JPH053331B2

JPH053331B2 -

Info

Publication number: JPH053331B2
Application number: JP61243176A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Shimagaki; Kazusane Tanaka; Seiji Shimamura
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1986-10-15
Filing date: 1986-10-15
Publication date: 1993-01-14
Also published as: JPS6397205A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、ポリスルホン系樹脂半透膜の処理方
法に関する。〔従来の技術〕従来、半透膜の素材としては、セルロースアセ
テート・ポリアクリロニトリル・ポリメタクリル
酸メチル・ポリアミド等多くの高分子化合物が用
いられていた。一方、ポリスルホン系樹脂は、元
来エンジニアリングプラスチツクスとして使用さ
れてきたが、その耐熱安定性、耐酸・耐アルカリ
性、そして生体適合性、耐汚染性が良好であるこ
とから、半透膜素材として注目されている。ポリスルホン系樹脂を用いた半透膜を得る方法
をして従来より例えば、ジヤーナル・オブ・アプ
ライド・ポリマー・サイエンス（20巻、2377〜
2394頁、1976年）及び、（同21巻、1883〜1900頁、
1977年）、特開昭58−194940号公報等が提案され
ている。しかし該樹脂は、分子間凝集力が強すぎ
て、表面の孔や貫通すべき内部の孔を閉塞してし
まうため孔形成の制御が困難となる。このため、
分画分子量が10万以下と小さくかつ透水性も小さ
いものしか得られていない。一方、近年、ポリスルホン系樹脂を用いた膜
で、表面に大きな孔をあける試みとして、次のよ
うな手段が提案されている。異種ポリマー間のミクロ相分離を利用する方
法。（特公昭48−176号公報、特開昭54−144456
号公報、同57−50506号公報、同57−50507号公
報、同57−50508号公報）製膜後、抽出・溶出操作を有する方法。（特
開昭54−26283号公報、同57−35906号公報、同
58−91822号公報）製膜原液の準安定液体分散状態で製膜する方
法。（特開昭56−154051号公報、同59−58041号
公報、同59−183761号公報、同59−189903号公
報）紡糸時に工夫をこらす方法（特開昭59−
228016号公報）しかし、の方法ではポリマー間の凝固速度の
違いを利用しているのみで、分画分子量10万以上
の大きな孔を得るに至つていない。その上、大量
にブレンドするため、ポリスルホン系樹脂の本来
の良好な性能が失われやすい。また、の方法は、ブレンドポリマーの抽出と
無機顆粒を溶出する大きく２つの方法に分類され
る。前者においては、ポリエチレングリコール、
ポリビニルピロリドンが主たるポリマーである
が、十分な孔径を得ることや抽出操作が困難であ
つた。後者の例では、前記特開昭58−91822号公
報で、シリカパウダーを混入して製膜後、アルカ
リを用いて溶出させ、0.05μm以上の大きな孔を
あけるのに成功しているが、この製造方法では同
一製膜原液から他の孔径分布をとる膜を製造する
ことはできない。の方法は製膜原液にポリスルホン系樹脂の非
溶媒もしくは膨潤剤を大量に混合し、該製膜原液
が相分離する直前のところで製膜するものであ
る。かかる方法では、凝固浴の温度効果を有利に
利用できない欠点がある。の方法は、製膜時に高湿度の風を吹きつける
ことで、該表面での孔径拡大を実現しているが、
該方法では片面にしかその効果はなく、特に中空
糸膜に至つては、分画分子量は小さい範囲のもの
しか得られない。特に、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等の水溶性ポリ
マーをブレンドした半透膜は、該水溶性ポリマー
の溶出問題や、該水溶性ポリマーの膨潤層のた
め、透水性能が低いものしかできない欠点を有し
ていた。〔発明が解決しようとする問題点〕本発明者らは、上記欠点を解析し、鋭意検討し
た結果本発明に到達した。特に、ブレンドポリマ
ーの溶出がなく、透水性能の極めて高い半透膜を
