JP3317876B2 - 中空糸型血液浄化膜の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリスルホン系中
空糸型血液浄化膜及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ポリスルホン系ポリマーは疎水性の素材
であるために、これを素材とした選択透過性分離膜はセ
ルロース系、ポリアクリロニトリル系、ポリアミド系な
どの親水性素材を用いた選択透過性分離膜に比べて、水
濡れ性が悪く、また乾燥すると透過性能が低下する。そ
こで、ポリスルホン系ポリマーからなる選択透過性分離
膜に親水性ポリマーを含有させた選択透過性分離膜とそ
の製法が提案されている。

【０００３】例えば、特公平２−１８６９５号公報に
は、ポリスルホン、分子量１０万以上のポリビニルピロ
リドン及びそれらの共通溶媒からなる原液を紡糸して製
造された、分離膜内に分子量１０万以上のポリビニルピ
ロリドンを５〜７０重量％含有し、かつ１１％以上の吸
水能力を有するポリスルホン系分離膜とその製法が開示
されているが、紡糸ドラフト率に関してはなんら記載が
ない。また、特公平５−５４３７３号公報には、疎水性
ポリマー、親水性ポリマー及びそれらの共通溶媒からな
る低粘度の原液を紡糸して製造された、親水性ポリマー
を１〜１０重量％含有し、かつ３〜１０％の吸水能力を
有する血液処理用の中空繊維膜とその製法が開示されて
いる。

【０００４】該公報には、紡糸ドラフト率に関しては、
紡糸組成物の紡糸口金から出る速度及び生成された繊維
の引き取り速度が一般に同じであること、即ち紡糸ドラ
フト率が１であることが好ましいとある。しかし、実際
にドラフト率が１の場合、紡速を上げることが難しい。
しかし、紡速を上げるために原液の吐出量を上げると、
紡糸口金前の圧損が大きくなること、紡糸原液の吐出線
速度が増大し、紡糸原液の吐出むらが生じ易くなり紡糸
が不安定になること、および膜構造が乱れることなどの
問題が起こる。

【０００５】また、特開平６−１６５９２６号公報に
は、極端にノズルドラフトを大きくしたり、また小さく
すると製造が不安定になるので、ノズルドラフトは通常
２〜５の範囲に設定されるとあるが、ドラフト率が２を
越えると、中空糸内表面が引き裂かれた構造となり、有
用蛋白であるアルブミンがリークし易くなるなどの問題
点が指摘される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記ポリスルホン系分
離膜は、血液浄化膜用途で見た場合、製造上幾つか問題
となる点がある。即ち、紡糸ドラフトと膜性能、膜構造
との関係に対して十分な検討がなされておらず、紡速や
膜の寸法、紡口サイズを変更する場合、膜の性能や構造
が大きく変化し、速やかな対応をとることができない。
本発明は、親水性が付与されたポリスルホン系中空糸膜
であって、高い透過性を維持した上で、アルブミンの様
な有用蛋白のリークが起こらず、分子量分画性がシャー
プである血液浄化膜を優れた生産性で製造する方法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、適切な粘度を有する紡糸
原液から適切な紡糸ドラフト率で製造することにより、
中空糸内表面に引き裂き構造が無く、分画性がシャープ
な血液浄化膜を優れた生産性で製造することが可能であ
ることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわ
ち、本発明では、ポリスルホン系ポリマー及び親水性重
合体を該ポリスルホン系ポリマーと該親水性重合体の共
通溶媒に溶解した、粘度が７００〜３５００ｍＰａ・ｓ
の紡糸原液を、ドラフト率が１．１〜１．９、吐出線速
度が９０ｍ／ｍｉｎ以下で紡糸する、ポリスルホン系中
空糸型血液浄化膜の製造方法を提供する。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
いうポリスルホン系ポリマーとは下記式（1)又は（2)：

