JP2000218141A - 中空糸膜およびその製造方法 - Google Patents
中空糸膜およびその製造方法Info
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Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】透水性や耐圧性や強度に優れ、除濁や除菌性能
の信頼性の高い中空糸膜およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】中空糸膜のバブルポイントを少なくとも2
50kPaとし、膜厚を40〜120μmの範囲とし、
内径を250〜420μmの範囲とし、耐圧を少なくと
も400kPaとし、純水の透過係数を少なくとも4.
2m3 /(m2 ・h・MPa)とする。
の信頼性の高い中空糸膜およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】中空糸膜のバブルポイントを少なくとも2
50kPaとし、膜厚を40〜120μmの範囲とし、
内径を250〜420μmの範囲とし、耐圧を少なくと
も400kPaとし、純水の透過係数を少なくとも4.
2m3 /(m2 ・h・MPa)とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、河川水や地下水の
除濁や工業用水の清澄化に好適に使用できる、中空糸膜
に関する。
除濁や工業用水の清澄化に好適に使用できる、中空糸膜
に関する。
【0002】
【従来の技術】逆浸透膜や限外ろ過膜や精密ろ過膜など
を使用する膜分離法は、省エネルギー性や省スペース性
といった特長を有するため、様々な分野で利用されてい
る技術である。たとえば、限外ろ過法は、超純水の製造
や果汁の清澄化の目的で用いられ、平膜や中空糸膜とい
った形態の分離膜が使用されている。
を使用する膜分離法は、省エネルギー性や省スペース性
といった特長を有するため、様々な分野で利用されてい
る技術である。たとえば、限外ろ過法は、超純水の製造
や果汁の清澄化の目的で用いられ、平膜や中空糸膜とい
った形態の分離膜が使用されている。
【0003】中空糸膜は、単位体積あたりの膜面積を大
きくすることができ、また、処理液と原液とをシールす
ることが容易であるところから、近年、精密ろ過用ある
いは限外ろ過用の分離膜として、河川水や地下水の除
濁、工業用水の清澄化、あるいは排水の高度処理などの
分野に適用しようとする動きが活発に行われている。た
とえば、中空糸膜の外側から原液を供給する外圧型のモ
ジュールを使用して全量ろ過を行う方式が、運転に要す
るエネルギーも少なく、中空糸膜破断時における原水の
処理水への汚染も抑制され、さらに、中空糸膜の物理的
揺動(たとえばエアースクラビング)などにより容易に
膜表面に堆積した濁質分を除去できるため、上記の分野
において採用されている。
きくすることができ、また、処理液と原液とをシールす
ることが容易であるところから、近年、精密ろ過用ある
いは限外ろ過用の分離膜として、河川水や地下水の除
濁、工業用水の清澄化、あるいは排水の高度処理などの
分野に適用しようとする動きが活発に行われている。た
とえば、中空糸膜の外側から原液を供給する外圧型のモ
ジュールを使用して全量ろ過を行う方式が、運転に要す
るエネルギーも少なく、中空糸膜破断時における原水の
処理水への汚染も抑制され、さらに、中空糸膜の物理的
揺動(たとえばエアースクラビング)などにより容易に
膜表面に堆積した濁質分を除去できるため、上記の分野
において採用されている。
【0004】しかし、中空糸膜は当初、長期運転を前提
とした上記のような浄水処理分野への適用は想定されて
おらず、そのような用途に用いるには、透水性、耐汚染
性、易洗浄性、耐久性、耐薬品性、除濁や除菌性能に対
する信頼性などといった特性に関し、大幅な改善の余地
があった。そこで、たとえば透水性の改善については、
平均孔径を径方向において傾斜させた多孔質層と、空洞
を含む網状多孔質層とを存在させた中空糸膜(特公昭5
2−15072号公報など)が提案されており、一定の
効果をあげているが、強度や伸度については開示されて
おらず、エアースクラビングなどのような物理洗浄に対
する耐久性については不十分であった。また、一般に均
質な膜構造を有する場合において透水性をあげるために
は、膜厚を小さくするとよいことが知られているが(た
とえば、特公平6−53976号公報)、外圧型の中空
糸膜においては、原水側と処理水側のろ過差圧によっ
て、膜が変形したり圧壊したりして、流動抵抗の増加や
処理水の品質低下が急激に起こるなどの問題があった。
さらに、このような変形は不可逆的であることが多く、
膜の再生が困難となっていた。
とした上記のような浄水処理分野への適用は想定されて
おらず、そのような用途に用いるには、透水性、耐汚染
性、易洗浄性、耐久性、耐薬品性、除濁や除菌性能に対
する信頼性などといった特性に関し、大幅な改善の余地
があった。そこで、たとえば透水性の改善については、
平均孔径を径方向において傾斜させた多孔質層と、空洞