得るための、ポリスルホン系樹脂半透膜の処理方
法を提供することを目的とする。〔問題点を解決するための手段〕 (1) ポリスルホン系樹脂と親水性高分子を混和溶
解した溶液に該ポリスルホン系樹脂に対して非
溶媒もしくは膨潤剤なる添加剤を加えた系を製
膜原液として製造したポリスルホン系樹脂半透
膜に、熱処理および／または、放射線処理を施
すことを特徴とするポリスルホン系樹脂半透膜
の処理方法。 (2) 親水性高分子が、ポリビニルピロリドンであ
る特許請求の範囲第１項に記載のポリスルホン
系樹脂半透膜の処理方法である特許請求の範囲
第１項に記載のポリスルホン系樹脂半透膜の処
理方法である。本発明においてポリスルホン系樹脂半透膜を製
造するために用いる製膜原液は、基本的にはポリ
スルホン系樹脂（）、親水性高分子（）、溶媒
（）および添加剤（）からなる４成分系で構
成される。ここで言うポリスルホン系樹脂（）
は、通常式（１）、または式（２）の繰り返し単位からなるものであるが、官能基を
含んでいたり、アルキル系のものであつてもよ
く、特に限定するものではない。親水性高分子（）は、ポリスルホン系樹脂
（）と相溶性があり、かつ親水性を持つ高分子
である。ポリビニルピロリドンが一番良く、他に
変性ポリビニルピロリドン、共重合ポリビニルピ
ロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレングリコ
ール等が挙げられるが、これらに限定されるもの
ではない。溶媒（）は、ポリスルホン系樹脂（）及び
親水性高分子（）を共に溶解する溶媒である。
ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、
ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリ
ドン、ジオキサン等多種の溶媒が用いられるが、
特にジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシ
ド、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピ
ロリドンが望ましい。添加剤（）は、溶媒（）と相溶性を持ち、
親水性高分子（）の良溶媒となり、かつ、ポリ
スルホン系樹脂（）の非溶媒又は膨潤剤となる
ものであれば何でも良く、例えば、水、メタノー
ル、エタノール、イソプロパノール、ヘキサノー
ル、１，４−ブタンジオール等がある。生産コス
トを考えると水が最も望ましい。添加剤（）
は、ポリスルホン系樹脂（）に対する凝固性を
考え合わせた上で選択すれば良い。これらのおのおのの組合せは任意であり、上記
の性質をもつ組合せを考えるのは、同業者にとつ
て容易なことである。また、溶媒（）・添加剤
（）は、２種類以上の化合物の混合系でも良い。かかる製膜原液は、通常の相分離挙動である低
温側で相分離するのと逆で、驚くべきことに高温
側で相分離がおこる。このことから、凝固浴温度
の効果も効率的に利用できるため、特に孔の大き
な膜を作るのに非常に有利となる。今、この製膜原液がある温度Ｔで均一系である
とする。この場合、添加剤（）は親水性高分子
（）によつてポリスルホン系樹脂（）に対し
て遮蔽される形となり、直接ポリスルホン系樹脂
（）と相互作用できなくなる。それゆえ、ポリ
スルホン系樹脂（）は、親水性高分子（）が
混合されていない系においては当然凝固し、相分
離しているような濃度まで添加剤（）を加えて
なお相分離することなく均一系を保つている訳で
ある。ここで、温度を上げると、分子の運動性が
上がることにより、特に親水性高分子（）と添
加剤（）との結合が弱くなり、水素結合が切
れ、親水性高分子（）と結合していない添加剤
（）の見かけ上の濃度が、温度Ｔのときより上
昇する。このためポリスルホン系樹脂（）と添
加剤（）とが相互作用することにより、ひいて
は、ポリスルホン系樹脂（）の凝固・相分離が
引きおこされることになる。即ち、該製膜原液
は、高温側で相分離をおこすことになる。さら
に、この系の添加剤（）の量を増加させると、
前記温度Ｔでもこの原液系においては、もはや親
水性高分子（）の温度Ｔにおける添加剤（）
のかかえ込み量以上の添加剤（）が加えられた
ことで、製膜原液は相分離する。しかし、さらに
温度を下げると親水性高分子（）の分子運動性
が下がり、添加剤（）との結合量が増大し、見
かけの添加剤（）濃度が下がることで、結果的
に系は再び均一系となる。再び温度を上げると、
