JP2001286740A - エチレン−ビニルアルコール系重合体中空糸膜 - Google Patents
エチレン−ビニルアルコール系重合体中空糸膜Info
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Abstract
ブミンの損失の少ないEVA中空糸膜を提供すること。 【解決手段】エチレン−ビニルアルコール系重合体から
構成され、内表面に緻密層を有し、該緻密層以外の部分
に多孔層を有し、空隙率が60〜90%であり、水系に
おけるミオグロビンの総括物質移動係数が0.003c
m/min以上であり、牛血系におけるアルブミンの阻
止率が97%以上であることを特徴とするエチレン−ビ
ニルアルコール系重合体中空糸膜。
Description
ルコール(以下、エチレン−ビニルアルコールを「EV
A」と略称する。)系重合体からなる中空糸膜(以下、
EVA系重合体からなる中空糸膜を「EVA中空糸膜」
と略称する。)に関し、特に、血液透析膜、血液透析濾
過膜、血液濾過膜、持続緩徐式血液濾過膜などの血液浄
化膜に用いられるEVA中空糸膜に関するものである。
水性に優れているので、工業用、医療用等の種々の分離
膜の用途に広く利用されている(特開平5−42208
号公報などを参照)。特に、この中空糸膜は、生体適合
性および化学的安定性に優れ、溶出物が非常に少ないこ
とから、広く医療用途に実用化されている。その代表的
な用途としては、例えば血液透析膜を挙げることができ
る。
性と高い分画性とを両立させるものとして、分画性およ
び透過性を主に支配する内表面の緻密層と、これを支持
する多孔層とを備えた非対称構造を有する膜構造が、特
公昭58−36602号公報、特開昭58−45239
号公報、特開平5−42208号公報等に開示されてい
る。
素、クレアチニン等の低分子量物質(分子量:1000
未満)を除去するのみでなく、例えばβ2 −ミクログロ
ブリン(以下、β2 −ミクログロブリンを「β2 −M
G」と略称する。)(分子量11800)に代表される
中高分子量物質(分子量:1000〜40000程度)
をも除去することが要望されている。しかしながら、上
記の非対称構造を有するEVA中空糸膜は、血液中の尿
素、クレアチニン等の低分子量物質を除去することを主
眼に開発されており、中高分子量物質の除去性能は必ず
しも満足しうるものではない。
決を目的としたものであって、特に、中高分子量物質の
除去性能に優れ、しかもアルブミンの損失の少ないEV
A中空糸膜を提供することを目的とする。
的を達成するために鋭意努力した結果、内表面に緻密層
を有し、該緻密層以外の部分に多孔層を有し、空隙率等
が特定範囲にあるEVA中空糸膜が中高分子物質の除去
性能と分画性能との双方に優れることを見出し、本発明
に到達した。
構成され、内表面に緻密層を有し、該緻密層以外の部分
に多孔層を有し、空隙率が60〜90%であり、水系に
おけるミオグロビンの総括物質移動係数が0.003c
m/min以上であり、牛血系におけるアルブミンの阻
止率が97%以上であることを特徴とするEVA中空糸
膜である。
1.6m2 において、血液流量200mL/min、透
析液流量500mL/minにおける牛血系での尿素の
クリアランスが175mL/min以上であり、かつβ
2 −MGのクリアランスが35mL/min以上である
上記のEVA中空糸膜を好ましい態様として包含する。
面から厚さ方向に1μmの位置における開孔率が30%
以上であり、内表面の緻密層を形成しているノジュール
の径が5〜50nmである上記のEVA中空糸膜を好ま
しい態様として包含する。
て、緻密層以外の部分にある多孔層は、比較的大きな空
孔を有している。透過性に及ぼす影響が小さい限り、孔
形状は、網目、マクロボイドなどのいずれであってもよ
く、任意である。
%以上であるので、中高分子量物質の透過性が高く、ま
た90%以下であるので、機械的強度が高い。空隙率
は、65〜85%であることが好ましい。
/ρE −(WW −WD )/ρW }×100 (式中、WW は含水膜の重量、WD は乾燥膜の重量、ρ
W は水の比重、ρE はEVAの比重を示す)によって求
められるものである。
オグロビンの総括物質移動係数は、中高分子量物質の除
去性能を高める観点から、0.003cm/min以上
であるが、0.005cm/min以上であることが好
ましい。
アルブミンの阻止率は、人体に有用なタンパクの漏出を
最低限に抑える観点から、97%以上であるが、98%
以上であることが好ましい。
量200mL/minおよび透析液流量500mL/m
inにおける牛血系での尿素のクリアランスは、低分子
量物質の除去性能を高める観点から、175mL/mi
n以上であることが好ましく、180mL/min以上
