JPH04265132A - 多孔質中空糸膜の製法 - Google Patents

多孔質中空糸膜の製法

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JPH04265132A
JPH04265132A JP4887191A JP4887191A JPH04265132A JP H04265132 A JPH04265132 A JP H04265132A JP 4887191 A JP4887191 A JP 4887191A JP 4887191 A JP4887191 A JP 4887191A JP H04265132 A JPH04265132 A JP H04265132A
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porous
layer
fiber membrane
stretching
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JP4887191A
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Yasushi Shimomura
下村 泰志
Masahiko Yamaguchi
正彦 山口
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Ube Corp
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Ube Industries Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガス交換、ガス分離のた
めの多孔質中空糸膜の製法に係り、更に詳しくは、人工
肺等に用いるガス交換膜、または酸素富化等に用いるガ
ス分離膜に好適に用いることができる多孔質中空糸膜の
製法に関する。
【0002】
【従来の技術】中空糸に多数の微細孔が形成された構成
を有する熱可塑性樹脂製多孔質中空糸膜は、例えば、水
処理等に使用する濾過膜、または血漿分離等に使用する
分離膜、あるいは人工肺として使用するガス交換膜など
として各種分野で利用されている。
【0003】このような熱可塑性樹脂製多孔質中空糸膜
の製法としては、たとえば、易溶解性物質を混合分散さ
せた熱可塑性樹脂材料を中空糸に成形した後、この易溶
解性物質を溶媒により溶解除去して中空糸に多数の微細
孔を形成する方法などが知られている。
【0004】また、熱可塑性の結晶性高分子材料を中空
糸として成形した後、これを熱処理し、次いで延伸する
ことにより、中空糸に微細孔を発生させる方法を利用し
て多孔質体とする方法もまた一般的になっている。
【0005】このようにして得られ、人工肺用のガス交
換膜として使用されている多孔質中空糸膜は、その有す
る微細孔が透過すべき気体分子に比べて著しく大きいた
め、体積流として微細孔を通過する。例えば、多孔質ポ
リプロピレン膜等の多孔質中空糸膜を利用した人工肺が
種々提案されている。
【0006】また、人工肺用のガス交換膜としては均質
膜も知られており、この場合、透過する気体分子が膜に
溶解し、拡散することによってガスの移動が行われる。 この代表的なものにポリジメチルシロキサンゴムがあり
、製品化されている。また、膜素材のもつ気体(ガス)
の種類による分離度の差を利用したガス分離膜は、複雑
な湿式紡糸法により製造されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】開心術の際等に応用さ
れる人工肺として、中空糸膜を用いた膜型人工肺が広く
普及している。従来の多孔質中空糸膜を用いた人工肺は
、開心術の際のように比較的短時間の使用では問題なく
使用されている。しかし、肺不全の治療のように人工肺
の使用時間が長期にわたる場合には、従来の多孔質中空
糸膜を用いた人工肺ではシーラム(血漿)が孔から漏洩
するという問題が生じる場合があった。
【0008】また、膜素材のもつ気体(ガス)の種類に
よる分離度の差を利用したガス分離膜は、その効率を上
げるためにガス分離を行う層をできるだけ薄くする必要
があり、且つ機械的強度を保持させるために多孔質層(
