JP6158787B2 - マクロ孔質濾過膜 - Google Patents

Description

本発明は、芳香族スルホンポリマーの群からの、膜を形成する疎水性の第一ポリマーと、親水性の第二ポリマーとをベースとする平膜の形の親水性のマクロ孔質濾過膜に関するものであり、前記濾過膜は、第一の表面と第二の表面とを有しており、かつこれらの表面の間に延びている、三次元のスポンジ状網目構造を有する支持層を有する。

ミクロ孔質ポリマー膜は、工業、製薬業または医療における適用の様々な分野において精密濾過のために使用されている。これらの適用において、膜分離プロセスはますます重要になってきている。というのも、このようなプロセスは、分離すべき物質に熱負荷をかけない、または分離すべき物質が全く損傷を受けないという利点を有しているからである。ミクロ濾過膜によれば、たとえばサブミクロン範囲のオーダーの微粒子または微生物を除去することが可能となり、従って実験室で使用するための、または半導体産業のための純粋な水の製造に適している。膜分離プロセスについては、飲料産業、バイオテクノロジーまたは廃水技術から、その他の多数の適用が知られている。

この場合たいていは、分離層、およびこの分離層と境界を接しており、分離層と比較してより大きな孔を有するミクロ孔質の支持構造を有する、特徴的な非対称系を有する膜が使用される。その際、分離層中の孔は、膜の本来の分離特性を決定する。つまり分離層中の孔の大きさによって、膜によって保持される粒子または分子の大きさがコントロールされる。適用においてこのような膜はむしろ、開口気孔側から流れ、ひいてはミクロ孔質の支持層が、分離層のための前フィルターとして機能するように使用される。これにより膜の汚れ負荷容量が高められる。膜をこのように流れる液体は、まず比較的大きな孔に入り、最後に分離層の小さい孔に入る。このことにより、液体中に含まれている粒子は、分離層に到達して分離層を閉塞させる前に、孔の大きい支持層に保持される。

多数の膜適用のためには、スルホンポリマー、たとえばポリスルホンまたはポリエーテルスルホンが、多様に使用されている膜材料であるが、それはとりわけこれらの材料から製造された膜は、化学的安定性、温度安定性、または滅菌抵抗性が高いからである。しかし、これらのポリマーは疎水性ポリマーであり、水性媒体を濾過するためのその使用は制限される。更に、疎水性材料からなる膜は、強力で非特異的な吸着能を有していることが知られており、このことから使用においてはしばしば膜の表面が、濾過すべき液体の、好ましくは高分子の成分によって直ちに覆われ、その結果、透過性の劣化が生じる。

ＵＳ−Ａ６０５６９０３は、少なくとも０．０１μｍの有効孔径と、有利には約０．１〜２０μｍの範囲の孔径とを有するミクロ孔質のポリエーテルスルホン膜に関するものである。しかし、ＵＳ−Ａ６０５６９０３の膜は、疎水性であり、かつ隔壁上に実質的には対称的な孔構造を有し、表層を有していないものである。

ＥＰ−Ａ０６９６９３５、ＵＳ−Ａ５８４６４２２およびＵＳ−Ａ５９７９６７０には同様に、ポリスルホンからなる膜が記載されており、この膜は、特徴的な非対称構造を有している。この膜は、ポリエーテルスルホンを単独で使用していることにより疎水性である。この膜は、その狭い孔の表面に、少なくとも１．２μｍの平均孔径を有しており、その際、この表面から出発して膜の隔壁は異方性の領域を有しており、このことにより孔は実質的に一定の大きさを有している。第二の表面の孔は、第一の表面の孔よりも少なくとも２倍、有利には少なくとも３倍、または６倍大きい。これらの膜はたとえば分析法または診断法において使用されるものであり、この場合には高い透過速度に重きが置かれる。膜構造を構成するポリマーとしてポリエーテルスルホンを単独で使用することにより、これらの膜は疎水性であり、従って自発的に水で濡れることはない。このような疎水性の特性によりこれらの膜はその適用において、濾過すべき液体中に含まれている物質を吸着することによって内部の膜構造が閉塞する傾向がある。

ＵＳ−Ａ５９０６７４２もまた、ポリスルホンをベースとし、その隔壁がミクロ孔質の表層を有する第一の表面に境界を接している、ほぼ一定の孔径を有する異方性の領域を備えた一体型の非対称膜に関するものであり、前記の異方性領域には、第二の表面の方向で次第に大きくなる孔を有する非対称の領域が、第二の表面に対して接続している。ＵＳ−Ａ５９０６７４２の膜は、ポリスルホンに親水性のポリマーを混合することによって親水性となっている。異方性の領域に境界を接しているミクロ孔質の表層中の孔は、約１μｍより大きい平均孔径を有しており、第二の表面中の孔は、その２倍以上、有利には３〜６倍あるいはそれ以上である。表面を考慮しなければ、この非対称性はさらに大きく、少なくとも１０：１または２０：１、あるいは１００：１または２００：１となる。ＵＳ−Ａ５９０６７４２の膜はまた、その隔壁において高度に非対称である。しかし大きな孔径と関連した、特徴的な非対称性は、膜の機械的特性に対して否定的な作用を及ぼし、特にこのような膜の圧縮性の低さにつながる。

ＵＳ−Ａ５８８６０５９は、精密濾過のためのポリエーテルスルホン膜に関するものであり、この膜は特徴的な非対称構造を有している。この膜は、その第一の側面に、比較的小さい細孔を有する表層を有しており、かつこの側面から出発して膜の隔壁全体にわたってもう一方の第二の膜側に向かって孔径が増大し、その際、第二の側面の孔は、第一の側面の表層中の孔よりも５０〜１００００倍大きい。このような構造を有する膜は一方では、最も小さい孔を有する層、つまり膜の表面に存在する分離層に関して、機械的損傷を受けやすい。他方でこのような膜は、特異的な非対称構造に基づいて、中庸な機械的安定性を有しているにすぎない。

ＷＯ０２／０７８５４は、白血球を除去するための主フィルターを有する血液回収システムを開示している。主フィルターは、ポリエーテルスルホンからなり、層状の構成と、第一の表層表面および第二の表層表面、ならびにセル状の孔を有する内部の孔構造とを有する膜から構成されており、その際、膜は同様に、隔壁上に特徴的な非対称の孔構造を有している。第一の表層表面に隣接している、内部の孔構造のセルは、第二の表層表面に隣接している、内部の孔構造のセルよりも小さく、その際、第一の表面中の孔の大部分は、約１２〜２８μｍの間の孔径を有している。

医療技術の分野における適用は、特に診断目的の装置に関するものでもあり、これらはたとえばＵＳ−Ａ５２４０８６２に記載されている。ＵＳ−Ａ５２４０８６２の装置は、血液を分離するためのシステムであり、ここでは１の非対称膜が、集合膜（Ｓａｍｍｅｌｍｅｍｂｒａｎ）と密接している。その適用においては、非対称膜の、孔径が大きな側に全血が施され、血液細胞は非対称膜の大きな孔に保持される。血漿は膜を通過し、集合膜に入る。集合膜は通常、分析用の検出システムを備えており、これにより血漿は、その中に含有されている特定の成分に関して検査を行うことができる。

医療技術におけるミクロ孔質膜の特殊な適用は、輸液の適用、つまり投与のためのフィルターに関するものである。ここでは開口気孔を有する膜フィルターが輸液の流路に組み込まれ、輸液、たとえば塩化ナトリウム、グルコース、および脂質の水溶液の流量が、静水圧の高さとは無関係に一定に維持され、場合によっては輸液中に含まれている粒子または不溶性の物質が保持される。このような膜フィルターは同時に、輸液から気泡を分離するという課題もしばしば有している。このようなフィルターはたとえばＥＰ０２５４１００Ｂ１に開示されている。

しかし輸液を投与する際にはむしろ、適用の終了時に液体カラムが輸液カニューレ中に残り、かつ新たな輸液ボトルを接続することができ、その際、カニューレの脱気が不要となることが望まれている。このことにより輸液カニューレおよび／または投与すべき輸液の脱気の問題は少なくとも低減することができた。従って輸液中に場合により存在する不純物に関する濾過特性とならんで、輸液カニューレの空運転を防止するフィルターエレメントに対する要求が存在する。このようなフィルターエレメントによって、水性の液体もしくは輸液の流路にフィルターエレメントを組み込む際に、構成された液体カラムの取り外しが回避され、かつ十分に高い液体カラムをたとえばこのようなフィルターエレメントの下側に配置されているキャピラリー中に形成することが可能になるため、十分な液体カラムが輸液チューブ中に残存する。同時にフィルターエレメントは、液体により貫流される際に低い液体抵抗を有しているべきである。フィルターエレメントは同時に、高い機械的安定性を有しているべきである。従って本発明の課題は、このような適用にとって適切なフィルターエレメントを提供することである。