系は不均一になるが、こんどは親水性高分子
（）を添加すると、親水性高分子（）が添加
剤（）と結合する量が増え、再び系は均一にな
る。以上のように、この製膜原液の相分離挙動は
通常の逆であり、また相転移に可逆性を有する。該製膜原液の組成として、ポリスルホン系樹脂
（）は、製膜可能でかつ膜としての特性を有す
る濃度範囲であれば良く、５〜50重量％である。
高い透水性、大きな分画分子量を得るためにはポ
リマー濃度は下げるべきで、この場合望ましくは
５〜20重量％である。５重量％未満では、製膜原
液の十分な粘度を得ることができず、膜を形成で
きなくなる。また、50重量％を越えると貫通孔を
形成しにくくなる。親水性高分子（）は、特に
ポリビニルピロリドンの場合、分子量36万、16
万、４万、１万のものが市販されており、これを
使うのが便利であるが、もちろんそれ以外の分子
量のものを使用してもかまわない。ただし、親水
性高分子（）の添加の理由の１つとして増粘効
果もあるため、添加量は高分子量のものを用いる
ほど少量で良く、かつまた相分離現象の温度依存
性の逆転も顕著になるため透水性の高い膜を得る
ためには有利である。ポリビニルピロリドンの添
加量は、１〜20重量％、特に３〜10重量％が望ま
しいが、用いるポリビニルピロリドンの分子量に
左右される。一般に添加量が少なすぎる場合、分
子量が低すぎると相分離の逆転現象は得難く、ま
たポリマー濃度が高く、ポリマー分子量が大きす
ぎると、製膜後の洗浄が困難となる。それ故、分
子量の異なるものを混合して役割分担して用いる
のも一つの方法となる。以上２つの高分子を溶媒（）に混合溶解す
る。ここへ、添加剤（）を添加するが、特に水
の場合、ポリスルホン系樹脂にとつて凝固性が高
いため、15重量％以下、好ましくは１〜12重量
％、特に１〜５重量％が望ましい。凝固性が小さ
な添加剤を用いるときは添加量が多くなることは
容易に推測される。本発明では、この第４成分
が、添加されるため、親水性高分子の量を少なく
することができる。添加剤（）の濃度が高くな
るにつれ、製膜原液の相分離温度は低下してく
る。相分離温度の設定は、求める膜の透水性や分
画分子量により随意にすればよく、例えば、高い
透水性・分画分子量を得るには製膜時に相分離を
強力に促進するため低い相分離温度を設定すれば
良い。また、凝固浴の温度を高くしても同様の効
果は得られる。本発明で用いる製膜原液は、低温
で均一系となるため、原液安定性も良い。以上の条件のもとでポリスルホン系樹脂半透膜
が得られる。製膜操作は、公知技術を用いれば良
い。平膜については、該製膜原液を平坦な基板上
に流展し、その後凝固浴中に浸漬する。中空糸膜
については、中空形態を保つため、注入液を用い
る。注入液は、製膜原液に対して凝固性の高いも
のより、低いものを用いた方が紡糸安定性は良い
が、凝固浴温度・相分離温度・口金温度との相関
で中空糸膜内壁の平滑性が変化するので、適宜最
良組成を決めれば良い。ポリスルホン系樹脂に不
活性なデカン・オクタン・ウンデカン等の炭化水
素を用いても良い。また気体を注入して中空形態
を保持させてもよい。乾式長は0.1〜20cmであり、
特に0.5〜５cmが紡糸安定性も良く、さらに望ま
しい。同一組成、同一条件で製膜した場合、中空
糸膜より平膜の方が表面に開孔する孔の直径は大
きくなる傾向がある。かかる方法で得たポリスルホン系樹脂半透膜
は、膜中に親水性高分子を残存させることによつ
て、水漏れ性を改善することができる。しかし残
存親水性高分子が水溶性の場合、該親水性高分子
の溶出が避けられず、かつ、また、孔径の割りに
高い透水性を得難いという欠点を有している。本
発明は、この欠点を十二分に補うもので、まず得
られ該ポリスルホン系半透膜をポリスルホン系樹
脂が、変型、変質、または実用不能にならない程
度の熱および／または放射線を照射することで、
熱および／または放射線による親水性高分子の水
不溶化処理をするものである。該ポリスルホン系
樹脂半透膜は、平膜、中空糸膜を問わずかかる処
理を行なえる形態であれば、いかなる形態を有し
ていてもかまわない。また、ここでいう放射線処
理とは、α線、β線、γ線、Ｘ線、電子線があげ
られるが、物質浸透性の観点から、γ線が最も望
ましい。熱処理は、ポリビニルピロリドンがり親水性高
分子である場合は、170℃で１時間以上10時間程
度行なう必要がある。１時間未満では、不溶化が
