JPH0622657B2 - フイルターエレメント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、前方フィルターとしての少なくとも１つの濾
膜および後方フィルターとしての少なくとも１つの濾膜
からなるフィルターエレメント、殊にフィルターキャン
ドルに関する。

従来の技術 濾膜の組合せである前記種類のフィルターエレメントか
ら、例えば高分子量もしくはコロイド状溶液の濾過、水
の粒子濾過、溶剤の濾過ならびにバイオテクノロジーに
より製造される製薬学的調製剤および食品の滅菌濾過に
使用されるフィルターキャンドルまたはフィルター円板
部材は得られる。

２つの濾膜からなるフィルターエレメントは、公知であ
り、この場合２つの濾膜は、同じ直径を有する孔を有す
る（所謂、均一の構造形式）。更に、前方フィルターと
後方フィルターが異なる孔径を有するような濾膜は、公
知である（所謂、不均一の構造形式）。

これら全ての膜フィルターは、例外なしに、対称的また
は非対称的な孔の形状寸法で同一または異なる孔径を有
しかつ同一の化学的組成を有する膜フィルターである。
孔膜の構造が海綿状であるために、“孔”は、以下、貫
通孔としてではなく、貫通する通路構造として示され
る。この“孔”は、膜が膜の全横断面に亘って同じ孔構
造を有する場合には、対称的と見なされる。侵入深さが
増大するにつれて直径が変化する通路構造を有する膜の
場合には、非対称的または円錐台形の孔と呼ばれる。こ
の種の孔構造には、非対称的孔構造の概念が使用され
る。材料としては、ポリアミド、セルロースアセテー
ト、ポリスルホン、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤ
Ｆ）またはポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）が
使用される。

均一の構造形式によるフィルターエレメントは、可使時
間が相対的に僅かであるという欠点を有する。それとい
うのも、固体粒子ないしはコロイド状混濁物質は、第１
のフィルターの孔を閉塞し、したがって後方フィルター
は、概してもはや濾過作用を有しないかまたは全く僅か
にのみ負荷されるからである。

不均一の構造形式による膜フィルターエレメントの場合
には、より大きい粒子は前方フィルターの大きい孔によ
って留められ、より小さい粒子は第１の膜を通過し、次
いで後方フィルターのより小さい孔によって留められ
る。この膜フィルターの場合、可使時間は、均一の構造
形式による膜フィルターに比して長い。

同一の化学組成の非対的称孔形状寸法を有する濾膜から
均一の構造形式ないしは不均一の構造形式で構成されて
いるフィルターエレメントの場合には、実際にフィルタ
ーエレメントの可使時間は、均一の構造形式ないしは不
均一の構造形式で対称の孔を有する膜からなるフィルタ
ーエレメントの場合よりも長いが、濾過の安全性、例え
ば滅菌濾過の場合の小さい微生物の保留能は、不確実で
ある。

発明が解決しようとする課題 従って、本発明の課題は、公知の膜フィルターに比較し
て少なくとも同じ濾過安全性の際により長い可使時間を
示すフィルターエレメントを得ることである。

課題を解決するための手段 この課題は、前方フィルターが流れ方向に減少する直径
を有する孔を備えた非対称的孔構造を有し、後方フィル
ターが孔を備えた対称的孔構造を有し、前方フィルター
が後方フィルターとは別の化学的組成を有するようなフ
ィルターエレメントによって解決される。

従って、本発明によるキャンドルは、異なる材料ならび
に異なる孔径および孔形状寸法の少なくとも２つの膜の
組合せで存在する。たとえ単独の膜それ自体ならびに同
一の材料からなる前方フィルターと後方フィルターとの
組合せは公知であっても、本発明による組合せ（ハイブ
リッド技術）によって改善された性質が得られること
は、驚異的なことであった。

前方フィルターの孔の非対称的形状により、対称的孔を
有するフィルターの場合（主に、表面分離）よりも本質
的に大きい固体粒子を留めることができる（膜の深さ内
での分離）。それによって、フィルターの可使時間は、
増大される。第１の膜を通過する小さい粒子は、後方フ
ィルター上で分離される。孔の構造が対称的であること
により、この膜は、同時に濾過（例えば、滅菌濾過）の
際の安全性の向上に役立つ。

合成ポリマーからなる膜フィルターエレメントの製造の
場合には、処理技術的見地で、同じ方法を用い同じポリ
マーから、対称的孔構造で小さい孔径を有する膜フィル
ターエレメントおよび非対称的孔構造で大きい孔径を有
する膜フィルターエレメントを製造することは、困難で
あるかまたは不可能である。更に、製造法および使用し
たポリマーに応じて、粗大に規定された孔構造を製造す
るかまたは微細に規定された孔構造を製造することは、
容易には不可能であるかまたは経済的範囲内では不可能
である。