前記課題は、芳香族スルホンポリマーの群からの、膜を形成する疎水性の第一ポリマーと、親水性の第二ポリマーとをベースとする平膜の形の親水性のマクロ孔質濾過膜であって、前記濾過膜は第一の表面と第二の表面とを有しており、かつこれらの表面の間に広がる支持層を有し、前記支持層は、三次元のスポンジ状網目構造を有しており、
前記支持層は、前記濾過膜の第一の表面に向かい合う側に、第一の被覆層を有しており、かつ前記濾過膜の第二の表面に向かい合う側に、第二の被覆層を有しており、これらの被覆層は支持層と一体となって形成されており、
前記第一の表面および第二の表面はほぼ楕円形または円形の空隙を有しており、これらの空隙は第一の被覆層もしくは第二の被覆層に侵入して支持層とつながっており、その際、第一の表面中の空隙の平均直径と、第二の表面中の空隙の平均直径との差は２倍より小さく、
前記支持層の三次元網目構造は、太い分岐と、連続孔を有する孔系とから構成されており、かつ前記分岐の主要な割合は、その最も細い箇所で少なくとも０．５μｍの直径を有しており、
前記支持層中の孔は、前記表面中の空隙よりも大きく、かつ
前記濾過膜は、３０〜２００μｍの範囲の厚さを有している、親水性のマクロ孔質濾過膜により解決される。

本発明による膜は、膜を構成するポリマーに基づいて、つまりその構造が、芳香族スルホンポリマーの群からのポリマーと、親水性の第二のポリマーとから構成されていることによって、親水性の特性を有しており、水性の液体によって自発的に濡れることができる、つまり膜表面上に落ちた水滴はただちに膜によって吸収される。従ってこの膜は、たとえば水性の液体を濾過する際の使用のために好適である。

本発明による膜は、芳香族スルホンポリマーの群からの疎水性の第一のポリマーをベースとしており、かつさらに親水性の第二のポリマーを含有している。芳香族スルホンポリマーとして本発明の範囲では、たとえばポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリアリールエーテルスルホンまたはこれらのポリマーのコポリマーまたは変異体、またはこれらのポリマー相互の混合物が考えられる。有利な１実施態様では、疎水性の第一のポリマーは、以下に記載の式（Ｉ）および（ＩＩ）により表される繰り返し分子単位を有するポリスルホンまたはポリエーテルスルホンである。特に有利であるのは、疎水性の第一のポリマーとして、式（ＩＩ）により記載されるポリエーテルスルホンを使用する。というのも、これはたとえばポリスルホンよりも低い疎水性を有しているからである。

親水性の第二のポリマーとして有利には疎水性の第一のポリマーと良好な相容性を有しており、かつそれ自体が親水性である繰り返しポリマー単位を備えた長鎖のポリマーを使用する。１００００ダルトンよりも大きな平均分子量Ｍ_wを有する親水性ポリマーが有利である。親水性の第二のポリマーとして使用されるポリマーは同時に、本発明による膜を製造するための方法において、均質な紡糸液の粘度を高めるという課題を有している、つまり増粘剤として機能し、このため、これらのポリマーはむしろ増粘剤と呼ばれている。その他に、これらのポリマーは、膜構造を形成する際に、気孔形成剤または核生成剤としても作用する。有利には親水性の第二のポリマーは、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリグリコールモノエステル、ポリソルビテート、たとえばポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート、ポリアクリレート、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸またはこれらのポリマーの変異体もしくはコポリマーである。特に有利には、親水性の第二のポリマーは、ポリビニルピロリドンである。もう１つの有利な実施態様では、異なった親水性ポリマーの混合物、および特に異なった分子量を有する親水性ポリマーの混合物、たとえばその分子量が５倍またはそれ以上異なるポリマーの混合物を使用することも可能である。有利には本発明による膜中の親水性の第二のポリマーの濃度は、膜の質量に対して０．５〜７質量％である。これらのポリマーは場合により膜中でさらに化学的または物理的に変性されていてもよい。従ってポリビニルピロリドンを後から、たとえば高エネルギー放射線による照射によって架橋させ、かつこれにより水不溶性にすることができる。

膜の表面特性を変性するためには、膜の安定性、色、吸着能または吸収能に影響を与える添加剤を添加することができる。膜の電荷を調整する、たとえば膜にアニオン性もしくはカチオン性の特性を付与する添加剤も可能である。有利には膜は更に、親水性の第二のポリマーとは異なり、かつ特に有利には親水性に変性された芳香族スルホンポリマーである、親水性の第三のポリマーを含有していてもよい。このようなポリマーの存在により、特に膜の透過性ならびにその吸着特性に有利な影響を与えることができ、かつ膜は恒久的な親水性を有することができ、これは特に、膜が何回も蒸気により滅菌することができ、かつたとえば３０回の滅菌サイクルの後に、その親水性の特性をほぼ維持することができることに示される。特に有利な実施態様では、親水性に変性された芳香族スルホンポリマーは、膜中に、膜の質量に対して１〜５０質量％の濃度で存在しており、その際、ポリマーの合計は１００質量％である。これに加えて、本発明により有利な膜を製造する方法において、ポリマー成分は更に、親水性の第二のポリマーとは異なり、かつ親水性に変性された芳香族スルホンポリマーである親水性の第三のポリマーを含んでいる。

親水性に変性された芳香族スルホンポリマーは、親水性の官能基がスルホンポリマーに共有結合しているものであってもよい。しかしまた、親水性のセグメントを有するスルホンポリマーをベースとするコポリマー、たとえばスルホンポリマーと、親水性のポリマー、たとえばポリビニルピロリドンまたはポリエチレングリコールとからなるコポリマーであってもよい。相容性の理由から、親水性に変性された芳香族スルホンポリマーが、疎水性の第一の芳香族スルホンポリマーをベースとしている、つまり膜構造が、疎水性の第一の芳香族スルホンポリマーと、これらのポリマーの親水性の変異体とからなる混合物を含んでいる場合には特に有利である。親水性に変性された芳香族のスルホンポリマーが、スルホン化されたスルホンポリマーである場合に極めて良好な結果が達成され、この場合、このようなスルホン化されたスルホンポリマーは有利には、３〜１０％の範囲のスルホン化度を有している。ポリエーテルスルホンとスルホン化されたポリエーテルスルホンとの組み合わせを含む膜は、水および蛋白質に対して特に高い透過性を有しており、ならびにたとえば蛋白質等を吸着する傾向が低く、従って汚れはわずかである。

本発明による膜の支持層は、三次元の網目構造を有しており、これは太い分岐と、比較的大きな孔の、貫通する孔系とから構成されており、かつ三次元の珊瑚の構造に類似しているが、しかしこの膜は、フィンガー細孔とも呼ばれる洞窟のような形の構造は有していない。その際、分岐の主要な割合、および有利には少なくとも７０％は、その最も細い箇所で、少なくとも０．５μｍ、および少なくとも２μｍの範囲の直径を有している。これらの分岐を走査型電子顕微鏡で詳細に検査すると、これらは、被覆層にも該当することではあるが、その外側に表層を有しており、かつその内部には多孔質の構造を有しており、その際、表層は被覆層においても支持構造の分岐においても、電子顕微鏡による調査では平滑であり、均質で、かつ均斉がとれており、かつ５００倍に拡大しても、たとえば稜線、クレーター等のような不均一性は認識されない。支持層のこのような構造に基づいて、膜は低い水圧抵抗性を有しており、というのも、支持構造は比較的大きな孔に基づいて膜の全厚さにおける支持層の割合が大きいにもかかわらず、水性媒体が膜を貫通する際の水圧抵抗にわずかに貢献するにすぎない。