を含む網状多孔質層とを存在させた中空糸膜(特公昭5
2−15072号公報など)が提案されており、一定の
効果をあげているが、強度や伸度については開示されて
おらず、エアースクラビングなどのような物理洗浄に対
する耐久性については不十分であった。また、一般に均
質な膜構造を有する場合において透水性をあげるために
は、膜厚を小さくするとよいことが知られているが(た
とえば、特公平6−53976号公報)、外圧型の中空
糸膜においては、原水側と処理水側のろ過差圧によっ
て、膜が変形したり圧壊したりして、流動抵抗の増加や
処理水の品質低下が急激に起こるなどの問題があった。
さらに、このような変形は不可逆的であることが多く、
膜の再生が困難となっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した問題点に鑑み、透水性や耐圧性、強度に優れ、除濁
や除菌性能の信頼性の高い中空糸膜、およびその製造方
法を提供することにある。
した問題点に鑑み、透水性や耐圧性、強度に優れ、除濁
や除菌性能の信頼性の高い中空糸膜、およびその製造方
法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記発明を達成するため
の本発明は、次の(A)〜(E)の条件を満たしている
中空糸膜を特徴とするものである。 (A)バブルポイントが少なくとも250kPa (B)膜厚が40〜120μmの範囲 (C)内径が250〜420μmの範囲 (D)耐圧が少なくとも400kPa (E)純水の透過係数が少なくとも4. 2m3 /(m2
・h・MPa) ここで、中空糸膜の引張り強度が6MN/m2 以上で、
かつ、伸度が50%以上であることも好ましい。
の本発明は、次の(A)〜(E)の条件を満たしている
中空糸膜を特徴とするものである。 (A)バブルポイントが少なくとも250kPa (B)膜厚が40〜120μmの範囲 (C)内径が250〜420μmの範囲 (D)耐圧が少なくとも400kPa (E)純水の透過係数が少なくとも4. 2m3 /(m2
・h・MPa) ここで、中空糸膜の引張り強度が6MN/m2 以上で、
かつ、伸度が50%以上であることも好ましい。
【0007】また、少なくともアクリロニトリルを95
mol%含有し、かつ、極限粘度が0.25m3 /kg
以上であるアクリロニトリル系重合体を含んでいる中空
糸膜も好ましい。
mol%含有し、かつ、極限粘度が0.25m3 /kg
以上であるアクリロニトリル系重合体を含んでいる中空
糸膜も好ましい。
【0008】さらに、本発明は、複合紡糸口金を用い
て、少なくともアクリロニトリルを95mol%含有
し、かつ、極限粘度が0.25m3 /kg以上のアクリ
ロニトリル系重合体と水とを含む溶液からなる鞘成分
と、芯成分とを乾湿式紡糸した後、1.1〜3倍の範囲
の倍率で延伸する中空糸膜の製造方法を特徴とするもの
である。
て、少なくともアクリロニトリルを95mol%含有
し、かつ、極限粘度が0.25m3 /kg以上のアクリ
ロニトリル系重合体と水とを含む溶液からなる鞘成分
と、芯成分とを乾湿式紡糸した後、1.1〜3倍の範囲
の倍率で延伸する中空糸膜の製造方法を特徴とするもの
である。
【0009】ここで、上記鞘成分として、水を0. 5〜
6重量%の範囲で含むジメチルスルホキシドを溶媒とす
る溶液を用いることも好ましい。
6重量%の範囲で含むジメチルスルホキシドを溶媒とす
る溶液を用いることも好ましい。
【0010】また、上記芯成分として、水を5〜25重
量%の範囲で含むジメチルスルホキシドを用いることも
好ましい。
量%の範囲で含むジメチルスルホキシドを用いることも
好ましい。
【0011】さらに、本発明の中空糸膜を用いてなる浄
水用中空糸膜エレメントも好ましい。
水用中空糸膜エレメントも好ましい。
【0012】また、上記の浄水用中空糸膜エレメントを
用いてなる浄水器も好ましい。
用いてなる浄水器も好ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】図1〜3は、本発明によって得ら
れた中空糸膜の走査顕微鏡写真である。図1は、本発明
の中空糸膜の横断面を示す写真(倍率1,000倍)で
あり、実質的に孔径10μm以上のマクロボイド(巨大
空孔)が含まれていないことが分かる。図2は、その外
表面を示す写真(倍率10,000倍)である。本発明
の中空糸膜の外表面においては、緻密な構造を有してい
ることが分かる。図3は、本発明の中空糸膜の内表面を
観察した写真(倍率10,000倍)である。内表面
は、写真のような網状構造を呈しており、直径が0. 1
〜5. 0μm程度の固形物が通過できる程度の空隙が形
成されている。
れた中空糸膜の走査顕微鏡写真である。図1は、本発明
の中空糸膜の横断面を示す写真(倍率1,000倍)で
あり、実質的に孔径10μm以上のマクロボイド(巨大
空孔)が含まれていないことが分かる。図2は、その外
表面を示す写真(倍率10,000倍)である。本発明
の中空糸膜の外表面においては、緻密な構造を有してい
ることが分かる。図3は、本発明の中空糸膜の内表面を
観察した写真(倍率10,000倍)である。内表面
