JP2000210544A - 半透膜の製造方法 - Google Patents

半透膜の製造方法

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JP2000210544A
JP2000210544A JP11017560A JP1756099A JP2000210544A JP 2000210544 A JP2000210544 A JP 2000210544A JP 11017560 A JP11017560 A JP 11017560A JP 1756099 A JP1756099 A JP 1756099A JP 2000210544 A JP2000210544 A JP 2000210544A
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JP
Japan
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polyvinylpyrrolidone
membrane
polysulfone
semipermeable membrane
temperature
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JP11017560A
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English (en)
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Shigehisa Wada
茂久 和田
Hidetoshi Ozawa
英俊 小澤
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】廃棄すべきポリビニルピロリドンが最小限であ
り、かつ、紡糸性の優れた半透膜の製造方法を提供す
る。 【解決手段】ポリスルホン系樹脂と分子量の異なる2種
類以上のポリビニルピロリドンとを主成分としてなる半
透膜の製造方法において、製膜原液におけるポリスルホ
ンに対するポリビニルピロリドンの重量比率が20%以
上、35%以下であって、かつ、紡糸口金部温度−40℃≦
ドライゾーンの温度≦紡糸口金部温度−15℃であり、さ
らに、相対湿度が60%以上、95%以下であることを特徴
とする半透膜の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリスルホン系樹
脂と平均分子量の異なる2種類以上のポリビニルピロリ
ドンからなる半透膜の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】これまで慢性腎不全患者の血液処理膜を
人腎レベルに近づけるために、様々な透析方法・膜の性
能向上技術が開発されてきた。血液処理膜としては、例
えばポリスルホンとともに、造孔剤としてポリビニルピ
ロリドンを用いて製膜する方法が、特開平9-70524など
において知られている。このポリビニルピロリドンは、
製膜時に造孔剤として用いられた後、その大半は洗い流
され再利用されることがないため、その使用量を減らす
ことが好ましいが、特開平9-70524などにおいてはその
使用量が多く、廃棄量が多いという問題点があった。
【0003】また特開平4-338224では、製膜原液でのポ
リスルホン系樹脂に対するポリビニルピロリドンの混和
比率を10重量%以下とすることが記載されている。しか
しながら、この場合には、製膜原液粘度が低くなりすぎ
て、紡糸安定性に劣るという問題点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の欠点を解消しようとするものであり、ポリビニルピ
ロリドンの使用量が少なく、かつ、紡糸安定性に優れた
半透膜の製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、下記の構成を有する。「ポリスルホン系
樹脂と平均分子量の異なる2種類以上のポリビニルピロ
リドンとを主成分としてなる半透膜の製造方法におい
て、製膜原液におけるポリスルホンに対するポリビニル
ピロリドンの重量比率が20%以上、35%以下であって、
かつ、紡糸口金部温度−40℃≦ドライゾーンの温度≦紡
糸口金部温度−15℃であり、さらに、相対湿度が60%以