であることがより好ましく、185mL/min以上で
あることがさらに好ましい。
物質の除去性能を高める観点から、35mL/min以
上であることが好ましく、40mL/min以上である
ことがより好ましく、45mL/min以上であること
がさらに好ましい。
アルブミンの阻止率、尿素のクリアランスおよびβ2 −
MGのクリアランスは、いずれも、ダイアライザー性能
評価基準〔佐藤威他:各種の血液浄化法の機能と適応−
血液浄化器の性能評価法と機能分類.「透析会誌」、社
団法人日本透析医学会発行、29(8)、1231〜1
245、1996年〕に従って求められる。
(濾過流量QF ’=0mL/min/m2 )で測定した
クリアランスから式: K(総括物質移動係数)(cm/min)=QB /A×
(1−Z)×ln(1−E×Z)/(1−E) 〔式中、E=CL/QB 、Z=QB /QD であり、CL
はクリアランス(mL/min)、QB は血液側入口流
量(mL/min)、QD は透析液側入口流量(mL/
min)を示す〕にしたがって算出される。
およびβ2 −MGのクリアランスは、牛血系(QF ’=
10mL/min/m2 )で測定したものである。
から厚さ方向に1μmの位置における開孔率が30%以
上であり、内表面の緻密層を形成しているノジュールの
径が5〜50nmであることが、中高分子量物質の透過
性が高い点で好ましい。開孔率は、35%以上であるこ
とがより好ましく、ノジュールの径は、5〜45nmの
範囲内にあることがより好ましい。
00倍)を画像解析することによって求めることができ
る。具体的には、開孔率は、中空糸膜の破断面の電子顕
微鏡写真の内表面から厚さ方向に1μmの位置における
孔の部分を黒く塗りつぶし、画像処理装置を用いて孔の
面積S1 と全体の面積S2 を求め、式: 〔開孔率〕(%)=(S1 /S2 )×100 に基づいて計算することにより、求められる。
子が密にパッキングされているもののことであり、内表
面を原子間力顕微鏡で観察した場合に、中空糸膜の長さ
方向に並んだフィブリル状の繊維または粒子として観察
されるものである。
とは、5〜50nmの孔径を有する領域のことである。
この緻密層の孔径は、緻密層表面、すなわちEVA中空
糸膜の内表面を電子顕微鏡(倍率:60000倍)で観
察することにより求めたものである。
にあることが、緻密層に欠点が生じにくく、アルブミン
の阻止率が高く、また中高分子量物質の透過性が高い点
で好ましい。緻密層の厚さは、中高分子量物質のより高
い透過性の確保の観点から、0.1〜1μmであること
が好ましい。
る。また、EVA中空糸膜の膜厚は、曳糸性および機械
的強度の確保ならびに中高分子量物質の除去性能の確保
の観点から、3〜2000μmの範囲内にあることが好
ましく、10〜1000μmの範囲内にあることがより
好ましく、10〜400μmの範囲内にあることがさら
に好ましい。EVA中空糸膜の外径は、通常、40〜5
000μm、好ましくは40〜3000μm、より好ま
しくは100〜1000μmの範囲内にあることが望ま
しい。
について説明する。まず、EVA系重合体を溶媒に溶解
して製膜原液を作製する。
コールとのランダム共重合体、ブロック共重合体および
グラフト共重合体のいずれであってもよい。EVA系重
合体におけるエチレン含有率が10〜60モル%であ
り、ケン化度が95モル%以上であることが、湿潤時の
機械的強度の確保および生体親和性の確保の観点から好
ましい。EVA系重合体には、メタクリル酸、ビニルク
ロライド、メチルメタクリレート、アクリロニトリルな
どの共重合可能な重合性単量体が15モル%以下の範囲
で共重合されていてもよい。
ジメチルスルホキシド(以下、DMSOという)、N,
N−ジメチルアセトアミド(以下、DMAcという)、
N−メチルピロリドン(以下、NMPという)、これら
の成分を含有する混合溶媒などを挙げることができる。
それらの中では、本発明で目的とする膜構造および性能
のEVA中空糸膜を容易に得ることができ、また比較的
毒性が低い点から、DMSOが好ましい。
〜50重量%の範囲内にあることが好ましく、10〜3
0重量%の範囲内にあることがより好ましい。この範囲
を外れて濃度が高くなりすぎると中高分子量物質の透過
性が下がり、また濃度が低くなりすぎると製膜原液の粘
度が低くなって曳糸性に乏しくなり、また中空糸膜の機
械的強度が低下することがある。
整するために添加剤を添加してもよい。添加剤として
は、水;メタノール、エタノール、グリセリン、エチレ
ングリコール、ジエチレングリコール等のアルコール
類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;ポリ
エチレングリコール、キトサン、キチン、デキストラ
ン、ポリビニルピロリドン等の高分子化合物類;塩化リ
チウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、酢酸リチウ
ム、硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等の塩類などを
挙げることができる。それらの中では、揮発性および毒
性の心配のない水が好適である。また、内表面に目的と
する緻密層を形成させるためには、塩化リチウム、酢酸
リチウムなどのリチウム塩などを用いることが好まし
い。
温度を下げると相分離が起こる。相分離が起こるときの
温度(以下、この温度を「LST」と表記する。)は、
5≦LST≦40(℃)に調整することが好ましい。こ
のためには、製膜原液中の添加剤の濃度を20重量%以
下にすることが好ましい。この範囲を外れて濃度が高す
ぎると、適当なLSTを得ることができず、またEVA
系重合体を製膜原液に溶解することができなくなること
がある。LSTは、10〜40℃の範囲内であることが
より好ましく、15〜40℃の範囲内がさらに好まし
い。ここでいうLSTは、90℃から毎分1℃の割合で
温度を下げたときに製膜原液が白濁するときの温度のこ
とである。
VA中空糸膜を得るためには、製膜方式は、乾湿式であ
ることが好ましい。乾湿式による場合、二重環状ノズル
の内部に中空形成剤を注入しながら製膜原液を空気中に
押し出し、内表面から凝固させることにより、内表面に
緻密層を形成させ、その後水浴中に導入する。製膜溶液
を直接水浴中に押し出して凝固させる湿式製膜では、内
表面に加えて外表面からも凝固が起こるため、外表面に
も緻密層が形成されやすい。
よび通過する空気の温度(TA )は、TD ≦LST+2
0、およびLST≧TA という関係を満足することが好
ましい。TD >LST+20またはLST<TA である
と、アルブミンの阻止率が低下し、また、製膜が困難と
なることがある。上記の空気の温度(TA )は、LST
−5℃以下であることがより好ましい。
めには、凝固を促進させることが必要であるので、EV
A系重合体を凝固させる作用を有する溶液を中空形成剤
として使用することが好ましい。中空形成剤としては、
EVA系重合体を凝固させる作用を有し、かつ上記溶媒
と混和性がある材料であれば特に制限なく用いることが
できる。中空形成剤には、通常、水性の媒体が使用され
る。中空形成剤としては、例えば、水;DMSO、DM
Ac、NMP、アルコール等の水に対して可溶性である
溶媒と水との混合物などを挙げることができる。また、
必要に応じて、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カ
ルシウム、酢酸リチウム、硫酸ナトリウム、水酸化ナト
リウム等の無機塩を含有する水溶液などを中空形成剤に
使用することもできる。
湿熱処理を施す。湿熱処理温度は、通常、40〜80℃
の範囲内、好ましくは55〜70℃の範囲内である。こ
れ未満の温度では、乾燥後の寸法および性能の保存安定
性が低下し、これを超える温度では、膜構造および性能
に変化が生じることがある。湿熱処理は、通常、水洗を
兼ねて温熱水にEVA中空糸膜を通過させる方法によっ
て行うことができるが、湿熱処理と水洗とを必ずしも同
時に行う必要がなく、飽和水蒸気雰囲気中にEVA中空
糸膜を通過させて湿熱処理を行った後、水洗を行うこと
も可能であり、逆に水洗後湿熱処理を行うことも可能で
ある。しかしながら、工程の簡略化の観点から、湿熱処
理と水洗とを同時に行うことが好ましい。
発性有機溶媒に浸漬し、膜表面または内部に存在する水
を置換した後、常圧ないし減圧で乾燥させる。この場
合、有機溶媒としては炭素数1〜5の低級脂肪族アルコ
ールまたはケトンを用いることが好ましい。好適な有機
溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、アミ
ルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチ
ルケトンなどが挙げられる。乾燥時の温度は、55℃以
下であることが好ましく、50℃以下であることがより
好ましい。また、水蒸気圧は、約0.0027MPa
(20mmHg)以下であることが好ましく、約0.0
014MPa(10mmHg)以下であることがより好
ましい。かかる条件により、湿潤状態の性能を維持した
状態で、EVA中空糸膜を乾燥させることができる。
う。乾熱処理温度は、30〜70℃の範囲内にあること
が好ましく、30〜65℃の範囲内にあることがより好
ましい。この範囲を超える温度では膜構造および性能に
変化が生じ、この範囲未満の温度では充分な熱固定がで
きず、寸法および性能の保存安定性が得られないことが
ある。乾熱処理雰囲気下の水蒸気圧は、約0.0080
MPa(60mmHg)以下にすることが好ましい。こ
