JPH09296320A

JPH09296320A - 紡糸口金

Info

Publication number: JPH09296320A
Application number: JP11260696A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Fujii; 能成藤井; Hidetsugu Iwatani; 英嗣岩谷; Toshiyuki Ishizaki; 利之石崎
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1996-05-07
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 1997-11-18

Abstract

(57)【要約】【課題】紡糸口金内部に満たせされた空気もしくは気
体を容易に紡糸口金の外に押出すことのできて、中空糸
の膜壁の中に気泡を巻き込むおそれのない紡糸口金を提
供する。【解決手段】紡糸方向に供給されたポリマ流に対して
４５〜９０°の角度をなす環状の棚面が環状オリフィス
上部に存在することを特徴とする中空糸紡糸用口金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は中空糸紡糸用の口金に関
する。さらに詳しくは、紡糸口金内部に滞留する空気等
の気体の混入に起因する中空糸の欠点を解消する紡糸口
金に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高分子からなる中空糸は種々の目
的・用途に開発され、使用されている。特に、中空糸状
の高分子分離膜は、精密濾過膜、限外濾過膜、逆浸透
膜、気体分離膜、窒素富化膜、酸素富化膜、または、血
液浄化膜、人工肺等の様々な用途で実用化され、最近で
は浄水プロセスや各種水処理分野でも使用されるように
なってきている。

【０００３】これらの中空糸膜は一般的に湿式法もしく
は乾湿式法と呼ばれる紡糸方法、および溶融紡糸法で製
糸される。

【０００４】上述のような用途に使用される中空糸膜に
要求される必要条件として、供給側と透過側とを中空糸
膜で完全に隔離して、供給液もしくは供給ガスと透過液
もしくは透過ガスとが相互に混合・接触しないよう、無
欠点であることである。

【０００５】中空糸の欠点の原因には種々あるが、紡糸
口金に起因する欠点が各種あり、紡糸口金の外観から判
断できる欠点については比較的に容易に改善され得る
が、外観から判断・推定できない欠点は改善が困難であ
る。

【０００６】従来、このような考え方から、近接したス
リットからポリマ流体を吐出させて吐出直後相互に融着
させるスリット式口金の採用を避けて、環状オリフィス
の中心に中空糸製糸の際に中心部の中空部を形成させる
流体を注入する中心パイプを備えた、二重環式の紡糸口
金が使用されてきている。例えば、特公昭４３−２５９
２８およぶ米国特許３，６３０，８２４には、図２に示
すような構造の中空糸紡糸用口金が示されている。ま
た、特公昭５０−４０１６８、同５４−１５１５７４、
および特公平７−５３９２５にはポリマ溶液を紡糸口金
の側方から供給して、注入液体を紡糸口金上方から中心
パイプに供給する構造の紡糸口金が示されている。特公
昭５３−３５６１３に示されている紡糸口金は特公昭５
０−４０１６８、同５４−１５１５７４、および特公平
７−５３９２５等に示された構造の紡糸口金を多ホール
化した構造のものである。

【０００７】ポリマ溶液を紡糸口金の側方から供給し
て、注入液体を紡糸口金上方から中心パイプに供給する
構造の紡糸口金を使用する場合、溶融ポリマもしくはポ
リマ溶液の粘性が高い場合には環状オリフィスから吐出
される溶融ポリマもしくはポリマ溶液がポリマ供給孔に
近い方に多く偏り、中空糸の壁厚が不均一になるという
欠点を有している。

【０００８】図３に示すような構造の従来の中空糸紡糸
用口金を使用する場合、紡糸口金の内部に滞留する空気
等の気体が、紡糸中に微量の気泡として長時間にわたっ
て、中空糸の膜壁の中に取込まれ、中空糸内外に貫通し
た孔となるかあるいは容易に破損して貫通孔の原因とな
り、前述のポリマ溶液を紡糸口金の側方から供給して、
注入液体を紡糸口金上方から中心パイプに供給する構造
の紡糸口金に於ても同様に、この様な欠点を完全に避け
ることが極めて困難であった。このような欠点は、中空
糸の上述の様な用途での機能に対して、性能低下および
信頼性低下の原因になり、かかる欠点のない中空糸を紡
糸する技術が求められているのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、紡糸口金内
部に満たせされた空気もしくは気体を容易に紡糸口金の
外に押出すことのできて、中空糸の膜壁の中に気泡を巻
き込むおそれのない紡糸口金を提供するのが本発明の課
題である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、基本的
には以下の構成により、達成される。即ち「紡糸方向に
供給されたポリマ流に対して４５〜９０°の角度をなす
環状の棚面が環状オリフィス上部に存在することを特徴
とする中空糸紡糸用口金。」である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の紡糸方向に供給されたポ
リマ流に対して４５〜９０°の角度をなす環状の棚面
は、ポリマ流がそのまま真っ直ぐに環状オリフィスに流
出するのを遮り、少なくともいったん流束の方向を大き
く変えることができる口金外径側の内表面の構造であ
る。