上、95%以下であることを特徴とする半透膜の製造方
法。」
【0006】
【発明の実施の形態】本発明のポリスルホン系樹脂とし
ては、ポリスルホンが好ましいが、ベンゼン環部分を修
飾したものも用いることができる。また、製膜原液にお
けるポリスルホン濃度としては、濃度を上げるに従って
製膜性は良くなるが逆に膜における空孔率は減少し、透
水性が低下する傾向がある。そのため、ポリスルホン濃
度は、製膜原液中、10〜30重量%であることが好まし
く、さらには15〜21重量%であることが好ましい。
【0007】本発明においては、ポリビニルピロリドン
として平均分子量の異なる2種類以上のものを用いる。
ここで、平均分子量が異なるとは、重量平均分子量が異
なるものをいい、特に重量平均分子量で10万以上異なる
ものを用いることが好ましい。
【0008】また一般に市販のポリスルホン系樹脂の分
子量が低いことから、製膜原液の粘度は、ポリビニルピ
ロリドンの分子量に依存する傾向がある。製膜原液粘度
が低い場合、製膜時に糸切れ、糸揺れなどを起こし製糸
安定性に劣る場合があるため、ポリビニルピロリドンの
平均分子量は高いことが好ましく、4万以上が好まし
い。
【0009】製膜原液におけるポリビニルピロリドンの
濃度は、上げるに従って粘度が上昇し製膜性が良くなる
が、逆に廃棄すべきポリビニルピロリドンの量は増加す
る。そのため、製膜原液におけるポリビニルピロリドン
濃度は2〜20重量%が好ましく、さらには3〜9重量%が
好ましい。製膜された半透膜中ポリビニルピロリドンの
含有率は、1〜15wt%であることが好ましい。1wt%未満
の場合、水濡れ性が不十分となり、血液と接触した際に
凝固を引き起こす可能性がある。
【0010】さらに、本発明の半透膜を人工腎臓として
用いる場合、中高分子尿毒蛋白を選択的に透過し、アル
ブミン透過性を極力抑えることが好ましく、この点で製
膜原液中の分子量10万以上のポリビニルピロリドンの混
和比率が1.8〜20重量%であることが好ましい。高すぎ
ると原液粘度が上昇し、製膜困難となるだけではなく、
透水性、拡散性能が低下する傾向がある。逆に低すぎる
場合、中高分子尿毒蛋白を透過させるための適当な孔を
有する膜構造が形成できなくなる傾向がある。
【0011】製膜原液においては、ポリスルホン系樹脂
およびポリビニルピロリドンの良溶媒が用いられる。具
体的には、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルスルオキシド、アセトン、アセトアルデヒ
ド、2-メチルピロリドンなどであるが、危険性、安全
性、毒性の面からジメチルアセトアミドが好ましい。
【0012】製膜原液には、さらに、ポリスルホンの貧
溶媒で、かつ、ポリビニルピロリドンと相溶性を持つ添
加剤が用いられる。具体的には、アルコール、グリセリ
ン、水、エステル類などであるが、プロセス適性の面か
ら特に水が好ましい。
【0013】本発明の半透膜は、中空糸膜、平膜、繊維
状膜等として好適に用いられる。中空糸膜として用いる
場合の製膜方法は、以下のとおりである。
【0014】まず、製膜原液と、芯液とを、同時に二重
スリット管構造の口金から同時にドライゾーンに吐出さ
せる。この時のドライゾーンの雰囲気を特定の条件に保
つことで、季節変動による性能の変化を抑制することが
できる。すなわち、ドライゾーン温度、相対湿度が高す
ぎると中空糸膜内部において相分離が起こる前に外表面
は凝固し、緻密層ができる。また、ドライゾーン温度、
相対湿度が低すぎると相分離する前に水中に浸漬される
ため外表面は相分離する前に凝固し、緻密層ができる。
ゆえにドライゾーン温度は、紡糸口金部温度−40℃≦ド
ライゾーンの温度≦紡糸口金部温度−15℃紡糸口金部温
度の条件を満たすことが必要である。また、相対湿度
は、60%以上、95%以下であることが必要である。
【0015】ここで、相対湿度とは、水蒸気圧と飽和水
蒸気圧の比を%で表したものをいう。
【0016】上記条件により紡糸した後、所定の水洗、
保湿工程を経た後、巻き取られ、モジュール化される。
巻き取られた中空糸膜は人工腎臓用に用いる場合、この
ままではポリビニルピロリドンの溶出が多く、人工臓器
基準に記載された数値を満たさない傾向があるため、γ
線、電子線、熱、化学的処理などにより架橋し、溶出物
を低減させることが好ましい。架橋処理により、ポリス