すなわち、例えばナイロン６６の場合、小さく規定され
た孔を有する膜フィルターを製造すること（例えば、
０．１μｍ、０．２μｍ、０．４５μｍまたは０．６５
μｍの直径を有する）は、簡単に経済的に実現可能であ
り、これに対して粗大に規定された孔構造体を製造する
こと（例えば、０．８〜３μｍの直径を有する）は、困
難である。例えば、芳香族ポリアミドからなる膜フィル
ターを製造する場合には、規定された粗大な孔構造を有
する膜フィルターエレメントは、容易に製造可能である
が、この場合小さく規定された孔構造体を製造する場合
には、困難を生じる。

異なる孔形状寸法を有する異なる濾過材料および異なる
孔径の本発明による組合せによれば、公知の濾膜に比較
して同じ濾過安全性、例えば製薬学的製品および食品の
滅菌濾過の際に極めて高い可使時間が達成される。

有利に、前方フィルターの孔の最小直径ｘ_２は、後方フ
ィルターの孔の直径ｙよりも大きい。１つの特殊な実施
形によれば、前方フィルターの孔の最大直径ｘ₂は、
０．８μｍ〜３μｍの範囲内にある。前方フィルターの
孔は、その直径が直径ｘ₂から出発し流れ方向に対して
２〜４５倍だけ拡大するように構成されている。このこ
とは、この円錐台形の孔の最大直径が１．６〜１２μｍ
の範囲内にあることを意味する。

後方フィルターの孔は、有利に０．１〜０．６５μｍの
直径ｙを有する。

前方フィルターの材料としては、芳香族ポリアミド、ポ
リスルホンまたはセルロース誘導体が使用される。後方
フィルターは、脂肪族ポリアミド、ポリスルホン、ポリ
テトラフルオルエチレンまたはポリプロピレンからなる
ことができる。１つの有利な実施態様によれば、脂肪族
ポリアミドとしては、ナイロン６６が使用される。芳香
族ポリアミドとしては、有利にｍ−フェニレンジアミン
とイソフタル酸とからなる共重合体が使用される。濾過
は、従来法で蒸発方法で平らな帯状体として得られるか
または沈澱浴方法により得られる。

前方フィルターおよび後方フィルターは、相互に接着さ
れるかまたは溶接されるのではなく、単に上下に置か
れ、かつこうして本発明によるフィルターの組合せを形
成する。

前方フィルターおよび後方フィルターの表面は、変性さ
れていてもよい。

もう１つの実施態様によれば、前方フィルターの濾膜
は、例えばガラス繊維からなる深部フィルター層上に配
置されている。この種のガラス繊維によって強化された
前方フィルターは、付加的な深部フィルターなしの前方
フィルターに比較して少なくとも２倍だけ可使時間を増
大させる。

他の実施態様によれば、前方フィルターの膜は、特にガ
ラス繊維からなる深部フィルター層中に埋設されてい
る。このことは、膜層の材料が少なくとも部分的に深部
フィルター層中に侵入していることを意味する。この場
合に重要なことは、深部層が濾過すべき液体に対向し、
したがってガラス繊維からフィルター面上への繊維もし
くは粒子の引き渡しが濾過の間に全く起こらないことに
ある。

滅菌濾過の場合の安全性の向上は、後方フィルターが濾
膜の少なくとも２つの層からなり、これらの層が１つの
特殊な実施形によれば堅固に相互に結合されていること
によって達成される。個々の層は、同一の化学組成およ
び同一の孔径を有することができるか、または異なる材
料から製造されていてもよい。特に、これらの層は、フ
リースによって強化されているかまたはポリエステルも
しくはポリプロピレンからなることができる織物によっ
て強化されている。この織物は２つの層の間に配置され
ている。この種の後方フィルターの製造は、織物または
フリース上に差当たり１つの膜を施こし、引続き織物ま
たはフリースの裏面上に第２の膜層を塗布することによ
って行なわれる。１つの特殊な実施態様によれば、第１
の層はポリスルホンからなり、かつ第２の層は脂肪族ポ
リアミドからなり、この場合孔は、２つの層の場合に同
一の直径を有する。

