断面において、長手方向に連通する中空部が一つ以上存在し、流体が基材の外周面から中空部へ移動し、さらに長手方向へ移動できる形態であればよい。
具体的には、中空多孔質基材の中空部の断面形状や基材断面の外周形状は、特に限定されず、円形、異形等どのような形状であってもよい。また、中空部の断面形状と基材断面の外周形状とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。耐圧性、賦形性等を考慮した場合は、基材断面の外周形状は円形状が好ましい。
中空多孔質基材の外径は、0.3mm以上5mm以下が好ましい。中空多孔質基材の外径変動は特に紡糸安定性や膜厚等の品質に影響を与えるため、極力外径の変動が小さい中空多孔質基材を用いることが好ましい。
例えば、基材の長さ方向に垂直な断面形状が円形状で、外径が0.3mm以上5mm以下の範囲内である中空多孔質基材を用いる場合、該中空多孔質基材の外径の変動幅は±0.3mm以下となるようにすることが好ましい。
本発明では、中空多孔質基材に対して、中空糸膜紡糸用ノズルの基材挿通孔に挿通する前に熱処理を行うことが好ましい。これにより、中空多孔質基材の伸縮性が低くなり、また外径寸法がより安定になる。
製膜原液としては、中空糸膜の多孔質層を形成するために使用される公知のものを使用することができる。製膜原液は、膜形成性樹脂、及び、相分離の制御を目的とした開孔剤を、それらの良溶媒となる有機溶媒に溶解した溶液である。
膜形成性樹脂としては、中空糸膜の多孔質膜層の形成に使用される通常の樹脂を使用できる。膜形成性樹脂の具体例としては、例えば、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、スルホン化ポリスルホン樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂等が挙げられる。
これらは必要に応じて適宜選択して使用することができ、中でも耐薬品性に優れることから、ポリフッ化ビニリデン樹脂が好ましい。
開孔剤としては、例えば、ポリエチレングリコールによって代表されるモノオール系、ジオール系、トリオール系、ポリビニルピロリドン等の親水性高分子を使用することができる。これらは必要に応じて適宜選択して使用することができ、中でも増粘効果に優れることから、ポリビニルピロリドンが好ましい。
有機溶媒としては、膜形成性樹脂及び添加剤をいずれも溶解できるものであればよく、例えば、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドを用いることができる。
なお、製膜原液には、相分離の制御を阻害しない範囲で、任意成分として開孔剤以外の添加剤を用いることもできる。
本発明では、40℃における粘度が30,000mPa・s以上の製膜原液を用いることが好ましく、60,000mPa・s以上の製膜原液がより好ましく、150,000mPa・s以上の製膜原液がさらに好ましい。製膜原液の粘度が高いほど、多孔質膜層中の孔を小さく制御しやすくなり、ボイドをより小さくできるため、中空糸膜の品質が向上する。また、ドラフト比が高くても中空糸膜紡糸用ノズルから吐出される製膜原液が不安定になることを抑制しやすい。
紡糸用ノズル1を用いる場合のように、製膜原液の2種以上用いて、それら製膜原液を中空多孔質基材の外周面に2層以上に塗布する場合、それら製膜原液の少なくとも一つの40℃における粘度が、30,000mPa・s以上であることが好ましく、60,000mPa・s以上であることが好ましく、150,000mPa・s以上であることがさらに好ましい。
製膜原液の40℃における粘度の上限値は、500,000mPa・sであることが好ましく、300,000mPa・sであることがより好ましい。
また、2種以上の製膜原液を中空多孔質基材の外周面に2層以上に塗布する場合、製膜原液の少なくとも一つに含まれる膜形成性樹脂の分子量分布が3以下であり、かつ、外層側に塗布される製膜原液に含まれる膜形成性樹脂の分子量分布が、内層側に塗布される製膜原液に含まれる膜形成性樹脂の分子量分布よりも広いことが好ましい。これにより、透水性能を維持しながら内部に緻密構造を形成しやすくなる。
中空多孔質基材の外周面に塗布した製膜原液を凝固液により凝固させて中空糸膜前駆体とする。中空多孔質基材上の製膜原液は、凝固液中で相分離した状態で凝固する。
本発明では、透水性能向上の点から、中空糸膜紡糸用ノズルと凝固液の間に空気中を所定距離走行させる空走区間を設けた乾湿式紡糸法を採用することが好ましい。なお、本発明においては、中空糸膜紡糸用ノズルから直接凝固液中に製膜原液を吐出する湿式紡糸を採用してもよい。