コアー層)と緻密層(スキン層)が必要となっており、
従来、このような膜構造は複雑な湿式紡糸法により製造
されている。また、中空糸膜として多孔質層と緻密層を
共に形成するためには多くの製造条件を制御する必要が
あり、工程的にも複雑なものとなっている。
【0009】従って本発明の目的は、長時間の使用でも
シーラム(血漿)が孔から漏洩しない人工肺のためのガ
ス交換膜、あるいは膜素材の有する気体(ガス)の種類
による分離度の差を利用したガス分離膜に好ましく使用
することができる多孔質中空糸膜の製法を提供すること
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、
熱可塑性樹脂製中空糸を延伸することにより多数の微細
孔を形成する工程を含む多孔質中空糸膜を製造する方法
において、未延伸の原中空糸を互いに分子量の異なる同
種熱可塑性樹脂からなる複層構造とし、次いでこの原中
空糸を延伸することにより、多孔質中空糸膜に無孔また
は極めて孔の存在が少ないか、あるいはその他の多孔質
層に比して小さい孔径の孔が存在する層(緻密層)を少
なくとも一層存在せしめたことを特徴とする多孔質中空
糸膜の製法、が提供される。
【0011】以下、本発明を詳細に説明する。本発明者
は、多孔質中空糸膜を製造する場合、原中空糸の分子量
により、その後の延伸工程で同一延伸条件てあっても異
なる平均孔径の多孔質膜が得られることを発明者等は見
出し、先に出願している(特開昭62−79806号公
報)。即ち、延伸による多孔質化によって分子量の大き
い熱可塑性樹脂は分子量の小さい熱可塑性樹脂に比し、
より小さい平均孔径を有する多孔質膜となる。
【0012】また、多孔質中空糸膜を製造する方法にお
いて、延伸工程を所定(110℃及至155℃)の温度
範囲で、延伸歪速度または延伸倍率により、孔径が変化
することを発明者等は見出し、先に出願している(特願
昭59−268410号)。
【0013】本発明者はこれらの知見を基礎にして、さ
らに実験・検討を進めたところ、未延伸の原中空糸を分
子量の異なる同種熱可塑性樹脂にて複層化し、この複層
中空糸の延伸工程を所定(110℃及至155℃)の温
度範囲で、延伸歪速度、延伸倍率を制御することにより
、分子量の小さい熱可塑性樹脂からなる層は多孔質化し
ている(多孔質層)が、分子量の大きい熱可塑性樹脂か
らなる層は無孔であるか、または開孔していても孔の数
も少なく、小さいもの(緻密層)であることを見出し、
本発明に到達したのである。
【0014】本発明において使用する熱可塑性樹脂は特
に制限されるものではないが、例えばポリプロピレン、
ポリエチレン、ポリ(4−メチル−ペンテン−1)等の
ポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン、エチレンテト
ラフルオロエチレン共重合体等の熱可塑性樹脂が挙げら
れる。
【0015】また、使用する熱可塑性樹脂の分子量を溶
融粘度で表した場合、その溶融粘度{メルトフローイン
デックス(MFI)あるいはメルトインデックス(MI
)}は中空糸の紡糸可能な範囲であれば、特に限定を必
要とするものではない。例えば、ポリプロピレンを使用
する場合、原中空糸の紡糸の効率、生産性を考慮すると
、0.5から40g /10分のものを用いることが好
ましい。
【0016】かかる溶融粘度を有する熱可塑性樹脂の中
から、本発明では互いに溶融粘度の異なる(即ち、分子
量の異なる)ものを組み合わせて使用するのである。こ
の場合、分子量(溶融粘度)が同程度のものの組み合せ
では、所期の目的を達成できないため、例えば熱可塑性
樹脂としてポリプロピレンを使用する場合には、MFI
で1〜35の差がある組み合せを用いることが好ましい
【0017】本発明においては、まず上記のような熱可
塑性樹脂を多層中空糸ノズルを用いて紡糸し、複層構造
の未延伸熱可塑性樹脂中空糸とする。複層構造としては
2層あるいはそれ以上の層からなる構造であり、層数は
その目的、適応分野に応じて決めることができる。また
その層比(層の厚さの比)も目的、適応分野等に応じて
決めることができ、少なくとも一つの層が、成形不可能
になる程薄い場合を除いて、あらゆる組み合せを取るこ
とができる。
【0018】本発明においては、上記のように、予め複