【化１】

【化２】 の繰返単位からなるポリマーであるが、官能基を含んで
いたり、アルキル系の基を含むものでもよく、特に限定
されるものではない。

【０００９】また、本発明でいう親水性高分子は、例え
ばポリビニルピロリドン（以下ＰＶＰという）、ポリエ
チレングリコール、ポリグリコールモノエステル、デン
プン及びその誘導体、カルボキシメチルセルロース、酢
酸セルロースなどの水溶性セルロース誘導体を使用で
き、これらを組み合わせて使用することも可能である。
ポリスルホン系樹脂に対する親和性の観点から、ポリビ
ニルピロリドン、ポリエチレングリコールが好ましく用
いられ、ポリビニルピロリドンの使用が最も好ましい。

【００１０】これら水溶性高分子とポリスルホン系ポリ
マーを両方の共通溶媒に溶解し、均一な紡糸原液を調整
する。このようなポリスルホン系ポリマー及び親水性高
分子を共に溶解する共通溶媒としては、例えば、ジメチ
ルアセトアミド（以下ＤＭＡＣと呼ぶ）、ジメチルスル
ホキシド（以下ＤＭＳＯと呼ぶ）、Ｎ−メチル−２−ピ
ロリドン、ジメチルホルムアミド、スルホラン、ジオキ
サン等の多種の溶媒あるいは上記２種以上の混合液から
なる溶媒が挙げられる。この中、ジメチルアセトアミ
ド、ジメチルスルホキシドの使用が好ましい。

【００１１】また、孔径制御のため、紡糸原液には水な
どの添加物を加えても良い。紡糸原液粘度が低すぎる場
合、膜内部に大きなマクロボイドが顕著に現れるように
なるが、血液浄化用の中空糸膜の場合、こうしたマクロ
ボイドが多数存在すると、血液透析中に血液凝固が起こ
り易くなり、血液透析に用いる中空糸膜においてはマク
ロボイドがないことが好ましい。ここで言うマクロボイ
ドとは、膜内でポリマーが存在しない空間のうち、その
最大径が５μｍ以上のものを言う。

【００１２】一方、原液粘度が高くなりすぎると紡糸口
金前の圧力が上がりすぎ、安定な紡糸ができなくなって
くる。従って、本発明では、紡糸原液粘度は７００〜３
５００ｍＰａ・ｓの範囲であることが必要であり、１０
００〜２５００ｍＰａ・ｓの範囲が好ましい。本発明で
言う粘度とは、製膜条件下の紡糸口金温度と同温度で紡
糸原液を回転式の粘度計で測定したものである。紡糸原
液の粘度は、親水性高分子の分子量、紡糸原液中のポリ
スルホン系ポリマー及び親水性高分子の濃度、紡糸原液
の温度等に依存し、どの要因も膜構造の形成に重大な影
響を及ぼす。本発明では、用いる原料を適切に選択し、
濃度および温度の条件を設定することにより、上記の範
囲に原液粘度を調整する。

【００１３】ポリスルホン系樹脂の添加量は少なすぎる
と膜の形成が困難となり膜強度が弱くなりすぎてしまっ
たり、多すぎると紡糸性が悪く孔径が小さくなりすぎる
等の現象が生じてくるために、１５〜２０重量％である
ことが好ましく、中でも１６〜１８重量％であることが
更に好ましい。しかしこの範囲であることが絶対ではな
く目的とする中空糸膜の性状によってはこの範囲より小
さくすることも大きくすることもでき、他の紡糸条件を
変化させることによっても膜性状は変化するので、最適
な組み合わせを適宜選択すればよい。

【００１４】親水性重合体を紡糸原液へ添加する目的は
中空糸膜内に親水性重合体を残存させて膜に親水性を付
与することであるので、その分子量の選択は極めて重要
なことである。というのも親水性高分子の分子量が小さ
すぎると、紡糸原液の凝固時、及び得られた中空糸膜の
洗浄時に該親水性重合体は容易に膜から溶出してしまう
ため、中空糸膜に親水性を付与するのに必要な親水性重
合体を中空糸膜中に残存させるためには多量の親水性重
合体を紡糸原液へ添加しなくてはならないからである。