凝固液は、膜形成性樹脂を溶解しない溶媒で、開孔剤の良溶媒である必要がある。凝固液としては、水、エタノール、メタノール等や、これらの混合物が挙げられる。中でも、作業環境、運転管理の点から、製膜原液に使用する溶媒と水の混合液が好ましい。
(洗浄工程)
例えば、中空糸膜前駆体を洗浄液で洗浄し、中空糸膜前駆体に残留する溶媒を洗浄して除去する。
洗浄液としては、洗浄効果が高いことから水が好ましい。使用する水としては、水道水、工業用水、河川水、井戸水等が挙げられる。また、これらにアルコール、無機塩類、酸化剤、界面活性剤等を混合して使用してもよい。
(除去工程)
洗浄後の中空糸膜前駆体に残留する開孔剤を酸化剤を用いて除去し、中空糸膜を形成する。具体的には、例えば、洗浄後の中空糸膜前駆体を、次亜塩素酸塩等の酸化剤を含む薬液中に浸漬し、気相中で加熱して開口剤を酸化分解させた後に、洗浄液で洗浄することで開孔剤を除去する。
中空糸膜前駆体における製膜原液が凝固して形成された層に残存する開孔剤が除去されることで、該開孔剤が残存していた部分に孔が形成されて多孔質膜層が形成され、中空糸膜となる。
(乾燥工程)
中空糸膜を乾燥する方法は、特に限定されず、例えば、熱風乾燥機等の乾燥機を用いる方法等が挙げられる。
(巻き取り工程)
乾燥後の中空糸膜を、ボビン等の巻き取り手段によって巻き取る。
中空多孔質基材の外周面に製膜原液を塗布する際には、ドラフト比(V/V)が大きいほど、中空多孔質基材の外周面に被着された製膜原液が大きく引き延ばされる。そのため、設備の振動や中空多孔質基材の繰り出し速度の変動をはじめ、製膜原液中に混入した気泡や、製膜原液の曳糸性の斑等によって製膜原液の吐出が乱れたときにその影響を受けやすく、ノズル外の製膜原液が中空多孔質基材の外周面に被着される地点で製膜原液が中空多孔質基材から剥離しやすい。
これに対して、本発明の中空糸膜の製造方法においては、紡糸工程でドラフト比(V/V)を1以上6以下に制御することで、中空多孔質基材の外周面に被着された製膜原液が引き延ばされる度合いが小さくなるため、製膜原液の吐出が乱れてもその影響を受けにくくなる。そのため、ノズル外の製膜原液が中空多孔質基材の外周面に被着される地点で製膜原液が中空多孔質基材から剥離することを抑制することができる。また、たとえ製膜原液が剥離しても中空多孔質基材に製膜原液が速やかに再付着するため、製膜原液の異常吐出部による欠陥部の発生と後工程におけるトラブルの発生を抑制することができる。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
本発明の中空糸膜の製造方法は、単層の多孔質膜層を備える中空糸膜を製造する方法であってもよく、二層以上の多孔質膜層を備える中空糸膜を製造する方法であってもよい。
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
[実施例1]
図1〜6に示した紡糸用ノズル1を用いて、中空糸膜を製造した。
中空多孔質基材2としては、ポリエステル繊維(繊度:84dtex、フィラメント数:36)5本を一つにまとめた後、丸編機によって丸編して中空状編紐を編成したものを用いた。また、中空多孔質基材2は、紡糸用ノズル1よりも上流において、200℃の加熱ダイス(口径2.5mm)で連続引抜熱処理を行い、低伸縮化、外径寸法安定化したものを使用した。中空多孔質基材2の外径は2.5mm、内径は1.5mmであった。
第1の製膜原液3としては、表1に示す組成の製膜原液R1を使用した。第2の製膜原液4としては、表1に示す組成の製膜原液R2を使用した。なお、使用した原料は以下のとおりである。
ポリフッ化ビニリデンA:アルケマ製、商品名カイナー301F。
ポリフッ化ビニリデンB:アルケマ製、商品名カイナー9000HD。
ポリビニルピロリドン:日本触媒社製、商品名PVP−K79。
N,N−ジメチルアセトアミド。
Figure 0006004120
紡糸用ノズル1においては、筒状壁6cの厚みaを0.4mm、製膜原液吐出口27aの外径bを4.52mm、内径を3.5mm、開口面積を6.42mmとした。そして、製膜原液吐出口27aから吐出される第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4の線速度Vを5.63m/分、基材繰り出し口7aから繰り出される中空多孔質基材2の繰り出し速度Vを15m/分とし、ドラフト比(V/V)を2.7として、中空多孔質基材2の外周面に第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4を塗布した。
