JPH0693979B2 - ポリプロピレン多孔質中空糸膜 - Google Patents

ポリプロピレン多孔質中空糸膜

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JPH0693979B2
JPH0693979B2 JP60183704A JP18370485A JPH0693979B2 JP H0693979 B2 JPH0693979 B2 JP H0693979B2 JP 60183704 A JP60183704 A JP 60183704A JP 18370485 A JP18370485 A JP 18370485A JP H0693979 B2 JPH0693979 B2 JP H0693979B2
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は血清アルブミンを実質的に通過させないポリプ
ロピレン多孔質膜に関する。更に詳しくは人工腎臓にお
ける人工透析に適したポリプロピレン多孔質膜に関す
る。
〔従来の技術〕
近来、膜による分離技術は精密ろ過法、限外ろ過法、逆
浸透法等広い領域に亘って発達しており注目を集めてい
る。そしてその用途分野は廃水処理、食品工業、電子工
業、精密工業等が上げられる。特に医療分野での発達が
顕著であるが、当該分野ではその性格上極めて高い性能
と精度及び安全性が要求されるのである。医療分野にお
ける膜利用のうち血液浄化、特に人工透析用膜の占める
割合が圧倒的に多いのである。
このような人工透析用膜においても、やはり種々の性能
が必要であるが、基本的には血清蛋白は透過しないが、
尿素等の低分子ないし、それよりもやや分子量の高い中
分子毒性物質は透過しかつ適度な透水性があること、更
には湿潤時の強度が大であることが上げられる。一方、
膜の形態としては平膜、中空糸膜があるが、後者は単位
体積中に大きな膜面積を設けることができるという特長
がある。このため、平膜よりも中空糸膜のほうが多く使
われているのである。
セルローズ系中空糸膜はこのような要求を満足する優れ
たものであり、現在人工透析用膜としては大部分がセル
ローズ系中空糸膜であると言っても過言ではない。
然るに、近年かかるセルローズ系膜の有する欠点が指摘
されるようになってきた。それは、血液中に含まれる補
体の活性化の問題である。つまりセルローズ系膜を用い
て人工透析を行った場合、血圧の一時的低下、白血球の
一時的減少等の症状が起こることが報告されている。こ
れは血液中に含有される補体が膜を構成するセルローズ
との間で反応し活性化されることが原因であることが分
かってきた。更にはこの活性化反応は単にセルローズに
よってのみ起こるのではなく、膜を構成するポリマーと
の間で一般的に起こること、この活性化反応の径路はひ
とつだけではないが、いずれにしてもポリマーの表面の
性質、就く親水性つまり臨界表面張力と強い関係があ
り、臨界表面張力が40乃至45dyn/cm以上の比較的親水性
の高いポリマーにおいて活性化が著しいことも明らかに
なってきた。
このような状況の中で補体活性化反応の起こらない透析
用の膜の出現が待たれているのである。このような膜を
実現するには上述の事情から判るように疏水性ポリマー
から透析用膜を製造することができればよいのである
が、いまだこのような膜は完成されていない。
透析用膜に求められる性能は、水の透過性が良好で且つ
血液中の不用物質(例えば尿素)の透過性も良好であ
り、且つ人体にとって有用な血清蛋白を透過させないこ
とである。
疏水性ポリマーで以上述べてきたような特性を満足させ
るためには、疏水性ポリマーを多孔質化する必要があ
る。
しかしながら血清蛋白を阻止するためには100Å以下の
孔径にする必要があり、未だこのような技術は完成され
ていない。
例えば特開昭52−15627号には孔半径が200〜1200Åの中
空糸膜が開示されており、特開昭52−137026号には0.01
〜0.5μ(=100〜5000Å)の孔径の中空繊維が開示され
ている。
更に特開昭54−23722号には400〜700Åの孔径の膜を得
る技術が開示されている。
このように従来の技術では100Å以下の孔径を有する多
孔質膜は得られていない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
かかる現状に鑑み本発明者らは鋭意研究を重ね、典型的
な疏水性ポリマーであるポリプロピレンから人工透析に
適した多孔質膜を製造することに成功し、本発明に到達
した。本発明の多孔質膜はポリプロピレンから製造され
ているということのほかに、大きな水透過性を有してい
ることも大きな特長の一つである。つまり該多孔質膜の
一側面から他の側面にかけて比較的大きな貫通孔を有し
ていることが容易に推定されるのであるが、従来このよ
うに大きな貫通孔を有する多孔質膜は人工透析用膜には
適さないと思われていたのであるが、本発明の多孔質膜
は驚くべきことに人工透析用膜に必要とされる性能を満
足することが分かったのである。また、予想された通り