【００１５】従って、親水性重合体の中空糸膜への残存
率を高めるためには分子量が大きい方が良く、そのこと
によって紡糸原液に添加した親水性重合体は有効に活用
でき、添加量を少なくできるので好ましい。親水性重合
体がポリビニルピロリドンである時にも分子量が大きい
方が好ましく、例えば５００，０００以上の粘度平均分
子量を有するポリビニルピロリドンを使用する時には２
〜６重量％の添加量であることが好ましい。

【００１６】中空内液は水、または水を主体とした凝固
液が使用でき、目的とする中空糸膜の膜性能に応じてそ
の組成等は決めていけば良く一概には決められないが、
一般的には紡糸原液に使った溶剤と水との混合溶液が好
適に使用される。例えば５〜６０重量％のＤＭＡＣ水溶
液などが用いられるが、特に１０〜５０重量％であるこ
とが好ましい。

【００１７】中空糸膜を製膜するに際してはチューブイ
ンオリフィス型の二重紡口を用い、該紡口から前記紡糸
原液と該紡糸原液を凝固させるための中空内液とを同時
に空中に押し出し、２０〜８０ｃｍの空走部を走行させ
た後、紡口下部に設置した水を主体とする凝固浴中へ浸
漬、凝固させた後巻取る。

【００１８】本発明でいう紡糸ドラフト率とは、チュー
ブインオリフィス型の二重紡口の環状スリット口金か
ら、紡糸原液が吐出される時の吐出線速度と、中空糸の
巻き取り速度の比であり、巻き取り速度を紡糸原液の吐
出線速度で割った値である。低い紡糸ドラフト率の場
合、紡糸口金のスリット幅をその分狭くする必要があ
る。血液浄化用の中空糸膜の場合、通常用いられる膜厚
の範囲は２０〜６０μｍである。このため、紡糸ドラフ
ト率が低い場合、紡速を上げると原液の吐出線速度が増
大し、紡糸口金での圧損が大きくなるため紡糸が不安定
になり易い。また、原液の吐出ムラが生じるため、膜構
造が乱れ、透水性能、溶質透過性能のバラツキも大きく
なる。さらに、スリット幅が狭いため、紡糸口金の芯合
わせが困難になること、紡糸口金の作成自体が困難にな
り高コストになることなどの問題が指摘される。

【００１９】逆に、紡糸ドラフト率が高すぎると、中空
糸内表面がドラフトによる応力を強く受け、膜内表面の
緻密層が引き裂かれたような形状となり、特別大きな孔
径を有する孔が生成しやすくなるため、有用蛋白である
アルブミンのリーク問題が生じる。この問題は紡糸原液
の組成を変える、紡糸原液の温度を高くするなどの方法
で原液粘度を低く抑えることで、ある程度は改善可能で
あるが十分でない。従って、本発明では、紡糸ドラフト
率は１．１〜１．９の狭い範囲であることが必要で有
り、１．１〜１．５の範囲であることが好ましい。

【００２０】ここで言う原液の吐出線速度とは紡糸時に
紡糸口金から紡糸原液が吐出される時の線速度で、単位
時間当たりの紡糸原液の吐出流量を紡糸口金の原液吐出
断面積で割った値である。原液の吐出線速度が大きくな
ると、原液の吐出ムラが大きくなり、膜の構造ムラによ
り大きな孔径を有する孔が形成して、アルブミンのリー
クが生じてしまう。本発明では、原液の吐出線速度は９
０ｍ／ｍｉｎ以下であることが必要であり、７０ｍ／ｍ
ｉｎ以下であることが好ましく、更には６０ｍ／ｍｉｎ
以下であることがより好ましい。

