JP5028745B2

JP5028745B2 - 中空糸膜の製造方法

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Publication number: JP5028745B2
Application number: JP2005053044A
Authority: JP
Inventors: 亮小金丸; 努上阪; 文明福井
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2025-02-28
Also published as: JP2006231276A

Description

本発明は、中空糸膜の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、中空糸膜製造工程において、中空糸膜を走行させつつ乾燥する中空糸膜の製造方法に関するものである。

近年、高分子からなる中空糸は、様々な目的や用途に開発され使用されている。特に、中空糸状の高分子膜は精密濾過膜、限界濾過膜、逆浸透膜、気体分離膜、窒素富化膜、酸素富化膜、血液浄化膜、人工腎臓、人工肺などの様々な用途で実用化されている。これらの中空糸膜は、一般的に湿式紡糸法、乾式紡糸法、溶融紡糸法で製糸される。

上述のように、中空糸膜の製造方法は様々なものがあるが、例えば、湿式紡糸法では、二重環式構造からなる紡糸口金からポリマー流体を吐出させ、凝固浴での凝固、洗浄、乾燥後、巻取られる。

特に中空糸膜を走行させつつ乾燥する方法については、中空糸膜つぶれや性能の変動をおさえるため、これまでにも種々の提案がなされている。その主なものとして、湿潤状態にある中空糸膜を溶媒および水蒸気の濃度を規定した熱風による乾燥処理を行う方法（例えば、特許文献１参照）、マイクロ波照射による乾燥処理方法（例えば、特許文献２参照）などがある。また、乾燥後の処理方法としてクリンプ処理をする方法（例えば、特許文献３参照）などがあるが、乾燥方法を提案するものがほとんどであった。しかしながら、これらの方法では、乾燥時に中空糸膜の弛みにより中空糸膜がローラーに巻き付くため、糸切れが多発するという問題があった。

また、中空糸膜への張力付与については、結晶性ポリマーを膜成分とする中空糸膜のアニール処理時での張力付与（例えば、特許文献４参照）や、水洗工程での張力付与（例えば、特許文献５参照）などがあるが、中空糸膜の乾燥時に中空糸膜の張力付与を想定した提案はなかった。

供給される糸状物あるいは布状物を走行させつつ、熱風、もしくは熱風と水蒸気を用いて乾燥する方法は一般的に実施されている乾燥方法である。しかしながら、この乾燥方法を中空糸膜の乾燥に適用した場合、乾燥時に中空糸膜中の内包液の蒸発による弛みが生じる。このため、中空糸膜の弛みがローラーに巻き付き、乾燥した中空糸膜の安定した生産を行うことができなかった。また、巻き付き時に発生する切断糸の混入、弛みや張力のバラツキによる性能変動は、中空糸膜の製品として品質の信頼性を損なうことにもつながる。このように走行させつつ乾燥する中空糸膜の製造方法において、乾燥時の中空糸膜の弛みは解決すべき問題であった。
特開平１１-３３２９８０号公報特開２００３−２８４９３１号公報特開２００１−３８１７１号公報特開２００２−３０１３４１号公報特開２０００−２０２２５６号公報

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消せんとするものであり、短時間で大量の中空糸膜を乾燥させることを可能にする中空糸膜の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
（１）中空糸膜の膜成分として、ポリスルホン系樹脂と、ポリビニルピロリドンおよび／またはポリエチレングリコールとを用いる人工腎臓に使用する中空糸膜の製造方法であって、紡糸された中空糸膜を走行させつつ乾燥する中空糸膜の乾燥工程において、中空糸膜の走行速度を上げることを特徴とする中空糸膜の製造方法。

（２）１２５℃以上１５０℃以下の温度に加熱乾燥した熱風を用いて中空糸膜を乾燥させることを特徴とする前記（１）に記載の中空糸膜の製造方法。

（３）中空糸膜の乾燥時に中空糸膜の走行速度を加速度０．１〜２０％で加速させることを特徴とする前記（１）または（２）記載の中空糸膜の製造方法。

（４）中空糸膜の乾燥時の中空糸膜１本あたりの張力が０．４〜８０ｇであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の中空糸膜の製造方法。

