JP4791632B2 - ガス交換のための一体型非対称ポリオレフィン膜 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、スポンジ状の開放気孔(offenporig)のミクロ孔構造を有する、熱的に誘導された相分離処理による疎水性膜の製造法に関する。更に、本発明は、ポリオレフィンの群から選択される主として少なくとも１つのポリマーから合成されておりかつ第一の表面および第二の表面を有しており、その際、開放気孔のミクロ孔構造を有する支持層を有し、かつこの支持層に対してこの表面の少なくとも一方に隣接してより緻密な構造を有する分離層を有する、ガス交換のための一体型の非対称疎水性膜ならびに血液酸素化のためのこの膜の使用に関する。
【０００２】
化学、生化学または医学の領域からの多数の用途において、ガス状成分を液体から分離するか、またはガス状成分を液体に添加するという問題が生じる。このようなガス交換処理のためには、それぞれの液体間の分離膜として、ガス状成分から分離されるべきであるか、またはガス状成分に添加されるべきであり、かつこのガス状成分を吸収するかまたは放出する流体に使用される膜が、ますます使用されている。この際、流体は、ガスであってもよいし、交換すべきガス成分を含有するかまたは吸収することのできる液体であってもよい。このような膜を用いて、ガス交換のための大きな交換面積が提供されることができ、かつ−これが必要である場合には−液体および流体との間の直接の接触が回避されることができる。
【０００３】
医学分野における膜を基礎としたガス交換処理の重要な用途は酸素化装置であり、人工肺が挙げられる。例えば開心術の際に使用されるこの酸素化装置の場合には、血液の酸素化および血液からの二酸化炭素の除去が行われる。通常、このような酸素化装置の場合に、中空繊維膜バンドルが使用される。その際、静脈血は、中空繊維膜の周囲の外側空間に流れるのに対して、空気、酸素で富化された空気または純粋な酸素は、中空繊維膜の内腔を通り導かれる。膜を介して血液およびガスの接触があり、それにより血液中への酸素の輸送および同時に血液からガス中への二酸化炭素の輸送が行われることができる。
【０００４】
血液に十分に酸素を供給でき、かつ同時に血液から二酸化炭素を十分な程度まで除去できるためには、膜は、高いガス輸送を保証しなければならない：十分な量の酸素は、膜のガス側から血液側に、かつそれとは反対に十分な量の二酸化炭素は、膜の血液側からガス側に移動されなければならない、即ち、膜の一方の側から他方の側へ、単位時間および膜面積当たりの輸送されるガスの容量として表わされる移動速度は、大きくなければならない。膜の多孔度は、移動速度に対して決定的な影響を有する、それというのも、十分に多い多孔度の場合のみに十分な移動速度が達成されることができるからである。
【０００５】
開放気孔のミクロ孔構造を有する膜を含むかなりの酸素化装置を使用している。ガス交換、即ち、例えば酸素化のためのそのような膜を製造する可能性は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２８３３４９３号明細書に記載されている。この刊行物による方法で、相互に結合している細孔９０容量％までを有する溶融した熱可塑性ポリマーからなる膜が製造されうる。この方法は、液−液相分離での熱的に誘導された相分離処理を基礎としている。この処理の場合に、まず最初に、熱可塑性ポリマーならびにこのポリマーと、液体状態で完全な混和性の範囲および不混和領域の範囲を有する二成分系を形成する相溶性成分からなる均質な一相の溶融混合物が形成され、次いで、この溶融混合物はポリマーに対して実質的に不活性であり、かつ共溶温度を下回る温度を有する槽中に押出される。これにより、液−液相分離は引き起こされ、かつ熱可塑性ポリマーは、硬化して膜構造へと変化する。
【０００６】
このような膜の製造法のための、細孔容積、細孔径および孔内壁の集中的な調節を可能にする改善された方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３２０５２８９号明細書に開示されている。この方法の場合には、ポリマー５〜９０質量％は、臨界共溶温度Ｔ_ｃを上回り加熱することにより、溶解温度で液状かつ混和可能な２つの化合物ＡおよびＢの２つの混合物１０〜９５質量％中に溶解し、その際、ポリマー、化合物ＡおよびＢの使用される混合物は、液体状態で不混和領域を有し、化合物Ａはポリマーのための溶剤であり、かつ化合物Ｂはポリマーおよび化合物Ａからなる溶液の相分離温度を上昇させる。この溶液は加工され、冷却により凝離かつ凝固され、引続き化合物ＡおよびＢは抽出される。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第２８３３４９３号または同第３２０５２８９号明細書により開示されている膜は、開放気孔のミクロ孔構造および開放気孔のミクロ孔を有する表面を有する。このことは、確かに、一方では、ガス状物質、例えば酸素または二酸化炭素も、相対的に妨げることなく膜を通り抜けることができ、かつガスの輸送は、ガスの相対的に高い移動速度と結び付いているクヌーセン(Knudsen)の流れまたはクヌーセン(Knudsen)の拡散として行われるという結果になる。しかしながら、他方では、この膜の長期に亘る使用の際に、血液酸素化の場合または一般に水性液体を有するガス交換処理の場合、この場合に疎水性ポリマーおよび殊にポリオレフィンからなる膜が製造されている場合にも、血漿または一部の液体は、膜中に浸透し、かつ極端な場合には、膜のガス側に漏出する。このことは、ガス移動速度の劇的な低下をまねく。血液酸素化の医学分野における用途の場合に、これは血漿破過(Plasmadurchbruch)と呼ばれる。
【０００８】
例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第２８３３４９３号または同第３２０５２８９号明細書により製造可能である膜の血漿破過時間は、通常の開心術の際に患者を酸素化するために、確かに常用の血液酸素化のたいていの場合に十分である。しかしながら、より長時間にわたり継続する心臓手術の場合により高い安全性を獲得するためおよび酸素化装置の即座の交換を必要としうる血漿破過を排除するために、より多い血漿破過時間を有する膜のような要望が存在する。これに関連して、しばしば要求される血漿破過時間の最小値は、２０時間である。しかしながら、目的は、例えば早産児または一般に一時的に縮小した肺機能を有する患者が、肺機能が回復するようになるまでの間に限り酸素化することができる、即ち、長期間の酸素化を実施できることである。このためには、相応する長期の血漿破過時間は必要条件である。
【０００９】
欧州特許出願公開第２９９３８１号明細書からは、２０時間よりも長い血漿破過時間を有する、即ち長期間にわたる使用の際に血漿破過を示さない、酸素化のための中空繊維膜が公知である。気泡構造を有しその上細孔を有する膜の場合に、これは、酸素流および窒素流から算出される２μｍ以下の平均層厚を有し、実質的にエタノールを透過しない遮断層により達成される。膜は、実質的に、開放気孔、即ち、中空繊維膜の外側ならびに内側に対して開かれている細孔を有しない。欧州特許出願公開第２９９３８１号明細書による膜は、最大５０容量％の多孔度を有する、それというのも、より多い多孔度の場合に、細孔は相互に結合されており、かつ中空繊維膜の両側の連絡が行われ、このことは、血漿破過という結果になる。遮断層中で、交換すべきガスの輸送は、溶液拡散を経て行われる。
【００１０】
