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JP2675197B2 - Manufacturing method of high strength and porous polysulfone hollow fiber membrane - Google Patents

Manufacturing method of high strength and porous polysulfone hollow fiber membrane

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Publication number
JP2675197B2
JP2675197B2 JP3021009A JP2100991A JP2675197B2 JP 2675197 B2 JP2675197 B2 JP 2675197B2 JP 3021009 A JP3021009 A JP 3021009A JP 2100991 A JP2100991 A JP 2100991A JP 2675197 B2 JP2675197 B2 JP 2675197B2
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JP
Japan
Prior art keywords
hollow fiber
fiber membrane
polysulfone
solution
polyethylene glycol
Prior art date
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JP3021009A
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Japanese (ja)
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Inventor
民行 江口
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Kaneka Corp
Original Assignee
Kaneka Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Kaneka Corp filed Critical Kaneka Corp
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Publication of JPH04260424A publication Critical patent/JPH04260424A/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/66Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
    • B01D71/68Polysulfones; Polyethersulfones

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ポリスルホン中空糸膜
の製法に関する。さらに詳しくは、中空糸の内表面およ
び外表面に形の揃った孔を有する高強度・多孔質ポリス
ルホン中空糸膜の製法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a polysulfone hollow fiber membrane. More specifically, it relates to a method for producing a high-strength, porous polysulfone hollow fiber membrane having pores of uniform shape on the inner and outer surfaces of the hollow fiber.

【0002】[0002]

【従来の技術】ポリスルホン中空糸膜は、その優れた耐
熱性と耐薬品性が認められて、工業的な精密瀘過または
限外瀘過に広く利用されている。
2. Description of the Related Art Polysulfone hollow fiber membranes are widely used for industrial precision filtration or ultrafiltration because of their excellent heat resistance and chemical resistance.

【0003】従来のポリスルホン中空糸膜は、いわゆる
乾湿式紡糸法によって製造されている。この方法は、基
本的にはポリスルホンの均一またはほぼ均一な溶液を二
重ノズルから芯液とともに空気中に押し出したのち、凝
固液に浸す工程からなる。
Conventional polysulfone hollow fiber membranes are manufactured by the so-called dry-wet spinning method. This method basically comprises a step of extruding a uniform or nearly uniform solution of polysulfone into the air through a double nozzle together with the core liquid, and then immersing it in a coagulating liquid.

【0004】これまで前記各工程について、主に膜の透
過性能の向上を目的とした多数の改良が加えられてきて
いる。
Up to now, a number of improvements have been added to each of the above steps, mainly for the purpose of improving the permeation performance of the membrane.

【0005】以下に本発明にかかわりのある、比較的大
きな孔を有するポリスルホン中空糸膜に関する従来の技
術について説明する。
The prior art relating to the polysulfone hollow fiber membrane having a relatively large pore, which is related to the present invention, will be described below.

【0006】従来の技術において、紡糸原液としては、
芳香族ポリスルホンをその良溶剤と添加剤との混合液に
溶解させた溶液が通常用いられている。
In the prior art, as the spinning solution,
A solution in which aromatic polysulfone is dissolved in a mixed solution of a good solvent and an additive is usually used.

【0007】前記良溶剤としては、水溶性で高沸点のジ
メチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチル
-2- ピロリドンなどが用いられている。
Examples of the good solvent include water-soluble high-boiling point dimethylformamide, dimethylacetamide, and N-methyl.
-2-Pyrrolidone is used.

【0008】前記添加剤としては、ポリスルホンの非溶
剤、たとえば炭素数が2〜4の多価アルコール(特開昭
56-15270号、同60-222112 号各公報参照)や水溶性の造
孔剤、たとえばポリエチレングリコール(特開昭54-262
83号、同57-35906号、同58-114702号各公報参照)、ポ
リビニルピロリドン(特開昭61-93801号、同61-238306
号、同63-97205号各公報参照)などが使用されている。
As the above-mentioned additive, a non-solvent of polysulfone, for example, a polyhydric alcohol having 2 to 4 carbon atoms (Japanese Patent Laid-Open Publication No.
56-15270 and 60-222112) and water-soluble pore-forming agents such as polyethylene glycol (JP-A-54-262).
83, 57-35906, 58-114702), polyvinylpyrrolidone (JP-A 61-93801, 61-238306)
No. 63-97205).

【0009】前記芯液としては、ポリスルホンの非溶
剤、たとえば水または良溶剤の水溶液が使用されてい
る。
As the core liquid, a non-solvent of polysulfone, for example, water or an aqueous solution of a good solvent is used.

【0010】紡糸原液の温度は、紡糸原液が均一または
ほぼ均一な状態になる範囲で一定に保持される。
The temperature of the spinning dope is kept constant within the range where the spinning dope is in a uniform or almost uniform state.

【0011】空中の走行距離は通常数cm/数十cmに設定
される。
The distance traveled in the air is usually set to several cm / several tens of cm.

【0012】凝固液には、芯液と同様に、水または良溶
剤の水溶液が通常使用され、凝固液の温度は、室温から
70℃程度の範囲に設定される。
Similar to the core liquid, water or an aqueous solution of a good solvent is usually used as the coagulating liquid, and the temperature of the coagulating liquid is from room temperature to
It is set in the range of about 70 ℃.

