JPH01284307A - 糸で巻き付かせることによる中空繊維膜の統合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は分離膜としての使用に適当な、糸を螺旋状に巻
き付けた中空繊維の束、及び該束を製造する方法に関す
る。

米国特許第４．５５９．８８４号は繊維に対する損傷を
防ぐために、縫われた縫い目（ｓｅｗｉｎｇ　ｓｅａｍ
）と共に中空繊維を束ねることを開示している。

本発明の方法は中空繊維膜のマルチフィラメント束の周
囲に細いデニールの糸又はフィラメントを螺旋状に巻き
付けることを含んでいる。細いデニールの糸又はフィラ
メントは次ぎの繊維の取扱工程において多数の繊維から
成る中空繊維束を取りまとめる（ｈｏｌｄ　　ｔｏｇｅ
ｔｈｅｒ）。統合された（ｃｏｎｓ。

１ｉｄａＬｅｄ）中空繊維は残りの繊維取扱工程におい
て損傷を受は難い。又統合された中空繊維束を使用する
ことにより、中空繊維束を含む透過装置（ｐｅｒｉａａ
ｔｏｒ）中の充填密度を増大させる結果が得られる。充
填密度が高ければ高い程透過装置の生産性が増大する。

糸を螺旋状に巻き付けて包絡することによって得られる
本発明による中空繊維膜の束の統合は、静電荷又は他の
機械力による中空繊維膜の広がり（ｓｐｌａｙｉｎｇ）
を無くし、それによる破損及び他の中空繊維膜に対する
損傷を減少させる。損傷を受は易い中空繊維膜は、螺旋
状に巻き付けることによって、透過モジュールを製造す
るのに必要な繊維取扱工程中に破損される傾向が小さく
なる。中空繊維膜取扱工程における改善の結果として、
流体流中の二成分に対しより高い選択性を呈する透過モ
ジュールが、螺旋状に巻き付けられた中空繊維膜から製
造される。

中空繊維膜は１５−３０重量％〜の重合体の溶液を適当
な溶剤中に押し出すことにより製造される。

繊維は成程度の溶剤の蒸発が可能なようにエアギャップ
を通って押し出され、次いで構造を内部凍結するために
例えば水のような液体中で急冷（ｑｕｅｎｃｈ）して、
一般に多孔質構造によって支持された薄い表層を有する
非対称膜を提供する。芳香族ポリアミドは中空繊維膜を
製造するのに好適な重合体であるが、他の重合体材料も
使用できる。他の適当な重合体はポリスルホン、ポリエ
ステル、及びポリイミドを含むが、これに限定されるも
のではない。

中空繊維膜が紡糸及び急冷された後に、該中空繊維は第
１図に図式的に描かれた（ピドル缶［ｐｉｄｄｌｅ　　
ｃａｎｅ）と呼ばれる穿孔を有する金属かご中に集積さ
れる。ビドル缶中の中空繊維膜の折り畳み様式は、第１
図に示されたビドル缶中の中空繊維膜の平面図である第
２図に示されている。もし中空繊維膜が束縛されていな
ければ（即ち糸で巻き付けられていなければ）、該繊維
はビドル缶中で広がって、他の中空繊維膜と絡み合う可
能性がある。残留する溶剤を除去するために洗浄し、随
時乾燥した後、中空繊維膜はビドル缶からボビン上に巻
き取られる。束縛されていない中空繊維膜は又ボビン巻
取工程中に広がる可能性がある。ガス分離用の中空繊維
膜は乾燥状態にあり、その上に仕上げ剤を有していない
。従って中空繊維膜は静電気を帯びて、相互に反発する
傾向を有する。統合されていない中空繊維膜は巻取工程
中に案内装置上に引っ掛かる際に損傷し易く、破れ易い
。

米国特許第３．６９０．４６５号及び米国特許第３．８
０１．４０１号に開示された方法と類似の方法を用いる
透過装置用束の製作工程の際に、多数のボビンが平らに
保持された不織布のシートの回りに同時に巻き取られ、
こうして巻き取られたシートが束状に巻かれる。束縛さ
れていない繊維は製作工程の際に再度広がって膜を損傷
し、中空繊維膜を破損する結果をもたらす傾向がある。