この膜の製造は、溶融−延伸法によって行われ、即ち、ポリマーは、まず最初に溶融押出されて中空繊維へと変化し、引続き熱間延伸および冷間延伸される。その際、相対的に少ない多孔度のみが得られ、これにより遮断層中に生じる溶液拡散による輸送と一緒に、達成可能な酸素および窒素の移動速度も、相対的に僅かなままである。さらにまた、欧州特許出願公開第２９９３８１号明細書による中空繊維膜は、製造と結び付いた強い延伸に基づき、確かに、十分な強度を有するが、しかしながら、僅かな破断伸びのみを有する。従って、例えば、良好な交換能を有する酸素化装置の製造のためにじつによく実証され、例えば欧州特許出願公開第２８５８１２号明細書に記載されているような中空繊維マットバンドルの製造のためのその後の織物加工工程において、この中空繊維膜は、劣悪にのみ加工されうる。
【００１１】
典型的には、溶融−延伸法の際に、その１つの主伸長が延伸方向に対して鉛直であり、かつその第二の主伸長が膜表面に対して鉛直である、はっきりと異方性を示すスリット状の細孔を有する膜が生じ、即ち、中空繊維膜の場合に、膜外側表面および膜内側表面の間に走り、その際、細孔により形成される両面間の溝が、相対的に一直線に走る。例えば、機械的な破損のために、紡糸処理の際に、漏洩箇所が遮断層中に生じる場合には、内側表面および外側表面の間の液体の流れの好ましい方向へ押出されるか、またはそれとは反対に、従ってそれにより血漿破過が促進される。
【００１２】
従って、本発明の課題は、この方法を用いて、その際技術水準の膜の欠点が少なくとも縮小されており、高いガス交換能を有し、少なくとも長時間にわたり、親水性液体、殊に血漿の破過に対して緻密であり、かつ良好な再加工性を有するガス交換のための膜を製造することができ、多方面にわたり使用可能な方法を提供することである。
【００１３】
更に、本発明の課題は、技術水準の膜の欠点が少なくとも縮小されており、高いガス交換能を有し、少なくとも長時間にわたり、親水性液体、殊に血漿の破過に対して緻密であり、かつ良好な再加工性を有するガス交換のための膜を提供することである。
【００１４】
この課題は、
ａ）ポリオレフィンの群から選択される少なくとも１つのポリマー２０〜９０質量％を、溶剤系を形成しかつ溶解温度で液体で混和性の２つの化合物ＡおよびＢの混合物８０〜１０質量％中で臨界共溶温度を上回り温めることにより、溶解させ、
その際、使用される混合物であるポリマー、化合物ＡおよびＢは、液体状態で不混和領域を有し、化合物Ａは少なくとも１つのポリマーのための溶剤であり、かつ化合物Ｂは、少なくとも１つのポリマーおよび化合物Ａからなる溶液の相分離温度を上昇させる、
ｂ）この溶液を、臨界共溶温度を上回るダイ温度を有するダイ中で、第一の表面および第二の表面を有する成形体に成形し、
ｃ）熱力学的非平衡の液−液相分離が開始され、引続き凝固が生じるような速度で成形体を冷却し、
ｄ）成形体から化合物ＡおよびＢを除去して、こうして成形体から膜を得る
工程の少なくとも１つを含んでおり、
化合物ＡおよびＢは、化合物Ａの沸騰温度が、化合物Ｂの沸騰温度よりも少なくとも５０℃高く、かつ化合物Ａおよび化合物Ｂからなる溶剤系が、室温で６０ｍＰａ・ｓ未満の粘度を有するように選択され、かつ成形体は、その表面の少なくとも一方を、ダイから去った後および冷却前に、化合物Ｂの蒸発を促進する雰囲気にかけられることにより特徴付けられる、
スポンジ状の開放気孔のミクロ孔構造を有する疎水性膜を製造する方法により解決される。
【００１５】
意外なことに、この処理条件を遵守する場合に、表面の少なくとも一方が、緻密であるかまたは多くともナノ孔構造を有しており、かつ支持層として使用されるスポンジ状の開放気孔のミクロ孔構造を覆っている分離層として形成される膜が得られることが示された。この際、この分離層は、本発明による方法により製造された膜が長時間にわたり、殊に血漿の破過に対して緻密であるという要因である。その際、支持層は、高い気孔率を有し、これによりこの膜に同時に高いガス移動能をもたらす。
【００１６】
更に、この課題は、分離層が多くとも１００ｎｍ未満の平均径を有する細孔を有し、支持層がマクロ孔を含有せず、かつ支持層中の細孔が平均して実質的に等方性であり、ならびに膜が５０容量％を上回り７５容量％未満の範囲の多孔度を有することにより特徴付けられる、請求項１５の上位概念による一体型の非対称膜により解決される。
【００１７】
この際、本発明による範囲内で、その際、分離層および支持層が同一の材料からなり、双方の層が一体型の単位として相互に結合されており、かつ一緒に膜製造直後に形成された膜が、一体型の非対称性膜と理解される。分離層から支持層へ変移する際に、膜構造のみに関連して変化が生じる。例えば、細孔、しばしばミクロ孔を有する支持層または支持膜に、別個の処理工程において、分離層として緻密層が施与されている多層構造物を有する複合膜とは矛盾する。このことは、支持層および分離層を構成している材料は、複合膜の場合に、異なる性質を有するという結果となる。
【００１８】
分離層として形成されている表面中の細孔の直径からなる平均値は、分離層中の細孔の平均径と理解され、その際、６００００倍に拡大した走査電子顕微鏡写真に基づいている。
【００１９】
化合物Ａとして、この化合物を多くとも沸点まで加熱した際に、少なくとも１つのポリマーが完全に溶解して均質な溶液を形成する化合物が使用されうる。従って、化合物Ａは溶剤とも呼ばれる。化合物Ａの溶解力を測定するためには、溶解力を１０質量％までのポリマーで試験することが有利である、それというのも、より高濃度で生じる高粘度のために、信頼できる評価が不可能であるからである。
【００２０】
本発明による方法の１つの特に好ましい実施態様において、少なくとも１つのポリマーおよび化合物Ａは、液体状態で、均質な溶液として存在する範囲および不混和領域を有する範囲を形成する二成分系を形成する。
【００２１】
化合物Ｂとして、少なくとも１つのポリマーを確かに溶解させるが、しかしながら、少なくとも１つのポリマーに関連するその溶解温度が、少なくとも１つのポリマーに関連する化合物Ａの溶解温度よりも、少なくとも５０℃、有利に１００℃高い化合物を使用されることができる。しかしながら、有利に、化合物Ｂとして、少なくとも１つのポリマーのための非溶剤が使用される。その際、高くとも化合物Ｂの沸点まで加熱した際に、少なくとも１つのポリマーが溶解して均質な溶液を形成しない化合物Ｂが、少なくとも１つのポリマーのための非溶剤と理解される。特に好ましくは、上記の条件下でポリマーが、完全に不溶性であるか、または膨潤するのみである場合の化合物である。膨潤剤としての化合物Ｂは、確かにポリマーによって明らかに吸収されるが、しかし、その際、単一相を形成することはない。非溶剤としての化合物Ｂは、それに反して、高められた温度で、ポリマーによって全く吸収されないか、または少量のみ吸収される。
【００２２】
すでに詳述したように、少なくとも１つのポリマーおよび化合物Ａは、好ましくは、液体状態で、均質な溶液として存在する範囲および不混和領域を有する範囲を有する二成分系を形成する。均質な溶液として存在する範囲からそのような系が冷却される場合には、従って、まず最初に凝離が液−液で生じ、その際、平衡状態において、２つの液相、即ちポリマーの豊富な層およびポリマーの乏しい層が並んで存在する。更に冷却する場合には、その際生じるポリマーの豊富な層が凝固する。その際、冷却速度は、生じる細孔構造に影響を及ぼす。液−液相分離が熱力学的平衡条件下に行われることができないが、しかし、それにもかかわらず、相対的にゆっくりと行われる、冷却速度が十分に大きい場合には、液−液相分離が、ほぼ同時に、実質的に同一の大きさの多数の小さな液滴を形成しながら行われる。生じるポリマー産物は、気泡質ミクロ構造を有する。冷却速度が明らかに高い場合には、従って、ポリマーは、たいてい小さな液滴が形成されうる前に固体になる。この際、ついで、非気泡質または網目状のミクロ構造が生じる。液−液相分離での処理に関連する様々なミクロ孔構造の形成は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２７３７７４５号明細書に詳細に記載されている。