は、写真のような網状構造を呈しており、直径が0. 1
〜5. 0μm程度の固形物が通過できる程度の空隙が形
成されている。
【0014】本発明に係る中空糸膜は、バブルポイント
(BP)が少なくとも250kPaである。ここで、バ
ブルポイントとは、一端を封止した中空糸膜に他端から
ガスを導入し、中空糸膜の表面からそのガスの気泡が現
れ始める時の圧力をいい、中空糸膜の微小欠点の有無を
示す指標となる。すなわち、膜を貫通するようなボイド
などの欠点があると、その部分からガスがもれやすくな
り、バブルポイント値が低下する。
(BP)が少なくとも250kPaである。ここで、バ
ブルポイントとは、一端を封止した中空糸膜に他端から
ガスを導入し、中空糸膜の表面からそのガスの気泡が現
れ始める時の圧力をいい、中空糸膜の微小欠点の有無を
示す指標となる。すなわち、膜を貫通するようなボイド
などの欠点があると、その部分からガスがもれやすくな
り、バブルポイント値が低下する。
【0015】本発明においては、一端を封止した長さ5
00mmの中空糸膜を、温度25℃の水中に浸漬し、封
止していないもう一端から窒素ガスを昇圧速度10kP
a/秒で印加し、中空糸膜外表面から気泡の離脱が観測
され始めた時の印加圧力(kPa)を試料をかえて10
回測定し、その中で最も低い圧力値(kPa)をバブル
ポイントとする。
00mmの中空糸膜を、温度25℃の水中に浸漬し、封
止していないもう一端から窒素ガスを昇圧速度10kP
a/秒で印加し、中空糸膜外表面から気泡の離脱が観測
され始めた時の印加圧力(kPa)を試料をかえて10
回測定し、その中で最も低い圧力値(kPa)をバブル
ポイントとする。
【0016】通常、膜にボイドを発生させ、透水性を向
上させる手法を用いた場合、膜を貫通するボイドの存在
により、上記のバブルポイント値が低下する。本発明に
おいては、膜に実質的に孔径10μm以上のボイド(マ
クロボイド)が存在せず、外表面近傍に緻密構造を有す
るため、高いバブルポイント値を達成している。マクロ
ボイドが存在すると、中空糸膜の偏心傾向が増大し、耐
圧性や強度の低下による性能低下が起こりやすくなる。
ここで、マクロボイドとは直径が10μmの微小球が入
り込める程度の空間をいう。
上させる手法を用いた場合、膜を貫通するボイドの存在
により、上記のバブルポイント値が低下する。本発明に
おいては、膜に実質的に孔径10μm以上のボイド(マ
クロボイド)が存在せず、外表面近傍に緻密構造を有す
るため、高いバブルポイント値を達成している。マクロ
ボイドが存在すると、中空糸膜の偏心傾向が増大し、耐
圧性や強度の低下による性能低下が起こりやすくなる。
ここで、マクロボイドとは直径が10μmの微小球が入
り込める程度の空間をいう。
【0017】また、本発明における中空糸膜は、膜厚を
40〜120μmの範囲、より好ましくは50〜110
μmの範囲とし、内径を250〜420μmの範囲と
し、さらに、耐圧を400kPa以上、かつ、透過係数
を少なくとも4.2m3 /(m2 ・h・MPa)とす
る。
40〜120μmの範囲、より好ましくは50〜110
μmの範囲とし、内径を250〜420μmの範囲と
し、さらに、耐圧を400kPa以上、かつ、透過係数
を少なくとも4.2m3 /(m2 ・h・MPa)とす
る。
【0018】上記の耐圧は、長さ200mmの中空糸膜
1本からなる、内径10mmの金属管ミニチュアモジュ
ールを作成し、所定のろ過差圧にて原水の外圧全ろ過を
5分間行った後の中空糸膜について、20mm間隔で外
径の短径(a0 )と長径(b0 )を測定し、それぞれに
ついて下記式(A)にて真円度を算出してその平均を真
円度1 とし、これを20回繰り返したときの真円度1 の
平均が60%を維持できる最も高いろ過差圧をいう。
1本からなる、内径10mmの金属管ミニチュアモジュ
ールを作成し、所定のろ過差圧にて原水の外圧全ろ過を
5分間行った後の中空糸膜について、20mm間隔で外
径の短径(a0 )と長径(b0 )を測定し、それぞれに
ついて下記式(A)にて真円度を算出してその平均を真
円度1 とし、これを20回繰り返したときの真円度1 の
平均が60%を維持できる最も高いろ過差圧をいう。
【0019】真円度(%)={外径の短径(a0 )/外
径の長径(b0 )}×100(A) また、透過係数は、長さ200mmの中空糸膜20本か
らなるガラス管のミニチュアモジュールを作成し、温度
25℃、ろ過差圧0. 05MPaの条件下で、実質的に
微粒子などの固形分を含まない純水の外圧全ろ過を行
い、その透過水量(m3 )を単位時間(h)および有効
膜表面積(m2 )あたりの値に換算した値をいう。単位
はm3 /(m2 ・h・MPa)である。
径の長径(b0 )}×100(A) また、透過係数は、長さ200mmの中空糸膜20本か
らなるガラス管のミニチュアモジュールを作成し、温度
25℃、ろ過差圧0. 05MPaの条件下で、実質的に
微粒子などの固形分を含まない純水の外圧全ろ過を行
い、その透過水量(m3 )を単位時間(h)および有効
膜表面積(m2 )あたりの値に換算した値をいう。単位
はm3 /(m2 ・h・MPa)である。
