JPH0462767B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

＜利用分野＞ 本発明は、特定の重合体からなり特定の形状を
具備した選択透過性中空糸及びその中空糸を用い
た流体分離器に関する。更に詳細には本発明は、
特定の平均重合度を有したセルロース系重合体を
主成分としたフイン付選択透過性のセルロース系
中空糸、及びその中空糸を用いた流体分離器を提
供するものである。その流体分離の具体例として
は、透析、限外過、精密過、逆浸透、パーペ
ーパレーシヨン等の液体分離や、酸素富化等の気
体分離が挙げられる。 ＜従来技術＞ 選択透過性中空糸は逆浸透や血液透析等におい
て従来より実用的に使用されて来ている。 特に腎不全患者の血液を浄化するために、現在
では中空糸型血液透析器がよく使用されている。
これは筐体の中に透析膜、例えば、中空糸の膜を
多数本、収納し、その中空内部に患者の血液を粒
し、外部、即ち、中空糸間に透析液を流して、中
空糸を介して透析によつて、血液中の老廃物を除
去し電解質濃度を是正するとともに、中空糸内外
に圧力差を与えて限外過によつて血液中の余剰
水分を除去するものである。更に、血液中から血
漿のみを分離し、或いは、その血漿の中から特定
成分を除去して自己免疫疾患などを治療するため
に、中空糸が使用されている。このように血液処
理用の中空糸は目的に応じて特定の物質を選択的
に透過せしめなければならない。その性能は、中
空糸の素材、ポロシテイ（孔の大きさ、数など）、
膜厚などによつて決定される。しかし、それだけ
ではなく、例えば多数本の中空糸を如何に集束し
て膜面全体を有効に機能させるかということも、
その性能を決定する重要なポイントとなる。例え
ば透析に際して、中空糸どうしが長さ方向に沿つ
て、密着すると、透析液が、その部分の近傍で、
それぞれの中空糸の周りを均等に流れにくくなり
ある特定の流破を形成する結果となり、この流れ
にあずからない中空糸を通しての透析が殆ど行わ
れなくなつて全体としての透析効果は低下する。
通常の透析操作において中空糸膜の両側の濃度差
が物質移動のドライビングフオースとなるから、
透析液を中空糸の外側空間にできるだけ均等に流
し、外側境膜抵抗が周囲より大きくなる部分をで
きるだけ減少させ、血液側（中空糸の内側）と透
析液側（中空糸の外側）との濃度差を増大させ得
るように、中空糸自体の形状を工夫すること等が
必要である。 例えば本発明者等の一部が先に提案したよう
に、中空糸外表面に突起をもたせることによつて
中空糸間の密着を防止する効果を発揮させる方法
が利用できる（特開昭48−75481号）。 しかしながら例えばセルロースアセテートの場
合には、高いフインを有した中空糸が得られにく
い欠点があつた。さらにセルロースアセテート等
の場合には、実質上乾燥された状態でその中空糸
束を収納して流体分離器を組み立てた後使用時等
に水や水溶液などを充填した際における該中空糸
の伸長率、即ち再湿伸長率が大きいために流体分
離器内で中空糸どうしのからみ合いが激しくな
り、中空糸どうしの局所的な密着が増加したり、
中空糸の折れ曲りなども発生しやすい欠点があ
り、その改善が強く望まれていた。 ＜発明の目的及び構成＞ 本発明者等はこのような観点に立つて、流体分
離効率の向上を目的として鋭意検究した結果、特
定の重合度をもつたセルロース系重合体を主成分
とし特定の形状の中空糸が特に有効であることを
見い出し、本発明に到達した。 即ち本発明は、 外周部において長手方向に延長されたフインを
具備し選択透過性を有したセルロース系中空糸で
あつて、その主たる構成成分であるセルロース又
はセルロースエステルからなるセルロース系重合
体の平均重合度が150以上であり、該フインの高
さＨと巾Ｗの比Ｈ／Ｗが0.5以上であり、再湿伸