【００２３】
ポリマー、化合物Ａおよび化合物Ｂからなり、その際、化合物ＡおよびＢが一緒になって溶剤または溶剤系を形成する、使用される組成物は、一緒になって単一の均質な液相中へ移行可能でなければならず、かつ２つの液相への相分離が生じる温度を下回る上限の共溶温度を有していなければならない。しかしながら、これは、同じ含分のポリマーであるがしかし溶剤として化合物Ａのみを含有する相分離温度よりも高い。液体状態で不混和領域を有するポリマー／化合物Ａの系の場合に、化合物Ｂの添加により、臨界共溶温度Ｔ_ｃは上昇する。液体状態で不混和領域を有しない、ポリマーおよび化合物Ａの系のためには、ついで、化合物Ｂの添加により、液体状態で不混和領域を有する系がもたらされなければならない。化合物Ｂの添加により、得られた多孔性構造の細孔径および細孔容積の制御が可能になる。
【００２４】
化合物Ａは、付加的に１つまたはそれ以上の液体、殊に別の溶剤と混合されていてよい。また、化合物Ｂは、１つまたはそれ以上の化合物と混合して使用されてよい。
【００２５】
ポリマーの含分および溶剤系中の化合物Ａと化合物Ｂとの比は、簡単な実験を用いて状態図の製造により測定されうる。このような状態図は、例えばC. A. Smolders, J. J. van Aartsen, A. Steenbergen, Kolloid-Z. und Z. Polymere, 243 (1971), 14〜20頁に記載されているようにして、公知方法により発展させることができる。
【００２６】
ポリマー成分は、単独のポリオレフィンから、または複数のポリオレフィンからなる混合物から構成されていてよい。この際、異なるポリオレフィンからなる混合物は、これにより様々な性質、例えば透過性または機械的性質が最適化される限り重要である。従って、例えば、超高分子量を有する、例えば１０⁶ダルトンを上回る高分子量を有する既に僅少量のポリオレフィンの添加により、機械的性質に強い影響を及ぼしうる。その際、当然、必要条件は、この際使用されるポリオレフィンが、使用される溶剤系中に可溶であることである。
【００２７】
本発明による方法の有利な発展において、少なくとも１つのポリマーは、専ら炭素および水素からなるポリオレフィンである。特に好ましいポリオレフィンは、ポリプロピレンおよびポリ（４−メチル−１−ペンテン）またはこのポリオレフィン同士の混合物またはこのポリオレフィンと他のポリオレフィンとの混合物である。ポリ（４−メチル−１−ペンテン）またはポリ（４−メチル−１−ペンテン）とポリプロピレンの混合物の使用が特に有利である。これを用いて、膜の良好な機械的性質の場合の高いガス移動速度は、実現されうる。一緒になって溶剤系を形成する化合物ＡおよびＢとして、上記の条件を満たす化合物が使用されることができる。ポリマー成分として、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）および／またはポリプロピレンを使用する場合に、化合物Ａとしてジオクチルアジペートおよび化合物Ｂとしてグリセリントリアセテートが特に適している。
【００２８】
好ましくは、溶液から形成される混合物のポリマー含分は、３０〜６０質量％であり、かつ化合物ＡおよびＢからなる溶剤系の含分は、７０〜４０質量％である。特に好ましくは、ポリマー含分は３５〜５０質量％であり、化合物ＡおよびＢの含分は６５〜５０質量％である。場合により、ポリマー成分、化合物ＡおよびＢまたはポリマー溶液に、他の物質、例えば酸化防止剤、核形成剤、充填剤、バイオアベイラビリティー、即ち、酸素化での膜の使用の際の血液相容性を改善するための成分、例えばビタミンＥ等が、添加剤として添加されることができる。
【００２９】
ポリマー成分および溶剤系から形成されるポリマー溶液は、最終的に膜、有利に平膜または中空繊維膜の形で得るために、適した金型、即ちダイを用いて成形される。その際、通常の金型、例えばスロットダイ、異形押出ダイ、環状スロットダイまたは中空糸ダイが使用されることができる。
【００３０】
本発明によれば、ダイから去る成形体、即ち、ダイから去り成形されたポリマー溶液は、冷却されてから、少なくともその表面の一方を、化合物Ｂの蒸発を促進するガス雰囲気にかけられる。同時に、更に化合物Ｂの蒸発が少なくとも減少する雰囲気中で化合物Ｂを豊富にしないために、ガス雰囲気の連続的な交換が行われることは有利である。好ましくは、ガス雰囲気の形成のために空気が使用される。同様に、好ましくは、窒素もしくは他の不活性ガスまたは蒸気状の媒体が使用される。有利に、ガス雰囲気は空気調和されており、ガス雰囲気は有利にダイ温度に相当する温度を有する。
【００３１】
十分な含分の化合物Ｂを蒸発させることができるように、成形体は、その表面の少なくとも一方を、好ましくは少なくとも０．５ｍｓの間、ガス雰囲気にかけられる。
【００３２】
本発明による方法のためには、化合物Ａの沸騰温度が、化合物Ｂの沸騰温度よりも少なくとも５０℃、好ましくは少なくとも１００℃高いことが必要である。有利に、ダイ温度は、実質的に化合物Ｂの沸点よりも低くあるべきではないが、他方では、しかしダイ中での化合物Ｂの蒸発を回避するために上回りすぎるべきではない。従って、好ましくは、ダイ温度は、化合物Ｂの沸騰温度およびダイ温度の示差が、−１０℃〜＋７０℃、特に好ましくは０〜４０℃の範囲にあるように調節され、その際、同時に、ダイ温度はポリマー溶液の臨界共溶温度を上回る。
【００３３】
本発明による方法の実施の際に、ガス雰囲気にかけられた表面に接するガス雰囲気の範囲内で、好ましくは、少なくとも化合物Ｂの一部を、表面およびそれに接した成形体の表面近くの範囲から蒸発させるが、それに反して、化合物Ａはより高い沸騰温度に基づいて実質的に成形体中に残留すると考えられる。次いで、その結果は、この表面に、または表面に近くの範囲の、ポリマー溶液中の化合物Ｂの含量が明らかに減少し、ひいては化合物Ａの含量が増大する、即ち、そこで溶剤が豊富になるということになる。しかしながら、高い溶剤含量の場合に、冷却の際に相分離は長すぎるか、または冷却により凝固する前に相分離がもはや進行しないので、溶剤系の抽出後の細孔形成をもたらすポリマーの乏しい相の発生は、単に不十分であるか、または全くもはや可能ではない。
【００３４】
以下、外層と呼ばれる、成形されたポリマー溶液のガス雰囲気に接した層において、溶剤の豊富な相および溶剤の乏しい相への相分離が、それゆえ行われないかまたは極めて僅かに行われる。したがって、溶剤系の後ほどの抽出の際に細孔が得られる、溶剤の豊富な相の領域は、少なくとも十分に外層中には欠けている、即ち外層は、少なくとも十分に細孔不含になる。この層は、本発明によれば、より緻密な構造を有する分離層を表し、その際、本発明による方法の実施の際に、極めて薄い層厚を有する分離層を生じさせることができ、その構造は、緻密構造から１００ｎｍ未満の細孔を有するナノ孔構造までに調節されることができる。この際、６００００倍に拡大した走査電子顕微鏡調査で、細孔を識別することができない構造は、緻密構造と理解される。個々の場合に、分離層の形成は、ダイの下方で、即ちエアギャップ中で成形されたポリマー溶液のひずみ(Verzug)により影響を受けうる。
【００３５】
外層、ひいては、成形されたポリマー溶液の後ほどの分離層に接した範囲は、それに反して、本発明による実施の際に、スポンジ状の開放気孔のミクロ孔構造の形成、即ち支持層の形成をもたらす液−液相分離が行われる。支持層の細孔径および多孔度は、化合物ＡおよびＢからなる溶剤系の組成により、広い範囲に調節されることができ、その際、５０容量％を上回る気孔率が達成される。
【００３６】
