JPH06200407A - 中空繊維およびその製造法 - Google Patents

中空繊維およびその製造法

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JPH06200407A JP4359752A JP35975292A JPH06200407A JP H06200407 A JPH06200407 A JP H06200407A JP 4359752 A JP4359752 A JP 4359752A JP 35975292 A JP35975292 A JP 35975292A JP H06200407 A JPH06200407 A JP H06200407A
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宜明 中川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、従来技術の問題点を改善
し、高い開繊性を有する中空繊維および該繊維を利用し
た血液処理装置ならびに該中空繊維の製造法の提供にあ
る。 【構成】 繊維の外径が繊維の長手方向に波形に周期的
に変化しており、該外径の最小外径/最大外径の比が
0.70〜0.95の範囲にあり、且つ、その周期が3
00〜3,000μmの範囲にある事を特徴とする半透
膜性中空繊維。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は主に血液浄化に使用され
る中空繊維およびその製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在血液浄化に利用されている中空繊維
は円筒型のハウジング内に数千本程度束にして挿入され
ている。このうち、特に血液透析およびその類似療法に
於いては中空繊維内部に血液を、外部に透析液を流し有
害物質の除去を行っている。特に、高い除去率が要求さ
れる血中尿素窒素(BUN)に於いてはその大部分が拡
散により除去されている。従って、中空繊維自体の透過
性能を向上させても中空繊維外表面と透析液との接触性
が不良であれば除去能の向上を図る事はできない。すな
わち、繊維同志が密着すると透析液が繊維の外表面に十
分接触できなくなるので、繊維自体の持つ性能を十分発
揮する事ができなくなる。このため中空繊維相互間の接
触面積の低下を図り、透析液との接触性を向上させる技
術が必要となっている。公知の技術としては、中空繊維
外表面にフィン状の突起を付けた方法(特公平2−44
226など)、中空繊維間にスペーサーを加えた方法
(特開平3−238027など)および繊維を蛇行させ
る方法(特開昭61−5848など)が提案されてい
る。また製膜時、紡糸原液および中空部形成の芯液吐出
量を強制的に変化させる方法(特開昭55−14271
1、特公昭58−50761)も提案されている。
【0003】
【本発明が解決しようとする課題】これら従来技術にお
いては、特殊形状ノズルや製膜後に特別な処理工程およ
び装置を必要とすることから、製造工程の増加はもとよ
り、繊維への物理的、化学的ダメージを受けやすい。ま
た、フィンもしくはスペーサーを挿入した場合、これら
が繊維外表面と接触する部分は透析液との接触性が低下
しやすく、必ずしも良好とは言いがたい。本発明はこれ
ら技術が抱える従来技術の問題点を改善し、高い開繊性
を有する中空繊維および該繊維を利用した血液処理装置
を提供することを目的とするものである。また、従来の
中空繊維の製造法においては、多くは中空部を形成する
ために有機液体からなる芯液を使用しているが、その洗
浄除去のためにフロン系洗浄剤を使用している。しかし
フロンの使用削減によりその洗浄法に苦慮している状況
にある。本発明の第2の目的は、このような問題の無い
中空繊維の製造法を提供する事にある。
【0004】
【課題を解決しようとする手段】本発明においては、中
空繊維の外径を周期的に変化、特に波形に変化させ、該
外径の最小外径/最大外径の比(以下「外径比」とい
う。)を0.70〜0.95の範囲にし、且つ、変化の
周期を300〜3,000μmの範囲にする事により、
前記の第1の目的を達成した。本発明で言う波形の変化
とは、図1に示すように繊維の縦断面において膜壁が波
形状に形成されるような変化を意味し、変化の周期と
は、最大外径部から次の最大外径部あるいは最小外径部
から次の最小外径部までの距離を単位とし、これを周期
的に繰り返すことを意味する。本発明の中空繊維は、内
部に血液を流して血液を処理する用途に好適であり、特
に透析膜として好ましく使用される。また、このような
中空繊維を前記第2の目的を達成しつつ製造するために
は、中空繊維の原料を溶解した紡糸原液を紡糸時の粘度
が500〜1,000ポイズになるように調製し、これ
を二重管状紡糸ノズルに供給して内部に気体を供給しな
がら空気中に押し出し、次いで凝固浴中に導入して、張
力がほとんどかからない状態で凝固させる。以下、本発
明の中空繊維状の半透膜およびその製造法について具体
的に説明する。本発明の中空繊維は、外径比が0.70
〜0.95の範囲にあり、且つ、その変化の周期(波
長)が300〜3,000μmの範囲にあるが、外径比
が0.95より大きかったり周期が3,000μmより
長くなると血液処理において繊維同志が密着しやすくな
り、本発明の効果が十分に発現しなくなる。また、外径