【００１２】ここで「４５〜９０°の角度をなす」に関
して、角度の定義方法は、口金の縦断面上で、該棚面の
接線を中心パイプの中心線まで延長した線分と、前記線
分と中心線の交点からポリマ流の上流へ向かう半直線の
なす角により与えられる。なお、以下同様にして他の角
度も定義されるものとする。即ち、口金の構造や各部位
の場合は、それらの表面（特に口金の外径側の内表面）
の接線を中心パイプの中心線まで延長した線分により同
様にして定義できる。

【００１３】なお図３は従来例であり、本発明の環状の
棚面を有しない。前記環状の棚面とは、図１に示したと
おり、環状口金内の外径側の内表面形状である。環状の
棚面は、口金縦断面上において、好ましくは直線形状で
あるが、場合によっては緩やかな曲線形状であっても良
い。あるいは該棚面には多少の凹凸や溝があっても良
い。また、紡糸方向に対して４５〜９０°の角度をなす
ことが好ましくは、６０〜９０°の角度がより好まし
い。

【００１４】なお、環状オリフィス直前の紡糸方向に供
給されたポリマ流の長さは特に限定されるものではない
が、口金の構成上の利便などを考慮すると０．５cm以上
であることが好ましく、１．０cm以上であることがより
好ましく、２．０cm以上であることがさらに好ましい。

【００１５】また本発明におけるポリマ流とは、一定方
向性を有するポリマ流体の流れを指し、主にポリマ流体
供給孔を流れるポリマ流体の流れを指す。また、ポリマ
流体とは中空糸の素材原料となるポリマに流動性が付与
された形態を意味し、具体的には当該ポリマを高温にし
て溶融したもの又は適当な溶媒に溶解した溶液が挙げら
れる。

【００１６】またかかるポリマとしては、特に限定しな
いが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、
ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、セルロ
ースアセテート、ポリアクリロニトリル、その他の材質
を選択することができる。アクリロニトリル系重合体の
中でも最も好ましいものとしては、アクリロニトリルを
少なくとも５０モル％以上、好ましくは６０モル％以上
と該アクリロニトリルに対して共重合性を有するビニル
化合物一種または二種以上を５０モル％以下、好ましく
は０〜４０モル％とからなるアクリロニトリル系重合体
である。また、これらアクリロニトリル系重合体二種以
上、さらに他の重合体との混合物でも良い。上記ビニル
化合物としては、アクリロニトリルに対して共重合性を
有する公知の化合物であればよく、特に限定されない
が、好ましい共重合体成分としては、アクリル酸、イタ
コン酸、アクリル酸メチル、酢酸ビニル、アリルスルホ
ン酸ソーダー、ｐ−スチレンスルホン酸ソーダー等を例
示することができる。他に好ましい中空糸膜素材として
は、エチレンプロピレンまたは４メチルペンテンなどの
単独または二種以上のオレフィン系重合体が適当であ
る。本発明は特に粘度が高い場合に好適にその効果が発
揮され、例えば、極限粘度が２．０以上である超高重合
度のアクリロニトリル系重合体の濃度が５〜１５重量で
ある有機溶媒溶液のような粘度を有するポリマ流体が挙
げられる。

【００１７】図１は本発明の紡糸口金の全体構造を縦断
面Ａ、横断面Ｂに分けて示した図である。１は口金ボデ
ィーであり、４はポリマ流体供給孔であり、８は中空糸
膜の中空部に流体を注入するための供給孔である。ポリ
マ流体供給孔４は好ましくは２〜８本、より好ましくは
４〜６本を環状にほぼ等間隔で設けるのが好適であるが
特に限定されるものではない。ポリマ流体供給孔４の下
端の開口面５と環状オリフィス部７との間に、ポリマ供
給孔４からポリマ合流部６に流入してきた溶融ポリマ流
体の流れを遮る環状の棚面１０を備えている。８は中空
糸膜の中空部に流体を注入する中心パイプである。Ｂは
口金ボディーを上から見た図であり、縦断面Ａの注入液
体供給孔８付近で切断した横断面である。

【００１８】図２は本発明を詳細に説明するための口金
内部の詳細図である。環状の棚面１０の幅ｂは広いほど
効果はあるが、ポリマ合流部６が大きいと最初に滞留す
る空気が多くなり、また空気が残留しやすくなるので、
自ずと好適な範囲がある。すなわち、本発明者が鋭意検
討した結果、棚面１０の幅ｂはポリマ供給孔の直径ｄの
１／２以上である場合に極めてよい結果が得られた。棚
面１０は紡糸口金中心部に向って勾配がついていてもよ
い。また、棚面の一部分にだけ勾配を付けた構造であっ
てもポリマ流体の流れを遮り、棚面上を横方向に流れて
ポリマ合流部を満たし、最初に充満していた空気を押出
してから、ポリマ流体が環状オリフィス部へ流出する効
果を示す限り、何等支障はない。