相分離の際の過程を考慮して、更に、本発明によれば、溶剤系の粘度が低いことが必要である。従って、溶剤系を形成する化合物Ａと化合物Ｂとの混合物の粘度は、室温で６０ｍＰａ・ｓ未満である。好ましくは、化合物Ａおよび化合物Ｂは、室温で５０ｍＰａ・ｓ未満の粘度を有する。
【００３７】
本発明による条件が、化合物ＡおよびＢの性質に関して、ならびにダイ温度に関して遵守されない場合には、こうして、このことが得られる膜の構造に不利な影響を及ぼす。
【００３８】
例えば、使用される化合物ＡおよびＢが、高い粘度を有する場合には、溶剤の豊富な相および溶剤の乏しい相への相分離がゆっくりと進行する、それというのも、ポリマー分子の拡散は、溶剤系の高い粘度により制限されているからである。相分離に提供される所定の時間の場合には、不完全な相分離が生じ、かつ溶剤の豊富な相ならびに溶剤に乏しい相からなる領域のみしか形成されないということが考えられる。このことは、更に、化合物ＡおよびＢの抽出後に、極めて狭い細孔構造が生じるということを意味する。ついで、このような場合に、同様に、より緻密な構造を有する分離層に、少ない多孔度を有する、同様に相対的に緻密な支持構造が隣接している。同時に、このような膜は、ゆっくりとした、分離層から支持層への段階的な変移を有しており、かつ相対的によりコンパクトな範囲を生じ、これは、この膜の移動速度が、極めて少なく、例えば血液酸素化には適していないという結果となる。
【００３９】
化合物Ｂの蒸発を促進するガス雰囲気を提供するためには、例えば成形体の冷却のための冷却媒体の使用の際に、ダイおよび冷却媒体が、空間的に、ガス雰囲気を含有し、かつ成形体から通る間にギャップが形成されるように離れておくことができる。その際、ギャップ中でガス雰囲気にかけられる成形体の表面に、後で分離層が形成される。
【００４０】
従って、例えば平膜の製造の際に、例えばスロットダイにより押出されたポリマー溶液は、冷却する前に、フラットフィルムとしてまず最初に、ギャップを経て、例えば、空気を含有するギャップならびにエアギャップを経て導かれる。この場合に、フラットフィルムは、全面、即ちその両面ならびに側端で、ガス雰囲気に取り囲まれ、したがって生じる平膜は、両面に分離層を有する。
【００４１】
例えば加熱ローラーの形の加熱された支持体に直接にフラットフィルムを押出すことが行われ、引続き、支持体上のフラットフィルムが一定区間、ガス雰囲気を通る場合には、従ってフラットフィルムの表面、即ち、加熱ローラーに背を向ける表面のみがガス雰囲気と結びつくので、分離層はこの表面のみに形成されうる。こうして、分離層をその表面の一方のみに有する平膜が得られる。
【００４２】
中空繊維膜の製造の場合に、ポリマー溶液は、相当する中空糸ダイの輪形隙間を介して、成形体、即ち中空糸に押出される。中空糸ダイの中心穴により、中空繊維膜の内腔を形成し、安定化させる内部充填物として働く流体が押出される。押出の際に、内部充填物は、ポリマー溶液と実質的に同じ温度にされる。ついで、押出された中空糸または生じた中空繊維膜は、内腔に向いた表面、内部表面、および内腔に背を向けた、中空糸または中空繊維膜の壁により内部表面から分離された表面、外側表面を有する。
【００４３】
ダイから出る中空糸は、同様に、ダイおよび冷却媒体の間で形成され、ガス雰囲気を有するギャップにより導かれることができる。これにより、その外側表面を有する中空糸に、化合物Ｂの蒸発を促進する雰囲気を接触させて、生じた中空繊維膜は、ついで、その外側表面に接して分離層を有する。
【００４４】
中空糸の押出の際に使用される内部充填物は、ガスであってもよいし、液体であってもよい。内部充填物として液体が使用される場合には、形成されたポリマー溶液中の１つまたは複数のポリマーが、ポリマー溶液の臨界共溶温度を下回って実質的に溶解しない液体から選択されなければならない。それ以外は、冷却媒体として使用されるものと同じ液体が使用されることができる。有利に、内部充填物は、化合物ＡおよびＢを含有し、特に好ましくはポリマー溶液の溶剤系と同じ比の化合物Ａと化合物Ｂを含有する。この場合に、中空糸は、生じる中空繊維膜が分離層を有するように、その外側表面で、化合物Ｂの蒸発を促進するガス雰囲気に、例えば相当するギャップ中で、かけなければならない。流体がガスである場合に、これは、空気、蒸気状物質または好ましくは窒素であってよい。
【００４５】
ガス状の内部充填物の好ましい使用の場合に、内部充填物は、同時に、化合物Ｂの蒸発を促進するガス雰囲気であってよい。この場合に、内部充填物として、好ましくは空気、窒素または他の不活性ガスが使用されるか、または蒸気状の媒体が使用される。同時に化合物Ｂの蒸発を促進するガス雰囲気である内部充填物の使用の際に、中空糸の内部表面に接して分離層の形成が生じうる。しかしながら、個々の場合に、極めて迅速に、蒸気状化合物Ｂでガス状の内部充填物の飽和が達成され、これにより、全部で十分な量の化合物Ｂが分離層の形成のために必要とされるように蒸発しない。この場合に、中空繊維膜は、その内側表面に接して分離層を有しない。
【００４６】
蒸発した化合物Ｂの量が、内側表面に接した分離層を形成するために十分であり、かつ中空糸のそのような場合に、化合物Ｂの蒸発を促進する雰囲気、例えば化合物Ｂで飽和されている雰囲気に、その外側表面でかけない場合には、従って、ついで外側表面に接した分離層が形成されることができない。ひいては、その内部表面に接した分離層のみを有する中空繊維膜が得られる。
【００４７】
成形体が、少なくともその表面の一方に化合物Ｂの蒸発を促進するガス雰囲気かけた後で、冷却されて熱力学的に非平衡の液−液相分離が成形体中、即ち成形されたポリマー溶液中に生じ、更にポリマー構造が凝固し、硬化する。
【００４８】
有利に、冷却は、冷却媒体中で行われる。例えば、平膜の製造の場合には、成形されたフラットフィルムを、冷却のために、温度調節されたか冷却された相応する冷却ローラー上に行われることができる。使用される冷却媒体は、ガス状または液状であってよい。しかしながら、好ましくは、液状冷却媒体になる。熱力学的な非平衡の液−液相分離を開始するために、冷却媒体の温度は、使用されるポリマー溶液の臨界共溶温度または相分離温度を下回っていなければならない。有利に、冷却媒体は、相分離温度を少なくとも１００℃下回っている温度を有する。また、冷却は、段階的に、複数の工程で実施することも可能である。
【００４９】
その際、冷却媒体の組成には、冷却媒体が１つまたは複数のポリマーに対して不活性に挙動する、即ち、これがポリマー溶液の臨界共溶温度を下回って実質的に溶解しない限り、好ましい要求が存在しない。冷却媒体が、溶剤系と混和性ではなくてもよいし、または溶剤系に対して不活性に挙動してもよい。有利に、冷却媒体は化合物Ａを含有する。しかしながら、特に好ましくは、冷却媒体は、溶剤系中で使用される化合物ＡおよびＢからなり、更に得に好ましい実施態様において、溶剤系と同じ化合物Ａと化合物Ｂとの比を有する。
【００５０】
有利に、冷却媒体は、成形体を冷却のために通るシャフトまたは紡糸管中にある。この際、冷却媒体および成形体は、通常、同じ方向へ、シャフトもしくは紡糸管により導かれる。成形体および冷却媒体は、同じまたは異なる線形速度で、紡糸管により導かれ、その際、成形体または冷却媒体の必要条件に応じて、高い線形速度を有することができる。このような変法は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第２８３３４９３号または欧州特許出願公開第１３３８８２号明細書に記載されている。
【００５１】
ポリマー構造の冷却または硬化後に、化合物ＡおよびＢは、成形体から除去され、これにより膜が得られる。除去は、例えば抽出により行われる。その際、有利に、１つのポリマーまたは複数のポリマーを溶解させないが、しかし化合物ＡおよびＢと混和性である抽出剤が使用される。引続き、抽出剤を膜から除去するために高められた温度での乾燥が必要とされていてもよい。