【0013】紡糸速度は通常20〜70m /分である。The spinning speed is usually 20 to 70 m / min.

【0014】このような方法で製造された中空糸膜の構
造をさらに安定にして、乾燥しても瀘過性能を失わない
ようにするために、80℃以上の温水に浸す処理が加えら
れることもある(特開昭57-71606号公報参照)。
In order to further stabilize the structure of the hollow fiber membrane produced by such a method and prevent the filtration performance from being lost even when dried, a treatment of immersing in hot water at 80 ° C. or higher is added. (See Japanese Patent Laid-Open No. 57-71606).

【0015】本発明にとくにかかわりのある従来の技術
の概要は以上のとおりであるが、つぎにこれらの問題点
についてのべる。
The outline of the conventional technique which is particularly related to the present invention is as described above. Next, these problems will be described.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】前記のように、芳香族
ポリスルホン中空糸膜は、耐熱性と耐薬品性に優れ、限
外瀘過から精密瀘過まで工業的に広く使用されている。
それにともない熱水滅菌や蒸気滅菌のような急激な温度
変化に耐えるもの、従来のいわゆるプリーツ型カートリ
ッジフィルターとおなじように過酷な取扱いを受ける用
途にも使えるものなどが要求されるようになってきてい
る。
As described above, the aromatic polysulfone hollow fiber membrane is excellent in heat resistance and chemical resistance, and is widely used industrially from ultrafiltration to precision filtration.
Along with this, there is a growing demand for products that can withstand rapid changes in temperature, such as hot water sterilization and steam sterilization, as well as those that can be used for applications that are subject to the same severe handling as conventional so-called pleated cartridge filters. There is.

【0017】しかしながら、従来の製法は膜の瀘過性能
の向上に注力して開発されたものであるために、中空糸
膜の破断強度およびとりわけ破断時の伸びが小さく、前
記のような急激な温度変化や過酷な取扱いを受ける用途
では、しばしばポリスルホン中空糸膜が破断することが
指摘されている。
However, since the conventional manufacturing method was developed by focusing on improving the filtration performance of the membrane, the breaking strength of the hollow fiber membrane and especially the elongation at the breaking time are small, and the above-mentioned rapid production is not possible. It has been pointed out that the polysulfone hollow fiber membrane often breaks in applications subject to temperature changes and severe handling.

【0018】たとえば、特開昭57-35906号公報、同58-1
14702 号公報では、瀘過速度を大きくするために、ポリ
スルホンのジメチルホルムアミドなどの溶液に、高温
(たとえば80〜 130℃)では溶液が相分離して白濁する
ほど多量の平均分子量が400 〜20000 のポリエチレング
リコールを添加し、これを冷却してえられる均一な溶液
が、紡糸原液として用いられている。この紡糸原液から
製造される中空糸膜は、特開昭58-114702 号公報の第6
図にも示されているように、連続していない細い枝も多
数見られる網状構造を有するため、引っ張り強度、破断
時の伸びともに小さく、とくに破断時の伸びは25%にも
達しない。
For example, JP-A-57-35906 and 58-1
In the 14702 publication, in order to increase the filtration rate, a solution of polysulfone such as dimethylformamide has a large average molecular weight of 400 to 20000 so that the solution becomes phase-separated and becomes cloudy at a high temperature (for example, 80 to 130 ° C). A homogeneous solution obtained by adding polyethylene glycol and cooling it is used as a spinning dope. A hollow fiber membrane produced from this spinning dope is disclosed in JP-A-58-114702, No. 6
As shown in the figure, since it has a network structure in which many thin branches that are not continuous are seen, both the tensile strength and the elongation at break are small, and especially the elongation at break does not reach 25%.

【0019】また、特開昭60-222112 号公報には、孔径
を大きくするために、紡糸原液としてポリスルホンのN-
メチル-2- ピロリドンなどの溶液に、室温以下の温度で
は溶液が相分離するようにプロピレングリコールなどの
非溶剤を加え、これを加温して均一な溶液にしたものが
用いられている。この紡糸原液から製造される中空糸膜
は、同公報の第9図にも示されているように、枝がとぎ
れることなく高度に発達した網状構造を有するため、破
断時の伸びは大きく 100%にも達するものもある。
Further, in JP-A-60-222112, in order to increase the pore diameter, polysulfone N-
A non-solvent such as propylene glycol is added to a solution of methyl-2-pyrrolidone or the like so that the solution is phase-separated at a temperature of room temperature or lower, and this is heated to form a uniform solution. As shown in FIG. 9 of the publication, the hollow fiber membrane produced from this spinning dope has a highly developed network structure without breaks in the branches, and therefore has a large elongation at break of 100%. Some can reach.

【0020】しかしながら、さらに強度を上げるために
紡糸原液中のポリスルホン濃度を高くし、中空糸の肉厚
も大きくすると、膜内部は網状構造からセル構造へと変
化し、瀘過速度が著しく低下する。
However, if the polysulfone concentration in the spinning dope is increased and the wall thickness of the hollow fiber is increased in order to further increase the strength, the inside of the membrane changes from a network structure to a cell structure, and the filtration rate remarkably decreases. .

【0021】したがって、この方法でも満足できる引っ
張り強度を有する膜はえられない。
Therefore, even with this method, a film having a satisfactory tensile strength cannot be obtained.