【００１９】なお、環状の棚面を設けた場合には、環状
の棚面の内側端部と中心パイプ外側との間のポリマ流路
部の面積が環状の棚面の構造のものと比較して小さくな
る。極端な場合には、環状オリフィスのポリマ吐出部の
断面積より小さくなる場合も考えられるが、その場合に
はポリマ合流部の空気の押出しが難しくなるので、環状
の棚面の内側端部と中心パイプ外側との間のポリマ流路
部の面積は、環状オリフィスのポリマ流路部の断面積以
上になるようにすることが好ましい。

【００２０】環状の棚面とポリマ供給孔の開口端面から
の距離ａは、ポリマ合流部に充満する空気の押出され方
に影響する因子である。ａが大きすぎると環状の棚面を
設けた効果が小さくなり、ａが小さすぎると溶融ポリマ
流体の流動抵抗が大きくなるばかりか環状の棚面から環
状オリフィスに至る部分の空気が残留しやすくなるの
で、適当な距離とする必要がある。すなわち、環状の棚
面とポリマ供給孔の開口端面からの距離ａは、ポリマ供
給孔の直径ｄの１／２以上３倍以下であるのが好まし
く、１倍以上２倍以下がより好ましい。

【００２１】また、ポリマ供給孔の開口端面のポリマ供
給孔の外縁部と、中心パイプの外周部との距離ｃもポリ
マ合流部の空気の残留と紡糸中の気泡の発生を左右する
因子である。距離ｃが大きくポリマ供給孔の外縁部と中
心パイプの外周部とが離れすぎていると、ポリマ合流部
の空気が残留しやすく、中空糸の膜壁の中に気泡を巻き
込み易くなり、著しく長時間にわたり気泡を発生させる
ことになる。したがって、ポリマ供給孔の開口端面のポ
リマ供給孔の外縁部と中心パイプの外周部との距離ｃ
は、おおよそポリマ供給孔の直径ｄ以下であることが好
ましい。

【００２２】なお、ｅは環状オリフィス８の外側の直径
であり、ｆは内側の直径である。

【００２３】本発明は、その主旨から中空糸の素材や使
用目的に限定されるものでないことは明らかであり、ま
た、溶融紡糸法および溶液紡糸法等の紡糸方法にも限定
されないことは明らかである。

【００２４】また、ポリマ流を調整するために、該環状
の棚面と環状オリフィスとの間に、環状の傾斜面を設け
ることが好ましく、紡糸方向に対して１５〜６０°の角
度をなすのがより好ましく、２０〜５０°がさらに好ま
しい。なお、その機能上、棚面の角度よりも傾斜面の角
度を小さく調整することが好ましい。そして該環状の傾
斜面の幅はポリマ供給孔の直径の１／２以上が好まし
く、１倍以上がより好ましい。

【００２５】なお、棚面や傾斜面は、本発明の目的を達
成するのに差し支えない範囲内においていかなる形態を
有していても良い。例示するならば、棚面や傾斜面は、
角や辺により区切られ他の面と明確に区別できる面を形
成していても良い。あるいは部分的に曲面で棚面から傾
斜面さらに傾斜面から環状オリフィスに連続している形
態でも良いが、この場合加工がやや複雑となる。いずれ
にしても、特に限定されるものではないが、例えば前述
の通りの数値範囲の角度や大きさを有する平面、曲面、
部分乃至は構造が口金において認めうるのならば、いか
なる形態を有していても良い。

【００２６】さらに、紡糸方向に供給されたポリマ流
に、紡糸方向に対して４５〜９０°の角度をなす方向を
与えることができる構造であるのならば、構造上の角度
が前記角度に限定されなくとも良い。

【００２７】また、中空糸の寸法等にもよらないことは
説明を要しないが、比較的大孔径の紡糸口金を使用する
ような紡糸において、特に本発明が非常に有用となる。
これは、大孔径の紡糸口金の場合には、環状オリフィス
部分での溶融ポリマ流体の流動抵抗が比較的小さく、ポ
リマ合流部をポリマ流体が充満される前に環状オリフィ
ス部分から吐出されるためではないかと推量されるため
である。

【００２８】

【実施例】空気の残留の程度は、紡糸口金直下で観察さ
れる気泡個数で表わした。観察方法は、紡糸時に紡糸口
金直下を証明して気泡を観察し、３０分間に観察された
気泡の数を測定した。実験は、各寸法のそれぞれの構造
の紡糸口金を８種類８個同時に紡糸機に装着して、同時
に紡糸溶液を吐出させて比較した。紡糸原液の吐出量は
１口金当り７．５ｇ／分とした。