【００５２】
少なくとも実質的に一部の溶剤系の除去前または除去後に、殊に分離層の性質を、集中的な方法で変性するために、膜のほんのわずかな伸びが生じてもよい。従って、分離層の細孔径は、特別な使用の場合の生じた膜に必要な大きさに調節されることができる。例えば、緻密な分離層が伸びることにより割れてよいので、分離層中に細孔が生じる。しかしながら、膜がガス交換のために適しており、かつ液体破過が回避されることができるように、細孔は、大きすぎてはいけなく、本発明によれば１００ｎｍの大きさを上回ってはいけない。従って、伸びは、通常、１０％を上回ってはいけない。伸びは、必要条件に応じて、複数の方向に生じうるものであり、有利に高められた温度下で進行する。例えば、抽出後の、場合により必要な膜の乾燥中に、そのような伸びが実施されてもよい。
【００５３】
本発明による方法は、特に、請求項１５に記載の本発明による一体型の非対称膜の製造に適している。
【００５４】
本発明による膜は、その構造に基づき、本発明による膜を使用する際にガス成分を分離するかまたはガス成分を添加すべき液体の破過に対して同時に高い安全性での高いガス移動速度により、ならびに良好な機械的性質により傑出している。このために、膜が高い気孔率を有することが必要であり、その際、これは実質的に支持層の構造により決定されており、かつ定義された緻密なまたはナノ孔を有し、僅かな厚さを有する分離層である。
【００５５】
本発明による膜の支持層は、様々な構造を有していてよい。これは、気泡質構造を有していてよく、その際、細孔は、溝、より小さな細孔または通路と相互に結合している取り囲んだミクロセルとして説明されることができる。また、これは非気泡質構造を有していてよく、その際、ポリマー相および細孔は、貫通する網目構造を形成する。しかしながら、この場合には、支持層は、マクロ孔を有さず、文献においてしばしばフィンガーポアまたは洞穴(Kavern)と呼ばれる細孔を有さない。
【００５６】
支持層の細孔は、それぞれ任意のジオメトリーを有していてよく、例えば長円形、円筒形、円形または多少の不規則な形状である。本発明によれば、支持構造中の細孔は、平均して実質的に等方性である。ここで、個々の細孔が長円形を有していてよいにもかかわらず、細孔は平均して全ての空間方向に、実質的に同じ広がりを有し、その際、多くとも２０％の広がりの間で、偏向は、個々の空間方向に取り囲まれていることが理解されうる。
【００５７】
少なすぎる気孔率、即ち、膜の全容量に対して少なすぎる含分の細孔の場合に、達成可能なガス移動速度は少なすぎる。他方では、膜中の高すぎる含分の細孔は不十分な機械的性質をまねき、かつ膜は、次の加工処理でもはや問題なく加工されることができない。従って、本発明による膜は、５０容量％よりも多く、７５容量％よりも少ない、好ましくは、５０容量％よりも多く、６５容量％よりも少ない範囲の気孔率を有する。
【００５８】
本発明による膜は、その表面のみに分離層を有するが、しかし、これは、膜の両面に分離層を有していてもよい。分離層は、一方では移動速度に影響を及ぼすが、しかし他方では、破過時間、即ち、膜が、本発明による膜を使用する際に、ガス成分が分離されるかまたはガス成分が添加されるべき液体の破過に対して、または液体中に含有される成分の破壊に対して安全である期間に影響を及ぼす。従って、緻密な分離層の場合に、極めて長い破過時間が生じるが、しかし移動速度がその大きさで制限される、それというのも、多孔性構造中の実質的により大きなクヌーセン流れとは異なり、ガス移動の緻密な膜層中で、単独で比較的ゆっくりとした溶液拡散によって行われるからである。それに対して、ナノ孔を有する分離層の場合には、ガス移動速度が、緻密な分離層に対して高められているが、しかし、細孔に基づき短い破過時間を得ることができる。
【００５９】
本発明による膜の好ましい実施態様において、少なくとも１つの分離層は緻密である。更に、好ましい実施態様において、少なくとも１つの分離層は、１０〜１００ｎｍの平均径を有する細孔を有する。その際、分離層の厚さは、少なすぎてはいけない、それというのも、これにより、リスクは、欠陥ひいては破過のために高められるからである。しかしながら、ついで、実際の破過までの時間は、それにもかかわらず相対的に長い、それというのも、本発明による膜の場合に、液体の流れの好ましい方向が存在せず、むしろ液体から戻るべき経路が、細孔構造に基づき曲がりくねっているからである。これとは相違して、上述の溶融−延伸法により製造されており、かつその場合にはっきりとした細孔の異方性に基づき、表面の一方から他方への液体の流れの好ましい方向を生じる膜が、示されうる。
【００６０】
少ない厚さの分離層の場合に、リスクは、欠陥のために大きくなりすぎるのに対して、他方では、移動速度は、大きすぎる厚さの分離層の場合に、少なくなりすぎる。従って、好ましくは、分離層の厚さは、０．１〜１μｍ、特に好ましくは０．１〜０．６μｍにある。分離層の厚さは、本発明による膜のために、簡単な方法で、走査電子顕微鏡により示される破断写真を用いて、または透過電子顕微鏡により示される超薄膜キャラクタリゼーション(Ultraduennschnittcharakerisierungen)を用いて、層の寸法測定により測定されることができる。
【００６１】
本発明による膜の重要な用途は、血液の酸素化である。この使用の際に、すでに詳述したように、時間が、血漿の破過、即ち、血漿破過時間に対して安定である役割を果たす。この際、血漿破過は、親水性液体が疎水性膜を介して単に貫通するというよりも、実質的により複雑な過程であることが強調されるべきである。ありふれた教示によれば、血漿破過は、まず最初に、血液中に含有されているリン脂質により、膜の細孔系の親水性化が行われ、後貯蔵段階で、急激に親水性化された細孔系への血漿の浸透が行われることにより引き起こされる。従って、血漿破過時間は、液体破過のための限界の大きさとみなされる。本発明による膜は、好ましくは少なくとも２０時間の血漿破過時間、特に好ましくは少なくとも４８時間の血漿破過時間を有する。
【００６２】
その際、本発明による膜は、より緻密な構造を有する分離層の存在にもかかわらず、そのような分離層を有しないガス交換のための常用の膜のガス移動速度と同じかそれどころか高い、比較的大きいガス移動速度を有する。膜のガス移動能の尺度として、それぞれのガスを吸収するかまたは放出する液体としての水それぞれに対するＯ_２移動速度およびＣＯ_２移動速度とみなされる。好ましくは、本発明による膜は、１４０ｍｌ／（分×ｍ^２）を上回るＯ_２移動速度および１９００ｍｌ／（分×ｍ^２）を上回るＣＯ_２移動速度を有し、特に好ましくは１９０ｍｌ／（分×ｍ^２）を上回るＯ_２移動速度および２２００ｍｌ／（分×ｍ^２）を上回るＣＯ_２移動速度を有する。
【００６３】
本発明による膜の好ましい実施態様の場合に、膜構造は、分離層から支持層へと変移する際に、急激に変化する、即ち、膜構造は、実質的に、ミクロ孔を有する支持層から分離層への移行なしに急激に変化する。このような構造を有する膜は、分離層から支持層への段階的な変移を有する膜に対して、移動すべきガスの支持層の高い透過性という利点を有する、それというのも、支持層は、分離層に接した範囲で殆どコンパクトではないからである。
【００６４】
本発明による疎水性膜は、主として、ポリオレフィンの群から選択される少なくとも１つのポリマーからなる。少なくとも１つのポリマーは、ポリオレフィン単独または複数のポリオレフィンからなる混合物であってよい。この際、異なる分子量を有するポリオレフィンまたは異なるポリオレフィンからなる混合物は、これにより様々な性質、例えばガス移動速度または機械的性質が最適化されることができる限り重要である。従って、例えば、超高分子量を有する、即ち、例えば１０⁶ダルトンを上回る高分子量を有する既に僅少量のポリオレフィンの添加により、機械的性質に強い影響を及ぼしうる。
