JPS6352925B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は中空繊維型流体分離装置の遠心成型方
法に関するものであり、更に詳しくは、多数の中
空繊維からなる束の両端部を硬化性鋳型材を用い
て中空繊維を相互に接着し、ケースに固定してな
る管板部分の形成性及び生産性を著しく改善した
中空繊維型流体分離装置の遠心成型方法に関する
ものである。

従来から、半透膜の選択透過性を利用して流体
混合物から物質を分離する方法はよく知られ、こ
の目的のための流体分離装置の開発も近年盛んに
行なわれている。中でも中空繊維状の選択透過性
半透膜（以下、“中空繊維”と呼ぶ）を用いた流
体分離装置は、単位容積に充填し得る透過膜面積
がきわめて大きく、耐圧性、自己支持性の点でも
優れた利点を有した装置である。

これらの流体分離装置は多数の中空繊維からな
る束を円筒状等のケースに収納し、該束の両端部
を硬化性鋳型材を用いて中空繊維を相互に接着
し、ケースに固定して管板部分を成型する必要が
ある。これを行なう方法として硬化性鋳型材を用
いる遠心成型法があり、効果的に中空繊維を相互
に接着し、ケースに固定して管板部分を成型し得
る優れた方法である。

この方法を用いて、流体分離装置に組立てるに
は、管板部分を成型したのち、鋳型材部分におい
て該中空繊維の束を切断し、中空繊維を開口させ
る必要がある。しかるに、通常該中空繊維は一定
の長さに切り揃えた両端開口した束として集束さ
れる場合が多いので、遠心成型時に遠心力により
中空繊維の中空部の両端開口部から、該鋳型材が
奥深く浸入してしまい、該鋳型材が固化後、鋳型
材部分において該中空繊維の束を切断しても必要
な開口端が得られない。従つて、中空繊維の中空
部に硬化性鋳型材が浸入しないように中空繊維開
口部を完全に密封化してから後、該鋳型材を用い
て管板部分を成型することが必須である。

中空繊維束の両開口端部を密封する方法には
種々の工夫が試みられているが、大別して二通り
の方法がある。ひとつは静置法と呼ばれ、例え
ば、硬化性物質を中空繊維束の両端に充填した
り、刷毛等を使用して少量ずつを中空繊維の両開
口端部に塗布する方法がある。

もうひとつは、遠心法と呼ばれ、例えば遠心成
型時の鋳型操作を２回に分け少量の硬化性物質を
用いて行なう第１の鋳型操作により、両端の開口
部を密封する方法がある。

しかし、いずれの方法も中空繊維束の両開口端
部の密閉化が不完全であれば硬化性鋳型材が奥深
く入り込んで、成型部分の切断後に十分な開放端
が得られないのはもちろんであるが、密閉化を行
なつた硬化性物質部分（以後、“目止め部分”と
呼ぶ）に気泡が残存していると、引き続いて硬化
性鋳型材を用いて行なわれる管板成型のための遠
心成型時に、硬化性鋳型材が目止め部分の気泡の
部分を貫通して中空繊維の中空部に奥深く浸入し
たり、中空繊維束の開口端部にまで浸入した硬化
性鋳型材が、中空繊維に含浸された性能維持剤等
と反応し、接着不良になつたり、管板部分に反応
気体（気泡）が残存して成型される問題があるこ
とが判つた。特に、該中空繊維型流体分離装置が
人工腎臓として用いられる場合は生体適合性の点
から該硬化性鋳型材はポリウレタンが主に用いら
れ、かつ半透膜の中空繊維はその性能を維持する
ため、グリセリン水のような性能維持剤が必要で
あることが多い。