【００２１】上記のようにして、紡糸され、巻取られた
中空糸は公知の方法で後処理される。即ち、熱水等によ
る洗浄で溶剤及び過剰な親水性高分子が除去され、必要
に応じてグリセリンを付与した後、乾熱乾燥される。ま
た、中空糸を巻取った後に後処理するのでなく、熱水等
による洗浄や乾熱乾燥した後に巻き取る方法も本発明の
範囲内であり、本発明で重要なことは、紡糸原液粘度を
７００〜３５００ｍＰａ・ｓに調整し、紡糸口金からの
吐出線速度が９０ｍ／ｍｉｎ以下の条件で、紡糸ドラフ
ト率を１．１〜１．９以下にすることである。

【００２２】

【実施例】以下、実施例により、本発明を更に詳細に説
明するが、これらは本発明の範囲を制限しない。 （実施例１）ポリスルホン（Ｐ−１７００：ＡＭＯＣＯ
社製）１８重量部とＰＶＰ（Ｋ−９０：ＩＳＰ社製）３
重量部をＤＭＡＣ４０重量部、ＤＭＳＯ３８重量部、水
１重量部に溶解し、１０時間攪拌し、紡糸原液とした。
この紡糸原液の粘度は、４０℃で２６００ｍＰａ・ｓで
あった。この原液を４０％ＤＭＡＣ水溶液を中空内液と
し、スリット幅５９．５μｍの環状口金より吐出して紡
速５０ｍ／分で巻取った。乾燥時の中空糸膜厚を４５μ
ｍに合わせるよう原液吐出流量を調整したので、原液吐
出線速は３５．７ｍ／分となり、ドラフト率は１．４で
あった。この膜の内表面の様子を図１に示す。図１によ
ると、引き裂かれたような形状はなく、平滑な表面にな
っている。

【００２３】（比較例１）実施例１と同じ紡糸原液を４
０％ＤＭＡＣ水溶液を中空内液とし、スリット幅１２５
μｍの環状口金より吐出して紡速５０ｍ／分で巻取っ
た。乾燥時の中空糸膜厚を４５μｍに合わせるよう原液
吐出流量を調整したので、原液吐出線速は１５．６ｍ／
分となり、ドラフト率は３．２であった。この膜の内表
面の様子を図２に示す。図２によると、内表面はドラフ
トの影響を受け引き裂かれたような形状となっている。
実施例１ではドラフト率が低いためこの様なドラフトの
影響を受けず、平滑な表面になったと考えられる。

【００２４】（比較例２）実施例１と同じ紡糸原液を４
０％ＤＭＡＣ水溶液を中空内液とし、スリット幅５０μ
ｍの環状口金より吐出して紡速５０ｍ／分で巻取った。
乾燥時の中空糸膜厚を４５μｍに合わせるよう原液吐出
流量を調整したので、原液吐出線速は４９．９ｍ／分と
なり、ドラフト率は１．０であった。この膜の内表面の
様子を図３に示す。図３によると、内表面はドラフトの
影響は緩和され、引き裂かれたような形状はなくなって
いるが、原液の吐出線速が速すぎるためか、原液吐出ム
ラの影響で筋状の凹凸が見られる。また、中空糸が偏芯
し易かった。

【００２５】（実施例２）ポリスルホン（Ｐ−１７０
０：ＡＭＯＣＯ社製）１７重量部とＰＶＰ（Ｋ−９０：
ＩＳＰ社製）２重量部、ＰＶＰ（Ｋ−３０：ＩＳＰ社
製）７重量部、をＤＭＡＣ７３重量部、水１重量部に溶
解し、１０時間攪拌し、紡糸原液とした。この紡糸原液
の粘度は４５℃で１４００ｍＰａ・ｓであった。この原
液を４０％ＤＭＡＣ水溶液を中空内液とし、スリット幅
５９．５μｍの環状口金より吐出して紡速５０ｍ／分で
巻取った。乾燥時の中空糸膜厚を４５μｍに合わせるよ
う原液吐出流量を調整したので、原液吐出線速は３６．
３ｍ／分となり、ドラフト率は１．４であった。この膜
の内表面の様子を図４に示す。図４によると、引裂き構
造は見られず、平滑な表面になっている。