【0020】本発明の中空糸膜は、引張り強度が6MN
/m2 以上および伸度が50%以上であることが好まし
い。引張り強度と伸度がこの範囲にあれば、中空糸膜を
扱う際のハンドリング性が良好となり、またろ過時にお
ける膜の破断や圧壊が起こりにくくなる。
/m2 以上および伸度が50%以上であることが好まし
い。引張り強度と伸度がこの範囲にあれば、中空糸膜を
扱う際のハンドリング性が良好となり、またろ過時にお
ける膜の破断や圧壊が起こりにくくなる。
【0021】ここで、引張り強度および伸度は、長さ5
0mmの試料を、引張り試験機を用いて、引張り速度5
0mm/分で試料をかえて30回測定し、その平均を測
定値とする。
0mmの試料を、引張り試験機を用いて、引張り速度5
0mm/分で試料をかえて30回測定し、その平均を測
定値とする。
【0022】また、本発明の中空糸膜は、少なくともア
クリロニトリルを95mol%含有し、かつ、極限粘度
が0.25m3 /kg(2. 5dl/g)以上のアクリ
ロニトリル重合体を含むことが好ましい。ここで、アク
リロニトリル重合体は、アクリロニトリルの単独重合体
が好ましいが、5mol%以下、好ましくは3mol%
以下で共重合成分を含んでいてもよい。共重合成分とし
ては、ビニル化合物などが好ましく、たとえば、アクリ
ル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、酢酸ビ
ニル、アクリル酸ソーダ、p−スチレンスルホン酸ソー
ダを共重合モノマとして挙げることができる。
クリロニトリルを95mol%含有し、かつ、極限粘度
が0.25m3 /kg(2. 5dl/g)以上のアクリ
ロニトリル重合体を含むことが好ましい。ここで、アク
リロニトリル重合体は、アクリロニトリルの単独重合体
が好ましいが、5mol%以下、好ましくは3mol%
以下で共重合成分を含んでいてもよい。共重合成分とし
ては、ビニル化合物などが好ましく、たとえば、アクリ
ル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、酢酸ビ
ニル、アクリル酸ソーダ、p−スチレンスルホン酸ソー
ダを共重合モノマとして挙げることができる。
【0023】アクリロニトリル重合体の極限粘度は、
0.25m3 /kg(2. 5dl/g)以上が好ましい
が、より好ましくは0.27〜0.36m3 /kg
(2. 7〜3.6dl/g)の範囲、さらに好ましくは
0.28〜0.34m3 /kg(2. 8〜3.4dl/
g)の範囲である。極限粘度が0.25m3 /kg
(2. 5dl/g)を下回ると、中空糸膜の形成過程で
孔径が10μm以上のマクロボイドが発生しやすく粗い
構造となり、バブルポイントや強度や伸度が低下する傾
向にある。また、極限粘度が0.34m3 /kg(3.
4dl/g)を超えると、中空糸膜の形成自体が困難と
なりやすい。
0.25m3 /kg(2. 5dl/g)以上が好ましい
が、より好ましくは0.27〜0.36m3 /kg
(2. 7〜3.6dl/g)の範囲、さらに好ましくは
0.28〜0.34m3 /kg(2. 8〜3.4dl/
g)の範囲である。極限粘度が0.25m3 /kg
(2. 5dl/g)を下回ると、中空糸膜の形成過程で
孔径が10μm以上のマクロボイドが発生しやすく粗い
構造となり、バブルポイントや強度や伸度が低下する傾
向にある。また、極限粘度が0.34m3 /kg(3.
4dl/g)を超えると、中空糸膜の形成自体が困難と
なりやすい。
【0024】上記の極限粘度は、ウベローデ型粘度計を
用いて、測定温度35℃にて、希釈法にて測定したとき
の値である(溶媒はジメチルホルムアミド(DMF)を
用いる)。
用いて、測定温度35℃にて、希釈法にて測定したとき
の値である(溶媒はジメチルホルムアミド(DMF)を
用いる)。
【0025】次に、本発明に係る中空糸膜の製造方法に
ついて説明する。
ついて説明する。
【0026】中空糸膜は、たとえば二重管構造を持つ複
合紡糸口金を用いて、膜を構成する物質を含む溶液から
なる鞘成分と、芯成分とを同時に吐出して乾湿式紡糸し
た後に、延伸を行うことにより得る。
合紡糸口金を用いて、膜を構成する物質を含む溶液から
なる鞘成分と、芯成分とを同時に吐出して乾湿式紡糸し
た後に、延伸を行うことにより得る。
【0027】まず、鞘成分としての溶液には、前述のア
クリロニトリル重合体を、好ましくは10〜15重量%
の範囲、より好ましくは11〜14重量%の範囲、さら
に好ましくは12〜14重量%の範囲で含有させるとよ
い。重合体濃度が10重量%を下回ると、膜構造にマク
ロボイドが発生しやすくなり、強度や伸度は低下する傾
向にある。また、15重量%を超えると、膜構造が緻密
になり透水性が低下しやすい。
クリロニトリル重合体を、好ましくは10〜15重量%
の範囲、より好ましくは11〜14重量%の範囲、さら
に好ましくは12〜14重量%の範囲で含有させるとよ
い。重合体濃度が10重量%を下回ると、膜構造にマク
ロボイドが発生しやすくなり、強度や伸度は低下する傾
向にある。また、15重量%を超えると、膜構造が緻密