【0022】一方、添加剤としてポリビニルピロリドン
を使用した特開昭61-93801号、同61-238306 号、同63-9
7205号の各公報に記載の中空糸膜にも、前記特開昭57-3
5906号公報などにおいてポリエチレングリコールを添加
したばあいと同様の問題がある。
On the other hand, JP-A-61-93801, JP-A-61-238306 and JP-A-63-9 using polyvinylpyrrolidone as an additive.
The hollow fiber membranes described in JP-A Nos. 7205 and 7205 also have the above-mentioned disclosure.
There is the same problem as in the case of adding polyethylene glycol in Japanese Patent No. 5906.

【0023】また、一般に限外瀘過用に使用されている
マクロボイドを内部に有する中空糸膜はマクロボイドの
ないものに比べて強度が小さい。
Further, the hollow fiber membrane having a macro void inside which is generally used for ultrafiltration has a smaller strength than a hollow fiber membrane having no macro void.

【0024】従来の技術の他の問題点は、中空糸膜の内
面または外面の孔の形が不揃いで均一性に乏しいことで
ある。たとえば特開昭57-35906号公報および同58-11470
2 号公報に記載の中空糸膜の内面には、長さや幅が不揃
いのスリット状の孔があり、また、外面の孔も形が不揃
いである(たとえば特開昭58-114702 号公報の第4図お
よび第5図)。このような不揃いな形の孔を有する中空
糸膜は、孔径を大きくしたばあいには分画分子量や瀘過
速度のごとき瀘過性能の再現性が乏しくなる。
Another problem of the prior art is that the shape of the pores on the inner surface or outer surface of the hollow fiber membrane is uneven and the uniformity is poor. For example, JP-A-57-35906 and JP-A-58-11470.
The inner surface of the hollow fiber membrane described in Japanese Patent Publication No. 2 has slit-shaped holes with irregular lengths and widths, and the holes on the outer surface also have irregular shapes (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-114702). 4 and 5). The hollow fiber membrane having such irregularly shaped pores has poor reproducibility of filtration performance such as molecular weight cutoff and filtration rate when the pore diameter is increased.

【0025】添加剤としてポリビニルピロリドンを用い
た特開昭61-23806号公報、同63-97205 号公報にも前記
と同様の問題がある。
JP-A-61-23806 and JP-A-63-97205, which use polyvinylpyrrolidone as an additive, have the same problems as described above.

【0026】本発明は、前述の問題を解決するためにな
されたものであり、引っ張り強度、破断時の伸びともに
従来の中空糸膜よりも格段に大きく、しかも内面・外面
に形の揃った均一な孔を有する中空糸膜をうることを目
的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and has significantly higher tensile strength and elongation at break than conventional hollow fiber membranes, and has a uniform inner and outer surface. The purpose is to obtain a hollow fiber membrane having various pores.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記目的を
達成するため鋭意検討を重ねた結果、以下の考え方に到
達した。
The present inventor has arrived at the following idea as a result of extensive studies to achieve the above object.

【0028】すなわち、前述のごとく、中空糸膜の構造
と強度および瀘過速度との関係については、内部が連
続していない枝もある細い枝からなる網状構造の中空糸
膜は、瀘過速度は大きいが、引っ張り強度およびとくに
破断時の伸びが小さい内部がセル構造の中空糸膜は、
引っ張り強度、破断時の伸びともに大きいが、瀘過速度
が小さいしたがって、、の構造の間に強度、瀘過速
度ともに大きい中空糸膜が存在すると考えられる。
That is, as described above, regarding the relationship between the structure of the hollow fiber membrane and the strength and the filtration rate, the hollow fiber membrane having a reticulated structure consisting of fine branches with some branches which are not continuous inside has a filtration rate. Is large, but the tensile strength and especially the elongation at break are small.
Although the tensile strength and the elongation at break are both high, the filtration rate is low. Therefore, it is considered that there is a hollow fiber membrane having both high strength and filtration rate between the structures.

【0029】また、内面および外面の孔の形の均一性に
ついては、従来の方法では、いずれも重合度が数十とい
う比較的小さいポリスルホンが用いられており、重合度
の小さいポリスルホン分子はノズルから押し出されると
きに高度に配向する結果、凝固力の強い芯液と接触した
ときにはその配向状態がほぼそのまま固定され、特開昭
58-114702 号公報の第4図に示されているようにスリッ
ト状の孔が形成される一方、凝固力の弱い芯液と接触し
たときには、ポリスルホンは近接の分子同士の間では分
子間凝集力が強いが、分子量が小さいので凝集が遠距離
には及ばず局所的に凝集したものの集合状態(孔の形が
一定しない不揃いな状態)が形成され、特開昭60-22211
2 号公報の第6図に示されているようになると考えられ
るしたがって、孔の形を揃えるためには、ノズルから出
るときにポリスルホン分子が配向しないような、また、
ポリスルホンが局所的に凝集しないような紡糸原液を調
製しなければならないと考えられる。
Regarding the uniformity of the shape of the pores on the inner surface and the outer surface, in the conventional method, polysulfone having a relatively low degree of polymerization of several tens is used, and polysulfone molecules having a low degree of polymerization are discharged from the nozzle. As a result of being highly oriented when extruded, when it comes into contact with a core liquid having a strong coagulation force, its orientation state is almost fixed as it is.
As shown in FIG. 4 of JP-A-58-114702, while a slit-shaped hole is formed, when the polysulfone comes into contact with the core liquid having a weak coagulation force, the polysulfone has an intermolecular cohesive force between adjacent molecules. However, since the molecular weight is small, the aggregation does not reach a long distance, and an aggregated state of locally aggregated (a non-uniform state in which the shapes of pores are not uniform) is formed.
It is believed that the polysulfone molecules will not be oriented as they exit the nozzle in order to align the shapes of the pores.
It is considered necessary to prepare a spinning dope in which polysulfone does not locally aggregate.