次いで、中空多孔質基材2の外周面に第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4を塗布したものを、凝固液浴に収容された凝固液に浸漬し、第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4を凝固させた後に引き上げ、毎分15mの引き取り速度となるよう一定速度で回転する巻取りローラで引き取り、80〜100℃の熱水中で洗浄を行って中空糸膜を得た。
[実施例2〜4、比較例1、2]
筒状壁6cの厚みaと、製膜原液吐出口27aの外径b、内径及び開口面積と、第1の製膜原液3及び第2の製膜原液4の線速度Vと、中空多孔質基材2の繰り出し速度Vと、ドラフト比(V/V)を表2に示す通りに変更した以外は、実施例1と同様にして中空糸膜を得た。
[評価方法]
(異常吐出部の大きさ)
得られた中空糸膜について、中空多孔質基材2の外周面上の異常吐出部の最大外径Tmaxを測定し、その最大外径Tmaxを異常吐出部の大きさとした。最大外径Tmaxが4.5mm以下であれば紡糸工程よりも後の工程でトラブルが発生しにくいことから、最大外径Tmaxが4.5mm以下のものを合格、最大外径Tmaxが4.5mmを超えるものを不合格とした。
(異常吐出部の数)
中空糸膜長1000km当たりの異常吐出部の数を計測した。
中空糸膜長1000km当たりの異常吐出部の数が1個未満の範囲が、該以上吐出部によるトラブル処置作業の発生頻度とそれに伴うコスト増加幅の観点から許容できる範囲である。そのため、中空糸膜長1000km当たりの異常吐出部の数が1個未満を合格、1個以上を不合格とした。
実施例1〜4及び比較例1、2における紡糸条件と評価結果を表2に示す。
Figure 0006004120
ドラフト比(V/V)が1以上6以下の実施例1〜4においては、中空糸膜長1000km当たり異常吐出部の数が1個未満であり、また異常吐出部の最大外径Tmaxはいずれも4.5mm以下であった。
一方、ドラフト比(V/V)が6を超える比較例1においては、中空糸膜長1000km当たり異常吐出部の数は3.34個、異常吐出部の直径は6.8mmとなり、いずれも許容できない数値となった。
同様に、ラフト比(V/V)が6を超える比較例2においても、中空糸膜長1000km当たり異常吐出部の数は3.65個となり、許容できない数値となった。
1 中空糸膜紡糸用ノズル
2 中空多孔質基材
3 第1の製膜原液
4 第2の製膜原液
6c 筒状壁
7 基材挿通孔
7a 基材繰り出し口
14 第1の原液導入部
15 第2の原液導入部
21 第1の原液貯液部
23 第1の原液賦形部
25 第2の原液貯液部
27 複合部
27a 製膜原液吐出口
28 第1の製膜原液流路
29 第2の製膜原液流路

Claims (17)

  1. 下記中空糸膜紡糸用ノズルを用いて、多孔質膜層を形成するための製膜原液を中空多孔質基材の外周面に塗布し、該製膜原液を凝固させる紡糸工程を有する中空糸膜の製造方法であって、
    下記製膜原液吐出口から吐出される前記製膜原液の線速度Vに対する、下記基材繰り出し口から繰り出される前記中空多孔質基材の繰り出し速度Vのドラフト比(V/V)が1以上6以下である、中空糸膜の製造方法。
    (中空糸膜紡糸用ノズル)
    前記中空多孔質基材が挿通される基材挿通孔と、前記製膜原液が流通される製膜原液流路とが形成され、かつ、前記製膜原液流路を流通した前記製膜原液が吐出される環状の製膜原液吐出口が、前記基材挿通孔を通った前記中空多孔質基材が繰り出される基材繰り出し口を囲うように、前記基材繰り出し口の外側に筒状壁によって隔てられて形成されている中空糸膜紡糸用ノズル。
  2. 前記製膜原液吐出口の開口面積が、前記中空多孔質基材の長さ方向に垂直な断面の断面積の3倍以下である、請求項1に記載の中空糸膜の製造方法。
  3. 前記製膜原液吐出口の開口面積が15mm以下である、請求項1又は2に記載の中空糸膜の製造方法。
  4. 40℃における粘度が30,000mPa・s以上である製膜原液を用いる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の中空糸膜の製造方法。
  5. 中空多孔質基材の外周面に、多孔質膜層を形成するための製膜原液を塗布する中空糸膜紡糸用ノズルであって、
    前記中空多孔質基材が挿通される基材挿通孔と、前記製膜原液が流通される製膜原液流路とが形成され、かつ、前記製膜原液流路を流通した前記製膜原液が吐出される環状の製膜原液吐出口が、前記基材挿通孔を通った前記中空多孔質基材が繰り出される基材繰り出し口を囲うように、該基材繰り出し口の外側に筒状壁によって隔てられて形成され、