になり透水性が低下しやすい。
【0028】上記の溶液に用いる溶媒としては、たとえ
ば、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホル
ムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMA
C)、エチレンカーボネート、γ−ブチルラクトンを挙
げることができる。これらの溶媒には紡糸の際の凝固沈
殿を速やかに行わせるため水を含有させる。また、水の
他にアルコール類を含有させると紡糸性が向上し好まし
い。水やアルコール類には無機塩類を含んでいてもよ
い。また、上記溶媒との組合せにおいては、ジメチルス
ルホキシドと水を用いることにより、紡糸の際の凝固沈
殿がさらに速やかに行われ好ましい。この場合、水の含
有量は0.5〜6重量%の範囲が好ましく、より好まし
くは1〜5重量%の範囲である。
ば、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホル
ムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMA
C)、エチレンカーボネート、γ−ブチルラクトンを挙
げることができる。これらの溶媒には紡糸の際の凝固沈
殿を速やかに行わせるため水を含有させる。また、水の
他にアルコール類を含有させると紡糸性が向上し好まし
い。水やアルコール類には無機塩類を含んでいてもよ
い。また、上記溶媒との組合せにおいては、ジメチルス
ルホキシドと水を用いることにより、紡糸の際の凝固沈
殿がさらに速やかに行われ好ましい。この場合、水の含
有量は0.5〜6重量%の範囲が好ましく、より好まし
くは1〜5重量%の範囲である。
【0029】紡糸を行う際の、上記鞘成分の温度は45
〜95℃の範囲が好ましいが、より好ましくは50〜9
0℃の範囲である。温度が45℃を下回ると、重合体の
ゲル化が発生し、紡糸には不適当となりやすく、またチ
クソトロピー性が顕著に現れ、中空糸膜の軸方向におい
て太さ斑が大きくなる傾向にある。また、95℃を超え
ると、糸切れなどの曳糸性不良を起こしやすくなる。
〜95℃の範囲が好ましいが、より好ましくは50〜9
0℃の範囲である。温度が45℃を下回ると、重合体の
ゲル化が発生し、紡糸には不適当となりやすく、またチ
クソトロピー性が顕著に現れ、中空糸膜の軸方向におい
て太さ斑が大きくなる傾向にある。また、95℃を超え
ると、糸切れなどの曳糸性不良を起こしやすくなる。
【0030】上記の芯成分としては、鞘成分の溶液に用
いた溶媒と、水やアルコール類や脂肪族ケトンやグリセ
リンやポリエチレングリコールなどとを混合したものを
用いるとよい。中でも、凝固力が比較的大きく取り扱い
が容易である水を用いることが好ましい。上記の溶媒濃
度は、70〜95重量%の範囲が好ましく、より好まし
くは75〜90重量%の範囲、さらに好ましくは78〜
86重量%の範囲である。濃度が70重量%を下回った
り、95重量%を超えたりすると、口金から注入液がド
リップしたり、糸切れなどを発生したりして、曳糸性に
大きな影響を与えやすくなる。
いた溶媒と、水やアルコール類や脂肪族ケトンやグリセ
リンやポリエチレングリコールなどとを混合したものを
用いるとよい。中でも、凝固力が比較的大きく取り扱い
が容易である水を用いることが好ましい。上記の溶媒濃
度は、70〜95重量%の範囲が好ましく、より好まし
くは75〜90重量%の範囲、さらに好ましくは78〜
86重量%の範囲である。濃度が70重量%を下回った
り、95重量%を超えたりすると、口金から注入液がド
リップしたり、糸切れなどを発生したりして、曳糸性に
大きな影響を与えやすくなる。
【0031】吐出は、上記鞘成分である溶液を吐出温度
が好ましくは45〜95℃の範囲、より好ましくは50
〜90℃の範囲となるように行う。次いで、乾式長が2
〜20cm、好ましくは3〜15cmの気相中を通過さ
せ、凝固浴に導く。上記気相は、雰囲気温度が20〜5
5℃の範囲で、かつ絶対湿度が2〜120kPaの範囲
にあると、膜の外表面近傍が均一な緻密構造となり好ま
しい。
が好ましくは45〜95℃の範囲、より好ましくは50
〜90℃の範囲となるように行う。次いで、乾式長が2
〜20cm、好ましくは3〜15cmの気相中を通過さ
せ、凝固浴に導く。上記気相は、雰囲気温度が20〜5
5℃の範囲で、かつ絶対湿度が2〜120kPaの範囲
にあると、膜の外表面近傍が均一な緻密構造となり好ま
しい。
【0032】凝固浴温度は、鞘成分の拡散速度をコント
ロールするために60〜85℃の範囲とすることが好ま
しく、より好ましくは65〜80℃の範囲である。凝固
浴温度が60℃を下回るとマクロボイドが発生したり中
空糸が偏心する傾向を示しやすくなり、凝固浴温度が8
5℃を超えると引き取りロールでの弛みが発生し中空糸
の走行性が低下することがある。凝固浴には、たとえ
ば、上記芯成分と同様の混合溶液を使用することがで
き、また、それらの混合比を適宜調整して使用すること
により、マクロボイドを形成しない中空糸膜を得ること
ができる。
ロールするために60〜85℃の範囲とすることが好ま