層構造を中空原糸の段階で完全に制御することができる
ので、延伸後得られる中空糸膜の複層構造を完全に制御
することができる。
【0019】本発明においてポリプロピレン中空糸を用
いる場合、まず上記のようなポリプロピレンを公知の中
空糸製造法に従って紡糸し、未延伸ポリプロピレン中空
糸とする。例えば、紡糸温度は使用する熱可塑性樹脂を
吐出することのできる温度以上であって、熱可塑性樹脂
の熱分解温度以下の範囲内の温度で行うことができる。 熱可塑性樹脂としてポリプロピレンを使用する場合には
、その紡糸温度は、例えば、ポリプロピレンを吐出する
ことのできる温度以上であって、ポリプロピレンの熱分
解温度以下であればよく、通常では170〜300℃、
好ましくは190〜270℃である。
【0020】また、高密度ポリエチレンを使用する場合
には、通常では150〜300℃、好ましくは160〜
270℃である。ポリ(4−メチル−ペンテン−1)を
使用する場合には、通常では260〜330℃、好まし
くは270〜300℃である。ポリフッ化ビニリデンを
使用する場合には、通常では190〜300℃、好まし
くは190〜280℃である。エチレンテトラフルオロ
エチレン共重合体を使用する場合には、通常では290
〜350℃、好ましくは190〜280℃である。
【0021】次に本発明の延伸工程は、公知の方法を使
用すればよく、特定の温度範囲で一段または多段で延伸
する方法、例えば室温近傍で延伸した後、140〜15
0℃の温度範囲で更に延伸する方法、特定温度範囲で、
特定延伸歪速度で延伸する方法や窒素、酸素、アルゴン
、一酸化炭素、メタン及びエタンからなる群より選ばれ
た媒体中で延伸温度が−100℃以下の温度であって、
且つ該媒体の沸点より50℃高い温度以下の範囲で延伸
を行う方法等、特定温度範囲及び/または特定媒体中で
、あるいは特定温度範囲及び/または特定延伸歪速度で
延伸して複層構造の熱可塑性樹脂を得る方法が適宜採用
される。
【0022】尚、この延伸工程は、少なくとも一層が無
孔あるいは極めて孔の存在が少ないか、あるいはその他
の多孔質層に比して小さい孔径の孔が存在する層(緻密
層)を少なくとも一層存在せしめるためのものであり、
その他の層は多孔質層を形成するように行うものである
から、延伸に際してはそのための条件を設定して行うこ
とが必要である。そのため、たとえば特定温度範囲で、
特定延伸歪速度で延伸する方法を採用する場合、延伸温
度、延伸倍率および延伸歪速度を、一層における孔の有
無、孔の数、孔の大きさ、および他の多孔質層の平均孔
径や空隙率を所定通りとするために、適宜設定する必要
がある。
【0023】例えばポリプロピレンの場合、延伸の温度
は100〜155℃が好ましい。また、多孔質層の空隙
率を上げることは、ガス交換、ガス分離の効率を良好と
するために重要である。延伸倍率としては、空隙率はあ
る範囲内で延伸倍率が大きいほど大きくなり、初期の値
に対して50〜400%、好ましくは200〜300%
である。空隙率としては、30〜80%、好ましくは6
0〜75%である。延伸倍率400%を超えて延伸する
と中空糸径が細くなったり、孔径がむしろ小さくなった
りするため好ましくない。
【0024】延伸歪速度は20%/分未満、好ましくは
15%/分未満、更に好ましくは12%/分未満である
。なお、本発明においては、延伸工程にかける前に、例
えばポリプロピレンの場合、原中空糸を100〜155
℃の範囲の温度で熱処理を行うことは、原中空糸の配向
結晶化をより成長させるため好ましい。
【0025】また延伸工程にかけた後に、例えばポリプ
ロピレンの場合、延伸中空糸を張力を掛けたまま100
〜155℃の範囲の温度で熱固定処理を行うことは、延
伸中空糸の熱収縮防止になるため好ましい。
【0026】上記のようにして得られた多層構造の多孔
質中空糸膜は、分子量のより小さい(即ち、MFIまた
はMIがより大きい)層が多孔質層になり、分子量のよ
り大きい(即ち、MFIまたはMIがより小さい)層が
無孔または極めて孔の存在が少ないか、あるいはその他
の多孔質層に比して小さい孔径の孔が存在する層(緻密
層)となり、両者の組み合せからなる複層構造を呈する
。また、その層比は未延伸熱可塑性樹脂の紡糸の際の複
層構造における層比により完全に制御される。このため