従つて、成型時にグリセリン水のような性能維
持剤と接触するとポリウレタンのイソシアネート
基と水分とが反応し、炭酸ガス（気泡）が発生し
易く、管板部分に気泡が残存する等の問題が生じ
易い。一般に半透膜の構造から、中空繊維内の細
孔部に含浸された該性能維持剤は、中空繊維の内
及び外表面の緻密層よりも、開口部に現われる粗
大孔部分において浸出しやすく、硬化性物質と接
触し易い。さらに目止め部分を遠心法で成型する
場合は中空繊維内の該性能維持剤が遠心力により
振り切られて両開口端部に集まるので硬化性物質
として、通常のポリウレタン樹脂を用いた場合に
は目止め部分に反応による気泡の発生が極めて多
くなり、上記の理由から管板の形成性及び生産性
が非常に悪くなる。

本発明は上記の問題点を解決する手段を提供す
るものであつて、多数の中空繊維からなる束の両
開口端部をまず、硬化性物質により密封し、次い
で遠心成型により硬化性鋳型材を用いて管板部分
を成型した後、該鋳型材部分において該中空繊維
の束を切断し、該中空繊維を開口させる中空繊維
型流体分離装置の成型法において、硬化性物質と
して加水体積比が５％以下である三次元構造とな
り得る有機重合体組成物を用いることを特徴とす
る中空繊維型流体分離装置の成型方法である。

この方法によると、管板部分の形成性及び生産
性が著しく改善され、中空繊維型流体分離装置の
収率がおどろくべく程向上するものである。

また、本発明の効果は、目止め部分も遠心法で
成型する場合に特に効果を発揮するものである。
即ち、多数の中空繊維の束の両開口端部を硬化性
物質を用いて静置または遠心法により密封し、次
いで、遠心成型により、硬化性鋳型材を用いて管
板部分を成型する中空繊維型流体分離装置の成型
方法において、硬化性物質として以下に示す加水
体積比が５％以下である三次元構造となり得る、
有機重合体組成物を用いることを特徴とする中空
繊維型流体分離装置の成型方法である。

硬化性物質の加水体積比は以下のようにして求
める。（ただし、発泡ポリウレタンの如く、発泡
させることを目的とした硬化性物質は、本発明の
目的とするところではないので、当然のことなが
ら本発明で言う硬化性物質に含まれないことは言
うまでもない。）即ち、硬化性物質について次の
ような３つの実験を行ない、各々の見かけ比重を
測定する。

第１番目に硬化性物質を鋳型状容器に分取
（通常は100グラム程度の硬化性物質を分取し、
また、主剤と硬化剤などのように、２種類以上
からなる硬化性物質は各々の種類の合計が100
グラムとする）し、混合後（混合を必要としな
い１種類からなる硬化性物質については混合せ
ずに）、遠心または真空脱泡などにより硬化性
物質の中の空気を完全に脱泡したのち硬化させ
る。次いで硬化物の見かけ比重を通常の方法で
測定する。（これをＡとする） 第２番目は第１番目と同じようにするが、脱
泡は行なわないで硬化させたのち、硬化物の見
かけ比重を測定する。（これをＢとする） 第３番目には、第２番目と同じようにする
が、混合する前に、グリセリンの濃度が70（重
量）％であるグリセリン水を10000ppm（硬化性
物質を100グラム分取した場合は１ｇのグリセ
リン水）添加してから混合する。次いで脱泡せ
ずに硬化させてから、硬化物の見かけ比重を測
定する。（これをＣとする） これらの見かけ比重の値を用いて次の式によ
り、加水体積比を計算する。

（加水体積比）＝１／Ｃ−１／Ｂ／１／Ａ×100
（％） この加水体積比は水を添加することによつて、
硬化性物質が硬化し得るまでに硬化物中に取り残
される水と反応して生ずる気体（気泡）の量の多
さを表わす。

加水体積比が大き過ぎる硬化性物質を用いて、
多数の中空繊維の束の両開口端部を密封、目止め
した場合、引き続いて行なう管板成型のための遠
心成型時に前述のように硬化性鋳型材が、目止め
部分の残存気体の部分を貫通して、中空繊維の中
空部に浸入したり、硬化性鋳型材部分に気泡が発
生し、管板部分に残存して本来の目止めの機能を
果さなくなり、硬化性物質としては使用できない
確率が大きくなる。