しく、より好ましくは65〜80℃の範囲である。凝固
浴温度が60℃を下回るとマクロボイドが発生したり中
空糸が偏心する傾向を示しやすくなり、凝固浴温度が8
5℃を超えると引き取りロールでの弛みが発生し中空糸
の走行性が低下することがある。凝固浴には、たとえ
ば、上記芯成分と同様の混合溶液を使用することがで
き、また、それらの混合比を適宜調整して使用すること
により、マクロボイドを形成しない中空糸膜を得ること
ができる。
【0033】次いで、上記の中空糸膜を凝固浴から曳き
だして、1.1〜3倍の延伸比にて延伸する。この時の
延伸温度は、60〜95℃の範囲であることが好まし
い。延伸方法については種々の方法を採用しうるが、た
とえば、上記の温度範囲の延伸浴を用いて、その前後に
設けられたローラ間の回転比率を変化させて湿熱延伸を
行う方法を挙げることができる。特に、延伸浴が70〜
95℃の範囲にあり、延伸比が1.1〜2倍の範囲にあ
ると、潰れや偏心や軸方向の太さ斑の少ない高品質な中
空糸膜を得ることができ好ましい。
だして、1.1〜3倍の延伸比にて延伸する。この時の
延伸温度は、60〜95℃の範囲であることが好まし
い。延伸方法については種々の方法を採用しうるが、た
とえば、上記の温度範囲の延伸浴を用いて、その前後に
設けられたローラ間の回転比率を変化させて湿熱延伸を
行う方法を挙げることができる。特に、延伸浴が70〜
95℃の範囲にあり、延伸比が1.1〜2倍の範囲にあ
ると、潰れや偏心や軸方向の太さ斑の少ない高品質な中
空糸膜を得ることができ好ましい。
【0034】本発明の中空糸膜は、通常、その周囲に筐
体を配してエレメントとして使用するが、特に原水を膜
の外表面側から導入し、内表面側から処理水を得る外圧
型の浄水用中空糸膜エレメントとして好適に使用でき
る。
体を配してエレメントとして使用するが、特に原水を膜
の外表面側から導入し、内表面側から処理水を得る外圧
型の浄水用中空糸膜エレメントとして好適に使用でき
る。
【0035】また、上記の浄水用中空糸膜エレメント
は、流路切換装置やポンプなどの原水供給装置と組み合
わせて、浄水器としても好適に使用できる。
は、流路切換装置やポンプなどの原水供給装置と組み合
わせて、浄水器としても好適に使用できる。
【0036】
【実施例】(実施例1)極限粘度数が0.31m3 /k
g(3.1dl/g)のアクリロニトリル単独重合体を
2. 6重量%の水を含むジメチルスルホキシド溶媒で溶
解温度80℃にて調製して、重合体濃度を13. 0重量
%の鞘成分溶液を得た。この溶液を乾式長が5cmとな
る位置に設けられた複合紡糸口金(環状オリフィス外径
1.2mm、スリット間隔0. 3mm、中心パイプ内径
0. 35mm)から吐出温度85℃、吐出量7. 3g/
分で吐出し、中心パイプからジメチルスルホキシドを8
2重量%含む水溶液を芯成分として吐出量2. 1g/分
で吐出して凝固浴に紡出した後、凝固浴から曳きだされ
た中空糸を第1水洗浴槽、延伸ロール浴槽、第2水洗
槽、第3水洗槽の順で処理を行い、ワインダに巻き取っ
て中空糸膜を得た。なお、凝固浴は温度70℃のジメチ
ルスルホキシド18重量%水溶液を使用し、延伸浴は浴
温度75℃で延伸比は1.3倍とし、各水洗槽温度は6
0℃とした。
g(3.1dl/g)のアクリロニトリル単独重合体を
2. 6重量%の水を含むジメチルスルホキシド溶媒で溶
解温度80℃にて調製して、重合体濃度を13. 0重量
%の鞘成分溶液を得た。この溶液を乾式長が5cmとな
る位置に設けられた複合紡糸口金(環状オリフィス外径
1.2mm、スリット間隔0. 3mm、中心パイプ内径
0. 35mm)から吐出温度85℃、吐出量7. 3g/
分で吐出し、中心パイプからジメチルスルホキシドを8
2重量%含む水溶液を芯成分として吐出量2. 1g/分
で吐出して凝固浴に紡出した後、凝固浴から曳きだされ
た中空糸を第1水洗浴槽、延伸ロール浴槽、第2水洗
槽、第3水洗槽の順で処理を行い、ワインダに巻き取っ
て中空糸膜を得た。なお、凝固浴は温度70℃のジメチ
ルスルホキシド18重量%水溶液を使用し、延伸浴は浴
温度75℃で延伸比は1.3倍とし、各水洗槽温度は6
0℃とした。
【0037】得られた中空糸膜は、図1〜3に示す構造
を持つ膜で、外表面近傍に緻密な構造を有しており、平
均外径は498μm、平均厚みは82μmで、内表面近
傍における空隙は1. 0〜3. 5μmであった。測定結
果を表1に示す。 (実施例2)極限粘度数が0.31m3 /kg(3.1
dl/g)のアクリロニトリル単独重合体を3. 8重量
%の水を含むジメチルスルホキシド溶媒で溶解温度80
℃にて調製して、重合体濃度を12. 0重量%の紡糸溶
液を得た。この溶液を乾式長が10cmとなる位置に設
けられた環状口金(実施例1と同様の口金)から吐出温
度75℃、吐出量7. 2g/分で吐出し、中心パイプか
ら実施例1と同様に凝固液を吐出して凝固浴に紡出した
後、実施例1と同様の紡糸工程を経て中空糸膜を得た。
なお、凝固浴は温度70℃のジメチルスルホキシド1
8. 5重量%水溶液を使用し、延伸浴は浴温度75℃で
延伸比1. 4倍とし、各水洗槽温度は60℃とした。