螺旋状に巻き付けることにより、中空繊維膜は束ねられ
、きっちりとまとめられる。中空繊維膜は統合された糸
のように扱える；従って中空繊維の処理工程の間に中空
繊維膜の損傷及び破損は事実上排除される。中空ｍ離脱
の密集充填の結果として、全体の透過装置の充填密度は
螺旋状に巻き付けられた中空繊維膜と共に著しく増大す
る。充填密度が高くなる程透過装置の生産性は増大する
。

本発明は膜分離モジュールの製造及び性能を改善する目
的で、ボビン巻き取りの際の乾燥又は湿潤した中空繊維
膜、並びに紡糸の際の湿潤した中空繊維膜を統合するＩ
；めに使用することができる。

本発明の使用によって気体分離モジュールの束の性能に
重要且つ決定的であるともいえる改良がもたらされるこ
とが示された。本発明は又は逆浸透用の中空繊維膜のよ
うな他の中空繊維膜にも応用可能である。

第３図を参照すると、−群の中空繊維膜１１が、上に糸
又はフィラメント１３を巻き付けた回転スピンドル１２
内に入る。スピンドルは約３６００ｒｐｍで回転し、中
空繊維膜はスピンドルを貫通して１分間約５０ヤード（
４５，７＋１）で引っ張られる。その結果中空繊維膜は
１インチ当たり約２巻き（１ｍ当たり７９巻き）の割合
で巻き付けられる。

１インチ当たり０．５−６巻き（１＋ｌ！当たり１９な
いし２３６巻き）の範囲であるインチ当たりの適当な巻
き数とするために、紡糸速度及びスピンドル速度を変更
することができる。螺旋状に巻き付けられた中空繊維膜
の束が中空スピンドル１２を出る様子が１４に示されて
いる。

中空繊維膜の回りに二重十字状（ｃｒｏｓｓｃｒｏｓｓ
）に巻き付けるために、反対方向に回転している直列の
二本のスピンドルを使用することができる。好適な方法
は１インチ当たり約１−２巻き（ｌ　　ｍ当たり３９−
７８巻き）の割合で一重螺旋状に巻き付けることである
。中空繊維膜を巻くためにデニールの細いマルチフィラ
メント又は七ノフイラメント糸（２０−１５０デニール
）が使用される。巻き付は材料としてナイロン、ポリエ
ステル、ポリアクリロニトリル及び−ヨンを含む多くの
種類の繊維が使用できるが、上記繊維材料に限定される
ものではない。好適な材料は４０−７０デニールのナイ
ロン又はポリエステルである。

一般に束は５−３００の中空繊維膜を含んでいる。中空
繊維膜は一般に直径が５０−３５０　　μｍで、糸の中
空孔の内径は中空繊維膜の外径の約半分である。

本発明の好適な態様においては、中空繊維膜がまだ湿潤
している間に中空繊維膜の束に糸を螺旋状に巻き付け、
次いで中空繊維膜を乾燥する。中空繊維膜は乾燥すると
その寸法が収縮するが、巻き付いている糸は収縮しない
ので、その結果比較的ゆる巻きの（ｌｏｏｓｅｌｙ　　
ｗｒａｐｐｅｄ）束が生じる。ゆる巻きを有する利点は
、チューブシートを作製するために使用されるエポキシ
注封用樹脂が透過装置の作製の間に中空繊維膜の周囲に
浸透できることである。しかしこの巻き方は、ボビンの
巻き取りの際、及び破損又は損傷を防ぐための成形の際
に、中空繊維膜を統合するのに充分な程度きらんとした
ものである。又湿潤時の巻き付は工程中の張力が小さい
ので、膜の表層を損傷することなく、紡糸の間に中空繊
維膜を巻くことが可能である。

丸い円筒形の場合の理論的に最高の充填密度は六角形型
（断面図）に充填するときに得ることができる。これか
ら計算した理論的に最高な充填密度は約９０．７％であ
る。本発明の束を用いる典を的なモジュールにおいては
、透過装置の充填密度として４０ないし５５％が達成さ
れている。一般に個々の束は、湿潤時に巻き付けられた
ときには１５ないし４５％、及び乾燥後には１０ないし
３０％の充填密度を有している。