【0030】なお、前記従来の方法では、いずれも重合
度が数十という比較的小さいポリスルホンが用いられて
おり、また、その溶液の特性に関して、濃度および組成
についても詳しく説明されており、さらに、相分離温度
や常識的な粘度についても説明されているが、それ以外
の説明、すなわち、中空糸膜の特性と紡糸原液の特性と
の関連については前記以外の説明はないし、示唆もない
のである。
In the above-mentioned conventional methods, polysulfone having a relatively small degree of polymerization of several tens is used, and the characteristics and concentration of the solution are described in detail. Although the phase separation temperature and common sense viscosity are also explained, there is no explanation or suggestion other than the above regarding the other explanation, that is, the relationship between the characteristics of the hollow fiber membrane and the characteristics of the spinning dope. .

【0031】本発明者は、前記考え方にしたがって、前
記2つの問題を同時に解決した中空糸膜をうるべく検討
を重ねた結果、添加剤のポリエチレングリコールの分子
量を広範に変えた紡糸原液を用いて中空糸膜を作製した
とき、主にポリエチレングリコールの分子量にもとずく
特定の溶液特性を持つ紡糸原液を選んだときに前述のふ
たつの問題を同時に解決することができることを見出
し、本発明を完成するに至った。
According to the above idea, the present inventor has conducted extensive studies to obtain a hollow fiber membrane which solves the above two problems at the same time, and as a result, using a spinning solution containing polyethylene glycol as an additive in a wide range of molecular weights. When the hollow fiber membrane was produced, it was found that the above-mentioned two problems can be solved at the same time when a spinning dope having a specific solution property mainly based on the molecular weight of polyethylene glycol is selected, and the present invention is completed. Came to do.

【0032】すなわち、本発明は、ポリスルホンが、法
線応力効果を有する数平均分子量が15万〜 200万のポリ
エチレングリコールの溶液に溶解しているものを紡糸原
液とすることを特徴とする高強度・多孔質ポリスルホン
中空糸膜の製法に関する。
That is, according to the present invention, polysulfone dissolved in a solution of polyethylene glycol having a normal stress effect and having a number average molecular weight of 150,000 to 2,000,000 is used as a spinning dope, which has a high strength. -Regarding a method for producing a porous polysulfone hollow fiber membrane.

【0033】[0033]

【作用】従来の方法では、ポリスルホン分子は繊維軸方
向だけに配向する作用を受けるため繊維軸方向に配向し
ていたが、数平均分子量15万〜 200万のポリエチレング
リコールの溶液を用いた紡糸原液をノズルから押し出す
と、半径方向に急激に膨らむ(法線応力効果を有する)
ために、ポリスルホン分子は繊維軸方向だけでなく円周
方向にも配向するようになり、ポリスルホン分子は特定
の方向に配向しなくなる。そのため、中空糸膜の内面お
よび外面に形の揃った孔が形成される。また、前記のよ
うな高分子量のポリエチレングリコールは、少量の添加
で法線応力効果を与えるとともに、このような紡糸原液
から作られた中空糸膜の内部は太い枝が3次元的に連続
した網状構造を有し、高い強度と瀘過速度を同時に満足
する。
[Function] In the conventional method, the polysulfone molecules are oriented in the fiber axis direction only because they are oriented in the fiber axis direction. However, a spinning solution prepared by using a polyethylene glycol solution having a number average molecular weight of 150,000 to 2,000,000. Expands from the nozzle rapidly expands radially (has normal stress effect)
Therefore, the polysulfone molecules are oriented not only in the fiber axis direction but also in the circumferential direction, and the polysulfone molecules are not oriented in a specific direction. Therefore, uniform holes are formed on the inner surface and the outer surface of the hollow fiber membrane. In addition, the above-mentioned high molecular weight polyethylene glycol gives a normal stress effect even when added in a small amount, and the inside of the hollow fiber membrane made from such a spinning dope has a net-like structure in which thick branches are three-dimensionally continuous. It has a structure and satisfies high strength and filtration speed at the same time.