を持つ膜で、外表面近傍に緻密な構造を有しており、平
均外径は498μm、平均厚みは82μmで、内表面近
傍における空隙は1. 0〜3. 5μmであった。測定結
果を表1に示す。 (実施例2)極限粘度数が0.31m3 /kg(3.1
dl/g)のアクリロニトリル単独重合体を3. 8重量
%の水を含むジメチルスルホキシド溶媒で溶解温度80
℃にて調製して、重合体濃度を12. 0重量%の紡糸溶
液を得た。この溶液を乾式長が10cmとなる位置に設
けられた環状口金(実施例1と同様の口金)から吐出温
度75℃、吐出量7. 2g/分で吐出し、中心パイプか
ら実施例1と同様に凝固液を吐出して凝固浴に紡出した
後、実施例1と同様の紡糸工程を経て中空糸膜を得た。
なお、凝固浴は温度70℃のジメチルスルホキシド1
8. 5重量%水溶液を使用し、延伸浴は浴温度75℃で
延伸比1. 4倍とし、各水洗槽温度は60℃とした。
【0038】得られた中空糸膜は、実施例1の場合と同
様、外表面近傍に緻密な構造を有しており、平均外径は
482μm、平均厚みは77μmで、内表面近傍におけ
る空隙は1. 0〜4. 0μmであった。測定結果を表1
に示す。 (実施例3)鞘成分溶液の吐出温度を40℃としたほか
は、実施例1と同様にして紡糸し、中空糸膜を得た。測
定結果を表1に示す。 (実施例4)凝固浴の温度を40℃としたほかは、実施
例1と同様にして紡糸し、中空糸膜を得た。測定結果を
表1に示す。 (実施例5)鞘成分溶液の重合体濃度を9.0重量%と
したほかは、実施例1と同様にして紡糸し、中空糸膜を
得た。測定結果を表1に示す。
様、外表面近傍に緻密な構造を有しており、平均外径は
482μm、平均厚みは77μmで、内表面近傍におけ
る空隙は1. 0〜4. 0μmであった。測定結果を表1
に示す。 (実施例3)鞘成分溶液の吐出温度を40℃としたほか
は、実施例1と同様にして紡糸し、中空糸膜を得た。測
定結果を表1に示す。 (実施例4)凝固浴の温度を40℃としたほかは、実施
例1と同様にして紡糸し、中空糸膜を得た。測定結果を
表1に示す。 (実施例5)鞘成分溶液の重合体濃度を9.0重量%と
したほかは、実施例1と同様にして紡糸し、中空糸膜を
得た。測定結果を表1に示す。
【0039】
【比較例】(比較例1)延伸ロール浴槽を使用せず、延
伸を施さなかったほかは、実施例1と同様にして紡糸
し、中空糸膜を得た。測定結果を表1に示す。 (比較例2)鞘成分溶液の溶媒をジメチルスルホキシド
単独としたほかは、実施例2と同様に紡糸し、中空糸膜
を得た。測定結果を表1に示す。 (比較例3)アクリロニトリル93.9モル%とアクリ
ル酸メチル5. 8モル%とメタリルスルホン酸ソーダ
0. 3モル%とをDMSO中で重合して極限粘度数が
0.12m3 /kg(1.2dl/g)の共重合体を
得、その共重合体を16. 5重量%含む溶液を鞘成分溶
液として用いたほかは、実施例2と同様にして中空糸膜
を得た。測定結果を表1に示す。 (比較例4)延伸比を4.5倍としたほかは、実施例2
と同様にして紡糸し、中空糸膜を得た。測定結果を表1
に示す。
伸を施さなかったほかは、実施例1と同様にして紡糸
し、中空糸膜を得た。測定結果を表1に示す。 (比較例2)鞘成分溶液の溶媒をジメチルスルホキシド
単独としたほかは、実施例2と同様に紡糸し、中空糸膜
を得た。測定結果を表1に示す。 (比較例3)アクリロニトリル93.9モル%とアクリ
ル酸メチル5. 8モル%とメタリルスルホン酸ソーダ
0. 3モル%とをDMSO中で重合して極限粘度数が
0.12m3 /kg(1.2dl/g)の共重合体を
得、その共重合体を16. 5重量%含む溶液を鞘成分溶
液として用いたほかは、実施例2と同様にして中空糸膜
を得た。測定結果を表1に示す。 (比較例4)延伸比を4.5倍としたほかは、実施例2
と同様にして紡糸し、中空糸膜を得た。測定結果を表1
に示す。
【0040】
【表1】
【0041】
【発明の効果】本発明によれば、中空糸膜のバブルポイ
ントや膜厚、内径、耐圧、純水の透過係数を特定の範囲
としているので、浄水プロセス分野、特に河川水や地下
水の除濁、工業用水の清澄化、排水の高度処理などに好
適に使用できる中空糸膜を提供することができる。
ントや膜厚、内径、耐圧、純水の透過係数を特定の範囲
としているので、浄水プロセス分野、特に河川水や地下
水の除濁、工業用水の清澄化、排水の高度処理などに好
適に使用できる中空糸膜を提供することができる。
【0042】また、中空糸膜の引張り強度が6MN/m
2 以上で、かつ、伸度が50%以上である場合には、長
期間にわたって除濁や除菌性能の安定した、信頼性の高
い中空糸膜を提供することができる。
2 以上で、かつ、伸度が50%以上である場合には、長
期間にわたって除濁や除菌性能の安定した、信頼性の高
い中空糸膜を提供することができる。
【0043】さらに、中空糸膜が少なくともアクリロニ
トリルを95mol%含有し、かつ、極限粘度が0.2
5m3 /kg以上であるアクリロニトリル系重合体を含
んでいる場合には、親水性や耐薬品性に優れるので、水
中の懸濁物質などの除去に特に好適に使用できる中空糸