本発明の膜は補体を活性化しないことが確認され、現在
多用されているセルローズ系膜よりも優れたものである
ことがわかったのである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の人工透析用に適した膜は、少なくとも0.890好
ましくは0.900g/cm3以上の密度を有しかつメルトインデ
ツクスが0.5以上10未満であるポリプロピレンよりな
り、水透過率が5乃至300ml/hr・m2・mmHgで血清アルブ
ミン阻止率が99.5%以上、血清透過率が2乃至200ml/hr
・m2・mmHg、尿素クリアランスが100ml/min・m2以上で
あるポリプロピレン多孔質中空糸膜である。
本発明の膜を製造する方法としては可塑剤、造孔剤等の
添加剤を混合して成型した後、該添加剤を抽出法等によ
り除去することにより多孔質膜を製造する方法がある
が、一方、かかる添加剤を一切使用しないで多孔質膜を
製造する方法もある。本発明の多孔質膜は、いずれの方
法によっても得られるのであるが、該多孔質膜が人工透
析による血液浄化に用いることを目的にしたものである
ので、ポリマー以外の成分は出来るだけ存在しないこと
が望ましい。このような観点から判断すると、上記の二
つの方法のうち前者の方法は添加剤の残留が全く無いと
は言い切れず、後者の方法の方が安全性の点でより好ま
しいと言える。そのような多孔質膜の製造方法として
は、例えば均質膜に電子ビームを照射する穿孔法、溶融
成型後、延伸多孔質化する方法が挙げられる。
このより好ましい方法のうち、主に延伸多孔質化法につ
いて述べると、これは、ポリプロピレンをその融点以上
に加熱して中空糸製造用ノズルを用いて押し出して膜状
に成型し、次に該ポリプロピレンの融点以下、ガラス転
移点以上の温度条件の下で定長熱処理後、該ポリプロピ
レンのガラス転移以上で前記の定長熱処理温度より低い
温度条件の下で10乃至350%延伸し、次に該ポリプロピ
レンの融点よりも低く前記延伸温度よりも高い温度条件
の下で10乃至40%緩和熱セットする方法がある。この場
合、延伸は必要に応じて2段以上に分けておこなうこと
ができる。
しかしながら、ここに示す方法によって本発明の多孔質
膜を製造するには原料となるポリプロピレンは特定の条
件を満足することが必要である。そのひとつは密度であ
る。ポリプロピレンの密度はその結晶化度の指標であ
る。溶融成型された膜を延伸して多孔質膜にする過程
は、延伸により結晶層間を剥離することを原理としてお
り、溶融成型された膜は十分な結晶化度を有しているこ
とが不可欠である。つまり後で述べる様に尿素の透過性
を支配するのは孔の占める割合、即ち、空孔率であり、
空孔率は結晶相の占める割合、即ち、結晶化度が高いこ
とが要求されるのである。製造される多孔質膜の尿素ク
リアランスが100ml/min・m2以上であるためには、ポリ
プロピレンの密度は少なくとも0.890g/cm3以上、好まし
くは0.900g/cm3以上であることが必要である。
原料ポリプロピレンが満足すべきもうひとつの条件はメ
ルトインデツクス(以後、MIと称する。)である。MIは
ポリプロピレンの流動性の指標であると同時に分子量の
指標でもある。
本発明の膜を製造するには紡糸ドラフトは8000以上好適
には10000以上であることが必要である。8000未満であ
ると孔径が100Åを越えてしまい血清蛋白を阻止できる
膜を得ることができない。本発明の多孔質膜における孔
は、尿素分子や水分子を通して該多孔質膜外へ移動せし
め得るのに対して、アルブミンやグロブリンの如き血清
蛋白を通さず血液内に留めるという機能が必要であり、
この機能は孔の大きさで決定されるのである。つまり、
例えば血清蛋白の主成分であるアルブミンは分子量約69
000で血清中での回転半径は約50Åといわれており、人
工透析様多孔質膜の孔の大きさは、概略それに相当する
ことが必要である。但し、本発明者らの研究によれば血
清蛋白と該多孔質膜との相互作用があるために、血清蛋
白を実質的に阻止する場合においても、孔の大きさは必
ずしも50Å以下でなければならないことはないが、小さ
いほうが阻止機能が高いことは容易に推察できる。本発
明者らの研究結果を更に述べると製造される多孔質膜が
有する孔の大きさは原料ポリプロピレンの分子量と密接
に関係しており、分子量が高いほど孔は小さくなること
が分かったのである。つまり、MIは10未満であることが
必要であった。しかし、他方MIが低過ぎると溶融体の流
れが悪くなり、溶融成型が不可能になる。従って、MIは
0.5以上10未満であることが必要であった。好適には0.5
以上8以下である。MIが10以上だと孔径が大きくなり、
血清蛋白を阻止させる膜は得られない。
特開昭55−1314号には紡糸ドラフトが14510の実施例が
開示されているが、表面積と空孔率から推定される孔半
径は600Åであり、本発明の膜は得られない。これはMI
が10と高いためである。
本発明の多孔質膜は、水透過性が極めて大きいことが特
徴であり、明らかに該膜の一面から他の面にかけて貫通
する孔を有するのである。この点、先行のセルローズ系