【００６５】
好ましくは、膜は、専ら炭素および水素からなるポリオレフィンから合成されている。特に好ましくは、膜は、ポリプロピレンもしくはポリ（４−メチル−１−ペンテン）またはこれらのポリオレフィンと他のポリオレフィンとの混合物からなる。特別な利点では、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）またはポリ（４−メチル−１−ペンテン）とポリプロピレンの混合物が使用される。このために、膜の良好な機械的性質で、高いガス移動速度が生じうる。場合により、少なくとも１つのポリマーは、別の物質、例えば酸化防止剤、核形成剤、充填剤、バイオアベイラビリティー、即ち、酸素化での膜の使用の際の血液相容性を改善するための成分、例えばビタミンＥ等が、添加剤として含有されていてよい。
【００６６】
好ましい実施態様において、膜は、平膜である。有利に、平膜は、１０〜３００μｍの密度、特に好ましくは５０〜１５０μｍの密度を有する。平膜は、その表面の一方だけではなくその両面に分離層を有していてよい。
【００６７】
同様に好ましい実施態様において、本発明による膜は、中空繊維膜である。実施態様に応じて、これは分離層を、その内部表面のみに、即ち、その内腔に沿った表面に、またはその外側表面のみに、即ち、内腔に背を向けた表面に有していてよいし、またはしかしその内部表面ならびに外部表面に分離層を有していてよい。中空繊維膜は、好ましくは１０〜５００μｍ、特に好ましくは１００〜３００μｍの直径を有する。有利に、中空繊維膜の壁の厚さは、５〜１５０μｍであり、特に有利に１０〜１００μｍの厚さである。
【００６８】
本発明による膜は、卓越した機械的性質を有し、それにより、次の加工工程において問題のない再加工が可能である。例示的に、有利に、性能特性に関連して、中空繊維膜の使用の際に、中空繊維膜がまず最初に例えば適したメリヤス編み法(Wirkverfahren)を用いて実質的に平行な中空繊維膜からなるマットに加工され、これから相応するバンドルが製造される場合に、それから製造される膜モジュールとして望ましいことが証明されている。このために、膜の機械的性質、殊に強度および伸びに関連する高い要求が生じる織物加工法が結びついている。この要求は、本発明による膜により満たされる。本発明による中空繊維膜は、好ましくは、少なくとも７０ｃＮの破断力および少なくとも７５％の破断伸びを有する。
【００６９】
本発明による膜は、多数の使用領域において使用されうる、その際、緻密な分離層またはナノ孔を有する分離層を有する膜が必要とされる。好ましくは、本発明による膜は、ガス成分が液体から分離されるべきであるか、またはこれに添加されるべきである場合のガス交換のための範囲の使用に適している。それらの高い血漿密度、即ちそれらの長い血漿破過時間ならびにＯ_２およびＣＯ_２のガス交換能に基づいて、本発明による膜は、酸素化における使用、即ち血液の酸素化、殊に長期間の血液の酸素化に卓越して適している。
【００７０】
本発明は、次の例および図に基づきより詳細に説明される。以下のものを示す：
図１：６７５０倍に拡大した、例１による中空繊維膜の外部表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真。
【００７１】
図２：６００００倍に拡大した、例１による中空繊維膜の外側表面のＳＥＭ写真。
【００７２】
図３：２７０００倍に拡大した、例１による中空繊維膜の長軸に対して鉛直方向の破断面のＳＥＭ写真。
【００７３】
図４：６００００倍に拡大した、例２による中空繊維膜の外側表面のＳＥＭ写真。
【００７４】
図５：６７５０倍に拡大した、比較例１による中空繊維膜の外側表面のＳＥＭ写真。
【００７５】
図６：６００００倍に拡大した、例３による中空繊維膜の外側表面のＳＥＭ写真。
【００７６】
図７：６００００倍に拡大した、例５による中空繊維膜の外側表面のＳＥＭ写真。
【００７７】
図８：２７０００倍に拡大した、例５による、外側表面に分離層を有する中空繊維膜の長軸に対して鉛直方向の破断面のＳＥＭ写真。
【００７８】
図９：１３５００倍に拡大した、例５による、開放気孔のミクロ細孔を有する内部表面を有する中空繊維膜の長軸に対して鉛直方向の破断面のＳＥＭ写真。
【００７９】
図１０：６００００倍に拡大した、例７による中空繊維膜の外側表面のＳＥＭ写真。
【００８０】
図１１：９０００倍に拡大した、例７による、内部表面に分離層を有する中空繊維膜の長軸に対して鉛直方向の破断面のＳＥＭ写真。
【００８１】
図１２：９０００倍に拡大した、例７による、外部表面に分離層を有する中空繊維膜の長軸に対して鉛直方向の破断面のＳＥＭ写真。
【００８２】
図１３：６００００倍に拡大した、例８による中空繊維膜の外側表面のＳＥＭ写真。
【００８３】
図１４：１３５００倍に拡大した、例８による、外側表面に分離層を有する中空繊維膜の長軸に対して鉛直方向の破断面のＳＥＭ写真。
【００８４】
図１５：１３５００倍に拡大した、例８による、開放気孔のミクロ細孔を有する内部表面および支持構造を有する中空繊維膜の長軸に対して鉛直方向の破断面のＳＥＭ写真。
【００８５】
例において、以下の方法を、得られた膜の特性決定のために使用した：
血漿破過時間の測定：
血漿破過時間の測定のために、３７℃に温度調節したリン脂質溶液（Ｌ−α−ホスファチジル−Ｌコリン１．５ｇを生理食塩水５００ｍｌ中に溶解させた）を、１．０バールの圧力で、６ ｌ／（分×２ｍ^２）の流量を用いて、膜試料の表面の一方に沿って導く。空気を、膜試料の他方の表面に沿って流し、これは、膜試料から出た後にコールドトラップを介して導く。コールドトラップ中に集められた液体の重量を、時間の関数として測定する。重量の顕著に増大するまでの時間、即ち、コールドトラップ中に最初の顕著な液体集積までの時間を、血漿破過時間として算出する。
【００８６】
Ｏ₂移動速度およびＣＯ₂移動速度の測定：
Ｏ₂移動速度およびＣＯ₂移動速度の測定のために、４０μＳ／ｃｍの導電率までＣＯ₂を豊富にした水を、２４℃で膜試料の表面の一方に沿って導く。この際、水の流速は、膜表面に沿って、流速の上昇が測定される移動速度に実質的に影響を及ぼさないにように調節する。膜試料の他方の表面に沿ってＯ₂を流す。これにより、水からＣＯ₂が取り出され、Ｏ₂が添加される。水のＣＯ₂濃度の変化は、導電率測定によって追跡する。導電率の値Ｌは、水試料での較正に基づいて、様々な公知のＣＯ₂濃度で算出される経験に基づく式によって、その際、それぞれＣＯ₂濃度ｃは、式：
ｃ（ＣＯ₂）［ｍｌ／ｌ］ ＝ ０．１７０２×Ｌ² ［μＳ／ｃｍ］
によって換算される。
【００８７】
ＣＯ₂濃度を把握するために、膜で覆われた電流滴定による酸素センサー(membranbedeckter amperometrischer Sauerstoffsensor)は、電位の安定な３電極系(potentionstatischem Drei-Elektrodensystem)で実施される。
【００８８】
気孔率の測定：
気孔率は、ＡＳＴＭ Ｄ ４１９７−８２、試験法Ｂにおいて記載されている方法に依存して実施される。この際、膜材料を湿らせない液体は、膜試料の細孔系中へ押し込まれ、かつその際浸透した液体の容量が測定される。膜の気孔率は、膜試料の全容量に対するこの容量の比で算出される。
【００８９】
破断力および破断伸びの測定：
破断力および破断伸びに基づく膜の特性決定のために、膜を、室温で一定の速度で破断するまで伸ばし、このために必要な力を、長さの変化と一緒に測定する。
【００９０】
表面多孔度の測定：