長率が2.5％以下である血液処理用のセルロース
系中空糸、及び 選択透過性中空糸を分離機能部として収納した
血液処理用の流体分離器において、該選択透過性
中空糸が、外周部において長手方向に延長された
フインを具備し、その主たる構成成分であるセル
ロース又はセルロースエステルからなるセルロー
ス系重合体の平均重合度が150以上であり、該フ
インの高さＨと巾Ｗの比Ｈ／Ｗが0.5以上であり、
再湿伸長率が2.5％以下であるセルロース系中空
糸であることを特徴とする流体分離器、 を提供するものである。 以下本発明について更に詳細に説明する。まず
本発明の選択透過性セルロース系中空糸はセルロ
ース系重合体を主たる構成成分とするものであ
る。該セルロース系重合体としては、セルロー
ス、セルロースジアセテート、セルローストリア
セテート等のセルロースアセテート、セルロース
プロピオネート、セルロースブチレート、セルロ
ースアセテートブチレート、セルロースナイトレ
ート等が挙げられ、これらを１種又は２種以上で
用いることができる。中でも特に好ましいセルロ
ース系重合体としてセルロースジアセテート、セ
ルローストリアセテート等のセルロースエステル
重合体及びセルロースが挙げられる。 本発明における該セルロース系重合体は、平均
重合度が150以上であることを特徴としている。
尚ここで言う平均重合度は重量平均分子量をその
重合体の繰返し単位の分子量で割つた値を意味す
る。その重量平均分子量の測定法として例えばゲ
ル過クロマトグラフイー、粘度率の測定、沈降
平衡の測定、光散乱法なる方法が挙げられる。 該セルロース系重合体の平均重合度が150未満
の場合には、高さの高いフインを具備した選択透
過性のセルロース系中空糸が得にくく、また再湿
伸長率の低い該中空糸が得られにくい。該平均重
合度としては、160以上が更に好ましく、特に170
以上が好ましい。尚該セルロース系重合体の平均
重合度の上限は、特に限定されるものではなく、
230以下のものが実用上好ましく用いられ、更に
好ましくは200以下のものがより実用的である。 本発明のセルロース中空糸は、かかるセルロー
ス系重合体を主要成分とするものであり、その具
体的な含有率としては50％以上、更には70％以上
が好ましい。尚それ以外に含まれる成分な特に限
定されるものではなく、例えばポリメチルメタア
クリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ニ
トロセルロース等の有機高分子が挙げられる。 また本発明のセルロース系中空糸は、外周部に
おいて長手方向に延長されたフインを有したもの
であり、該フインの高さＨと巾Ｗの比Ｈ／Ｗが
0.5以上であることを特徴としている。該比Ｈ／
Ｗが0.5未満の場合には、流体分離器内に収納し
た場合の中空糸どうしの密着を防止する効果が得
にくく好ましくない。さらに好ましいＨ／Ｗとし
ては0.8以上である。尚、フインの巾Ｗとは、フ
インの高さＨの1/2の位置における巾を意味する
ものである。 更に本発明における該中空糸のフインの数ｘは
少なくとも１であるが、11以上になるとフイン根
元部による有効膜面積の減少が顕著になり、例え
ば血液透析器における物質透析性能、水透過性能
が著しく低下し、実用的でない。即ちかかるｘは
一般に１〜10であるが、さらには２〜８が好まし
く、特に有効な範囲は３〜７である。 更に本発明の中空糸の外径ｄとして100〜400μ
が好ましく、更には200〜300μが好ましい。フイ
ン部のない部分の膜厚ｈとしては５〜50μ、更に
は５〜30μ、特に10〜25が好ましく、フインの高
さＨとしては５〜100μ、更には９〜60μが好まし
い。尚両者の比Ｈ／ｈは0.5〜３が好ましく、さ
らには１〜２が好ましい。更にフインの平均高さ
Ｈ（μ）とフインを除外した中空糸の平均外径ｄ