ルホンとポリビニルピロリドンが結合することでポリビ
ニルピロリドンの溶出が減少する。さらにポリビニルピ
ロリドンの溶出を防ぐためには、γ線照射前に、脱気膜
を通過した水でモジュールを洗浄することが好ましい。
γ線照射は、水充填でのγ線照射が好ましく、照射量は
10〜50KGy、さらには20〜40KGyが好ましい。これらの方
法で作成された人工腎臓は、尿毒物質の拡散、有用蛋白
であるアルブミンの阻止などの性能に優れ、かつ、ポリ
ビニルピロリドンの溶出が少ない。
【0017】本発明により得られる半透膜は、例えば、
透析器、血漿分離器等の血液浄化膜、限外濾過膜などと
して、好適に用いられる。
【0018】
【実施例】次に実施例に基づき本発明を説明する。
【0019】用いた測定方法は以下の通りである。 (1)原液粘度の測定 東機産業製B型回転粘度計B8タイプを用いて測定を行
った。温度制御装置付きシリコンオイルバスに原液の入
ったサンプルビンを入れ、温度を所定温度にして、5点
測定した。 (2)透水性能の測定 中空糸両端部を封止したモジュール(面積 1.3m2)の
中空糸内側に水圧100mmHgをかけ、外側に流出してくる
単位時間当たりの濾過量を測定した。透水性能は下記の
式で算出した。
【0020】 透水性能(ml/hr/m2/mmHg)= QW/(T・A・P) ここで、QWは濾過量(ml/min)、Tは流出時間(hr)、P
は圧力(mmHg)、Aは膜面積(m2)(中空糸内表面積換
算)を意味する。 (3)アルブミン透過率の測定 血液槽に温度37℃で保温したヘマトクリット値30%、総
蛋白量6.0g/dl(エチレンジアミン四酢酸(EDTA)処理
血液)に調製した牛血液を中空糸両端部を封止したモジ
ュール(面積 1.3m2)の中空糸内側に200ml/minで灌
流させ、40ml/minの濾過流量で濾過をした。この時、濾
液、出口血液は血液槽に戻した。
【0021】環流開始1時間後にモジュール入り口、モ
ジュール出口の血液、濾液をサンプリングし、血液側を
BCG(ブロムクレゾールグリーン)法(和光純薬)によ
って分析し、その濃度からアルブミン透過率を算出し
た。
【0022】 アルブミン透過率(%)={2×Cf/(CBi+CBo)}×100 ここで、Cfは濾液中、CBiはモジュール入り口、CBoはモ
ジュール出口のアルブミン濃度を示す。 (4)元素分析法によるポリビニルピロリドンの含有率
の測定 γ線照射後のサンプルを常温、真空ポンプで乾固させ、
その10mgをCHNコーダーで分析し、窒素含有率からポリ
スルホンに対するポリビニルピロリドンの含有率を計算
した。 実施例1 以下実施例において、「部」は「重量部」を意味する。
【0023】ポリスルホン(アモコ社 Udel-P3500)18
部、ポリビニルピロリドン(BASFK90 重量平均分子量1
20万)3部、ポリビニルピロリドン(BASF K30 重量
平均分子量4万)3部をジメチルアセトアミド75部、水1
部に加え、加熱溶解した。原液粘度は、50℃で23ポイズ
であった。この原液を温度50℃の紡糸口金部へ送り、外
径0.35mm、内径0.25mmの2重スリット管から芯液として
ジメチルアセトアミド58部からなる溶液を吐出させ、内
径200μm膜厚40μmの中空糸膜を形成させた後、温度30
℃、相対湿度93%(testoterm社製 testo452)の350mm
のドライゾーンを通過させ、80℃の水洗工程、グリセリ
ンによる保湿工程を経て得られた中空糸膜を巻き取り束
とした。この中空糸膜を1.3m2になるようにケースに充
填し、ポッティングしてモジュールとした。モジュール
化後、脱気された温水(37℃)で、まず血液側を毎分20
0ml/minで1時間洗浄し、血液側を止め、次に血液透析側
を同様に洗浄し、最後に血液側から透析液側へ膜を透過
させて同様に洗浄した。水充填のままγ線照射後(32KG
y)、透水性能、アルブミン透過率を測定したところ透
水性能 1109ml/hr/m2/mmHg、アルブミン透過率0.76%
であった。
【0024】また、最終的な膜内のポリスルホンに対す
るポリビニルピロリドン含有率は4.1重量%であった。
この場合、製膜原液を100kg(PVP 6kg含有)用いると、
最終的に膜中にはPVPが0.74kg残り、5.26kgを廃棄する
ことになる。 実施例2 ポリスルホン(アモコ社 Udel-P3500)17部、ポリビニ