不十分であり、10時間をこえるとプロセス的に不
利になる。好ましくは、３〜８時間である。温度
を180℃にすると処理時間は短縮され、20分〜８
時間程度で良い。さらに好ましくは３〜５時間で
ある。さらに温度を上げるとさらに処理時間は短
縮されるが、ポリスルホン系樹脂自体が変形する
恐れがあるので注意を要する。逆に、温度を下げ
ると親水性高分子の不溶化が進まないことがある
し、時間がかかりすぎ実用的でない。放射線処理で特にγ線処理については、該半透
膜が水に濡れた状態でγ線照射するのが最も好ま
しいが、乾燥状態でも空気中の水分があるためか
まわない。線量としては、0.5Mradから50Mrad
が好ましく、特に該半透膜の機械的特性保持の観
点から、0.5Mradから10Mradが好ましい。なお、本発明のポリスルホン系樹脂半透膜につ
いて、人工臓器基準溶出物試験法に基づき、以下
の評価を行なつた。膜0.5gを70℃温水50c.c.で１時間加熱した溶液
は、波長350〜220μmにおけるUV吸収が0.1以下、
0.01N KMnO₄水溶液の消費量1.0ml以下を示し、
該試験に合格することができる。さらにここで驚くべきことに、該処理をした半
透膜は溶出物の問題を解決するのみならず、透水
性が、飛躍的に向上し、かつ、平均孔径の割りに
たとえば血液を流した際の赤血球、各種タンパク
質の詰まりか少ないという優れた特徴を併せて発
現した。熱処理においては、わざと該ポリスルホ
ン系樹脂の熱変形温度以上の熱をかけて孔径を若
干小さくして分画分子量を調節することも可能で
る。〔実施例〕以下の実施例によつて本発明をさらに詳細に説
明する。以下、用いた測定法は次のとおりである。 (1) 透水性中空糸膜の場合は、両端に環流液用の孔を備え
たガラス製のケースに該中空糸膜を挿入し、市販
のポツテイング剤を用いて小型モジユールを作製
し、37℃に保つて中空糸内側に水圧をかけ膜を通
して外側へ透過する一定時間の水の量と有効膜面
積および膜間圧力差から算出する方法で透水性能
を測定した。平膜の場合は、攪拌円筒セルを用いて同様にし
て測定した。単位は、ml／m²・hr・mmHgに統一
した。実施例１ポリスルホン（ユーデルＰ−3500）15部、ポリ
ビニルピロリドン（K90）８部、１、４−ブタン
ジオール８部をジメチルアセトアミド69部に加
え、80℃で加熱溶解した。この製膜原液は、60℃
で相分離する低温溶解型原液となつた。ベーカー
式アプリケーターを用い、60℃保温でガラス板上
に流展後、50℃の水凝固浴で凝固させた。これを
170℃、５時間熱処理をし、ポリビニルピロリド
ンを水不溶化した。透水性48000ml／m²・hr・mm
Hg、溶出物も吸光度0.085であつた。実施例２〜６ポリスルホン15部、ポリビニルピロリドン
（K90）８部、水2.4部をジメチルアセトアミド75
部に80℃で加熱溶解した。この製膜原液は、65℃
で相分離する低温溶解型原液となつた。注入液に
ジメチルスルホキシド／グリセリン／ポリビニル
ピロリドン（K30）＝63／７／30を用いて、外径
1.0mm、内径0.7mmの環状オリフイスからなる口金
孔内から吐出させ、口金面から1.0cm下方に設置
した80℃に保温した水を有する凝固浴に通過さ
せ、通常の方法で水洗後カセにまき取り、中空糸
状膜を得た。口金は49℃に保温した。以下、後処
理法・透水性・溶出物の吸光度を第１表に示す。

〔発明の効果〕

本発明の処理を行なえば、ブレンドした親水性
高分子の溶出がなく、透水性の極めて高い半透膜
を得ることができる。さらに、常圧で水に浸漬す
るだけで透水性能を回復するその水濡れ性の良さ
から完全ドライ膜としての用途に容易に展開でき
る。また、この効果はほぼ永久的に持続される。この処理により得られたポリスルホン系樹脂半
透膜は、目づまり、汚れに対して強いため、逆浸
透膜から、高性能限外濾過膜（あるいは精密濾過
膜）まで、一般産業用途及びメデイカル分野の血
液成分分離膜として使用することができる。

Claims

【特許請求の範囲】１ポリスルホン系樹脂と親水性高分子を混和溶
解した溶液に該ポリスルホン系樹脂に対して非溶
媒もしくは膨潤剤なる添加剤を加えた系を製膜原
液として製造したポリスルホン系樹脂半透膜に、
熱処理および／または、放射線処理を施すことを
特徴とするポリスルホン系樹脂半透膜の処理方
法。２親水性高分子か、ポリビニルピロリドンであ
る特許請求の範囲第１項に記載のポリスルホン系
樹脂半透膜の処理方法。