（μ）の比Ｈ／ｄは、0.01〜１の範囲にあること
が好ましく、更には0.02〜0.5の範囲、特に0.03〜
0.2の範囲にあることが望ましい。 またフインの根元の巾はフインの上部に比して
狭いのが望ましいが、通常は紡糸原液が口金から
吐出後、原液の表面張力で根元部分は広くなりや
すい。かかる根元の巾としては15〜50μ、好まし
くは20〜40μのものが適当である。 この様な範囲にある中空糸は真円性良好であり
中空糸内での血液凝固や残血が生じにくい点でも
好ましい。尚１本の中空糸に複数条のフインを有
する場合には、各々のフインの高さＨや巾Ｗが同
一でも異なつていてもよい。さらに該フインの少
なくとも一部が中空糸外表面にラセン状にめぐら
されていてもよく、また該フインの一部が不連続
状であつてもよい。 また本発明の中空糸は、その再湿伸長率が３％
以下であることを特徴としている。再湿伸長率が
３％を超える場合には、実質上乾燥状態流体分離
器に収納した後に水や水溶液等を充填し再湿潤状
態にした際の該中空糸の伸びが大きすぎて、中空
糸どうしの局所的な密着が増し、中空糸の折れ曲
りなどが発生しやすくなるので好ましくない。か
かる再湿伸長率としては、2.5％以下が更に好ま
しい。また再湿伸長率の下限としては特に限定さ
れるものではないが、0.5％以上、更に好ましく
は１％以上であれば、流体分離器内で再湿潤時に
中空糸が適度な伸びを呈し、流体分離器内全体に
中空糸束が広がる効果も得られる。尚該再湿伸長
率αは実質上乾燥状態にある中空糸を約0.1ｇ／
deの荷重下で測定した長さｌと該中空糸を水で
湿潤状態にして約0.01ｇ／deの荷重下で測定した
場合の長さl₁を測定し、α＝l₁−ｌ／ｌ×100なる計 算式により得られるものである。ここで実質上の
乾燥状態とは中空糸をグリセリン水溶液に浸漬し
た後乾燥することにより得られるグリセリン含有
率が30〜60％、水含有率0.5〜９％の状態を意味
する。 更に本発明の中空糸のうちで、湿潤時における
引張強度が0.3ｇ／de以上であるものが好ましく、
特に0.4ｇ／de以上のものが望ましい。該強度が
0.3ｇ／de未満の場合には、形成保持性に劣り、
中空糸の製造工程や流体分離器の製造工程中で破
断しやすく、特に外径ｄが100〜300μで膜厚が５
〜25μの範囲の中空糸の場合にはその傾向が大き
い。尚該強度の上限としては特に限定されるもの
ではなく、例えば0.8ｇ／de以下が一般的である。 更に本発明の中空糸のうちで、実質上湿潤状態
における曲げ剛性が200mg／200本以上の範囲にあ
るものが好ましく、また湿潤時において中空糸内
に加圧した場合の耐圧性として破裂圧力が４Kg／
cm²以上であることが好ましい。かかる範囲にある
ものは、流体分離器製造時等における中空糸の取
扱いが容易であり、流体分離器内での各中空糸の
長さが均一になりやすく、また該分離器の使用時
にあける加圧運転による中級糸の破損が生じにく
い利点が得られる。 また本発明のセルロース系中空糸は、流体の選
択透過性を有しており、さらに具体的には例えば
血液透析用中空糸の場合には、フイン部を除いた
部分での水透過性能UFRとしては、1.0〜30.0
ml／（m²・hr・mmHg）の範囲であるものが好ま
しく、殊に3.0〜10.0ml／（m²・hr・mmHg）が良
い。 かかる本発明の選択透過性を有したセルロース
系中空糸は、流体分離に優れた分離性能を発揮す
るものである。その流体分離としては特に限定さ
れるものではなく、例えば透析、限外過、逆浸
透等の液体分解や、人工肺用等の気体分離などが
挙げられる。特に本発明の中空糸は、中空糸外に
おける流体の流動状態が良好であることを必要と
する透析等の拡散速度の差による分離や中空糸内
でのスムーズな流動を必要とする血液処理に適し