比が0.70より小さいものや周期が300μmより短
いものは、製造工程において繊維の部分的な肉薄化を生
じやすくなり、その結果血液処理において血液の漏洩や
繊維の潰れを生じやすくなるので好ましくない。より好
ましい外径比は0.80〜0.95であり、周期は50
0〜2,000μmの範囲にある事が好ましい。さら
に、中空繊維の肉厚は外径の変化にかかわり無くほぼ一
定である事が優れた膜性能を得る上で好ましい。血液を
内部に流す場合、中空繊維の内径は150〜250μm
の範囲にある事が好ましい。また、膜の厚さは5〜10
0μmの範囲が好適であり、より好ましいのは5〜50
μmである。本発明の中空繊維を製造するにはまず、上
記の高分子原料を溶解した紡糸原液を、紡糸時の粘度が
500〜1,000ポイズになるよう調製する。粘度が
500ポイズよりも小さいと、外径比が0.70よりも
小さくなり、1,000ポイズを越えると逆に0.95
よりも大きくなる。粘度は、原料の濃度、添加剤および
温度などによって変化するので、これらを調節して紡糸
時の粘度が上記の範囲に入るようにする。本発明におい
て用いられる中空繊維を構成する材料としては、セルロ
ースアセテートおよびその加水分解物、銅アンモニアセ
ルロース、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリ
レート、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリエ
ーテルスルホン等の高分子材料が好適に使用できる。紡
糸原液における高分子原料の濃度は、20〜40重量%
の範囲が適当である。高分子原料を溶解するための溶剤
は原料によって異なるが、N,N−ジメチルホルムアミ
ド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオ
キシドおよびN−メチル−2−ピロリドンなどは種々の
高分子に広く使用する事ができる。また、紡糸原液に
は、種々の重合度を持ったポリエチレングリコール、ポ
リビニルピロリドン、多価アルコールおよび無機塩類な
どの第3成分を添加して、膜性能の制御や紡糸原液の粘
度の調節を行う事ができる。紡糸原液は、二重同心円状
の紡糸口金の外側ノズルに供給し、内側のノズルにはガ
スを供給して口金より空気中に押し出す。ガスの代わり
に液体を供給した場合には、外径の周期的変化が発現し
ない。金の形状は、必ずしも円形である必要はなく、他
の形状例えば楕円形さらにはその他の異形断面形状のも
のであってもよい。内側ノズルに供給するガスとして
は、窒素、アルゴン等の不活性ガスが望ましい。紡糸原
液は繊維の肉厚を一定にするために一定の平均流速で口
金に供給する。口金より押し出された紡糸原液は、空気
中を通過した後に凝固浴に導入され、中空繊維が形成さ
れる。凝固液としては水、または水溶液が好適であり、
中空繊維は凝固浴を通過した後に巻取られる。本発明に
於いては紡糸原液を一旦、空気中に押し出す事が必要で
あり、直接凝固浴中に押し出した場合は外径が周期的に
変化する中空繊維を得る事ができない。紡糸原液の粘度
を500〜1,000ポイズにすると外径が周期的に変
化する中空繊維が得られる理由は明確でないが、内部に
ガスを吹き込みながら空気中に押し出す。内部にガスを
吹き込みながら空気中に押し出すと、内部のガスは表面
張力によって丸くなろうとし、この力と粘度とが適度に
つり合うためではないかと考えられる。すなわち、粘度
が500ポイズよりも小さいと丸くなろうとする力が粘
度に打ち勝って外径変動が大きくなり、粘度が1000
ポイズよりも大きいと丸くなろうとする力の影響が小さ
くなり、500〜1000ポイズではこれらがつり合っ
て所定の外径変動を持った中空繊維が得られるものと思
われる。そしてこのような周期的変化をそのまま固定す
るために張力がほとんどかからない状態で凝固させる。
凝固時に少しでも強い張力がかかると周期的な外径変化
が消失してしまう。本発明においては、(1)紡糸原液
の粘度を所定の範囲に調製し、(2)内側ノズルにガス
を供給し、かつ(3)ノズルより一旦空気中に押し出す
ことにより、外径が所定の周期で変化する中空繊維を自
動的に得ることができる。これに対して、前述した従来
技術は、上記の(1)(2)(3)の条件を同時に満足
するものではなく、繊維の内部に供給する液体または気
体の圧力を周期的に変化させることによって外径を周期
的に変化させるものである。このような従来技術による
場合には、圧力をあまり短い周期で変化させることが困
難なため、本発明で規定するような短い周期で外径が変
化する繊維を得ることが難しい。本発明の中空繊維は、
外径が周期的に変動している事によって繊維の外表面同
志の密着が起きにくくなり、極めて高い開繊性を示す。
また、内径も周期的に変動する事により、非ニュートン
流体である血液が中空繊維内部を流れるときに生じる境
膜が形成されにくくなり、それによる拡散除去能の向上
も達成できる。実際、この繊維を使用した血液透析器
は、同一膜面積の外径が一定のタイプと比較し、BUN
クリアランスで約5〜10%の改善が図れた他、繊維紡
糸後の洗浄が不要のため製造工程が従来より少なく、こ
れに伴う膜損傷率も減少、結果として、血液通液不良、
返血後の残血も著しく改善された。
【0005】
【実施例】
実施例1 セルロースアセテート28部、ポリエチレングリコール
25部、ジメチルホルムアミド47部からなる紡糸原液