各外径が約２５０　μｍの２４本の芳香族ポリアミド中
空繊維膜を含む糸を、中空の回転スピンドルを通して１
分間当たり５０ヤード（４８ｍ）の速度で供給し、同時
にスピンドルは１インチ当たり約２巻き（１ｍ当たり７
０巻き）となるように３６００ｒｐｍの速度で回転する
。巻き付は材料は７０デニールのマルチフィラメントナ
イロンである。

四個の直径１２インチ（０，３ｍ）のモジュールを事実
上米国特許第３．６９０．４６５号及び第３゜８０１．
４０１号に記載されたようにして製造する。そのうち二
個は上記のようにして湿潤特番こ巻き付けられた中空繊
維膜を含み、他の二個は巻き付けを行わなかつｔ；中空
繊維膜を含んでｌ、ｊる。

第　　１　　表 Ｈ２／　ｃ　Ｈ４充填係数 モジュール　　　　ＳＦ　　　　　　（％）Ａ　　　　
　　　５６　　　　　　３４Ｂ　　　　　　　７１　　
　　　　３１Ｄ　　　　　　１９１　　　　　　４３第
１表に示すモジュールＡ及びＢは巻き付けを行わない中
空繊維膜から構成された。モジュールＣ及びＤは湿潤時
に巻き付けをした同様な中空繊維膜から構成された。第
１表に表示したように、巻き付けを行った中空繊維膜を
用いるモジュールは、糸の破損及び膜の損傷がないため
に一段と良好な分離係数（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｆａ
ｃｔｏｒ［ｓ　Ｆ　］）を有している。又巻き付けを行
った中空繊維膜を用いるモジュールは高い充填係数を有
している。

第１表に報告された試験は９０°Ｃで行なわれた。

モジュールＡ、Ｂ、Ｃ及びＤに使用されている中空繊維
膜は各々２ないし４０ツトの繊維からのものである。各
種のモジュールで試験した中空繊維膜は類似しているが
同一ではなかった。実験室規模の小型透過装置中で９０
°Ｃで試験した場合には、糸の総合的なＨ２／ＣＨ，選
択性は下記の通りであった： Ｈ２／ＣＨ。

モジュール　　　　　　　ＳＦ Ａ　　　　　　　　　　ｌ３１ Ｂ　　　　　　　　　　１３５ Ｃ１３４ Ｄ　　　　　　　　　　　９８ モジュールＣ及びＤにおいて使用された中空繊維分離膜
について表示された小型透過装置の分離係数と全規模分
離係数の間の差は、高い分離係数の影響及び測定の精度
による実験誤差内にあると考えられる。

本発明の主なる特徴及び態様は以下の通りである。

１、中空繊維分離膜が糸を１インチ当たり約０゜５−６
巻きの割合で連続的に螺旋状に巻き付けられ、１０ない
し４５％の充填密度を有する中空繊維分離膜の束。

２、該束が湿潤しており、１５ないし４５％の充填密度
を有する上記ｌに記載の束。

３、該束が乾燥しており、１０ないし３０％の充填密度
を有する上記１に記載の束。

４、該束中に５−３００の中空繊維分離膜が存在する上
記２に記載の束。

５、該束中に５−３００の中空繊維分離膜が存在する上
記３に記載の束。

６、巻き付は糸が２０−１５０デニールである上記４に
記載の束。

７、巻き付は糸が２０−１５０デニールである上記５に
記載の束。

８、中空繊維分離膜の外径が５０−３５０　　μｍであ
る上記６に記載の束。

９、中空繊維分離膜の外径が５０−３５０　　μｍであ
る上記７に記載の束。

１０、上記２の中空繊維分離膜を含む透過装置。

１１、上記３の中空繊維分離膜を含む透過装置。

１２、合成重合体の紡糸用ドープ液から多数の中空繊維
を押し出し、該中空繊維から部分的に溶剤を除去し且つ
急冷して中空繊維分離膜を形成し、そして該中空繊維分
離膜に１インチ当たり０．５ないし６巻きの割合で糸を
螺旋状に巻き付けて１５ないし４５％の充填密度を有す
る中空繊維分離膜の束を製造することから成る方法。