【0034】[0034]

【実施例】本発明に使用するポリスルホンは、式(1) :EXAMPLE The polysulfone used in the present invention has the formula (1):

【0035】[0035]

【化1】 Embedded image

【0036】または式(2) :Or equation (2):

【0037】[0037]

【化2】 Embedded image

【0038】で表わされる繰り返し単位からなるものが
代表的である。
A typical example is a repeating unit represented by:

【0039】本発明に用いるポリエチレングリコールの
数平均分子量は、15万〜 200万、好ましくは20万〜50万
である。前記数平均分子量が15万未満のばあい、法線応
力効果を与えるためには多量の添加が必要であり、この
ような紡糸原液からは、細い枝の網状構造の中空糸膜が
形成され、強度が低くなる。一方、 200万をこえると逆
にポリエチレングリコールの溶解度が小さくなり、セル
構造の中空糸膜が形成され、瀘過速度が小さくなる。
The number average molecular weight of polyethylene glycol used in the present invention is 150,000 to 2,000,000, preferably 200,000 to 500,000. When the number average molecular weight is less than 150,000, it is necessary to add a large amount in order to give a normal stress effect, from such a spinning stock solution, a hollow fiber membrane having a thin branch network structure is formed, Strength becomes low. On the other hand, when it exceeds 2 million, the solubility of polyethylene glycol is decreased, and a hollow fiber membrane having a cell structure is formed, and the filtration rate is decreased.

【0040】前記法線応力効果とは、ポリエチレングリ
コールの溶液を撹拌棒で撹拌したとき、その溶液が撹拌
棒に溶液の表面張力をこえてはい上る現象をいう。
The normal stress effect means a phenomenon in which, when a polyethylene glycol solution is stirred with a stirring rod, the solution rises above the surface tension of the solution on the stirring rod.

【0041】ポリエチレングリコールの溶液を調製する
のに使用する溶媒としては、ポリスルホンの溶媒でもあ
るジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メ
チル-2- ピロリドンなどが使用されうるが、明瞭な法線
応力効果を与えるという点から、N-メチル-2- ピロリド
ンがとくに好ましい。これらの良溶媒に少量の水やプロ
ピレングリコールなどの低分子量多価アルコールを加え
た混合溶媒を使用することももちろん可能である。これ
らの溶媒に前記ポリエチレングリコールを1〜15%(重
量%、以下同様)、好ましくは2〜10%溶解させること
により法線応力効果を示す溶液が調製される。前記ポリ
エチレングリコールの溶解量が15%よりも多くなると、
中空糸膜が弱くなり、1%よりも少ないと瀘過速度が小
さくなる。
As the solvent used for preparing the polyethylene glycol solution, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, which is also a solvent for polysulfone, may be used, but a clear normal stress effect is obtained. N-methyl-2-pyrrolidone is particularly preferable from the viewpoint of giving. It is of course possible to use a mixed solvent obtained by adding a small amount of water or a low molecular weight polyhydric alcohol such as propylene glycol to these good solvents. A solution exhibiting a normal stress effect is prepared by dissolving the polyethylene glycol in these solvents in an amount of 1 to 15% (weight%, the same applies hereinafter), preferably 2 to 10%. When the amount of polyethylene glycol dissolved exceeds 15%,
The hollow fiber membrane becomes weak, and if it is less than 1%, the filtration rate becomes small.

【0042】ポリスルホンは、前記のポリエチレングリ
コールの溶液に通常15〜35%、好ましくは16〜25%溶解
せしめられる。なお、ポリスルホンとポリエチレングリ
コールを含む溶液を調製する際の順序にはとくに限定は
ない。ポリスルホンの溶解量が15%未満では中空糸膜の
強度が小さくなり、35%をこえると粘度が高くなって溶
液を調製することが困難になる。このばあい、中空糸膜
の強度も大きくなるが、必要とされる強度をこえた過剰
性能になる。
Polysulfone is usually dissolved in the above-mentioned polyethylene glycol solution in an amount of 15 to 35%, preferably 16 to 25%. The order of preparing the solution containing polysulfone and polyethylene glycol is not particularly limited. When the dissolved amount of polysulfone is less than 15%, the strength of the hollow fiber membrane becomes small, and when it exceeds 35%, the viscosity becomes high and it becomes difficult to prepare a solution. In this case, the strength of the hollow fiber membrane increases, but the performance exceeds the required strength, resulting in excessive performance.

【0043】前述のごとき特徴を有する紡糸原液を従来
の方法と同様にして2重ノズルから芯液とともに押し出
し、空気中を適当な距離走行させたのち凝固液に浸して
から巻き取ることにより、本発明が目的とする高強度・
多孔質ポリスルホン中空糸膜が製造される。
The spinning dope having the above-mentioned characteristics is extruded together with the core liquid from the double nozzle in the same manner as in the conventional method, allowed to run in the air for an appropriate distance, immersed in the coagulating liquid, and then wound up. High strength that the invention aims at
A porous polysulfone hollow fiber membrane is produced.

【0044】この際、芯液の凝固作用が弱くなるにした
がって、内面の孔径は大きく、かつ多くなる。また、孔
の形は滑らかな周囲を持つ円形状から、孔の数が増加し
て円と円が接触したような形状、そして完全な網状へと
変化する。いずれの形状においても孔の形には特定の方
向性はない。
At this time, as the coagulating action of the core liquid becomes weaker, the pore diameter on the inner surface becomes larger and larger. In addition, the shape of the holes changes from a circular shape having a smooth periphery to a shape in which the circles are in contact with each other due to an increase in the number of holes, and a perfect mesh shape. There is no specific orientation of the hole shape in either shape.