表面多孔度は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を用いて測定される。このために、８．３μｍ×６．２μｍの大きさの膜表面の切り抜きの、１００００倍に拡大して得られたＳＥＭ写真は、画像分析により分析される。ＳＥＭ写真は、デジタル化され、写真中で、暗くて、明るい膜材料から目立つ細孔は、コンピューターを用いて測定される。表面多孔度は、全表面積に対する細孔表面積の比として計算される。
【００９１】
分離層中の細孔の平均径の測定：
分離層中の細孔の平均径の測定は、画像分析による方法を用いる表面多孔度の測定に類似して行われる。その際、細孔は球面に仮定される。平均細孔径は、算術平均値として、６００００倍に拡大した約８μｍ×６μｍの膜表面上の、目に見える全ての細孔の結果として得られる。
【００９２】
例１：
２６０℃で、ポリ−（４−メチル−１−ペンテン）４０質量％およびジオクチルアジペート６５質量％（化合物Ａ）およびグリセリントリアセテート３５質量％（化合物Ｂ）からなる混合物６０質量％の溶液を、溶剤系として製造した。この双方の化合物の沸騰温度ならびに粘度は、第１表に示されている。
【００９３】
第１表：
【００９４】
【表１】

【００９５】
この溶液を、０．３ｍｍ幅の輪形隙間を有する中空糸ダイにより押出し、中空糸に形成させた。内部充填剤として窒素を使用した。ダイは、２４０℃の温度を有していた。約５ｍｍの空気ギャップの後に、中空糸を、１８℃に温度調節した冷却媒体から貫流する２ｍの長さの紡糸管を通過させた。冷却媒体として、ジオクチルアジペート６５質量％およびグリセリントリアセテート３５質量％からなる混合物を使用した。冷却媒体の貫流速度を、紡糸速度に適合させ、かつ貫流速度は約９０ｍ／分であった。紡糸管中で冷却するために、相分離させ、かつ中空糸を硬化させたので、これを連続的に紡糸管から排出させることができた。引続き、中空糸を、溶剤系を除去するために、６時間、６０℃でイソプロパノール中に抽出し、こうして得られた中空繊維膜を、引続き１２０℃で６秒間に亘り乾燥させた。乾燥中に、約５％の伸びが生じた。
【００９６】
得られた中空繊維膜の性質は、第２表にまとめられている。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）調査の際に、６７５０倍に拡大したこの例による中空繊維膜は、その外側表面に細孔を確認できない（図１）。極めて大きく拡大してはじめて、最大１００ｎｍの大きさの細孔を有する一様な多孔性構造が、識別可能である（図２）。中空繊維膜の長軸方向に鉛直な破断面における破断写真は、明らかに、スポンジ状の開放気孔の支持構造が識別可能であり、これに外側表面に対して、この例において約０．２μｍの厚さを有するナノ孔を有する分離層が隣接する（図３）。外側の薄い分離層により、膜の気孔率は、顕著に減少しない。例１による膜により、５２．５容量％の気孔率が得られる。この高い気孔率は、第２表に記載された高いＯ₂およびＣＯ₂移動速度をもたらす。同時に、中空繊維膜は、破断力８１ｃＮおよび破断伸び１０１％を有する機械的性質を有し、これはこの膜の良好な再加工性を可能にする。
【００９７】
例２：
例１のようにして中空繊維膜を製造した。伸びと一緒にした１２０℃での乾燥の代わりに、例２の場合には、室温での乾燥が行われ、その際、中空繊維膜は、伸びなかった。得られた膜は、第２表に記載されている性質を有する。この例による膜の外側表面の分離層は、例１による膜の分離層と比較してより緻密である：６００００倍に拡大して、走査電子顕微鏡写真において、５０ｎｍ未満の大きさの個々の細孔のみが測定されることができた（図４）。
【００９８】
比較例１：
ポリプロピレン４４質量％および、化合物Ａとして大豆油７５質量％および化合物Ｂとしてヒマシ油２５質量％からなる溶剤系５６質量％を含有する溶液を製造した。溶液は、２５０℃で、中空糸ダイにより押出し、押出された中空糸を、５ｍｍの長さの空気割れ目の貫流後に大豆油７５質量％およびヒマシ油３５質量％からなる冷却媒体がその中にある紡糸管に通した。それ以外の製造条件は、例１のものに相応している。
【００９９】
第３表に示されているように、２３５℃のダイ温度を考慮して、この比較例で使用された化合物ＡおよびＢの性質および処理条件は、本発明により要求される性質および条件を満たさない。
【０１００】
第３表：
【０１０１】
【表２】

【０１０２】
（(x)大豆油は、０．０６７ミリバールで３０８℃の沸騰温度を有する。大豆油は、常圧で沸騰する前に分解する。０．０６７ミリバールの値の常圧への外挿により、５００℃を上回る沸騰温度が与えられた）。
【０１０３】
この比較例により得られた中空繊維膜は、膜の外側表面にも開放気孔構造を有し、これは製造の際のエアギャップの方へ向いていた。これは、ＳＥＭ写真が表している図５に基づいて明らかであり、これにより外側表面に０．１μｍを上回る大きさの多数の細孔を見出すことができる。開放気孔の構造は、溶剤系を形成する化合物ＡおよびＢを本発明によらない選択した結果である。この結果として、この比較例による膜の３〜５時間の血漿破過時間は少なすぎ、従って、この膜は、長期間の使用に適していない。
【０１０４】
同時に、この比較例による中空繊維膜は、４４．５容量％の少なすぎる気孔率を有し、これは、溶剤系中で使用された化合物である大豆油およびヒマシ油の本発明によらない高い粘度に由来しうる。これから、相対的に少ない移動速度の結果となる。この膜の性質は、同様に第２表にまとめられている。しかしながら、この比較例により製造された膜は、常用の血液酸素化に使用可能である。
【０１０５】
例３：
例１のようにして行った。しかしながら、溶剤系および冷却媒体として、ジオクチルアジペート５５質量％およびグリセリントリアセテート４５質量％からなる混合物を使用した。ダイ温度は、２６０℃に調節した。こうして得られた中空繊維膜は、第２表に挙げられた性質を有する。この配合で、例１に対して、分離層の緻密さを高めることができた。ＳＥＭ写真において、６００００倍に拡大して、なお５０ｎｍ未満の大きさのばらばらの細孔を、識別することはできない（図６）。しかしながら、移動速度は、第２表に基づいて識別可能であるように、これから影響されておらず、これは、５８．５容量％の高い気孔率に由来する。この膜には、４８．６時間の血漿破過時間が測定された。膜の破断力および破断伸びは、メリヤス編み処理を用いて中空糸マットへと良好に再加工するのに十分であった。
【０１０６】
例４：
例１のようにして行い、その際、ジオクチルアジペート６０質量％およびグリセリントリアセテート４０質量％からなる溶剤系ならびにジオクチルアジペート５５質量％およびグリセリントリアセテート４５質量％からなる冷却媒体を使用した。この配合で、中空繊維膜の極めて高い気孔率６１．９容量％および例３からなる膜に対して更に高められたガス移動速度が達成され、第２表に挙げられた結果に基づいて明らかである。血漿破過時間は、２０．５時間まで測定された。この例による膜の外側表面は、例１による膜のものに類似した構造を有する。
【０１０７】
例５：
例１のようにして、中空繊維膜を製造した。純粋なポリ−（４−メチル−１−ペンテン）の代わりに、ポリ−（４−メチル−１−ペンテン）９０質量％およびポリプロピレン１０質量％からなる混合物を使用した。ダイ温度は、同様に、２４０℃に調節した。
【０１０８】
得られた中空繊維膜の性質は、更に、第２表に示されている。膜の外側表面のＳＥＭ写真において（図７）、約１００ｎｍを下回る大きさを有する個々の細孔が識別されることができるが、しかし細孔密度は、純粋なポリ−（４−メチル−１−ペンテン）がポリマーとして使用されている場合の例１よりも少ない。ＳＥＭを用いた破断面の特性決定は、膜が、その外側表面に、約０．１μｍの厚さの分離層を有し（図８）、かつ膜壁の内部ならびにその内側表面はスポンジ状で、開放気孔のミクロ孔を有することが明らかになった（図９）。例１による純粋なポリ−（４−メチル−１−ペンテン）からなる膜に対して、移動速度は、比較可能な気孔率で簡単に高められている。更に、ポリプロピレンの添加により、殊に破断伸びが増大している。この例による中空繊維膜を、メリヤス編みの中空繊維マットに再加工することができた。