有利な実施態様では、この関連で支持層は、膜の厚さの少なくとも１０分の一の直径を有する孔を有している。本発明による膜の厚さは、３０〜２００μｍの範囲であり、かつ有利には５０〜１５０μｍである。本発明による膜はこのような厚さにおいて、貫流抵抗の一般的なレベルは十分に低いレベルであり、かつ同時に膜の機械的安定性は、フィルターを製造するために膜を加工する際の取り扱いに関して十分な高さである。意外なことに、比較的高い膜厚を有する膜は、両方の膜表面における空隙の平均直径に関して、明らかな相違を有する膜の隔壁を介して特徴的な非対称構造を有しており、この相違は２倍以上であることが判明した。更に、膜の隔壁の厚さが高い場合には、膜の透過性が明らかに低下することも確認された。

膜の構造により、つまりその構造もしくはその形態により、ならびにその形状寸法により、本発明による膜に関して、貫流抵抗の低いレベルが、ひいては高い透過性が達成される。しかし高い透過性は、たとえば輸液を投与する際に、膜上での圧力が比較的低いため、十分に高い貫流速度を達成することができるために必要とされている。有利には本発明による膜は、水に対する透過性を特徴付ける膜間流量ＴＭＦ_H2Oが、７００〜４０００ｍｌ／（ｃｍ²・ｍｉｎ・ｂａｒ）の範囲であり、かつ特に有利には１５００〜４０００ｍｌ／（ｃｍ²・ｍｉｎ・ｂａｒ）の範囲である。

網目構造を形成し、かつその主要な割合が、最も細い箇所で少なくとも０．５μｍの範囲の直径を有する分岐は同時に、たとえば圧力負荷に対する、あるいはまた、引張負荷に対する膜の高い機械的安定性に寄与することが判明した。主要な割合とは、本発明の範囲では、ブリッジ（Ｓｔｅｇ）とも呼ぶことができる分岐の少なくとも５０％が、本発明による最小の直径を有していることであると理解される。有利には分岐の少なくとも７０％が、その最も細い箇所において少なくとも０．５μｍの直径を有する。この場合、判断のための基準として、膜の横断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により少なくとも１０００倍、有利には少なくとも１５００倍に拡大して撮影し、これに基づいて分岐を計測することができる。

本発明による膜にとって典型的な、網目構造を形成する比較的太い分岐を有する構造は、上記のとおり、膜の横断面を、走査型電子顕微鏡によって直接に撮影するか、または透過型電子顕微鏡によって撮影することによって確認することができ、このようにしてその他の膜の構造と比較することができる。太い分岐を有する膜は、たとえばＥＰ−Ａ０８８２４９４Ｂ１に記載されており、その際、ここに記載されている膜は、外側から内側にかけて次第に孔径が大きくなる非対称中空膜である。ＥＰ−Ａ−０２９７７４４もまた、三次元の網目構造を有し、その分岐が１μｍの範囲までの直径を有するミクロ孔質の構造を開示している。分岐の直径および長さは、走査型電子顕微鏡によって確認されるか、あるいは代替的に画像分析評価法によって確認される。更に、ＥＰ−Ａ０５４３３５５Ｂ１は、網目構造を有する膜を開示しており、この文献に開示されている膜は、比較的細い分岐またはフィブリルを有する網目構造であり、その直径は、０．１〜０．５μｍの範囲である。

有利な１実施態様では、本発明による膜は、少なくとも５００ｃＮ／ｍｍ²および特に有利には７００ｃＮ／ｍｍ²の、横断面に対する引張強さを有している。同様に、本発明による膜は、比較的粗い網目構造もしくは比較的太い分岐にもかかわらず脆くなく、比較的高い破断点伸びを有しており、この場合、分岐もしくは被覆層中の内部の孔構造もこの原因であると推測される。有利には膜が伸びる少なくとも一つの方向における破断点伸びは、少なくとも３０％であり、かつ特に有利には少なくとも４０％である。太い分岐を有する特別な三次元の網目構造による高い機械的安定性により膜の比較的高い気孔率が達成される。有利には気孔率は６５〜８５体積％の範囲である。

膜はその第一の表面および第二の表面にそれぞれ１の被覆層を有しており、この被覆層は、支持層と一体となって構成されている。本発明による膜の被覆層を介して膜は水性の液体による貫流の際に、圧力損失もしくは水圧による抵抗に影響を受ける。同時に、被覆層の形成により、および特に被覆層中に存在する空隙もしくは孔の大きさにより、流れた後に、つまり貫流が静止状態になった後に、フィルターを通過する液体が完全にフィルターを毛管中、本発明による膜によって形成されるフィルターエレメントの下方に存在する液体カラムの高さに影響を与えることができることが判明した。本発明による膜により輸液チューブ中で、膜要素の下方において、少なくとも１ｍの高さの水カラムを実現することができ、その際、空気が膜を通過することなく、従って膜の下方で液体カラムを取り外さなくてよいことが判明した。

第一もしくは第二の被覆層は有利には、約３〜約１０μｍの範囲の厚さを有する。約３μｍより小さい厚さを有する被覆層の場合には、被覆層の十分な安定性がもはや達成されず、かつ被覆層の一貫した形成はもはや保証されない。約１０μｍより厚さが厚いと、被覆層を貫流する際の圧力損失が大きくなりすぎ、膜の水圧による透過率が低くなりすぎる。被覆層の厚さはたとえば本発明による膜の断面のＳＥＭ撮影により測定することによって確認することができ、その際、ＳＥＭ撮影は２５０〜５００倍の倍率が適切である。

表面の孔もまた、膜が水性の液体によって濡れている時に、膜中で毛管力に影響を与えることが推測される。その際、本発明による膜の表面における空隙もしくは孔が同じ形で、平均するとほぼ楕円形もしくは円形の断面を有していることが有利であることが判明した。ほぼ円形の空隙もしくは孔とはこの場合、本発明による範囲では、互いに垂直に存在し、かつ空隙もしくは孔の中心点を通過する、空隙もしくは孔の最も大きな軸および最も小さな軸が２より大きくはない空隙であると理解される。同時に、空隙もしくは孔が本発明による膜の表面において、海島構造（ｉｓｌａｎｄ−ｓｅａ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有していること、つまり同じ形で、平均してほぼ楕円形もしくは円形の空隙が表面中で被覆層中に島を形成し、かつそれぞれの被覆層の材料によって取り囲まれていることが有利である。被覆層はそれぞれ空隙もしくは孔を取り囲むブリッジの形で連続する層を形成し、これらはそれぞれの表面において１つの平面に存在している。ほぼ楕円形もしくは円形の空隙を有する表面の直下で膜構造は、不規則に形成された孔系を有する三次元の網目構造に移行する。

このことにより本発明による膜は、その表面構造に関して、支持層の網目状の構造が少なくとも１の表面にまで達することにより表面自体が網目もしくはフィブリル状の表面構造を有する膜、たとえば特徴的な非対称膜の開口気孔側に関してＵＳ−Ａ６０５４８９９に記載されている膜、中空繊維膜の内側に関してＥＰ−Ａ３６１０８５に記載の膜、またはＥＰ−Ａ０５４３３５５に開示されている膜に関して示されている膜とは異なっている。

本発明による膜の適用に目を向けると、そして特に十分に高い膜の貫流速度を達成するためにも、有利な１実施態様では、第一の表面の多孔質の表面割合、つまり第一の表面における、第一の表面の全面積に対する空隙もしくは孔の面積割合は、少なくとも２０％、および特に有利には少なくとも３０％である。膜の十分な機械的安定性および膜の十分な毛管作用を達成するためには、第一の表面の多孔質の表面割合が、７０％よりも小さいことが有利であり、かつ６０％よりも小さいと特に有利である。第二の表面中の孔の割合は通常、第一の表面中の多孔質の表面割合よりも少なく、少なくとも約５％、有利には少なくとも１０％である。

すでに記載したように、この膜は第一の表面および第二の表面に、ほぼ楕円形または円形の空隙を有しており、これらの空隙は第一の被覆層もしくは第二の被覆層を貫通しており、かつ支持層と接続している。この場合、第一の表面中の空隙の平均直径と、第二の表面中の空隙の平均直径との差は２倍よりも小さい。同時に第一の表面中の空隙は、支持層の孔よりも小さいように見える。有利には第二の表面中の空隙の平均直径は、第一の表面の空隙の平均直径よりも０．５〜１．５倍大きい。第二の表面中の空隙の平均直径が２〜２０μｍの範囲であることが有利である。つまり、従来技術によるミクロ孔質の膜とは異なって、本発明による膜は、表面における孔径に関して実質的に対称的である。