極めて薄い無孔または極めて孔の存在が少ないか、ある
いはあるいはその他の多孔質層に比して小さい孔径の孔
が存在する層を少なくとも一層存在させることができる
【0027】本発明で得られる多孔質中空糸膜は、これ
を人工肺用として使用する場合には、少なくとも一層は
無孔にしても良いが、ガス交換能とシーラムの漏洩との
兼合いから必ずしも無孔にする必要はなく、極めて孔の
存在が少ない状態でも、あるいは他の層に比して小さい
孔径の存在する状態としても良い。
【0028】また、中空糸膜をガス分離用に使用する場
合には、多層のうちの少なくとも一層が無孔になってい
ることが好ましい。少なくとも一層が無孔の場合にはそ
の層の厚さは可能な限り薄いことが望ましく、0.1μ
mから20μmの範囲、好ましくは0.1μmから10
μmの範囲である。
【0029】
【実施例】以下、本発明を実施例に基いて更に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
【0030】(実施例1)直径33mm、内径27mm
の気体供給管を備えた中空糸製造用2層ノズルを使用し
、MFIが30g/分のポリプロピレン(商品名:UB
E−PP−J130G、宇部興産(株)製)を内層に、
MFIが9g/分のポリプロピレン(商品名:UBE−
PP−F109  宇部興産(株)製)を外層にし、外
層と内層の層比(層の厚さの比)を9対1(樹脂の押出
し量により制御)として、紡糸温度200℃、引き取り
速度116m/分の条件で紡糸し、内径230μm、外
径350μmの複層構造の原中空糸を得た。次に、この
原中空糸を163℃の空気加熱槽中で1分間処理を行っ
て原中空糸の外表面を部分溶融し、冷却後、135℃の
温度で初期長さに対して延伸倍率200%、歪速度11
.8%/分で延伸し、延伸状態を保ったまま150℃の
加熱空気槽内で2分間熱処理をして中空糸膜を製造した
。得られた中空糸膜の外表面は完全に無孔化されており
、中空糸内径部の表面は全面が均一に多孔化されていた
【0031】(実施例2)直径33mm、内径27mm
の気体供給管を備えた中空糸製造用2層ノズルを使用し
、MFIが30g/分のポリプロピレン(商品名:UB
E−PP−J130G、宇部興産(株)製)を内層に、
MFIが9g/分のポリプロピレン(商品名UBE−P
P−F109、宇部興産(株)製)を外層にし、外層と
内層の層比を9対1(樹脂の押出し量により制御)とし
て、紡糸温度200℃、引き取り速度116m/分の条
件で紡糸し、内径230μm、外径350μmの原中空
糸を得た。次に、この原中空糸を163℃の空気加熱槽
中で1分間処理を行って原中空糸の外表面を部分溶融し
、冷却後、135℃の温度で初期長さに対して延伸倍率
350%、歪速度10.3%/分で延伸し、延伸状態を
保ったまま150℃の加熱空気槽内で2分間熱処理をし
て中空糸膜を製造した。得られた中空糸膜の外表面は小
さい孔径の孔が数少なく存在し、一方中空糸内径部の表
面は全面が均一に多孔化されていた。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
長時間の使用でもシーラム(血漿)が孔から漏洩せず、
かつ多孔質層と緻密層の複層構造からなる機械的強度の
優れた多孔質中空糸膜を、効率的に製造することができ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  熱可塑性樹脂製中空糸を延伸すること
    により多数の微細孔を形成する工程を含む多孔質中空糸
    膜を製造する方法において、未延伸の原中空糸を互いに
    分子量の異なる同種熱可塑性樹脂からなる複層構造とし
    、次いでこの原中空糸を延伸することにより、多孔質中
    空糸膜に無孔または極めて孔の存在が少ないか、あるい
    はその他の多孔質層に比して小さい孔径の孔が存在する
    層を少なくとも一層存在せしめたことを特徴とする多孔
    質中空糸膜の製法。
JP4887191A 1991-02-21 1991-02-21 多孔質中空糸膜の製法 Pending JPH04265132A (ja)

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