前方フィルターと後方フィルターの異なる材料により、
この材料は、定めるべき物質群の異なる表面特性、例え
ば異なる吸収容量または異なる親和力を有する。

しかし、前記表面特性を使用した材料の付加的な変化に
よってなお目的をもって意図した使用目的のために変性
する方法も存在する。このことは、例えば意図的に例え
ばカルボキシル基またはアミノ基を導入することによ
り、重合体の側基または末端基を変えることによって行
なうことができる。この場合には、殊に前方フィルター
および後方フィルターが異なる材料から構成されている
のが有利である。それというのも、それによって前方フ
ィルターの場合および後方フィルターの場合に異なる表
面特性を生じることができるからである。異なる吸着特
性を有する２つの膜の組合せは、付加的に上記の特徴、
付加的な吸着によるフィルターの可使時間および効率を
向上させる。この点に関連して、ハイブリッド技術は、
従来の膜を同様に凌駕する。

実施例 次に、図面につき本発明の例示的な実施態様をさらに詳
説する。

第１図は、支持ジャケット１１と内部管１２との間に本
発明による膜フィルターエレメント１が配置されている
フィルター１０を示し、このフィルターエレメントは、
前方フィルター２および後方フィルター３からなる。第
１図中の矢印は、濾過すべき液体の流れ方向を示す。

第２図には、フィルターエレメント１が断面図によって
略示されている。前方フィルター２には、円錐台形の孔
４が存在し、この孔の最小直径は、ｘ₂で示され、かつ
最大直径はｘ₁で示されている。この前方フィルター２
は、後方フィルター３上に存在し、この後方フィルター
中には、直径ｙを有する円筒形の孔５が配置されてい
る。直径ｙは、円錐台形の孔４の最小直径ｘ₂よりも小
さい。第２図の左側の部分には、円錐台形の孔４中でよ
り大きい粒子が堆積されることが示されている。より小
さい粒子７は、後方フィルターの円筒形の孔５によって
留められる。このことを表示するために、前方フィルタ
ーと後方フルターとの間の中間空間を記載することが必
要であった。第２図中で右上の矢印は、濾過すべく液体
の流れ方向を示す。

第３図には、第１図の前方フィルター２に相応する前方
フィルターが示されている。この場合、後方フィルター
は、相互に堅固に結合されている２つの層８および９か
らなる。

第４図には、後方フィルター３のもう１つの実施態様が
示されている。この場合には、２つの層８および９は、
織物１３上に塗布されている。第５図には、前方フィル
ター２が深部濾過層１４上に配置されている膜１５から
なる実施態様が示されており、したがって膜は、部分的
に深部濾過層中に押し込められ、同時に埋設されてい
る。公知の膜フィルターに比較して前記の実施態様の利
点は、第６図および第７図から認めることができるグラ
フでの比較から明らかである。

第６図には、３つの異なる膜フィルター組合せ物の濾過
容量が示されている。前方フィルターおよび後方フィル
ターが同じ材料、すなわちナイロン６６からなる従来の
フィルターエレメントは、符号Ａで示されている。この
膜の孔は、円筒形であり、かつ０．２μｍの孔径を有す
る。

後方フィルターが同様に孔径０．２μｍの孔を有するナ
イロン６６からなる本発明によるフィルターエレメント
は、Ｂで示されている。前方フィルターは、円錐台形の
孔を有するポリスルホンからなり、この孔の最大孔径ｘ
₂は０．８μｍである。円錐台形の孔の最大直径は、こ
の例の場合には約２μｍである。

Ｃは、後方フィルターが同様に孔径０．２μｍの孔を有
するナイロン６６からなる本発明によるフィルターエレ
メントを示す。前方フィルターは、ガラス繊維深部層上
に施されている方向族ポリアミド膜からなる。第６図
は、１％のスクロース溶液を濾過した結果を示す。本発
明によるフィルターエレメントＢの可使時間は約２２５
％増大し、かつガラス繊維強化された芳香族ポリアミド
フィルターエレメントＣの可使時間は約５５０％増大す
ることが判明した。従って、可使時間はフィルターエレ
メントＡも提供する安全性と同様に従来の膜フィルター
エレメントに比較して２〜５倍だけ増大されることが明
らかになる。

第７図中で、前方フィルターおよび後方フィルターがそ
れぞれ孔径０．４５μｍの孔を有するナイロン６６から
なる従来のフィルターエレメントは、Ｄで示されてい
る。ＥおよびＦは、第６図のフィルターエレメントＢお
よびＣに相応する本発明によるフィルターエレメントを
示すが、但し、ナイロン６６からなる後方フィルターは
０．４５μｍの孔径を有し、かつ前方フィルターの円錐
台形の孔の最小直径は１．２μｍである。最大直径は、
約３〜４μｍである。

円錐台形の孔を有するナイロン６６とポリスルホンとの
組合せ物は、可使時間を２７０％に増大させ(Ｅ)、ガラ
ス繊維強化されたポリアミド膜の組合せ物(Ｆ)は濾過効
率をむしろ９７０％に上昇させる。