れを超える水蒸気圧では、EVA系共重合体への水分子
の吸着が起こり、乾熱処理後、EVA系共重合体を室温
雰囲気に曝された際に、この水分子の脱離に伴って膜構
造や性能が変化することがある。
は、乾燥状態における寸法安定性に優れ、乾燥させてい
るので、輸送等にも便利である。また、乾燥したEVA
中空糸膜は、使用前に水または生理食塩水で再湿潤させ
ることにより、乾燥前の構造および性能を再現させるこ
とができる。
らに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によ
って何ら限定されるものではない。
合体(株式会社クラレ製、EVAL EC−F100
A)15重量部、DMSO73重量部、水10重量部お
よび塩化リチウム2重量部を90℃で加熱溶解して製膜
原液を得た。得られた製膜原液のLSTは28℃であっ
た。二重環状ノズルの内部に水を注入しながら40℃の
製膜原液を押し出し、15℃の空気中を通過させ水浴中
に導入した。以下、常法に従い、水洗、湿熱処理、乾
燥、乾熱処理を行い、乾燥中空糸膜を得た。
径は175μm、膜厚は45μmであった。製膜条件を
表1に、得られた膜を電子顕微鏡(倍率:60000
倍)および原子間力顕微鏡で観察した構造および性能を
表2に示す。
件で製膜を行い、乾燥中空糸膜を得た。なお、表1以外
の条件は実施例1と同様である。
径は175μm、膜厚は45μmであった。得られた中
空糸膜の構造および性能を表2に示す。
合体(株式会社クラレ製、EVAL ES−G110
A)15重量部、DMSO78重量部、水5重量部およ
び酢酸リチウム2重量部からなる製膜原液を用いて、表
1に示した製膜条件で製膜を行い、乾燥中空糸膜を得
た。なお、表1以外の条件は実施例1と同様である。
径は175μm、膜厚は45μmであった。得られた中
空糸膜の構造および性能を表2に示す。
合体16重量部、DMSO83重量部および水1重量部
からなる製膜原液を用いて、表1に示した製膜条件で製
膜を行い、乾燥中空糸膜を得た。なお、表1以外の条件
は実施例1と同様である。
径は175μm、膜厚は45μmであった。得られた中
空糸膜の構造および性能を表2に示す。
合体15重量部、DMSO84重量部および水1重量部
の製膜原液を用いて、表1に示した製膜条件で製膜を行
い、乾燥中空糸膜を得た。なお、表1以外の条件は実施
例1と同様である。
径は175μm、膜厚は45μmであった。得られた中
空糸膜の構造および性能を表2に示す。
件で製膜を行い、乾燥させて中空糸膜を得た。なお、表
1以外の条件は実施例1と同様である。
5μm、内径は175μm、膜厚は45μmであった。
得られた膜の構造および性能を表2に示す。
合体15重量部、DMSO63重量部、水20重量部お
よび酢酸リチウム2重量部からなる製膜原液を用いて、
表1に示した製膜条件で製膜を行い、乾燥させて中空糸
膜を得た。なお、表1以外の条件は実施例1と同様であ
る。
径は175μm、膜厚は45μmであった。得られた膜
の構造および性能を表2に示す。
件で製膜を行い、乾燥させて中空糸膜を得た。なお、表
1以外の条件は実施例1と同様である。
径は175μm、膜厚は45μmであった。得られた膜
の構造および性能を表2に示す。
密層を有し、該緻密層以外の部分に多孔層を有するの
で、代表的な中高分子量物質であるミオグロビンの高い
透過性とアルブミンの高い阻止率を示すという効果を奏
する。
/ρ E +(WW −WD )/ρW }×100 (式中、WW は含水膜の重量、WD は乾燥膜の重量、ρ
W は水の比重、ρE はEVAの比重を示す)によって求
められるものである。
Claims (3)
- 【請求項1】 エチレン−ビニルアルコール系重合体か
ら構成され、内表面に緻密層を有し、該緻密層以外の部
分に多孔層を有し、空隙率が60〜90%であり、水系
におけるミオグロビンの総括物質移動係数が0.003
cm/min以上であり、牛血系におけるアルブミンの
阻止率が97%以上であることを特徴とするエチレン−
ビニルアルコール系重合体中空糸膜。 - 【請求項2】 膜面積1.6m2 において、血液流量2
00mL/minおよび透析液流量500mL/min
における牛血系での尿素のクリアランスが175mL/
min以上であり、かつβ2 −ミクログロブリンのクリ
アランスが35mL/min以上である請求項1記載の
エチレン−ビニルアルコール系重合体中空糸膜。 - 【請求項3】 内表面から厚さ方向に1μmの位置にお
ける開孔率が30%以上であり、内表面の緻密層を形成
しているノジュールの径が5〜50nmである請求項1
または2記載のエチレン−ビニルアルコール系重合体中
空糸膜。
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