これに対し、加水体積比が５％以下である三次
元構造となり得る有機重合体組成物を用いると、
上記の問題が一切なく、管板部分の形成性及び生
産性が著しく向上することを見い出した。

三次元構造をとりうる有機重合体組成物からな
る硬化性物質としては例えば、シリコーン樹脂、
あるいはエポキシ樹脂、あるいはイソシアネート
基を末端に有するプレポリマーとヒマシ油もしく
はヒマシ油誘導体を主成分とするポリオール成分
からなるポリウレタン樹脂で特に、末端のイソシ
アネート基が、脂肪族系イソシアネート基または
脂環族系イソシアネート基を用いたポリウレタン
樹脂等の硬化性重合体組成物のうち、上記テスト
により加水体積比が５％以下であるものが好まし
く用いられる。

具体的には、例えば、シリコーン樹脂では、東
レシリコーン(株)製の一液性“RTVシーラント、
SH−780”が、エポキシ樹脂では、シエル化学(株)
製の三液性エポキシ樹脂、“エピコート（ビス
フエノールＡ型）EP828”と硬化剤“エピキユア
Ｎ−AEP”と反応希釈剤“EPGE100”が、ポ
リウレタン樹脂ではハイソール・ジヤパン(株)製の
二液性の脂肪族系ポリウレタンが好ましく用いら
れるが、加水体積比が５％以下である三次元構造
となりうる有機重合体組成物であれば、これらの
ものに限定されることはない。

無機組成物である。焼石膏、炭酸カルシウム、
タルク等を硬化性物質として用いると中空繊維と
なじみが薄く、かつ脆くて目止め部分が外れやす
いので、管板成型時に遠心力により、硬化性鋳型
材が中空繊維の中空部に奥深く浸入しやすい等の
欠点が発生しやすく製品に欠点が出やすい。

また、三次元構造となり得ない、パラフイン、
ワツクス、グリースやゼラチン、寒天等を硬化性
物質として用いると目止めが不完全で管板成型時
に遠心力により、目止め部分が剥れたり、あるい
は目止め部分を硬化性鋳型材が中空繊維の中空部
に奥深く浸入してしまい、目止め材としては充分
でない。

管板を形成する硬化性鋳型材には鋳型加工可能
な硬化性重合体組成物が好ましく用いられ、装置
の使用目的に応じて、耐圧性、耐食性、耐溶剤性
及び毒性等を考慮して種類を選定する必要があ
る。例えば血液透析等の毒性等を注意する必要が
ある特定の使用目的に対しては、管板材料として
は、シリコーン樹脂あるいはイソシアネート基を
末端に有するプレポリマーとヒマシ油もしくはヒ
マシ油誘導体を主成分とするポリオール成分とか
らなるポリウレタン樹脂等を好ましく使用するこ
とができる。しかし、一般の逆浸透、限外過
法、透析法あるいは混合気体の加圧分離法等の使
用目的に対してはエポキシ樹脂等の硬化性重合体
組成物も使用できる。

また、使用される中空繊維には本発明の目的及
び構成から明らかなように素材及び形状特性によ
つて限定されることはないが、例えば、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類、セルロースエーテル類等
のセルロース誘導体、ナイロン６等のポリアミド
系重合体、ポリエチレンテレフタレート等のポリ
エステル系重合体、ポリメチルメタクリレート等
のメタクリル系もしくはポリアクリロニトリル等
のアクリル系重合体、ポリ塩化ビニール等のポリ
ビニル系重合体、ポリウレタン等の公知の各種選
択透過性半透膜を挙げることができる。特に性能
を維持するためにグリセリン水等、水分を含有す
る物質で湿潤した中空繊維に適用した場合に本発
明の効果を有効に活用することができる。中空繊
維の形状として、その太さは通常10〜600ミクロ
ン位（好ましくは100〜500ミクロン位）の中空繊
維が流体分離装置の用に供されているが、勿論、
本発明をこの範囲の中空繊維に適用することに問
題はない。