支持層と一体となって形成された被覆層は、膜の第一の表面および第二の表面において、平均して支持層中の孔よりも小さい孔を有している。このため、被覆層は膜を液体が貫流する際の貫流抵抗に貢献している。従って、特定の分離課題に関して、つまり特定の大きさの成分を、液体から分離することに関して、膜の最も小さい孔（分離孔）は、被覆層中に、もしくは最も小さい孔を有する被覆層中にも存在している。膜の課題が濾過の範囲内にある適用に関しては、本発明による膜は、有利な１実施態様では、バブルポイント法（Ｂｌａｓｐｕｎｋｔｍｅｔｈｏｄｅ）により測定される、最大の分離孔ｄ_maxの直径が、２〜２０μｍの範囲であり、特に有利には５〜１０μｍの範囲である。

本発明による膜のもう１つの有利な実施態様では、支持層中の孔の直径は、第一の被覆層から出発して第二の被覆層の方向に向かって少なくとも支持層の厚さの５０％にわたって支持層の第一の範囲において実質的に一定している。つまり支持層の第一の範囲は孔構造に関して実質的に等方性の領域である。この場合、本発明の範囲では、実質的に等方性の領域とは、実質的に一定した孔径を有する膜の隔壁の領域であると理解され、その際、その判断は、走査型電子顕微鏡もしくは透過型電子顕微鏡の撮影に基づいて行う。等方性の領域は、膜の隔壁をとおって広がる、実質的に一定した平均直径を有するその範囲とみなすことができる。それぞれの膜において異なるように、本発明による膜も実際の孔径は若干異なっており、つまり孔径分布が目視により等方性に見える場合でも一定の孔径分布を有している。従って本発明には、孔径が最大で約１５〜２０％異なる、実質的に等方性の領域の実施態様も含まれている。

第二の被覆層に向かい合っている支持層の第二の領域において、１つの有利な実施態様では、孔の直径は一貫して、第一の領域よりも大きい。もう１つの有利な実施態様では、孔径は、第二の被覆層の方向で、支持層の第一の領域に続く第二の領域においてまず増大し、その最大値を通過し、かつ第二の被覆層の方向で、第二の被覆層に存在する孔径へと低減する。その際、同時に、すでに第二の被覆層の多孔質の面積割合から膜の全多孔度と比較して生じる様に、支持層および特に第二の被覆層中の構造における孔の割合は互いに異なっている。

本発明による膜は特に医療技術における適用にとって適切であり、たとえば輸液セット（Ｉｎｆｕｓｉｏｎｂｅｓｔｅｃｋ）の点滴チャンバーのフィルターエレメントとして、輸液の適用のため、つまり投与のために適切である。このような適用の場合、膜により輸液、たとえば塩化ナトリウム、グルコース、および脂質の水溶液の貫流量を、その際に生じる静水圧の高さとは無関係に一定に保つことができ、かつ同時に、適用の終了時には、液体カラムを輸液チューブ中に残すことができる。その際、本発明による膜を覆っている表層の被覆層および分岐は、その平滑で、均質な構造に基づいて、輸液の含有成分、たとえば脂質、アミノ酸、炭水化物、ラクテート等のわずかな吸着の方向で、肯定的に作用する。その際、本発明による膜は、フィルターエレメントとして、点滴チャンバーの出口の範囲において、点滴チャンバーと接続している、輸液セットの輸液チューブ中に存在している。

従って本発明は、点滴チャンバーおよび点滴チャンバーと接続している輸液チューブとを有する輸液の投与のための輸液セットにも関し、この場合、輸液チューブの点滴チャンバーの出口の範囲には、本発明による膜が組み込まれている。

本発明による膜は、非溶剤により誘導される相分離の方法によって製造することができる。本発明による膜を製造するためのこのような方法は、以下の工程を含むものである：
ａ．芳香族スルホンポリマーの群からの疎水性の第一のポリマーと、親水性の第二のポリマー、ならびに場合により親水性の第三のポリマーからなる均質なキャスティング溶液を溶剤系中で製造する工程、その際、キャスティング溶液は、溶液の質量に対して、疎水性の第一のポリマーを１０〜２５質量％、有利には１２〜１８質量％、溶液の質量に対して、親水性の第二のポリマーを２〜２０質量％、有利には５〜１８質量％、ならびに親水性の第三のポリマーが存在する場合にはこれを、キャスティング溶液の質量に対して、０．２〜２０質量％、有利には０．５〜１５質量％の範囲で含んでおり、溶剤系は、溶液の質量に対して、ポリマー成分のための溶剤５〜８０質量％、有利には１０〜６０質量％、溶液の質量に対して、ポリマー成分のための潜在的な溶剤０〜８０質量％、有利には５〜６０質量％、ならびに溶液の質量に対して、ポリマー成分に関する非溶剤０〜７０質量％、有利には０〜４０質量％からなっており、
ｂ．均質なキャスティング溶液を成形温度になるよう温度調整する工程、
ｃ．温度調整可能な担体上で均質なキャスティング溶液をキャスティングしてフィルムを形成する工程、
ｄ．担体上に存在するフィルムを調温調湿帯域に通過させる工程、
ｅ．担体上に存在するフィルムを凝固液に導入し、かつフィルムを凝固させて膜構造を形成する工程、
ｆ．凝固液中で、剥離装置を用いて膜構造を担体から剥離する工程、
ｇ．凝固媒体中で膜構造を安定化する工程、
ｈ．こうして得られた膜を抽出し、かつ引き続き膜を乾燥させる工程、
その際、キャスティング溶液は、該溶液中に含有されている成分の選択および濃度によって、４０℃の温度で、少なくとも８Ｐａｓの粘度を有するように調整すべきであり、かつ個々の方法条件は、請求項１において定義した特性を有する本発明による膜が得られるように調整すべきである。

芳香族スルホンポリマーの群からの疎水性の第一のポリマーとして、前記のポリマーを使用することができ、本発明による膜はこれらのポリマーをベースとする。同じことが、第二の親水性ポリマーならびに場合により使用される親水性の第三のポリマーにも該当する。キャスティング溶液を製造するために使用される溶剤系は、膜を形成するスルホンポリマーに合わせて調整する。有利には溶剤系は、極性の非プロトン性溶剤、たとえばジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、またはこれらの混合物、あるいはプロトン性の溶剤、たとえばε−カプロラクタムを使用する。さらに溶剤系は、潜在的な溶剤を８０質量％まで含有していてもよく、その際、潜在的な溶剤とは本発明の範囲では、スルホンポリマーをあまり溶解しないか、または高めた温度で初めて溶解するようなものであると理解される。溶剤としてε−カプロラクタムを有利に使用する場合には、たとえばγ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネート、またはポリアルキレングリコールを使用することができる。更に、溶剤系は、膜を形成するポリマーに対する非溶剤、たとえば水、グリセリン、１０００ダルトンより低い質量平均分子量を有する低分子ポリエチレングリコール、または低分子アルコール、たとえばエタノールもしくはイソプロパノールを含有していてもよい。

本発明による膜を製造するための方法を実施するためには、キャスティング溶液の粘度を８Ｐａｓよりも高い値に調整することが重要であり、かつ１０Ｐａｓを超える値に調整する場合に有利であり、その際、この粘度は６０℃で測定すべきものである。粘度の調整は特に、本発明による方法において使用される親水性の第二のポリマーの濃度によって行うことができ、その際、同時に親水性の第二のポリマーの種類および分子量もまた影響を及ぼす。その他においてはしかしまた、使用される溶剤系がキャスティング溶液の粘度に影響を及ぼすので、たとえば溶剤、潜在的な溶剤、および非溶剤の種類または割合が作用する。たとえば溶剤としてε−カプロラクタムを使用する場合、特に、潜在的な溶剤であるγ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネート、またはポリアルキレングリコールと組み合わせる場合に、必要とされる範囲の粘度を実現することができる。

キャスティング溶液の粘度は、製造すべき膜の厚さと一緒に、膜の構造、特に三次元的な網目構造および表面と表面中に存在する孔もしくは空隙と理解すべきである構造に対して決定的な影響を与えることが試験において確認された。キャスティング溶液の高い粘度は、本発明により要求される膜の厚さに関する範囲に関して、太い分岐と、実質的に対称的な構造とを隔壁の厚さにわたって有する三次元的な網目構造の形成にとって重要であることが判明しており、この場合、表面中の空隙の平均直径の差は２倍より小さく、かつ有利な場合には、孔の直径は、第一の被覆層から出発して、第二の被覆層の方向に向かって、支持層の厚さの少なくとも５０％にわたって、支持層の第一の領域において実質的に一定している。