【0045】一方、空気中の走行距離を長くしたり、紡
糸原液の中に非溶剤を添加して凝固しやすいものにする
と、外面の孔径は大きく、かつ多くなる。また、内面の
ばあいと同じように、孔の形は滑らかな周囲を持つ円形
状から、孔の数が増加して円と円とが接触したような形
状、そして完全な網状へと変化する。いずれの形状にお
いても、内面のばあいと同様に、孔の形には特定の方向
性がほとんどない。また、内面および外面の状態には、
孔の大きさ、形状などによらず特定の方向性がないの
で、製造上の再現性がきわめて高い。
On the other hand, if the running distance in the air is increased or a non-solvent is added to the spinning dope to facilitate coagulation, the pore diameter on the outer surface becomes large and large. Also, like the case of the inner surface, the shape of the holes changes from a circular shape with a smooth periphery to a shape where the number of holes increases and the circles are in contact with each other, and a perfect mesh shape. . In any of the shapes, as in the case of the inner surface, the shape of the holes has almost no specific directionality. Also, the state of the inner surface and the outer surface,
Since there is no specific directionality regardless of the size and shape of the holes, reproducibility in manufacturing is extremely high.

【0046】本発明によって製造された中空糸膜の内部
は、丈夫な枝が連続的に3次元的に発達しており、引っ
張り強度、破断時の伸びともに大きく、とくに伸びは50
〜100 %にも達する。また、このような構造を有するた
め瀘過速度についても従来の中空糸膜をこえたものとな
っている。
In the hollow fiber membrane produced by the present invention, strong branches are continuously developed three-dimensionally, and both tensile strength and elongation at break are large, and the elongation is particularly 50.
It reaches ~ 100%. Further, because of such a structure, the filtration speed exceeds that of the conventional hollow fiber membrane.

【0047】以下、実施例によって本発明の製法をさら
に具体的に説明する。
Hereinafter, the production method of the present invention will be described more specifically with reference to Examples.

【0048】なお、中空糸膜の状態(構造)は、走査型
電子顕微鏡で観察した。また、水の瀘過速度は、小型の
モジュールを使用し、中空糸膜の外面から内面へ瀘過し
て、1/ m2 ・hr・kg/cm2 で表わした。ただし、有効
膜面積は外面について測定し、圧力には外面と内面の膜
間圧力差を用いた。さらに、中空糸膜の強度は、(株)
島津製作所製のオートグラフAG-2000Aを使用し、サンプ
ル長さ50mm、引っ張りスピード50mm/分で測定した。引
っ張り強度は、中空糸膜1本当りの破断時の荷重(グラ
ム)で表わし、伸びは、元の長さに対する破断までに伸
びた長さ(%)で表わした。
The state (structure) of the hollow fiber membrane was observed with a scanning electron microscope. The filtration rate of water was expressed as 1 / m 2 · hr · kg / cm 2 by using a small module and filtering from the outer surface to the inner surface of the hollow fiber membrane. However, the effective membrane area was measured on the outer surface, and the pressure was the pressure difference between the outer and inner surfaces. Furthermore, the strength of the hollow fiber membrane is
Using an autograph AG-2000A manufactured by Shimadzu Corporation, measurement was performed at a sample length of 50 mm and a pulling speed of 50 mm / min. The tensile strength is represented by the load (gram) at break per hollow fiber membrane, and the elongation is represented by the length (%) of the original length that has been extended to break.

【0049】試験例1 数平均分子量が、5万、10万、20万、30万、50万、200
万および 400万のポリエチレングリコールを100cc のナ
ス型フラスコ中でそれぞれ濃度を変えてN-メチル-2- ピ
ロリドンに総量が100gになるように溶解させ、60℃でス
テンレススチール製の撹拌棒へのはい上り状態を観察し
て法線応力効果の有無を判定した。数平均分子量が10万
以下のポリエチレングリコールの溶液は、濃度が15%以
下では法線応力効果を有さなかった。数平均分子量が20
万から200万のポリエチレングリコールの溶液は、分子
量によっても変わるが、2〜15%で法線応力効果を有し
た。しかし、400 万のポリエチレングリコールの溶液
は、2%以上ではあまりにも法線応力効果が強く、均一
な溶液というよりもゲル状態に近く、溶解も困難であっ
た。これらの特徴は、N-メチル-2- ピロリドンにポリス
ルホンの非溶剤であるプロピレングリコールをおよそ15
%添加したときにも同様に観察された。
Test Example 1 Number average molecular weight of 50,000, 100,000, 200,000, 300,000, 500,000, 200
And 4 million polyethylene glycols were dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone to a total amount of 100 g in 100 cc eggplant-shaped flasks at different concentrations, and then put into a stainless steel stirring rod at 60 ° C. The presence of the normal stress effect was judged by observing the ascending state. Polyethylene glycol solutions with number average molecular weight less than 100,000 had no normal stress effect at concentrations less than 15%. Number average molecular weight is 20
A solution of 1 to 2 million polyethylene glycol had a normal stress effect at 2-15%, depending on the molecular weight. However, a solution of 4 million polyethylene glycols had a too strong normal stress effect at 2% or more, and was closer to a gel state than a uniform solution, and it was difficult to dissolve it. These characteristics are such that N-methyl-2-pyrrolidone contains about 15% of propylene glycol, which is a nonsolvent of polysulfone.
Similar observations were made when% was added.