ルピロリドン(BASFK90)3部、ポリビニルピロリドン
(BASF K30)1部をジメチルアセトアミド78部、水1部に
加え、加熱溶解した。原液粘度は50℃で14.5ポイズであ
った。この原液を、ジメチルアセトアミド58部からなる
芯液を用いて、実施例1と同じ工程で製膜し、モジュー
ルを作成した。透水性能 1380ml/hr/m2/mmHg、アルブ
ミン透過率1.12%であった。また、最終的な膜内のポリ
スルホンに対するポリビニルピロリドン含有率は3.8重
量%であった。この場合、製膜原液を100kg(PVP 4kg含
有)用いると、最終的に膜中にはPVPが0.65kg残り、3.3
5kgを廃棄することになる。 比較例1 ポリスルホン(アモコ社 Udel-P3500)18部、ポリビニ
ルピロリドン(BASFK90)4部、ポリビニルピロリドン
(BASF K30)5部をジメチルアセトアミド72部、水1部を
加え、加熱溶解した。原液粘度は50℃で45ポイズであっ
た。この原液を、ジメチルアセトアミド60部からなる芯
液を用いて、実施例1と同じ工程で製膜し、モジュール
を作成した。透水性能 662ml/hr/m2/mmHg、アルブミ
ン透過率0.23%であった。しかし、最終的な膜内のポリ
スルホンに対するポリビニルピロリドン含有率は7.8重
量%であった。この場合、製膜原液を100kg(PVP 9kg含
有)用いると、最終的に中空糸膜中にはPVPが1.40kg残
り、7.6kgを廃棄することになり、廃棄量が多くなっ
た。 比較例2 ポリスルホン(アモコ社 Udel-P3500)18部、ポリビニ
ルピロリドン(BASFK90)1.8部をジメチルアセトアミド
78部、水1部を加え、加熱溶解した。原液粘度は50℃で
9.0ポイズであった。この原液を、ジメチルアセトアミ
ド60部からなる芯液を用いて、実施例1と同じ工程で製
膜し、モジュールを作成した。透水性能は1054ml/hr/m
2/mmHg、アルブミン透過率は2%以上の非常に高い値を
示した。 比較例3 実施例1と同じ原液、芯液を用いて中空糸膜を吐出し、
温度40℃、相対湿度100%の350mmのドライゾーンを通過
させ製膜したが、ポリスルホン外表面に緻密層ができ
た。 比較例4 実施例1と同じ原液、芯液を用いて中空糸膜を吐出し、
温度5℃、相対湿度100%の350mmのドライゾーンを通過
させ製膜したが、ポリスルホン外表面に緻密層ができ
た。 比較例5 実施例1と同じ原液、芯液を用いて中空糸膜を吐出し、
温度30℃、相対湿度50%の350mmのドライゾーンを通過
させ製膜したが、ポリスルホン外表面に緻密層ができ
た。
【0025】
【発明の効果】本発明により、廃棄すべきポリビニルピ
ロリドンが最小限であり、かつ、紡糸性の優れた半透膜
の製造方法を提供することができた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4C077 AA05 AA12 BB01 BB02 JJ09 JJ15 JJ22 KK23 KK30 LL01 LL05 PP15 PP18 4D006 GA06 GA13 MA01 MA03 MA31 MA33 MA40 MB02 MB06 MC40X MC62X MC88 MC89 NA04 NA10 NA12 NA16 NA18 NA42 PA01 PB09 PB52 PC47

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリスルホン系樹脂と平均分子量の異なる
    2種類以上のポリビニルピロリドンとを主成分としてな
    る半透膜の製造方法において、製膜原液におけるポリス
    ルホンに対するポリビニルピロリドンの重量比率が20%
    以上、35%以下であって、かつ、紡糸口金部温度−40℃
    ≦ドライゾーンの温度≦紡糸口金部温度−15℃であり、
    さらに、相対湿度が60%以上、95%以下であることを特
    徴とする半透膜の製造方法。
  2. 【請求項2】平均分子量が10万以上異なる2種類以上の
    ポリビニルピロリドンを用いることを特徴とする請求項
    1記載の半透膜の製造方法。
  3. 【請求項3】該半透膜を人工腎臓用に用いることを特徴
    とする請求項1または2記載の半透膜の製造方法。
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