８Ｐａｓよりも低い粘度を有する溶液からなり、かつ比較的高い膜厚を有する膜は、膜の隔壁にわたって特徴的な非対称構造を有しており、これは両方の膜の表面における空隙の平均直径に関して、２倍以上の差がある。

キャスティング溶液は、公知の方法、たとえば慣用の成形工具、たとえば幅広ノズル、キャスティング容器、またはドクターナイフでキャスティングし、フィルムを形成することができる。遅くとも成形工具中ではキャスティング溶液は、成形温度に調整されている。本発明による膜を製造するためには、成形工具に供給されるキャスティング溶液の温度が、実質的に成形工具の温度と一致しており、約２０℃、有利には１５℃以上の温度の開きがないことが有利であることが判明している。この場合、成形工具が少なくとも５０℃の温度を有していることが有利であることが判明した。

キャスティング溶液のキャスティングは、温度調整可能な担体上に行うことができ、その際、ここでもまた、慣用の担体を使用することができ、ここから凝固した膜をその後、剥離することができる。たとえばコート紙または金属バンドを使用することができる。有利には、温度調節可能な担体は、温度調節可能な加熱ローラ、つまりキャスティング用ローラであり、その上にフィルムが流延される。温度調節可能な担体の温度は、有利にはキャスティング溶液の成形温度からの逸脱が、最大で約±２０％であるような値に調整される。これは、一方ではキャスティング溶液の粘度を必要とされる範囲に維持するために、および他方では、得られる膜の十分な開口気孔を保証するために有利である。

ほぼ対称的な構造を生じるためにはさらに、定義された温度および定義された相対空気湿度が調整された調温調湿帯域を、担体上に存在するフィルムが通過することが必要である。有利には調温調湿帯域中の温度は、４０〜６０℃の範囲であり、および特に有利には４５〜５５℃の範囲である。相対空気湿度は、有利には４０〜７５％の範囲に調整される。調温調湿帯域中でのフィルムの滞留時間および調温調湿帯域中でのキャスティングされたフィルム上の空気の通過速度は、非溶剤として作用する空気湿分の吸収による前凝固が、キャスティング溶液の、温度調整されている担体とは反対側において、つまり空気側において誘導されるように見積もる。空気側は後に本発明による濾過膜の第二の表面となる。有利には調温調湿帯域中でのフィルムの滞留時間は、１０秒を越え、かつ特に有利には１５秒を越える。

調温調湿帯域を通過した後に、担体上に存在するフィルムは凝固液に案内され、凝固が開始されて膜構造が形成される。この場合、本発明による膜構造を達成するために、凝固液を、温度調整可能な担体の温度よりも０〜６０℃低い温度に温度調整すべきである。高い膜間流量を有する本発明による膜を製造するためには、有利には温度調節可能な担体の温度よりも２０〜６０℃低い温度に温度調整されており、かつ特に有利には温度調節可能な担体の温度よりも３５〜６０℃低い温度に温度調整される。本発明による方法の１つの有利な実施態様では、凝固液は水もしくは水浴である。有利には凝固液中でのフィルムの滞留時間は、調温調湿帯域においてと同じオーダーであり、従って１０秒以上、特に有利には１５秒以上である。

凝固液中で、フィルムはまず、十分な安定性を有し、かつ担体、つまり有利にはキャスティング用ローラから剥離することができる膜構造になるまで沈殿される。剥離装置に引き続き、その後の凝固浴中で凝固は完結し、かつ膜が安定化する。この凝固浴は、第一の、前記の凝固浴に対して高い温度を有していてもよい。温度は浴から浴へと段階的に高めてもよい。その際、凝固浴中では同時に、溶剤系の抽出が行われ、かつ通常は、膜構造から親水性の第二のポリマーの一部が抽出されるので、凝固浴は同時に洗浄浴または抽出浴としても機能する。これらの凝固浴もしくは洗浄浴中の凝固媒体もしくは洗浄媒体として、有利には水が使用される。

抽出の後に、得られた膜をたとえばローラー乾燥機により乾燥させ、かつ乾燥した膜を同様に、特定の膜特性、たとえば表面多孔度および分離特性を規定どおりに調整するために、わずかに延伸することが有利である。

本発明を以下では、以下の実施例および図面に基づいて詳細に説明するが、その際、発明の範囲は、これらの実施例によって限定されるものではない。

例１による膜の横断面を２５０倍に拡大して走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影したものを示す。 例１による膜の横断面の一部を２０００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティング用ローラに向かい合っていた膜側（ローラ側）の領域である。 例１による膜の表面を１００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティング用ローラに向かい合っていた側（ローラ側）である。 例１による膜の表面を１００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティング用ローラとは反対の側（空気側）である。 例１による膜の表面を５００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティング用ローラに向かい合っていた側（ローラ側）である。 例１による膜の表面を５００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティング用ローラとは反対の側（空気側）である。 例１による膜の全横断面を約１６００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。 例２による膜の横断面を２５０倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。 例２による膜の横断面を膜側の領域で５００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。 例２による膜の表面を１００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティングローラに向かい合っていた側（ローラ側）である。 例２による膜の表面を１００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティングローラとは反対の側（空気側）である。 例２による膜の全横断面を約１６００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。 例３による膜の横断面を２５０倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。 例３による膜の横断面を５００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。これは膜側の領域である。 例３による膜の表面を１００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティングローラに向かい合っていた側（ローラ側）である。 例３による膜の表面を１００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティングローラとは反対の側（空気側）である。 比較例１による膜の横断面のＳＥＭ撮影を示す。 比較例１による膜の表面のＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティングローラに向かい合っていた側（ローラ側）である。 比較例１による膜の表面のＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティングローラとは反対の側（空気側）である。 比較例２による膜の横断面のＳＥＭ撮影を示す。 比較例２による膜の表面のＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティングローラに向かい合っていた側（ローラ側）である。 比較例２による膜の表面のＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティングローラとは反対の側（空気側）である。 比較例３ｂによる膜の横断面を１００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。 比較例３ｂによる膜の横断面を２５０倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。 比較例３ｂによる膜の表面を５００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティングローラに向かい合っていた側（ローラ側）である。 比較例３ｂによる膜の表面を５００倍に拡大したＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティングローラとは反対の側（空気側）である。 比較例４による膜の横断面のＳＥＭ撮影を示す。 比較例４による膜の表面のＳＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティングローラに向かい合っていた側（ローラ側）である。 比較例４による膜の表面のＥＭ撮影を示す。これは、製造の際にキャスティングローラとは反対の側（空気側）である。 比較例６による膜の横断面のＳＥＭ撮影を示す。

膜を特徴付けるために、以下の方法を適用する：
キャスティング溶液の粘度の測定：
キャスティング溶液の粘度は、温度６０℃で、回転式レオメーター（ＲｈｅｏＳｔｒｅｓｓ １、Ｈａａｋｅ社製）により、円筒形の測定装置Ｚ２０ ＤＩＮを使用して測定する。測定は剪断速度１０ｓ^-1で行う。

気孔率の測定：
試験すべき膜の約１５ｃｍ²の試験体を４つ秤量し、約５０ｍｌの水の中に１６時間にわたって貯蔵する。引き続き、該試験体を水から取り出し、過剰の水をペーパータオルで除去する。このように処理した試験体を、湿潤質量の測定のために使用し、その後、５０℃で１６時間にわたって乾燥させる。冷却後に、乾燥させた試験体の質量（乾燥質量）を測定する。

気孔率は、試験体の乾燥質量の平均値に対する吸水率の平均値（湿潤質量マイナス乾燥質量）から、水および膜構造を形成するポリマー（疎水性の第一のポリマー）に関する密度を使用して確認する。

膜間流量（水の透過性）の測定：
試験すべき膜から、円形の膜試験体を打ち抜き、かつ周囲を液密にして、１７．３５ｃｍ²の自由な測定面積が得られるよう、適切な試験体ホルダーに張設する。試験体ホルダーは、水が圧力によって貫流することができるケーシング中に存在している。張設された膜試験体は、次いでより小さい孔を有する膜の表面が存在する側から２５℃に温度調整し、完全脱塩水を、定義された圧力下に０．１〜０．２バールで貫流させる。６０秒の測定時間の間に、膜試験体を通って流れた水の体積を重力分析および体積分析により測定する。膜間流量ＴＭＦは、式（ＩＩＩ）