【００２６】（比較例３）実施例２と同じ紡糸原液を４
０％ＤＭＡＣ水溶液を中空内液とし、スリット幅１２５
μｍの環状口金より吐出して紡速５０ｍ／分で巻取っ
た。乾燥時の中空糸膜厚を４５μｍに合わせるよう原液
吐出流量を調整したので、原液吐出線速は１５．９ｍ／
分となり、ドラフト率は３．１であった。この膜の内表
面の様子を図５に示す。図５によると、原液粘度が低い
ため、ドラフトの影響は緩和されてはいるのだが、まだ
引き裂き構造が見られる。

【００２７】（比較例４）実施例２と同じ紡糸原液を４
０％ＤＭＡＣ水溶液を中空内液とし、スリット幅５０μ
ｍの環状口金より吐出して紡速５０ｍ／分で巻取った。
乾燥時の中空糸膜厚を４５μｍに合わせるよう原液吐出
流量を調整したので、原液吐出線速は５０．３ｍ／分と
なり、ドラフト率は１．０であった。この膜の内表面の
様子を図６に示す。図６によると、ドラフトの影響が緩
和され、引き裂き構造は見られないが、原液の吐出線速
が速すぎるためか原液吐出ムラの影響で内表面の構造に
疎密が見られる。また中空糸が偏芯し易かった。

【００２８】（実験例）実施例１〜２及び比較例１〜４
で得られた中空糸膜を用い、１００本からなるミニモジ
ュール（有効長２５ｃｍ）を作成し、人血清を用いて分
子量の異なる血漿タンパクの篩係数を測定した。その結
果を表１に示す。

【表１】 実施例は比較例に比べアルブミンのリークが少ない事が
判る。

【００２９】

【発明の効果】以上の通り、本発明の方法によれば、紡
糸ドラフトが１．１〜１．９の範囲で安定で優れた膜性
能、膜形状を持つポリスルホン系血液浄化膜を提供する
ことができる。一方、紡糸ドラフトが２を越える場合、
内表面が引き裂かれた様な構造となり、これは原液粘度
を下げることである程度は改良可能だが、十分ではな
い。また、紡糸ドラフトが１付近になると原液吐出ムラ
の影響で中空糸内表面に筋状の凹凸ができてしまい、溶
質の透過性能も必要以上に大きくなり、血液浄化に用い
た場合、有用タンパクのリークが懸念される。また偏芯
も多くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で得られた中空糸の内表面の走査型電
子顕微鏡写真（倍率１万倍）である。

【図２】比較例１で得られた中空糸の内表面の走査型電
子顕微鏡写真（倍率１万倍）である。

【図３】比較例２で得られた中空糸の内表面の走査型電
子顕微鏡写真（倍率１万倍）である。

【図４】実施例２で得られた中空糸の内表面の走査型電
子顕微鏡写真（倍率１万倍）である。

【図５】比較例３で得られた中空糸の内表面の走査型電
子顕微鏡写真（倍率１万倍）である。

【図６】比較例４で得られた中空糸の内表面の走査型電
子顕微鏡写真（倍率１万倍）である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 67/00 - 71/82 D01F 1/00 - 6/96 D01F 9/00 - 9/04 A61M 1/00 - 1/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリスルホン系ポリマー及び親水性重合
   体を該ポリスルホン系ポリマーと該親水性重合体の共通
   溶媒に溶解した、粘度が７００〜３５００ｍＰａ・ｓの
   紡糸原液を、ドラフト率が１．１〜１．９、吐出線速度
   が９０ｍ／ｍｉｎ以下で紡糸することを特徴とするポリ
   スルホン系中空糸型血液浄化膜の製造方法。