【0050】実施例1〜3 N-メチル-2- ピロリドン66部(重量部、以下同様)とプ
ロピレングリコール9部との混合溶剤に数平均分子量が
30万のポリエチレングリコールを5部溶解させ、法線応
力効果を持つ溶液を作り、これにポリスルホン(アモコ
社製のユーデルポリスルホンP-3500)を20部溶解させて
紡糸原液を調製した。この紡糸原液を60℃に保ちなが
ら、芯液として表1に記載のものを用いて、内径0.5mm
、外径0.8mmのノズルから吐出させ、ノズルの下方15cm
にある60℃の温水中で凝固させながら紡糸速度 50m/分
で巻き取り、内径および外径がおよそ 450μm および 7
00μm の中空糸膜をえた。えられた中空糸膜の特性を表
1に示す。
Examples 1 to 3 A mixed solvent of 66 parts of N-methyl-2-pyrrolidone (parts by weight, the same applies hereinafter) and 9 parts of propylene glycol had a number average molecular weight of
A solution having a normal stress effect was prepared by dissolving 5 parts of 300,000 polyethylene glycol, and 20 parts of polysulfone (Udel Polysulfone P-3500 manufactured by Amoco) was dissolved in the solution to prepare a spinning dope. While keeping this spinning solution at 60 ° C, use the core solution listed in Table 1 and using an inner diameter of 0.5 mm.
, Discharge from a nozzle with an outer diameter of 0.8 mm, 15 cm below the nozzle
Coated in warm water at 60 ℃ at 50m / min, and the inner and outer diameters were about 450μm and 7
A hollow fiber membrane of 00 μm was obtained. The characteristics of the obtained hollow fiber membrane are shown in Table 1.

【0051】なお、表1中の記号の意味はつぎの通りで
ある。
The meanings of the symbols in Table 1 are as follows.

【0052】 G:グリセリン N:N-メチル-2- ピロリドン ICP :円形の孔が独立に分散している状態 PSCP:一部の円形の孔が接触しあっている状態(孔が増
加するほど接触しあっている孔の数も増加する) SNW :丈夫な枝からなる網状構造
G: Glycerin N: N-Methyl-2-pyrrolidone ICP: Circular pores are dispersed independently PSCP: Circular pores are in contact with each other (the larger the pores, the more contact SNW: Resilient mesh structure

【0053】[0053]

【表1】 [Table 1]

【0054】実施例4〜6 N-メチル-2- ピロリドン67.5部とプロピレングリコール
11.5部との混合溶剤に数平均分子量30万のポリエチレン
グリコールを5部溶解させて法線応力効果を持つ溶液を
作り、これにポリスルホンを16部溶解させて紡糸原液を
調製した。これを60℃に保ちながら、芯液として表2に
記載のものを用いて、内径0.4mm 、外径0.6mm のノズル
から吐出させ、ノズルの下方15cmにある60℃の温水中で
凝固させながら紡糸速度 50m/分で巻き取り、内径およ
び外径がおよそ 300μm および500μm の中空糸膜をえ
た。えられた中空系膜の特性を表2に示す。
Examples 4-6 N-methyl-2-pyrrolidone 67.5 parts and propylene glycol
5 parts of polyethylene glycol having a number average molecular weight of 300,000 was dissolved in a mixed solvent with 11.5 parts to prepare a solution having a normal stress effect, and 16 parts of polysulfone was dissolved therein to prepare a spinning dope. While maintaining this at 60 ° C, the core liquid shown in Table 2 was used to discharge from a nozzle with an inner diameter of 0.4 mm and an outer diameter of 0.6 mm, and solidified in warm water at 60 ° C 15 cm below the nozzle. It was wound at a spinning speed of 50 m / min to obtain hollow fiber membranes having inner and outer diameters of about 300 μm and 500 μm. The properties of the obtained hollow membrane are shown in Table 2.

【0055】なお、表2中の記号の意味はつぎの通りで
ある。
The symbols in Table 2 have the following meanings.

【0056】 P:プロピレングリコール SSCP:多数の円形の孔が接触しあっている状態 NWP :ほとんどの円形の孔が互いに接触して接触部分が
連続した枝を形成している網状構造 NW:網状構造
P: Propylene glycol SSCP: A state in which a large number of circular holes are in contact with each other NWP: A reticulated structure in which most of the circular holes are in contact with each other to form continuous branches NW: A reticulated structure

【0057】[0057]

【表2】 [Table 2]

【0058】試験例2 実施例6の中空糸膜に対して負荷量が107 個/cm2 とな
るようにシュードモナス ディミニュータ IFO-12697
(Pseudomonas diminuta IFO-12697)菌の培養液を瀘過
した。瀘過液中にはこの菌は検出されなかった。
Test Example 2 Pseudomonas diminutor IFO-12697 so that the load on the hollow fiber membrane of Example 6 would be 10 7 pieces / cm 2.
(Pseudomonas diminuta IFO-12697) culture fluid was filtered. This bacterium was not detected in the filtered liquid.