ている。また本発明の中空糸は、更に内側又は外
側の膜表面に流体分離機能を有した他の膜を形成
せしめるための支持膜としても用いることができ
る。 本発明におけるセルロース系中空糸の製造方法
は、紡糸原液として平均重合度が150以上のセル
ロースエステル重合体とその他の添加物を含有し
た液体混合物を用い、芯剤と共にフイン付中空糸
用紡糸口金から粘度が100〜10000poiseの範囲に
ある状態で該紡糸原液を吐出せしめることを特徴
としている。かかる粘度の更に好ましい範囲とし
ては、溶融紡糸の場合には200〜5000poise、特に
好ましくは500〜3000poiseであり、半乾半湿紡糸
及び湿式紡糸の場合には200〜5000poiseが好まし
い。尚これらの粘度のうち溶融粘度の測定はフロ
ーテスターを用いて行なうことができ、溶液粘度
は回転粘度計で測定できる。 かかる製造方法としては、溶融紡糸、湿式紡
糸、半乾半湿紡糸等のいずれであつてもよい。即
ち溶融紡糸法の場合には該紡糸原液が加熱された
溶融液であり、該溶融液を該紡糸口金から吐出し
冷却することにより固化せしめてフイン付中空糸
を成形した後、該セルロースエステル重合体を溶
解せず該添加剤を溶解し得る溶媒により該フイン
付中空糸の中の該添加剤の少なくとも一部を抽出
除去し、さらに必要に応じてアルカリ処理をする
ことによつて選択透過性を有したフイン付セルロ
ース系中空糸を得るものである。かかる方法にお
いて、加熱溶液が紡糸口金から吐出後冷却によつ
て該中空糸が実質上固化するまでの時間が10秒以
下、更に好ましくは５秒以下にあればフインの形
態を良好に保持したままで安定に紡糸できる。尚
ここで言う固化とは、紡糸した糸条の流動性がな
くなり捲取り張力による細化が進まなくなること
を意味し、その測定法は紡糸中の糸条をはさみ取
り具で取り出して細化の終了する点を求める方法
によるものである。 溶融紡糸の具体例としては、加熱された紡糸原
液（溶融物、又は溶液）を常法に従つて、例えば
二重円環部の外周部に切欠部を有した紡糸口金の
中空状の孔から気体中又は紡糸浴中に押出し、中
心部に膜素材を溶かさず実質的に反応しない気
体、又は液体をみたして中空を保持しながら紡糸
する。例えば、セルロース・ジアセテートフレー
クスに該添加剤としてポリエチレングリコール等
の可塑剤を加え、溶融紡糸して紡糸ノズルの中空
状の孔から空気中に押出し、中心部に窒素ガスを
吹込みながら紡糸冷却して中空糸状物とする。こ
の中空糸状物から可塑剤を除去し、さらに必要な
らば苛性ソーダでケン化処理して物質選択透過性
を有したフイン付中空糸を製造する。 該可塑剤としては、ポリエチレングリコール等
のポリアルキレングリコールの他にグリセリン、
分子中にエチレン−プロピレン鎖を有するグリコ
ール類、スルホラン、カプロラクトン、ジメチル
スルホキシド等が例示される。紡糸原液における
該可塑剤の添加量は、該中空糸の用途に応じて適
宜選択されるものであり、例えば血液透析用の場
合には20〜40wt％、更には25〜35wt％が好まし
い。 また本発明の中空糸の製造方法が、湿式又は半
乾半湿の紡糸方法による場合には、該添加剤が該
セルロースエステル重合体の溶媒を含有するもの
であり、該紡糸原液を該紡糸口金から吐出した後
凝固液中に浸漬することによつて製造される。さ
らに該添加剤には、中空糸膜中に多孔を形成しや
すくするための孔形成剤として該セルロース系重
合体の貧溶媒や金属塩を含有せしめるのが好まし
い。かかる紡糸方法における紡糸口金から吐出し
た後凝固浴に浸漬されるまでの時間としては５秒
以下、更に好ましくは１秒以下が好ましい。尚該
溶媒、貧溶媒、金属塩の種類と添加量及び凝固液
や芯剤の成分とその組成等は、中空糸膜の用途に
応じて適宜選択することができる。ここで言う溶
媒とはセルロース系重合体を溶解し安い液体を意