によって確認される。ここで、
Ｖ_wは、測定時間の間に、膜試験体を通過して流れた水の体積（ｍｌ）を表し、
Δｔは、測定時間（分）を表し、
Ａ_Mは、膜試験体の、貫流される面積（１７．３５ｃｍ²）を表し、
Δ_pは、測定の間に調整される圧力（ｂａｒ）を表す。

最大分離孔の測定：
最大の分離孔の直径は、バブルポイント法（ＡＳＴＭ Ｎｏ．１２８−６１およびＦ３１６−８６）により決定するが、このためにたとえばＤＥ−Ａ３６１７７２４に記載の方法が適切である。この場合、ｄ_MAXは、バブルポイントに属する気体空間圧力Ｐ_Bにより、
ｄ_MAX＝σ_B／Ｐ_B
の関係により生じる。

この場合、σ_Bは、主として測定の際に使用される湿潤液体に依存する定数である。水に関しては、σ_Bは２５℃で２．０７μｍ・ｂａｒである。

破壊力もしくは破壊強度の測定：
膜の破壊力の測定は、Ｚｗｉｃｋ社（Ｕｌｍ在）の慣用のユニバーサル試験装置を用いて行う。このために、試験すべき平膜から、試験体を切り出し、その端部を製造方向に、ならびに製造方向に対してはすに配向する。試験体は、幅１５ｍｍを有しており、２５ｃｍの自由な長さが生じるように試験装置に張設する。

膜に保持される液体カラムの試験：
試験すべき平膜から、約１．８ｃｍの直径を有する試験体を打ち抜く。この試験体を、その外側の周囲において、中心に１．２ｃｍの直径（１．１３ｃｍ²の測定面積）を有する自由な面が生じるように、試験体ホルダーに液密に埋め込む。試験体ホルダーは、その上端で入口支持部と、その下端で出口支持部とを備えている。出口支持部によりフレキシブルなチューブの状態は、３ｍｍの内径および約１．７５ｍの長さと結びついている。チューブの下端は、膜試験体の下１ｍの高さに位置決めされ、かつ受け器中に開放接続している。入口支持部は、容量約１ｌの水容器と接続されている。

膜試験体は、一定の速度で、試験体の長さ方向において、もしくは横方向において破壊されるまで延伸した。このために必要とされた力を長さの変化に依存して測定し、かつ力−伸び率グラフに記録した。測定は、５つの膜試験体を用いて張設長さ１００ｍｍおよび引張速度５００ｍｍ／分で行う。張設重さは２．５ｃＮである。破壊に必要とされる力ＢＫを、平均値としてｃＮで、およびその際に達成される破断点伸びを出発長さの％で記載する。

膜試験体の破壊強さσ_B（ｃＮ／ｍｍ²）は、膜の隔壁の横断面Ａ_Qに対する破壊力ＢＫの標準化により得られ、これは試験体の幅および膜の厚さから生じるものである。

ロールクランプ（Ｒｏｌｌｅｎｋｌｅｍｍｅ）を用いてフレキシブルなチューブをまず挟み、試験体ホルダー上の水容器を水で満たす。試験の開始時に、ロールクランプを開き、水を膜試験体ならびにチューブに流し始める。装入した水の全量を貫流させた後に、チューブ中、膜の下側において、高さ１ｍの水カラムが膜試験体によって保持されているか否かを試験する。

例１：
加熱可能な容器中に、溶剤系として、γ−ブチロラクトン３３ｋｇ、ε−カプロラクタム３３ｋｇ、グリセリン４．２ｋｇ、および水０．８ｋｇを装入し、かつ混合して均質な溶液を形成する。この溶剤系中に、撹拌下でまず、５％のスルホン化度を有するスルホン化ポリエーテルスルホン（ＳＰＥＳ）１．３ｋｇを１時間以内に溶解し、かつ引き続きポリエーテルスルホン（ＰＥＳ、Ｕｌｔｒａｓｏｎ Ｅ６０２０タイプ、ＢＡＳＦ社製）１５．２２ｋｇを撹拌下に分散させ、かつ４時間で溶解させた。その後、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ、Ｋ３０タイプ、ＩＳＰ社製）１２．５０ｋｇを微分散させながら攪拌導入し、かつ均質化した。真空を適用し、かつ窒素を用いて酸素を容器から十分に除去した。その後、容器を８０℃に加熱し、強力な撹拌下に３６時間で均質なキャスティング溶液を製造した。その後、キャスティング溶液を７０℃に冷却し、かつ真空を用いて脱気した。得られた溶液は、４０℃で１１．６Ｐａｓの粘度を有していた。

完成したキャスティング溶液を、８０℃に温度調整したキャスティング容器を用いて６５℃に温度調整した金属製キャスティング用ローラ上で、厚さ約１３０μｍのフィルムへと流延した。キャスティング用ローラ上に存在するフィルムを、調温調湿帯域に通過させ、約２６秒の間、５０℃および６３％の相対空気湿度（露点４０℃）にさらし、次いで６５℃に温度調整した水を有する凝固浴に導入した。膜構造を形成するための２６秒間の滞留時間の後に、フィルムを剥離ロールによりキャスティング用ロールから剥離した。その後の洗浄浴中で、膜を段階的に９０℃まで昇温する温度で水中で固定し、かつ溶剤をＰＶＰの大部分と一緒に抽出した。膜の乾燥は、ローラー乾燥機を用いて行った。

こうして製造された膜は、恒久的に親水性であり、かつ自発的に水により濡れることができ、かつ約９５μｍの厚さを有し、ならびにバブルポイント法により測定して最大で６．９μｍの分離孔を有していた。この膜は、膜間流量約１３２０ｍｌ／（ｃｍ²・分・ｂａｒ）ならびに約８１体積％の多孔度を有していた。膜に関して長さ方向（製造方向）で７７０ｃＮ／ｍｍ²、および横方向で７６０ｃＮ／ｍｍ²の破壊強さが測定された。平均破断点伸びは、長さ方向で２８％および横方向で４７％であった。試験において膜は問題なく、少なくとも１メートルの水カラムを保持した。

図１は、例１の膜の横断面を示しており、この場合、膜の表面において、ローラ側（図１の右側に示されているＳＥＭ撮影）も、空気側（図１の左側に示されているＳＥＭ撮影）も、孔を有する被覆層が認識できる。被覆層の間には、孔の大きい支持層が伸びており、その際、ローラ側に配置されている被覆層は、支持層の、孔径が実質的に一定しており、ローラ側から出発して、支持層の約７０％にわたって伸びている第一の領域に続いている。支持層の、空気側に配置された被覆層に伸びている第二の領域では、孔構造は、支持層の第一の領域におけるよりも孔が大きい。

図２は、膜を製造する際にキャスティング用ローラとは反対を向いていた膜側（空気側）の範囲において膜の横断面の一部を２０００倍に拡大したものを示しており、これによれば、膜構造は、被覆層も支持構造の分岐も外側に表層および内側に多孔質の構造を有しており、その際、表層は、被覆層も支持構造中の分岐も、走査型電子顕微鏡による調査では、平滑で、均質かつ均斉が取れているように見えることが認識できる。このことは、図５および図６において、ローラ側および空気側の膜表面を５００倍に拡大した断片から明らかである。

例１の膜は、その厚さにわたって、図７のＳＥＭ撮影において示されているような構造を有していた。ここで示されている約１６００倍の拡大では、構造を構成している分岐の主要な大部分は、そのそれぞれ最も細い箇所で、０．５μｍ以上の直径を有していることが明らかに認識できる。図３〜６からも明らかなように、例１の膜の表面中の空隙もしくは孔は、海島構造（ｉｓｌａｎｄ−ｓｅａ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有しており、この場合、平均してほぼ楕円形または円形の空隙が、被覆層によって取り囲まれており、つまり被覆層はそれぞれ連続的な相を、空隙もしくは孔を取り囲んでいるブリッジの形で形成しており、これらが空隙を取り囲んでいる。