【０１０９】
例６：
例５のようにして行った。しかしながら、例５で使用されたポリマー混合物の代わりに、ポリ−（４−メチル−１−ペンテン）７５質量％およびポリプロピレン２５質量％からなる混合物を使用した。例６による膜の細孔のモルホロジーならびに性質は、ほぼ例５による膜のそれに相当している（第２表参照）。
【０１１０】
例７：
中空繊維膜を、ポリプロピレン４０質量％ならびに溶剤系として、ジオクチルアジペート６０質量％およびグリセリントリアセテート４０質量％からなる混合物６０質量％を含有する溶液から製造した。冷却媒体として、ジオクチルアジペート６５質量％およびグリセリントリアセテート３５質量％からなる混合物を使用した。それ以外は、例１と同様にして行った。
【０１１１】
この例による中空繊維膜は、緻密な内部表面および緻密な外部表面を有し、これが６００００倍に拡大されても、ＳＥＭ写真に細孔がみられない（図１０）。この例による中空繊維膜のＳＥＭ調査からの破断写真に基づいて、内部表面の分離層（図１１）ならびに外部表面の分離層（図１２）は、明らかに識別されることができ、その際、それぞれの分離層から支持層への変移が、急激に生じる。外側表面の分離層の層厚は、約０．５μｍ、および内側表面の分離層の層厚は、約０．３μｍと測定されうる。合計して分離層の比較的大きな層厚ならびにポリ−（４−メチル−１−ペンテン）と比較して、ポリプロピレンの一般的に僅かなガス透過性に基づき、この膜の移動速度は、上述の例の膜のそれよりも部分的に少ない（第２表参照）。この例による膜の血漿破過時間は、明らかに２０時間よりも大きかったが；しかし、血漿破過時間の測定は、２４時間後に中断することになった。
【０１１２】
例８：
例５のようにして行った。しかしながら、例５のものと比較して高い押出能力の選択により、より緻密な壁を有する中空繊維膜が得られた。より大きな壁強度により、例５と比較して、より高い破断力およびより高い破断伸びを有する膜が生じ（第２表参照）、これにより、乾燥した際の中空繊維膜の伸びは、例５のものと比較してより小さくなった。例５に記載されているナノ孔を有する分離層を有する膜に対して、外側表面に、緻密な分離層を有する膜のみが得られ（図１３）、これは僅かな伸びに由来している。
【０１１３】
破断写真において、膜の外側表面に、層厚約０．１〜０．２μｍの分離層が識別できる(図１４)のに対して、壁内部および内側表面は、開放気孔のミクロ孔を有する（図１５）。壁厚が大きいにもかかわらず、この例による膜には、明らかに比較例１による酸素化のための常用の膜の酸素化を上回る、高いガス移動速度が算出された（第２表参照）。この例８による中空繊維膜の血漿破過時間は、少なくとも７５時間と算出された。この時間の到達後に、試験を中断した。
【０１１４】
第２表：
【０１１５】
【表３】

【図面の簡単な説明】
【図１】 ６７５０倍に拡大した、例１による中空繊維膜の外部表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図。
【図２】 ６００００倍に拡大した、例１による中空繊維膜の外側表面のＳＥＭ写真を示す図。
【図３】 ２７０００倍に拡大した、例１による中空繊維膜の長軸に対して鉛直方向の破断面のＳＥＭ写真を示す図。
【図４】 ６００００倍に拡大した、例２による中空繊維膜の外側表面のＳＥＭ写真を示す図。
【図５】 ６７５０倍に拡大した、比較例１による中空繊維膜の外側表面のＳＥＭ写真を示す図。
【図６】 ６００００倍に拡大した、例３による中空繊維膜の外側表面のＳＥＭ写真を示す図。
【図７】 ６００００倍に拡大した、例５による中空繊維膜の外側表面のＳＥＭ写真を示す図。
【図８】 ２７０００倍に拡大した、例５による、外側表面に分離層を有する中空繊維膜の長軸に対して鉛直方向の破断面のＳＥＭ写真を示す図。
【図９】 １３５００倍に拡大した、例５による、開放気孔のミクロ細孔を有する内部表面を有する中空繊維膜の長軸に対して鉛直方向の破断面のＳＥＭ写真を示す図。
【図１０】 ６００００倍に拡大した、例７による中空繊維膜の外側表面のＳＥＭ写真を示す図。
【図１１】 ９０００倍に拡大した、例７による、内部表面に分離層を有する中空繊維膜の長軸に対して鉛直方向の破断面のＳＥＭ写真を示す図。
【図１２】 ９０００倍に拡大した、例７による、外部表面に分離層を有する中空繊維膜の長軸に対して鉛直方向の破断面のＳＥＭ写真を示す図。
【図１３】 ６００００倍に拡大した、例８による中空繊維膜の外側表面のＳＥＭ写真を示す図。
【図１４】 １３５００倍に拡大した、例８による、外側表面に分離層を有する中空繊維膜の長軸に対して鉛直方向の破断面のＳＥＭ写真を示す図。
【図１５】 １３５００倍に拡大した、例８による、開放気孔のミクロ細孔を有する内部表面および支持構造を有する中空繊維膜の長軸に対して鉛直方向の破断面のＳＥＭ写真を示す図。

Claims (17)

1. ポリオレフィンの群から選択される少なくとも１つのポリマーから合成されており、かつ第一および第二の表面を有しており、その際、膜がスポンジ状の開放気孔のミクロ孔構造を有する支持層を有し、かつ少なくとも表面の一方がその支持層に隣接して、より緻密な構造を有する分離層を有する、ガス交換のための一体型の非対称疎水性膜において、
   分離層は、緻密であるかまたは１００ｎｍ未満の平均径を有する細孔を有し、支持層は、マクロ孔を有さず、かつ支持層中の細孔は、平均して等方性であり、かつ膜は、５０容量％を上回り７５容量％未満の多孔度を有することを特徴とする、一体型の非対称疎水性膜。
2. 膜構造が、分離層から支持層へ変移する際に急激に変化している、請求項１記載の膜。
3. 分離層は緻密である、請求項１または２記載の膜。
4. 分離層は開放気孔を有し、かつ１０ｎｍ〜１００ｎｍの平均径を有する細孔を有している、請求項１または２記載の膜。
5. 分離層が０．１μｍ〜１μｍの厚さを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の膜。
6. 分離層が０．２μｍ〜０．６μｍの厚さを有している、請求項５記載の膜。
7. 多孔度が５０容量％を上回り６５容量％未満の範囲にある、請求項１から６までのいずれか１項記載の膜。
8. 膜が１４０ｍｌ／（分×ｍ^２）を上回るＯ_２移動速度および１９００ｍｌ／（分×ｍ^２）を上回るＣＯ_２移動速度を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の膜。
9. 膜が１９０ｍｌ／（分×ｍ^２）を上回るＯ_２移動速度および２２００ｍｌ／（分×ｍ^２）を上回るＣＯ_２移動速度を有している、請求項８記載の膜。
10. 少なくとも２０時間の血漿破過時間を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の膜。
11. 血漿破過時間が少なくとも４８時間である、請求項１０記載の膜。
12. 少なくとも１つのポリマーが専ら炭素および水素のみからなるポリオレフィンである、請求項１から１１までのいずれか１項記載の膜。
13. ポリオレフィンがポリ−（４−メチル−１−ペンテン）である、請求項１２記載の膜。
14. ポリオレフィンがポリプロピレンである、請求項１２記載の膜。
15. 膜がポリ−（４−メチル−１−ペンテン）およびポリプロピレンからなる混合物から合成されている、請求項１２記載の膜。
16. 膜が中空繊維膜である、請求項１から１５までのいずれか１項記載の膜。
17. 血液の酸素化のための請求項１から１６までのいずれか１項記載の膜の使用。

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