    前記筒状壁の先端部の厚みが0.1mm以上0.75mm以下であり、前記製膜原液吐出口の開口面積が15mm 以下である、中空糸膜紡糸用ノズル。
  6. 前記製膜原液吐出口の開口面積が、前記基材挿通孔に挿通される前記中空多孔質基材の長さ方向に垂直な断面の断面積の3倍以下である、請求項5に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
  7. 前記基材繰り出し口の直径が、前記基材挿通孔に挿通される前記中空多孔質基材の直径に対して1.01倍以上1.20倍以下である、請求項5又は6に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
  8. 前記製膜原液流路における前記製膜原液吐出口寄りに、前記製膜原液吐出口と同じ直径で前記製膜原液吐出口まで延びるストレート部が1mm以上の長さで形成されている、請求項5〜のいずれか一項に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
  9. 前記製膜原液流路における前記製膜原液吐出口寄りに、前記製膜原液吐出口に向かうにつれて直径が小さくなるように、前記製膜原液吐出口まで延びる縮径部が形成されている、請求項5〜のいずれか一項に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
  10. 前記製膜原液流路内に、前記製膜原液流路を流通する前記製膜原液が分岐及び合流を繰り返しながら内部を通過する分岐合流手段が備えられている、請求項5〜のいずれか一項に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
  11. 前記製膜原液流路が2つ以上形成され、
    かつ、それら製膜原液流路が前記製膜原液吐出口寄りで合流して、各々の製膜原液流路を流通する前記製膜原液がノズル内部で積層複合される複合部が形成されている、請求項5〜10のいずれか一項に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
  12. 前記製膜原液流路が2つ以上形成され、
    各々の前記製膜原液流路が、前記製膜原液が導入される原液導入部と、前記原液導入部から流通してくる前記製膜原液が前記基材挿通孔の外側で環状に貯液される原液貯液部とを備え、
    外層側に積層される前記製膜原液が貯液される前記原液貯液部が、内層側に積層される前記製膜原液が貯液される前記原液貯液部よりも下流側となるように、前記基材挿通孔の軸方向にずれて形成されている、請求項5〜11のいずれか一項に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
  13. 各々の前記原液導入部が、互いに前記基材挿通孔の中心軸周りに60°以上間隔を開けて形成されている、請求項12に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
  14. 前記分岐合流手段が、前記製膜原液が分岐及び合流を繰り返しながら内部を通過する多孔体エレメントである、請求項1013のいずれか一項に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
  15. 前記製膜原液流路が、前記製膜原液が前記基材挿通孔の外側で環状に貯液される原液貯液部を備え、
    前記分岐合流手段が、前記原液貯液部の内部に粒子が充填された充填層である、請求項1013のいずれか一項に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
  16. 前記製膜原液流路が、前記製膜原液が前記基材挿通孔の外側で環状に貯液される原液貯液部を備え、前記原液貯液部が上下に2段以上に分かれた貯液室を備えている、請求項1013のいずれか一項に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
  17. 前記製膜原液流路に、前記製膜原液のノズル通過を遅らせる遅延手段が設けられており、前記遅延手段が、前記原液貯液部と、前記製膜原液を筒状に賦形する原液賦形部との間で、前記製膜原液を上下に蛇行させる蛇行部である、請求項12に記載の中空糸膜紡糸用ノズル。
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