本発明においては、乾燥時に中空糸膜の走行速度を加速させることにより、糸切れの要因である中空糸膜の弛みをなくすことができる。

図１に湿式紡糸法による乾燥中空糸膜製造工程の一例を示す。二重環式構造からなる紡糸口金１から中空形状のポリマー流体を吐出させ、凝固浴２、水洗浴３、乾燥装置４を通過後、巻取機５で巻き取る。６は湿潤状態の中空糸膜であり、７は乾燥中空糸膜である。乾燥装置４内のローラー８の周速の変更により中空糸膜の走行速度を変更する。

本発明は、中空糸膜を走行させつつ乾燥する製造方法において、中空糸膜の乾燥時において中空糸膜の走行速度を加速し、糸切れの原因である弛みを防ぐ。加速がない場合、弛みによる中空糸膜のローラー巻き付きが生じ、糸切れの多発や品質の信頼性低下が起きる。

中空糸膜の乾燥温度は１２５〜１５０℃が好ましい。１２５℃未満であると、中空糸膜の乾燥が不十分のため、中空糸膜のつぶれを誘発する場合がある。一方、１５０℃を越えると、急激な温度上昇により張力変動が大きいため、膜性能のバラツキが起きる場合がある。

中空糸膜の加速度は次の式で表される。

加速度（％）＝（乾燥後中空糸膜の走行速度−乾燥前中空糸膜の走行速度）／乾燥前中空糸膜の走行速度×１００
中空糸膜の乾燥時に中空糸膜にあたえる加速度としては０．１〜２０％が好ましい。０．１％未満であると中空糸膜の乾燥時に発生する中空糸膜の弛みを吸収できない場合がある。一方、２０％を越えると、中空糸膜へかかる張力が大きいために中空糸膜に損傷が生じ、中空糸膜の破断による糸切れや中空糸膜のつぶれが起きる場合がある。

中空糸膜に与える張力は中空糸膜１本あたり０．４〜８０ｇが好ましい。０．４ｇ未満であると中空糸膜の乾燥時に発生する中空糸膜の弛みを吸収できない場合がある。一方、８０ｇを越えると、中空糸膜へかかる張力が大きいために中空糸膜に損傷が生じ、中空糸膜の破断による糸切れや中空糸膜のつぶれが起きる場合がある。

本発明で用いられる中空糸膜の膜構成ポリマは特に限定されないが、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等のポリスルホン系樹脂と、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）および／またはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）とで構成されていることが好ましい。

本発明の中空糸膜の製造方法は、水処理（特に浄水）用途や、医療用途における血液浄化膜にも用いることができる。また、大量処理が可能なため、通常産業用途の限外濾過膜や逆浸透膜などの用途にも有効に用いられる。特に、本発明の製造方法によって得られる中空糸膜は人工腎臓等の人工臓器に用いるのが好ましい。

中空糸膜は糸束状である場合、複数本を同時に処理することができ、高い生産性を有するという観点から好ましい形態である。

本発明における製膜原液および芯液の組成は特に限定はないが、製膜原液および芯液の溶媒濃度が高い場合において、特に大きな効果を発揮する。

（実施例１）
ポリスルホン１６ｗｔ％、ポリビニルピロリドン（Ｋ−９０）６ｗｔ％をジメチルアセトアミド７８ｗｔ％に加え、９０℃、３時間加熱溶解し、製膜原液とした。この原液を外径０．３ｍｍ、内径０．２ｍｍの二重環式構造からなる紡糸口金（１４４錘）から芯液としてジメチルアセトアミド６０ｗｔ％と水４０ｗｔ％からなる混合溶液を吐出させ、１本ずつに分繊を行ったまま毎分３０．０ｍの走行速度で、温度３５℃・湿度８０％の冷風があたる乾式部３５０ｍｍを通過の後、４０℃の水からなる凝固浴中に浸漬し中空糸膜を形成した。形成後、その後も連続的に９０℃の水からなる洗浄浴にて洗浄を行った後、熱風乾燥装置内を熱風温度１５０℃に設定し、６０秒間は毎分３０．０ｍの走行速度で、続く２０秒間は毎分３０．１ｍの走行速度で、続く２０秒間を毎分３０．２ｍの走行速度で、続く２０秒間を毎分３０．３ｍの走行速度で（加速度１％）、計２分間乾燥を行った後、中空糸膜を巻き取った。乾燥装置内の張力は中空糸１本あたり４．０ｇであり、乾燥装置での糸切れは０．０５回／時間であった。