例２：
例１と同様に実施したが、ただしその際、沈殿浴の温度は、２０℃に調整した。

膜は約１００μｍの厚さを有しており、かつ同様に恒久的に親水性であり、かつ自発的に水に濡れることができた。この膜はバブルポイント法により測定される最大の分離孔８．３μｍを有しており、かつ約２０８０ｍｌ／（ｃｍ²・分・ｂａｒ）の膜間流量ならびに約８３体積％の多孔度を有していた。膜は、長さ方向（製造方向）において、７４０ｃＮ／ｍｍ²および横方向において７３０ｃＮ／ｍｍ²の破壊強さを有していた。平均破断点伸びは、長さ方向で２５％および横方向で４３％であった。フィルムをキャスティングする際にキャスティング用ローラ側に向いていた（ローラ側）表面中の孔の平均直径は、１０．５μｍであり、フィルムのキャスティングの際にまず空気側を向いていた（空気側）表面の孔の平均直径は、８．２μｍであった。画像分析測定法により測定された、ローラ側の表面中の孔の割合は３６．２％であり、空気側では６．８％であった。試験において膜は問題なく少なくとも１メートルの水カラムを保持した。

この膜構造は、例１の膜のものに似ていた。図８および９は例２の膜の横断面を２５０倍もしくは５００倍に拡大して示しているが、これらの図から、被覆層は、膜の両方の表面において認識可能である。これらの間に存在する支持層は、ローラ側（図８もしくは９に示されているＳＥＭ撮影の右側）から出発して、実質的に等方性の孔構造を有する領域を有しており、これは支持層の約７０％にわたって延びている。支持層の第一の領域において膜の空気側の方向に延びている第二の範囲では、孔構造は、第一の領域におけるよりも孔が大きい。

図８および９により、被覆層および分岐は、これらの内側において多孔質の構造を有しており、その外側においては、平滑で均斉のとれた表層を有していることが明らかに認識可能である。図１０および１１は、例２の膜の表面の走査型電子顕微鏡による撮影を示している（図１０：ローラ側、図１１：空気側）。これらの表面もまた、明らかに海島構造を有しており、その際、表面中のほぼ楕円形または円形の空隙が、被覆層によって取り囲まれている。図１２は、約１６００倍に拡大した例２の膜の横断面のＳＥＭ撮影を示している。ほぼ全ての分岐もしくはブリッジが、これらの最も細い箇所において、少なくとも０．５μｍの直径を有していることが明らかに認識可能である。

例３：
例１からのキャスティング溶液を使用した。キャスティング溶液は、６７℃に温度調整したキャスティング容器を用いて、６６℃に温度調整した金属製のキャスティング用ローラ上で厚さ約１４０μｍを有するフィルムへと流延された。キャスティング用ローラ上に存在するフィルムを調温調湿帯域に案内し、かつ１６秒間、５９℃および７２℃の相対湿度（露点約４５℃）の環境にさらし、次いで２０℃に温度調整した水を有する凝固浴に導入した。１６秒の滞留時間の後で、膜構造を形成するために、フィルムを剥離ロールによりキャスティング用ロールから剥離した。その後の洗浄浴中で、膜を段階的に９０℃に昇温する温度で水中において固定し、かつ溶剤をＰＶＰの大部分と一緒に抽出した。膜の乾燥は、ローラ乾燥機を用いて行った。

こうして製造した膜は恒久的に親水性であり、かつ自発的に水によって濡れることができ、かつ約１１０μｍの厚さならびにバブルポイント法により測定した最大の分離孔９．０μｍを有していた。この膜は、膜間流量約２０００ｍｌ／（ｃｍ²・分・ｂａｒ）を有しており、かつ約８１体積％の多孔度を有していた。膜に関して破壊強さは長さ方向（製造方向）において７２０ｃＮ／ｍｍ²および横方向において７００ｃＮ／ｍｍ²が測定された。平均破断点伸びは、長さ方向で２９％であり、かつ横方向で４４％であった。試験において膜は問題なく少なくとも１メートルの水カラムを保持した。

その構造に関して、つまり構造を構成している分岐に関して、例３の膜は、例１の膜もしくは例２の膜に似ていた。この膜は断面において、ＳＥＭ撮影から認識可能な被覆層を両方の表面に有していた。これらの間に存在する支持層は図１３および図１４によれば、第一の、ローラ側（図１３もしくは１４に示されたＳＥＭ撮影の右側）から出発する、実質的に等方性の孔構造を有する範囲を有しており、これは支持層の約６０％にわたって延びていた。支持層のこの第一の領域において膜の空気側の方向に延びている第二の領域では、孔構造は、第一の等方性の領域におけるよりも孔が大きい。図１５および１６は、例３の膜の表面の走査型電子顕微鏡撮影を示している（図１５：ローラ側、図１６：空気側）。これらの表面もまた、明らかに海島構造を有しており、表面中のほぼ楕円形または円形の空隙が被覆層によって取り囲まれている。

比較例１：
例１に記載のとおりに行った。例１とは異なり、キャスティング用ローラ温度は６０℃であり、かつ沈殿浴温度は５５℃であった。更に、調温調湿帯域の温度は、３６．５℃であり、かつ相対空気湿度は約９５％（露点約３３℃）であった。さらに方法は、調温調湿帯域および沈殿浴がそれぞれ約１８．５秒の滞留時間となるように実施した。

こうして製造された、約９５μｍの厚さの膜は、比較的微細孔状の、微細な分岐を有するスポンジ状孔構造を有していた。バブルポイント法により測定される最大分離孔は２．４μｍであった。膜は、約４７４ｍｌ／（ｃｍ²・分・ｂａｒ）の膜間流量を有しており、ひいては膜間流量は小さすぎるものであった。

図１７に記載の断面において、比較例１の膜は、その隔壁厚さにわたって非対称な構造を示している。隔壁内部、隔壁中心近くには、最小の孔径を有する領域が存在する。この最小の孔径を有する領域から出発して、孔の大きさは両方の表面に向かって増大する、つまり最小の孔径を有する領域の両側には非対称の領域が存在する。図１８および１９は、比較例１の膜の表面を示している（図１８：ローラ側、図１９：空気側）。

比較例２：
例１においてと同様に実施した。例１とは異なり、キャスティング用ローラおよび沈殿浴の温度は２７℃であった。更に、調温調湿帯域中の温度は４０℃であり、かつ相対空気湿度は約７８％であった（露点約３５℃）。更に方法は、調温調湿帯域および沈殿浴中でそれぞれ約１２．５秒の滞留時間が生じるように実施した。

こうして製造した膜は同様に微細孔状のスポンジ状孔構造を有していた。バブルポイント法により測定される最大の分離孔は、約０．５μｍであった。膜はわずか約３０ｍｌ／（ｃｍ²・分・ｂａｒ）の膜間流量を有しているのみであり、これはしたがって明らかに少なすぎた。

図２０中に示されている比較例１の膜の横断面は、隔壁の厚さにわたって隔壁内部のほぼ隔壁中心に存在する、最小の孔径の範囲を有する非対称の孔構造を示していた。最小の孔構造を有するこの領域から出発して、孔の大きさは、両方の表面に向かって増大し、つまり最小の孔径を有する領域の両方の側に対して非対称の範囲が存在している。図２１および２２は、走査型電子顕微鏡による比較例２の膜の表面の撮影を示している（図２１：ローラ側、図２２：空気側）。

比較例３ａおよび３ｂ：
例１と同様に実施した。例１とは異なり、キャスティング用ローラの温度および沈殿浴の温度は、７９℃もしくは７５℃であった。調温調湿帯域中の温度は５０℃に、かつ相対空気湿度は約７５％（露点約４２℃）に調整した。さらに、方法は、調温調湿帯域および沈殿浴がそれぞれ約２６秒の滞留時間となるように実施した。さらに例１とは異なり、キャスティング用ローラ上で、厚さ約３７０μｍ（比較例３ａ）もしくは約４２０（比較例３ｂ）を有するフィルムを流延し、ここから厚さ３００μｍもしくは３５０μｍを有する膜が得られた。

比較例３ａおよび３ｂの膜の特性は、以下の第１表に記載されている。

図２３および２４に記載されている比較例３ｂの膜の断面は、その隔壁厚さにわたって、隔壁側で（図２３および図２４に示したＳＥＭ撮影の右側）まず微細孔構造を有し、これが隔壁内側に向かって極めて開口気孔状の構造へと移行していく、明らかに非対称の孔構造を示している。空気側に向かって（図２３および図２４に示したＳＥＭ撮影の左側）、この構造は隔壁厚さの約２５％にわたって延びている微細孔状の範囲へと移行する。図２５および２６は、比較例３ｂの膜の表面の走査型電子顕微鏡撮影を示している（図２５：ローラ側、図２６：空気側）。ローラ側では、比較例３ｂの膜は部分的に、不規則に形成された孔の間の、主として薄く、フィブリル状の境界を有する、網目状の、およびフィブリル状の構造を示している。