１３、中空繊維分離膜を更に乾燥して１０ないし３０％
の充填密度を有する束を与える上記１２に記載の方法。

１４、束中に５ないし３００の中空繊維分離膜が存在す
る上記１３に記載の方法。

１５、巻き付は糸が２０ないし１５０デニールである上
記１４に記載の方法。

１６、中空繊維分離膜の外径が５０ないし３５０　μｍ
である上記１５に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は紡糸及び急冷後に中空繊維膜を集積するだめに
使用される容器（ビドル缶）の側面略図である。 第２図は容器（ビドル缶）中の中空繊維膜の折り畳み様
式の平面図である。 第３図は本発明の方法を遂行するために使用されるスピ
ンドルの略図である。 図中、１１は中空繊維膜、１２は回転スピンドル、１３
は糸、１４は糸を巻き付けられた後の中空繊維膜の束で
ある。 外１名 手続補正書 昭和６３年１１月１４日 特許庁長官　　吉　１）文　毅　　殿 ■、事件の表示 昭和６３年特許願第１１９４４４号 ２、発明の名称 糸で巻き付かせることによる中空繊維膜の統合方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　イー・アイ・デュポン・デ・ニモアス・アンド
・カンパニー ４、代理人　〒１０７ 明細書の特許請求の範囲の欄 。＋ｌｔ＋Ｃｍ　Ｌ、（，７′く≧ ８、補正の内容 特許請求の範囲の欄を以下のとおり訂正する。 「１．中空繊維分離膜が糸を１インチ当たり約０゜５−
６巻きの割合で連続的に螺旋状に巻き付けられ、１０な
いし４５％の充填密度を有する中空繊維分離膜の束。 ２、該束が湿潤しており、１５ないし４５％の充填密度
を有する特許請求の範囲第１項記載の束。 ３、該束が乾燥しており、１０ないし３０％の充填密度
を有する特許請求の範囲第１項記載の束。 である特許請求の範囲第６項記載の束。 旦、曳皇阜遵−産頃舅−の外径が−５にＪ−テカＪ」１
０．特許請求の範囲第２項記載の中空繊維分離膜を含む
透過装置。 上±、特許請求の範囲第３項記載の中空繊維分離膜を含
む透過装置。 皿１合成重合体の紡糸用ドープ液から多数の中空繊維を
押し出し、該中空繊維から部分的に溶剤を除去し且つ急
冷して中空繊維分離膜を形成し、そして該中空繊維分離
膜に１インチ当たり０．５ないし６巻きの割合で糸を螺
旋状に巻き付（プて１５ないし４５％の充填密度を有す
る中空繊維分離膜の束を製造することから成る方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）中空繊維分離膜が糸を１インチ当たり約０． ５−６巻きの割合で連続的に螺旋状に巻き付けられ、１
   ０ないし４５％の充填密度を有することを特徴とする中
   空繊維分離膜の束。 ２）該束が湿潤しており、１５ないし４５％の充填密度
   を有する特許請求の範囲１項記載の中空繊維分離膜の束
   。 ３）該束が乾燥しており、１０ないし３０％の充填密度
   を有する特許請求の範囲１項記載の中空繊維分離膜の束
   。 ４）特許請求の範囲２項記載の中空繊維分離膜を含む透
   過装置。 ５）特許請求の範囲３項記載の中空繊維分離膜を含む透
   過装置。 ６）合成重合体の紡糸用ドープ液から多数の中空繊維を
   押し出し、該中空繊維から部分的に溶剤を除去し且つ急
   冷して中空繊維分離膜を形成し、そして該中空繊維分離
   膜に１インチ当たり０．５ないし６巻きの割合で糸を螺
   旋状に巻き付けて１５ないし４５％の充填密度を有する
   中空繊維分離膜の束を製造することを特徴とする方法。