味し、貧溶媒とはそれ自体でセルロース系重合体
を溶解しにくいものの上記溶媒と共存せしめるこ
とによつてセルロース系重合体を溶解するものを
意味する。 また本発明の中空糸の製造方法においては、吐
出速度よりも側い捲取速度で紡糸することが好ま
しい場合もあり、その際のドラフトの好ましい範
囲として、溶融紡糸では30〜200、湿式又は半乾
半湿紡糸では５〜50が挙げられる。 本発明の流体分離器は、流体分離機能部として
選択透過性のセルロース系中空糸の集束体を収納
したものであつて、該中空糸が平均重合度が150
以上のセルロース系重合体を主たる構成成分と
し、外周部において長手方向に延長されその高さ
Ｈと巾Ｗの比Ｈ／Ｗが0.5以上であり、再湿伸長
率が2.5％以下であるフインを有したものである
ことを特徴としている。 本発明の流体分離器における中空糸の充填率は
30〜80％が好ましく、更には35〜70％が好まし
い。該充填率が30％未満では、分散状態の良い本
発明の中空糸においても充填の不均一が生じ中空
糸外側での透析液等の流体の流れにチヤンネリン
グ等の不均一を生じる結果になりやすく好ましく
ない。また充填率が80％以上では、中空糸束の充
填が困難となるために好ましくない。尚かかる範
囲内で比較的高い充填率の状態のものについて
は、中空糸束に他のテープ状物、シート状物、糸
状物、網状物等の部材を巻きつけたり被覆したり
などして該中空糸束を細くまとめることによつて
処理器を構成する容器内に収納せしめることが有
効である。 本発明の流体処理器は、特に再湿伸長率が３％
以下となるセルロースエステル系中空糸を収納せ
しめた場合に、該中空糸に水又は水溶液等が接触
した際の伸長が小さく中空糸どうしの局所的な密
着や中空糸の折れ曲り等が発生しにくい利点があ
る。特に該中空糸の充填率が50％以上と比較的高
い状態においてその利点が非常に有効に保持され
る特徴がある。 尚流体分離器が血液透析器の場合には、各管板
部の外側に血液分配部材及び、血液収集部材を有
し、容器の壁部に透析液の出入口を具備した形が
一般的である。 本発明の流体分離器の具体的用途としては、透
析、限外過、精密過、逆浸透等の液体分離、
酸素富化、人工肺等の気体分離が挙げられる。中
でも人工腎臓、人工肝臓、血漿分離処理器、腹水
処理器、人工肺等の体液処理器に適しており、特
に血液透析器として優れている。 以下本発明について実施例を挙げて更に具体的
に説明するが、本発明はこれらによつて何ら制限
されるものではない。 実施例 １ セルロースジアセテート（平均重合度170）100
部に対し、ポリエチレングリコール（分子量200）
を50加えたものを混合し、その混合物を230℃で
溶融して粘度1500poiseでフイン付きの中空糸用
二重円環状スリツトを有した紡糸口金から、中空
部の窒素ガスと共に紡出した後、熱水に浸漬して
ポリエチレングリコールを溶出した後、苛性ソー
ダ水溶液でケン化反応を行ないついで80wt％の
グリセリン水溶液に浸漬し、中空糸の緩和率を
0.985の状態で熱風乾燥することににより、内径
約200μ、フインのない部分の膜厚約18〜30μで、
第１表に示す形状のフインを６条有した血液透析
用フイン付中空糸を得た。その中空糸の再湿伸長
率、湿潤時の引張強度、曲げ剛性及び破裂圧力は
第１表に示すとおりであつた。 以上の如くにして得られた中空糸を円管状の容
器内に第１表に示す有効膜面積及び充填率の状態
で挿入充填して血液透析器を作成し、invitroで
の限外過性能、透析性能及び残血等を測定し
た。 尚透析性能（ダイアリザンス）は37℃で中空糸
内の平均血液流速は1.2cm／sec、透析液側の平均
流速は1.8cm／secで測定した。その結果は、第１
表に示す通りであつた。 実施例 ２〜４ 平均重合度が各々160、180、200のセルロース