【0059】試験例3 実施例6の中空糸膜を使って小型モジュールを作り、市
販の家庭用浄水器から取り出したポリスルホンを素材と
した中空糸膜で作った有効膜面積がほぼ等しい小型モジ
ュールと神戸市水道水に対する瀘過能力を比較した。瀘
過速度が500リットル/ m2 ・hr・kg/cm2 まで低下し
たときを寿命とした。寿命までの積算瀘過量は、本発明
による中空糸膜が比較のものより1.84倍もあり、きわめ
て長寿命であった。
Test Example 3 A small module was prepared by using the hollow fiber membrane of Example 6 and made of a hollow fiber membrane made of polysulfone taken out from a commercially available household water purifier. We compared the filterability for Kobe city tap water. The life was defined as when the filtration speed decreased to 500 liters / m 2 · hr · kg / cm 2 . The cumulative filtration amount up to the life was 1.84 times that of the hollow fiber membrane of the present invention as compared with the comparative one, and the life was extremely long.

【0060】比較例1 N-メチル-2- ピロリドン60.2部とプロピレングリコール
9.8 部との混合溶剤に数平均分子量が5万のポリエチレ
ングリコールを10部溶解させた。この溶液は法線応力効
果を有さなかった。これにポリスルホンを20部溶解させ
て紡糸原液とし、実施例1と同様にして中空糸膜を作製
した。この中空糸膜の外面には、平均孔径が約 0.8μm
の円形の孔が形成されたが、内面には形が一定しない孔
が形成された。
Comparative Example 1 60.2 parts of N-methyl-2-pyrrolidone and propylene glycol
Ten parts of polyethylene glycol having a number average molecular weight of 50,000 was dissolved in a mixed solvent with 9.8 parts. This solution had no normal stress effects. A hollow fiber membrane was prepared in the same manner as in Example 1 by dissolving 20 parts of polysulfone into a stock solution for spinning. The outer surface of this hollow fiber membrane has an average pore size of about 0.8 μm.
, But circular holes were formed on the inner surface.

【0061】比較例2 N-メチル-2- ピロリドン68部とプロピレングリコール11
部との混合溶剤に数平均分子量が4,000,000 のポリエチ
レングリコールを1部溶解させて法線応力効果を持つ溶
液を作った。これにポリスルホンを20部溶解させて紡糸
原液とし、実施例1と同様にして中空糸膜を作製した。
この中空糸膜は、内面および外面の両面に比較的形が均
一な孔を有し、引張強度も大きかったが、瀘過速度はき
わめて小さかった。
Comparative Example 2 N-methyl-2-pyrrolidone 68 parts and propylene glycol 11
1 part of polyethylene glycol having a number average molecular weight of 4,000,000 was dissolved in a mixed solvent with 1 part to prepare a solution having a normal stress effect. A hollow fiber membrane was prepared in the same manner as in Example 1 by dissolving 20 parts of polysulfone into a spinning dope.
This hollow fiber membrane had pores of relatively uniform shape on both the inner and outer surfaces and had high tensile strength, but the filtration rate was extremely low.

【0062】実施例7 芯液として数平均分子量1000のポリエチレングリコール
の50%水溶液を用いた他は実施例4と同様にして中空糸
膜を作製した。この中空糸膜の外面には平均孔径がおよ
そ 0.8μm の円形な孔が多数あり、内面にはスリット状
でないおよそ0.03μm 以下のほぼ円形の均一な孔が形成
されていた。また、内部は内面から外面に向かって次第
に目の大きさが大きくなる網状構造であった。
Example 7 A hollow fiber membrane was prepared in the same manner as in Example 4 except that a 50% aqueous solution of polyethylene glycol having a number average molecular weight of 1000 was used as the core liquid. The outer surface of this hollow fiber membrane had a large number of circular pores with an average pore diameter of about 0.8 μm, and the inner surface had substantially circular uniform pores of about 0.03 μm or less that were not slit-like. In addition, the inside had a mesh structure in which the size of the eyes gradually increased from the inner surface to the outer surface.

【0063】[0063]

【発明の効果】本発明では、法線応力効果を有するポリ
エチレングリコールの溶液にポリスルホンを溶解させた
紡糸原液を用いてポリスルホン中空糸膜を製造するた
め、ポリスルホン分子が特定の方向に配向しなくなり、
中空糸膜の内面、外面の両面に形の揃った孔が形成され
る。このようにして形成された中空糸膜は、内部に太い
枝が3次元的に連続した網状構造を有し、高い強度と瀘
過速度を同時に満足する。このような効果は従来の技術
で使用されているポリビニルピロリドンでは発現しな
い。
INDUSTRIAL APPLICABILITY In the present invention, since a polysulfone hollow fiber membrane is produced using a spinning dope prepared by dissolving polysulfone in a solution of polyethylene glycol having a normal stress effect, polysulfone molecules are not oriented in a specific direction.
Uniform holes are formed on both the inner and outer surfaces of the hollow fiber membrane. The hollow fiber membrane thus formed has a network structure in which thick branches are three-dimensionally continuous inside, and simultaneously satisfies high strength and filtration rate. Such an effect does not appear in the polyvinylpyrrolidone used in the prior art.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ポリスルホンが、法線応力効果を有する
数平均分子量が15万〜 200万のポリエチレングリコール
の溶液に溶解しているものを紡糸原液とすることを特徴
とする高強度・多孔質ポリスルホン中空糸膜の製法。
1. A high-strength, porous polysulfone, characterized in that polysulfone dissolved in a solution of polyethylene glycol having a normal stress effect and a number average molecular weight of 150,000 to 2,000,000 is used as a spinning stock solution. Hollow fiber membrane manufacturing method.
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