第６図および第７図で使用された前方フィルター２は、
第５図で示した実施態様から成り立っていた。この場
合、ガラス繊維は、芳香族ポリアミド中に埋設されてい
る。この埋設は、ガラス繊維から濾液側への繊維の引き
渡しないしは粒子の引き渡しを濾過の間に阻止するとい
う利点を付加的に有する。この付加的な利点は、臨界的
濾過の場合、例えば製薬工業および化学工業の場合にこ
のようなフィルターエレメントの使用を可能ならしめる
（粒子の自由度）。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるフィルターキャンドルが組み込
まれているフィルターエレメントを示す部分的に断面図
を有する正面図、 第２図は、本発明によるフィルターエレメントを示す断
面図、 第３図、第４図、第５図は、本発明によるフィルターエ
レメントの他の実施態様を示す断面図、 第６図および第７図は、それぞれ３種類の濾膜の濾過効
率を表わすグラフである。 ２……前方フィルター、３……後方フィルター、４……
円錐台形の孔、５……円筒形の孔、８，９……層、１３
……織物、１４……深部濾過層、１５……濾膜

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前方フィルターとしての少なくとも１つの
   濾膜および後方フィルターとしての少なくとも１つの濾
   膜からなるフィルターエレメントにおいて、前方フィル
   ター(２)が流れ方向に減少する直径を有する孔(４)を備
   えた非対称的構造を有し、後方フィルター(３)が孔(５)
   を備えた対称的孔構造を有し、前方フィルター(２)が後
   方フィルター(３)とは別の化学的組成を有することを特
   徴とする、フィルターエレメント。
2. 【請求項２】前方フィルター(２)の孔(４)の最小直径ｘ
   ₂が後方フィルター(３)の孔(５)の直径ｙよりも大き
   い、請求項１記載のフィルターエレメント。
3. 【請求項３】前方フィルター (２)の孔(４)の最小直径
   ｘ₂が０．８μｍ〜３μｍの範囲内にあり、非対称的孔
   構造は、この孔(４)の直径が流れ方向に対して２〜４倍
   拡大するように構成されている、請求項２記載のフィル
   ターエレメント。
4. 【請求項４】後方フィルター(３)の孔(５)が０．１μｍ
   〜０．６５μｍの直径ｙを有する、請求項１から３まで
   のいずれか１項に記載のフィルターエレメント。
5. 【請求項５】前方フィルター(２)が芳香族ポリアミドも
   しくはポリスルホンまたはセルロース誘導体からなり、
   後方フィルター(３)が脂肪族ポリアミドもしくはポリス
   ルホンまたはポリビニリデンフルオリド、ポリテトラフ
   ルオルエチレンまたはポリプロピレンからなる、請求項
   １から４までのいずれか１項に記載のフィルターエレメ
   ント。
6. 【請求項６】脂肪族ポリアミドがナイロン６６である、
   請求項５記載のフィルターエレメント。
7. 【請求項７】芳香族ポリアミドがイソフタル酸およびｍ
   −フェニルジアミンからなる共重合体である、請求項５
   記載のフィルターエレメント。
8. 【請求項８】前方フィルター(２)の濾膜(１５)が深部濾
   過層(１４)上に配置さている、請求項１から７までのい
   ずれか１項に記載のフィルターエレメント。
9. 【請求項９】この深部濾過層(１４)がガラス繊維からな
   る、請求項８記載のフィルターエレメント。
10. 【請求項１０】深部濾過層がポリアミドもしくはポリス
    ルホンまたはセルロース誘導体中に埋設されている、請
    求項１から９までのいずれか１項に記載のフィルターエ
    レメント。
11. 【請求項１１】後方フィルター(３)が少なくとも２層
    (８、９)の濾膜である、請求項１から１０までのいずれ
    か１項に記載のフィルターエレメント。
12. 【請求項１２】これらの層(８、９)が堅固に相互に結合
    されている、請求項１１記載のフィルターエレメント。
13. 【請求項１３】これらの層(８、９)が異なる化学的組成
    を有する、請求項１１または１２に記載のフィルターエ
    レメント。
14. 【請求項１４】これらの層(８、９)が層(８、９)の間に
    配置されているフリースまたは織物(１３)によって強化
    されている、請求項１０から１３までのいずれか１項に
    記載のフィルターエレメント。
15. 【請求項１５】このフリースまたは織物(１３)がポリプ
    ロピレンまたはポリエステルからなる、請求項１４記載
    のフィルターエレメント。
16. 【請求項１６】前方フィルター(２)および後方フィルタ
    ー(３)の化学的組成は、このフィルターが異なる表面特
    性を有するように選択されている、請求項１から１５ま
    でのいずれか１項に記載のフィルターエレメント。