ジアセテートを用いて、紡糸粘度を各々1200、
1800、2400poiseとして、実施例１と同様にして
紡糸等を行ない、第１表に示す形状のフインの６
条有した中空糸を得た。その中空糸を用いて実施
例１と同様にして血液透析器を作成した。これら
の中空糸及び血液透析器の諸特性を測定した結果
を第１表に合わせて示す。 比較例 １、２ 平均重合度が各々120、140であるセルロースジ
アセテートを用いて、紡糸粘度を各々70、
90poiseとして、実施例２と同様にして中空糸及
びそれを用いた血液透析器を得た。これらの中空
糸及び血液透析器について得られた諸特性も第１
表に合わせて示す。 実施例５、６及び比較例３ セルロースジアセテート（実施例５、６では平
均重合度180、比較例３では平均重合度140）100
部に対しポリエチレングリコール及びジエチレン
グリコールを135部加えたものを混合し、その混
合物を200℃で溶融し各々粘度300、300、80poise
でフイン付き中空糸用二重円環状スリツトを有す
る紡糸口金より紡出した後、熱水で可塑剤を溶出
せしめることにより内径205μ、フインのない部
分の膜厚12〜15μでフインを６条有した中空糸及
びその中空糸を用いた血液透析器を得た。その諸
特性は第１表に合わせて示す。 実施例 ７ 熱風乾燥時の中空糸の緩和率を0.990とする以
外は実施例２と同様にして、中空糸を製造しさら
にそれを用いて血液透析器を作成した。得られた
中空糸の再湿伸長率は1.5％であり、透析器につ
いての評価の結果、残血量は0.1ml以下であり、
凝血の発生は見られなかつた。 比較例 ４ 熱風乾燥時の中空糸の緩和率を0.965とする以
外は実施例２と同様にして、中空糸を製造しさら
にそれを用いて血液透析器を作成した。得られた
中空糸の再湿伸長率は3.2であり、透析器の評価
の結果で残血量は0.3mlであり、凝血が少量発生
した。この様に平均重合度が160のセルロースジ
アセテートを用いた場合であつても、再湿伸長率
が3.2と大きくなれば血液凝固を生じやすくなる
ことがわかつた。

【表】 ＜発明の効果＞ 本発明はこれまで得にくいとされていた高さ／
巾が0.5以上なる特定の形状を有したセルロース
エステル系中空糸を提供するものである。特に該
中空糸は再湿伸長率が３％以下と小さいことか
ら、それを収納した流体分離器において中空糸ど
うしの局所的な密着や中空糸の折れ曲り、破損等
が発生しにくいという優れた特徴を有する。また
本発明の中空糸は形体保持性に非常に優れる。 特に本発明の中空糸を用いた血液透析器におい
ては、高充填の状態でも中空糸の密着や破損が生
じにくく、透析性能に優れ、且つ残血や凝血が少
ないという格別の効果が得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外周部において長手方向に延長されたフイン
   を具備し選択透過性を有したセルロース系中空糸
   であつて、その主たる構成成分であるセルロース
   又はセルロースエステルからなるセルロース系重
   合体の平均重合度が150以上であり、該フインの
   高さＨと巾Ｗの比Ｈ／Ｗが0.5以上であり、再湿
   伸長率が2.5％以下である血液処理用のセルロー
   ス系中空糸。 ２ 選択透過性中空糸を分離機能部として収納し
   た血液処理用の流体分離器において、該選択透過
   性中空糸が、外周部において長手方向に延長され
   たフインを具備し、その主たる構成成分であるセ
   ルロース又はセルロースエステルからなるセルロ
   ース系重合体の平均重合度が150以上であり、該
   フインの高さＨと巾Ｗの比Ｈ／Ｗが0.5以上であ
   り、再湿伸長率が2.5％以下であるセルロース系
   中空糸であることを特徴とする流体分離器。