比較例４：
例１に記載の方法により、それぞれ全溶液の質量に対して、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ、Ｕｌｔｒａｓｏｎ Ｅ６０２０タイプ、ＢＡＳＦ社）１３．９５質量％、５％のスルホン化度を有するスルホン化ポリエーテルスルホン（ＳＰＥＳ）１．０４質量％、およびポリビニルピロリドン（ＰＶＰ、Ｋ３０タイプ、ＩＳＰ社）１１．２５質量％からなる均質な溶液を、γ−ブチロラクトン４１．４８質量％、ε−カプロラクトン１３．８３質量％およびポリエチレングリコールＰＥＧ２００ １８．４５質量％を含有する溶剤系中で製造した。完成した溶液は、４０℃の測定温度で３．７Ｐａｓの粘度を有していた。

完成した溶液を４５℃に温度調整したキャスティング容器により７５℃に温度調整した金属製のキャスティング用ローラ上でフィルムへと流延した。キャスティング用ローラ上に存在するフィルムを調温調湿帯域に案内し、かつ２６秒の間、５０℃および７４％の相対空気湿度（露点約４７℃）の環境にさらし、次いで６９．５℃に温度調整した水に導入した。膜構造を形成するための２６秒の滞留時間の後で、剥離ロールによりフィルムをキャスティング用ローラから剥離した。その後の洗浄浴において、膜を水中で固定し、かつ溶剤をＰＶＰの大部分と一緒に抽出した。膜の乾燥は、ローラー乾燥機により行った。

厚さ約２８０μｍの膜が製造された。膜はバブルポイント法により測定される最大の分離孔３．９μｍおよび膜間流量約１２５０ｍｌ／（ｃｍ²・分・ｂａｒ）を有していた。

図２７〜２９に記載の膜の隔壁横断面および表面のＳＥＭ撮影が示しているように、この比較例４の膜は、全膜隔壁にわたって延びている特徴的な非対称構造を有しており、その際、膜の表面中の孔の直径の差は、平均して２倍以上である。

比較例５：
比較例４に記載のとおりに行った。比較例４とは異なり、８５℃に温度調整したキャスティング用ローラ上にフィルムを流延し、調温調湿帯域を通過した後で、７３℃に温度調整した水を含む凝固浴に導入し、膜構造を形成した。

厚さ約３４０μｍを有する膜が製造された。膜は最大の分離孔２．５μｍおよび約６３０ｍｌ／（ｃｍ²・分・ｂａｒ）を有していた。比較例５の膜の構造は、比較例４の膜の構造に似ていた。

比較例６：
例１に記載のとおりに実施し、それぞれ全溶液の質量に対して、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ、Ｕｌｔｒａｓｏｎ Ｅ６０２０タイプ、ＢＡＳＦ社）１３．８４質量％、５％のスルホン化度を有するスルホン化ポリエーテルスルホン（ＳＰＥＳ）１．０４質量％、およびポリビニルピロリドン（ＰＶＰ、Ｋ３０タイプ、ＩＳＰ社）１１．１６質量％からなる均質な溶液を、γ−ブチロラクトン４１．１５質量％、ε−カプロラクトン１３．７２質量％、ポリエチレングリコールＰＥＧ２００ １８．２９質量％、および水０．８０質量％を含有する溶剤系中で製造した。完成した溶液は、４０℃の測定温度で３．７Ｐａｓの粘度を有していた。

完成した溶液を、４５℃に温度調整したキャスティング容器により６４℃に温度調整した金属製キャスティング用ローラ上で、厚さ約１７０μｍを有するフィルムに流延した。キャスティング用ローラ上に存在するフィルムを、調温調湿帯域に案内し、かつ約１０秒間、４６℃および４２％の相対空気湿度（露点約２９℃）の環境にさらし、次いで６４℃に温度調整した水を含む凝固浴中に導入した。膜構造を形成するための１０秒の滞留時間の後で、フィルムを剥離ローラによりキャスティング用ローラから剥離した。その後の洗浄浴中で、膜を水中で固定して抽出した。膜の乾燥は、ローラー乾燥機により行った。

膜は約１４０μｍの厚さ、バブルポイント法により測定される最大分離孔０．８μｍｍ、ならびに約２２０ｍｌ／（ｃｍ²・分・ｂａｒ）の膜間流量を有していた。この膜は、膜の隔壁全体にわたって延びている非対称の、主として微細な、細い分岐を有する、比較的微細孔状のスポンジ状孔構造を有していた。ＳＥＭ撮影によれば、隔壁内部に最も小さい孔を有する層が存在し、かつ孔径はこの層から出発して表面の方向に向かって増大していた（図３０）。

Claims (14)

1. 芳香族スルホンポリマーの群からの、膜を形成する疎水性の第一ポリマーと、親水性の第二ポリマーとをベースとする平膜の形の親水性のマクロ孔質濾過膜であって、前記濾過膜は第一の表面と第二の表面とを有しており、かつこれらの表面の間に延びている支持層を有し、前記支持層は、三次元のスポンジ状網目構造を有しており、
   前記支持層は、前記濾過膜の第一の表面に向かい合う側に、第一の被覆層を有しており、かつ前記濾過膜の第二の表面に向かい合う側に、第二の被覆層を有しており、これらの被覆層は支持層と一体となって形成されており、
   前記第一の表面および第二の表面はほぼ楕円形または円形の空隙を有しており、これらの空隙は第一の被覆層もしくは第二の被覆層に侵入して支持層と接続しており、その際、前記第二の表面中の空隙の平均直径は、前記第一の表面中の空隙の平均直径の０．５〜１．５倍であり、
   前記支持層の三次元網目構造は、この三次元網目構造を形成するポリマーによって形成されている太い分岐と、連続孔を有する孔系とから構成されており、かつ前記分岐の主要な割合は、その最も細い箇所で少なくとも０．５μｍの直径を有しており、
   前記支持層中の孔は、前記表面中の空隙よりも大きく、
   前記濾過膜は、３０〜２００μｍの範囲の厚さを有しており、かつ
   前記第二の表面中の空隙の平均直径は、２〜２０μｍの範囲である、親水性のマクロ孔質濾過膜。
2. 前記第一の表面の、孔を有する面積の割合は、少なくとも２０％であることを特徴とする、請求項１記載のマクロ孔質濾過膜。
3. 前記第一の表面の、孔を有する面積の割合は、６０％より小さいことを特徴とする、請求項１または２記載のマクロ孔質濾過膜。
4. 前記第一の被覆層もしくは第二の被覆層は、３〜１０μｍの範囲の厚さを有していることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のマクロ孔質濾過膜。
5. ５０〜１５０μｍの範囲の厚さを有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のマクロ孔質濾過膜。
6. 支持層中の孔の直径は、第一の被覆層から出発して第二の被覆層の方向に向かって、支持層の厚さの少なくとも５０％にわたり支持層の第一の領域においてほぼ一定していることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のマクロ孔質濾過膜。
7. ６５〜８５体積％の範囲の気孔率を有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のマクロ孔質濾過膜。
8. バブルポイント法により測定される、最大の分離孔の直径ｄ_maxが、５〜１０μｍの範囲であることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のマクロ孔質濾過膜。
9. 前記支持層が、膜厚の少なくとも１０分の一の直径を有する孔を有することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のマクロ孔質濾過膜。
10. 水に関する膜間流量ＴＭＦが、７００〜４０００ｍｌ／（ｃｍ²・分・ｂａｒ）の範囲であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載のマクロ孔質濾過膜。
11. 横断面の引張強さが、少なくとも５００ｃＮ／ｍｍ²であることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載のマクロ孔質濾過膜。
12. 前記芳香族スルホンポリマーが、ポリスルホンまたはポリエーテルスルホンであることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載のマクロ孔質濾過膜。
13. 前記親水性ポリマーが、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリグリコールモノエステル、ポリソルベート、ポリアクリレート、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸、またはこれらのポリマーの変異体もしくはコポリマーであることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項記載のマクロ孔質濾過膜。
14. 点滴チャンバー、および点滴チャンバーに接続される輸液チューブを含む、輸液を投与するための輸液セットであって、点滴チャンバーの出口領域には輸液チューブ内に、請求項１から１３までのいずれか１項記載の膜が設けられている、輸液セット。

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