【００２９】実施例１〜６、比較例１、２図２にその構造を示した口金を用いて、極限粘度３．２
のポリアクリロニトリルの１０．１重量％のＤＭＳＯ溶
液を紡糸原液として常温で紡糸実験を実施した。なお凝
固液として８２重量％のＤＭＳＯ水溶液を吐出量２．０
ｇ／min で用いた。ポリマ溶液吐出開始後、５０分、１
００分、２００分、および４００分経過後の、３０分当
りの気泡個数を測定した。比較例として、図３の構造の
紡糸口金を用いて実施例と全く同様に実験を行なった。
紡糸口金の寸法を表１に示した。

【００３０】

【表１】また、得られた結果を表２に示した。

【００３１】

【表２】表から明らかなように、図３の構造の紡糸口金ではポリ
マ溶液吐出開始後２００分以上後でも、気泡が観察され
たのに対して、図２の構造の紡糸口金を使用した場合に
は、１００分程度で気泡が著しく減少し、２００分後に
はほとんど観察されなかった。即ち、本発明の構造の口
金を用いることにより、紡糸初期から気泡による欠点の
ない中空糸を紡糸することができることが分る。

【００３２】

【発明の効果】本発明によりポリマ流に偏向あるいは乱
流が与えられるので、紡糸開始時に紡糸口金内部に満た
されている空気を容易に紡糸口金の外に押出すことので
きて、中空糸の膜壁の中に気泡を巻き込むおそれのない
紡糸口金を提供し、紡糸口金の内部に滞留する空気等の
気体が紡糸中に微量の気泡として長時間にわたって、中
空糸の膜壁の中に取込まれ、中空糸内外に貫通した孔と
なるかあるいは容易に破損して貫通孔の原因となるよう
な欠点のない中空糸を容易に紡糸することができる。ま
た、かかる構造によりポリマ供給孔から遠い近いにかか
わらず、口金のあらゆる部分でポリマ供給が平準化さ
れ、均一な厚みの中空糸を紡糸することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸紡糸用口金の全体構造の縦横
断面を示した。

【図２】本発明の中空糸紡糸用口金の詳細構造の縦断
面を示した。

【図３】従来公知の中空糸紡糸用口金の内部構造を詳
細に示した。

【符号の説明】

１：中空糸口金ボディ２：プラグ３：インサート４：ポリマ流体供給孔５：ポリマ流体供給孔下端の開口面６：ポリマ流体合流部７：環状オリフィス部８：注入流体供給孔９：中心パイプ１０：環状棚面Ａ：図１の縦断面図Ｂ：図１の横断面図ａ：ポリマ流体供給孔下端の開口面５と環状棚面１０と
の距離ｂ：環状棚面１０の幅ｃ：ポリマ流体供給孔４の外周部とポリマ流体供給孔下
端の開口面５における中心パイプ９の外縁部との距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】紡糸方向に供給されたポリマ流に対して
４５〜９０°の角度をなす環状の棚面が環状オリフィス
上部に存在することを特徴とする中空糸紡糸用口金。
【請求項２】該環状の棚面の幅がポリマ供給孔の直径
の１／２以上であることを特徴とする、請求項２記載の
中空糸紡糸用口金。
【請求項３】環状の棚面の幅がポリマ供給孔の直径の
１／２以上であり、環状の棚面の内側端部と中心パイプ
外側との間のポリマ流路部の面積が、環状オリフィスの
ポリマ流路部の断面積以上であることを特徴とする、請
求項３記載の中空糸紡糸用口金。
【請求項４】環状の棚面とポリマ供給孔の開口端面か
らの距離が、ポリマ供給孔の直径の１／２以上３倍以下
であることを特徴とする、請求項１記載の中空糸紡糸用
口金。
【請求項５】ポリマ供給孔の開口端面に於て、ポリマ
供給孔の外縁部と中心パイプの外周部との距離が、ポリ
マ供給孔の直径以下であることを特徴とする請求項１記
載の中空糸紡糸用口金。
【請求項６】該環状の棚面と環状オリフィスとの間
に、紡糸方向に対して１５〜６０°の角度をなす環状の
傾斜面を有することを特徴とする、請求項１記載の中空
糸紡糸用口金。
【請求項７】該環状の傾斜面の幅がポリマ供給孔の直
径の１／２以上であることを特徴とする、請求項７記載
の中空糸紡糸用口金。
【請求項８】紡糸方向に供給されたポリマ流に、紡糸
方向に対して４５〜９０°の角度をなす方向を与える構
造が存在する環状オリフィス上部空間を有することを特
徴とする中空糸紡糸用口金。