（実施例２）
実施例１と同様に中空糸膜を形成し、洗浄浴にて洗浄を行った後、熱風乾燥装置内を熱風温度１２５℃に設定し、６０秒間は毎分３０．０ｍの走行速度で、続く２０秒間は毎分３０．１ｍの走行速度で、続く２０秒間を毎分３０．２ｍの走行速度で、続く２０秒間を毎分３０．３ｍの走行速度で（加速度１％）、計２分間乾燥を行った後、中空糸膜を巻き取った。乾燥装置内の張力は中空糸１本あたり４．０ｇであり、乾燥装置での糸切れは０．０３回／時間であった。

（実施例３）
実施例１と同様に中空糸膜を形成し、分繊をしたまま９０℃の水からなる洗浄浴にて洗浄を行った後、、熱風乾燥装置内を熱風温度１５０℃に設定し、３０秒間は毎分３０．０ｍの走行速度で、続く３０秒間は毎分３０．１ｍの走行速度で、続く３０秒間を３０．２ｍの走行速度で、最後の３０秒間を３０．３ｍの走行速度で（加速度１％）、計２分間乾燥を行った後、中空糸膜を巻き取った。乾燥装置内の張力は中空糸１本あたり４．０ｇであり、乾燥装置での糸切れは０．０６回／時間であった。

（実施例４）
実施例１と同様に中空糸膜を形成し、今度は８本を束ねて分繊を行わずに９０℃の水からなる洗浄浴にて洗浄を行った後、、熱風乾燥装置内を熱風温度１２５℃に設定し、６０秒間は毎分３０．０ｍの走行速度で、続く２０秒間は毎分３０．３ｍの走行速度で、続く２０秒間は毎分３０．６ｍの走行速度で、最後の２０秒間は毎分３０．９ｍの走行速度で（加速度３％）、計２分間乾燥を行った後、中空糸膜を巻き取った。乾燥装置内の張力は中空糸１本あたり１２．０ｇであり、乾燥装置での糸切れは０．０３回／時間であった。

（比較例１）
実施例１と同様に中空糸膜を形成し、洗浄浴にて洗浄を行った後、熱風乾燥装置内を熱風温度１５０℃に設定し、２分間毎分３０ｍの走行速度（加速度０％）で乾燥を行った後、中空糸膜を巻き取った。乾燥装置での糸切れは３回／時間であった。

本発明は、中空糸膜の製造工程に用いることができるが、その応用範囲はこれらに限られるものではない。

本発明の中空糸膜製造工程の一例を示す概略図である。

符号の説明

１：紡糸口金
２：凝固浴
３：水洗浴
４：乾燥装置
５：巻き取り機
６：湿潤状態の中空糸膜
７：乾燥状態の中空糸膜
８：乾燥装置内のローラー
９：乾燥装置の最終ローラー（乾燥後の中空糸膜走行速度を規定）
１０：水洗装置の最終ローラー（乾燥前の中空糸膜走行速度を規定）

Claims

中空糸膜の膜成分として、ポリスルホン系樹脂と、ポリビニルピロリドンおよび／またはポリエチレングリコールとを用いる人工腎臓に使用する中空糸膜の製造方法であって、紡糸された中空糸膜を走行させつつ乾燥する中空糸膜の乾燥工程において、乾燥直前の中空糸膜の走行速度に比べて、乾燥時に中空糸膜の走行速度を加速させることを特徴とする中空糸膜の製造方法。
１２５℃以上１５０℃以下の温度に加熱乾燥した熱風を用いて中空糸膜を乾燥させることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜の製造方法。
乾燥前の中空糸膜の走行速度と比較して、乾燥時に中空糸膜の走行速度を加速度０．１〜２０％で加速させることを特徴とする請求項１または２に記載の中空糸膜の製造方法。
中空糸膜の乾燥時の中空糸膜１本あたりの張力が０．４〜８０ｇであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜の製造方法。