を調製後90℃に加温した。この時のドープ粘度は70
0から800ポイズであった。この原液を二重管よりな
るノズル外管から、また、内管からは芯材として常温窒
素ガスを4ml/minの割合で吐出した。吐出後、空
気層を通過させ、その後水浴中に導き凝固させ130m
/minで巻取った。得られた中空繊維断面は真円であ
り、最小外径221μm、最大外径265μmであり、
外径比0.83であった。さらに、繊維長手方向に1,
000〜1,500μmの外径の周期変動を認めた。得
られた中空繊維は、グリセリンにより可塑化後、乾燥、
バンドル化した。この時、膜相互間の粘着は全く認めず
極めて高い開繊性を示した。これを膜面積1m2 のモジ
ュールとして水系でのクリアランスを測定したところ、
尿素クリアランスで184ml/min、無機りんクリ
アランスで130ml/minと良好であった。また、
中空繊維内部に造影剤を流し、外部に透析液を流してX
線断層撮影法により透析液の流動状態を観察したとこ
ろ、透析液は全体に均一に流れており良好であった。さ
らにこのモジュールにて血液循環試験を4時間行い返血
したが、返血状態は良好であり、残血もほとんど認めな
かった。
【0006】実施例2 紡糸原液中のポリエチレングリコール添加量を27部と
した以外、実施例1と同様に製膜した。この時の原液粘
度は約900ポイズであった。得られた中空繊維断面は
真円であり、最小外径240μm、最大外径267μm
であり、外径比は0.90であった。また繊維長手方向
の外径周期変動は1,200〜1,500μmであっ
た。この膜を使用した1m2 モジュールの尿素クリアラ
ンスは175ml/minであった。
【0007】実施例3 ポリエーテルスルホン30部、ポリエチレングリコール
35部、ジメチルスルホオキシド35部からなる紡糸原
液を調製後40℃に加温した。この時の紡糸原液粘度は
600ポイズであった。この原液を実施例1と同様に吐
出、凝固させ125m/minで巻取った。得られた中
空繊維断面は真円であり、最小外径275μm、最大外
径303μmであり、外径比0.91であった。また、
繊維長手方向の周期は1,000〜1,300μmであ
った。この中空繊維も実施例1と同様、高い開繊性が得
られた。
【0008】比較例1 実施例1と同様の紡糸原液組成にて、同様の紡糸条件で
紡糸し、凝固浴で少しテンションのかかるような条件で
巻取った。得られた中空繊維は外径の周期的変化が見ら
れなかった。この繊維を実施例1と同様にしてバンドル
化したところ、繊維相互間の粘着を認めた。このため、
繊維のほぐしを必要とした。この繊維で1m2 のモジュ
ールを作成し、膜性能を測定したところ、水系での尿素
クリアランスは140ml/minであった。また、血
液通液性試験を実施したところ、ほぐしを必要とした部
分を中心に残血を認めた。さらに、実施例1と同様にし
てX線断層撮影法により透析液の流動状態を観察したと
ころ、全体に不均一で数カ所に局所的に流れの悪い部分
が認められた。
【0009】比較例2 実施例1と同様の組成で紡糸原液温度を100〜105
℃とし、粘度の低下を図った以外、同条件にて処理し
た。この時の紡糸原液濃度は、100〜300ポイズで
あり、得られた繊維の外径比は0.5、長手方向の径変
化周期は500μmであった。この繊維は部分的に潰
れ、もしくは眼鏡状の変形を生じ、モジュールに組み立
て、プライミングを行ったところ、圧力損失が高く、リ
ークが生じ使用不能であった。
【0010】
【効果】本発明の中空繊維は、外径の最小外径/最大外
径の比が特定の範囲で周期的に変化していることによ
り、繊維の外表面同志の密着が起き難く、極めて高い開
繊性を示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の中空繊維の一例の断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01D 63/02 6953−4D 69/08 9153−4D D01F 1/08 7199−3B

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 繊維の外径が繊維の長手方向に波形に周
    期的に変化しており、該外径の最小外径/最大外径の比
    が0.70〜0.95の範囲にあり、且つ、その周期が
    300〜3,000μmの範囲にある事を特徴とする半
    透膜性中空繊維。
  2. 【請求項2】 繊維の肉厚むらが少ない請求項1記載の
    中空繊維。
  3. 【請求項3】 中空繊維が透析膜である請求項1または
    2記載の中空繊維。
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3記載の中空繊維を
    血液の入口と出口を有するハウジング内に収納してなる
    血液処理装置。
  5. 【請求項5】 中空繊維の原料を溶解した紡糸原液を紡
    糸時の粘度が500〜1,000ポイズになるように調
    製し、これを二重管状紡糸ノズルに供給して内部に気体
    を供給しながら空気中に押し出し、次いで凝固浴中に導
    入して、張力がほとんどかからない状態で凝固させる事
    を特徴とする請求項1記載の中空繊維の製造法。
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