以下実施例で本発明を説明する。

実施例 １ 外径309ミクロン、内径245ミクロンの疎水性素
材であるポリメチルメタアクリレート系中空繊維
の長さ25cm、本数13400本を両端開放した中空繊
維に集束した。次に筒体（内径4.9cmφ×長さ22
cmのポリスチレン製円筒ケース）に収納した。
0.5mmの厚さの低密度ポリエチレンでできた鋳型
容器の底にほぼ均一に約５mmの厚さに加水体積比
が０％である東レシリコーン(株)製シリコーン樹脂
の一液性“RTVシーラント、SH−780”を充填
した。この鋳型容器を、筒体の両端の中空繊維束
の等長露出部分に、ポリアセタール樹脂でできた
鋳型容器押えで支持して取り付け、中空繊維の両
開口端が、シリコーン・シーラントの中に完全に
埋めたのち袋ナツトで筒状に固定した。目止め部
分のシリコーン・シーラントが硬化してから（約
24時間後）、遠心成型機に装着して、中空繊維の
両端部をポリウレタン樹脂鋳型材（日本ポリウレ
タン(株)製二液性ポリウレタン樹脂：コロネート
4402とニツポラン4223）を用い遠心成型し、管板
を成型した。管板を成型した中空繊維束は、管板
部分の鋳型材を十分硬化させて後、鋳型容器もろ
とも切断し、中空繊維の開口端を得たのち、ポリ
スチレン製ヘツダーを取りつけ流体分離装置に組
み立てた。

実施例 ２ 実施例１と同様の中空繊維束を用いて同様の筒
体に収納した。両端の中空繊維束の等長露出部分
に、同様の鋳型容器を、同様の鋳型容器押えで支
持して取りつけ、袋ナツトで筒体に固定した。次
に遠心成型機に装着して、遠心法により、中空繊
維の両開口端部を加水体積比が４％であるハイソ
ール・ジヤパン(株)製脂肪族系二液性ウレタン樹脂
を用いて中空繊維束の末端から約５mmの厚さで密
封、目止めを行なつた。遠心力場内で十分硬化し
た後、中空繊維束の両端部を実施例１で用いたポ
リウレタン樹脂鋳型材を用いて遠心成型し、管板
を成型した。以後は、実施例１と同様にして流体
分離装置に組み立てた。

対照例 １ 中空繊維の両開口端部を加水体積比が85％であ
る日本ポリウレタン(株)製芳香族系二液性ウレタン
樹脂を東レシリコーン(株)製一液性RTVシーラン
トSH−780の替りに用いて中空繊維の両開口端部
を密封、目止めした他は、実施例１と全く同様成
型にして、流体分離装置に組み立てた。

対照例 ２ 中空繊維の両開口端部の目止めを加水体積比が
160％である、実施例１で用いたポリウレタン樹
脂鋳型材を用いた他は実施例２と全く同様にして
流体分離装置を組み立てた。

なお、実施例１、実施例２、対照例−１、対照
例−２、ともに遠心成型機の回転数は1400rpmで
あつた。かかる流体分離装置の管板部分の形成性
を比較すると、対照例−２の場合、６個製作し、
６個全てに気泡がみられ、１個に中空繊維の中空
部に硬化性鋳型材の浸入がみられた。

対照例−１の場合、６個製作し、５個に気泡が
みられ、６個全てに中空繊維の中空部への硬化性
鋳型材の浸入が見られた。

これらの対照例に対し、実施例１及び２では、
各々６個製作し、６個とも形成性が良く、全て製
品にすることができた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多数の中空繊維からなる束の両開口端部をま
   ず、硬化性物質により密封し、次いで遠心成型に
   より硬化性鋳型材を用いて管板部分を成型した
   後、該鋳型材部分において該中空繊維の束を切断
   し、該中空繊維を開口させる中空繊維型流体分離
   装置の成型法において、硬化性物質として加水体
   積比が５％以下である三次元構造となり得る有機
   重合体組成物を用いることを特徴とする中空繊維
   型流体分離装置の成型方法。