膜を得ることができる。
トリルを95mol%含有し、かつ、極限粘度が0.2
5m3 /kg以上であるアクリロニトリル系重合体を含
んでいる場合には、親水性や耐薬品性に優れるので、水
中の懸濁物質などの除去に特に好適に使用できる中空糸
膜を得ることができる。
【0044】また、上記のアクリロニトリル系重合体を
用いて、延伸倍率が1.1〜3倍の範囲で乾湿式紡糸を
行う場合には、透水性や耐圧性や強度がバランス良く達
成された中空糸膜を得ることができる。
用いて、延伸倍率が1.1〜3倍の範囲で乾湿式紡糸を
行う場合には、透水性や耐圧性や強度がバランス良く達
成された中空糸膜を得ることができる。
【0045】さらに、乾湿式紡糸を行う際に用いる鞘成
分や芯成分に、特定の範囲の水を含むジメチルスルホキ
シドを溶媒として用いた場合には、透水性や耐圧性や強
度にさらに優れた中空糸膜を得ることができる。
分や芯成分に、特定の範囲の水を含むジメチルスルホキ
シドを溶媒として用いた場合には、透水性や耐圧性や強
度にさらに優れた中空糸膜を得ることができる。
【図1】本発明の一実施態様に係る中空糸膜の横断面の
写真(1,000倍)である。
写真(1,000倍)である。
【図2】図1における中空糸膜の外表面の写真(10,
000倍)である。
000倍)である。
【図3】図1における中空糸膜の内表面の写真(10,
000倍)である。
000倍)である。
1:外表面 2:内表面
フロントページの続き Fターム(参考) 4D006 GA06 GA07 HA19 MA01 MA21 MA22 MA31 MA33 MB02 MB09 MB11 MB16 MB20 MC32 MC36 MC37 MC39X MC89 NA04 NA10 NA17 NA18 NA36 NA68 PA01 PB04 PB05 PB08 PC51
Claims (8)
- 【請求項1】次の(A)〜(E)の条件を満たしている
ことを特徴とする中空糸膜。 (A)バブルポイントが少なくとも250kPa (B)膜厚が40〜120μmの範囲 (C)内径が250〜420μmの範囲 (D)耐圧が少なくとも400kPa (E)純水の透過係数が少なくとも4. 2m3 /(m2
・h・MPa) - 【請求項2】引張り強度が6MN/m2 以上で、かつ、
伸度が50%以上である、請求項1に記載の中空糸膜。 - 【請求項3】少なくともアクリロニトリルを95mol
%含有し、かつ、極限粘度が0.25m3 /kg以上で
あるアクリロニトリル系重合体を含んでいる、請求項1
または2に記載の中空糸膜。 - 【請求項4】複合紡糸口金を用いて、少なくともアクリ
ロニトリルを95mol%含有し、かつ、極限粘度が
0.25m3 /kg以上のアクリロニトリル系重合体と
水とを含む溶液からなる鞘成分と、芯成分とを乾湿式紡
糸した後、1.1〜3倍の範囲の倍率で延伸することを
特徴とする中空糸膜の製造方法。 - 【請求項5】前記鞘成分として、水を0. 5〜6重量%
の範囲で含むジメチルスルホキシドを溶媒とする溶液を
用いる、請求項4に記載の中空糸膜の製造方法。 - 【請求項6】前記芯成分として、水を5〜25重量%の
範囲で含むジメチルスルホキシドを用いる、請求項4ま
たは5に記載の中空糸膜の製造方法。 - 【請求項7】請求項1〜3のいずれかに記載の中空糸膜
を用いてなることを特徴とする浄水用中空糸膜エレメン
ト。 - 【請求項8】請求項7に記載の浄水用中空糸膜エレメン
トを用いてなることを特徴とする浄水器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34660098A JP2000218141A (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 中空糸膜およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34660098A JP2000218141A (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 中空糸膜およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000218141A true JP2000218141A (ja) | 2000-08-08 |
Family
ID=18384534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34660098A Pending JP2000218141A (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 中空糸膜およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000218141A (ja) |
-
1998
- 1998-11-18 JP JP34660098A patent/JP2000218141A/ja active Pending
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