膜とは際立った形態上の差異があるばかりでなく、血液
を透析する場合、先行のセルローズ系膜とは異なる機構
で透析が進行する新しい透析用膜と言える。つまり、先
行のセルローズ膜は均質膜であり、血液の透析において
はセルローズ分子と結合した水分子或いはセルローズ分
子間の自由水を拡散媒体として尿素分子が血液から除か
れ透析液側へ除去されるのに対し、本発明の多孔質膜に
おいては上記の貫通孔に充填された水分子を拡散媒体と
して、尿素分子が移動するのである。かかる多孔質膜に
おいては上記の貫通孔を通して血液ろ過が起こり過大な
透水性の故に人工透析用膜としては不適当と考えられて
いたのであるが、現実に血液透析を行った場合、予想外
のことであったが、多孔質膜の有する孔と血液、特に血
清との相互作用のために、血清中の水分に対して適度の
透過性を示し、適度な除水が起こることが確認されたの
である。但し、水透過性が高過ぎると過度の除水が起こ
るのは当然であり、他方水透過率が低過ぎると尿素の透
過性も低くなることも容易に想像できるところである。
結局、水透過率は5乃至300ml/hr・m2・mmHgであること
が適当である。
ここでポリプロピレンが選ばれたのは血液中の補体活性
を活性化しないこと、溶融成型、延伸法等で適切な水透
過率、アルブミン阻止率を有する小孔を設け易いことに
よる。
本発明の多孔質膜は優れた透析性能を示すだけではな
く、血液中の補体を活性化せず生体適合性の点において
も極めて優れているといえる。
尚、本特許請求の範囲及び本明細書中に記載の各種指標
は次に記す測定法に依り得られた。
密度:密度勾配管法 MI:ASTM D−1238に準拠 但し温度200℃、荷重2.16kg 水透過率: 有効膜面積20cm2の膜をモジユールとし(中空糸膜の場
合はループ状モジユール)、アルコール等により膜を親
水化した後、該膜の一方の面から(中空糸膜の場合は中
空内部から)20℃、50mmHgの水を供給し、該中空糸膜壁
より透過する水の量を測定し、下記の式に従って水透過
率を算出する。
水透過率(ml/hr・m2・mmHg)= 透過量(ml)/透過時間(hr)×膜面積(m2)×膜間差
圧(mmHg) 血清蛋白阻止率: 有効膜面積300cm2の膜をモジユールとし、該膜の一方の
面から(中空糸膜の場合は中空内部から)エタノールを
圧入、15分間循環し次に水に十分に置換した後、該膜の
一方の面から(中空糸膜の場合は中空内部から)37℃膜
間差圧200mmHgで血清を圧入し、血清及び透過液中の蛋
白濃度をブラツドフオード法により定量し、下記の式に
従って血清蛋白阻止率を算出する。
血清透過率: 血清蛋白阻止率測定の場合と同様にして血清を圧入し、
この時の透過速度を測定し、下記の式に従って血清透過
率を算出する。
血清透過率(ml/hr・m2・mmHg)= 透過量(ml)/透過時間(hr)×膜面積(m2)×膜間差
圧(mmHg) 尿素クリアランス: 血清蛋白阻止率の場合と同様にしてエタノール処理更に
水置換した後の透析装置に装着し、該膜の一方の面に
(中空糸膜の場合は中空内部から)膜面積1m2あたり500
ml/minの流速で透析液を流しながら、該膜の他の面に
(中空糸膜の場合は中空外部に)膜面積1m2あたり200ml
/minの流速で濃度0.1%の尿素水溶液を流す。透析処理
前後の尿素濃度をパラジメチルアミノベンズアルデヒド
法で定量し、下記の式によって尿素クリアランスを算出
する。
活性化補体C5a: 2抗体RI法により定量する。
〔実施例〕
以下実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例1 密度0.915メルトインデツクス5のポリプロピレンを200
℃で溶融し膜製造用スリツトから線速度8cm/minで押し
出し空気流で冷却しながら800m/minで引きとった。紡糸
ドラフトは10000であった。次に135℃で100秒間定長熱
処理した後、30℃で150%延伸し更に135℃で緩和熱セツ
トし総延伸倍率が100%になるようにした。かくして得
られた膜の水透過率は15ml/hr・m2・mmHg、血清透過率
が4.1ml/hr・m2・mmHg、血清蛋白阻止率は100%、尿素
クリアランスは140ml/min・m2であった。
また補体活性化試験を行った結果、活性化補体C5aは120
分後3.5ng/mlであり、同時にコントロールとして膜の無
い場合について測定したところC5aは3.8ng/mlであり、
本発明の中空糸膜が補体活性化をしない生体適合性に優
れていることが判る。
比較例1 密度0.880メルトインデツクス7であるポリプロピレン
を用いる以外は実施例1と全く同様にして多孔質膜を得
た。
該膜の水透過率は1ml/hr・m2・mmHg以下、血清透過率は
0.1ml/hr・m2・mmHg以下、尿素クリアランスは10ml/min
・m2以下で人工透析には適さなかった。
実施例2 密度0.915メルトインデツクス5のポリプロピレンを195
℃で溶融し中空糸製造用ノズルから線速度8cm/minで押
し出し空気流で冷却しながら800m/minで引きとった。紡
糸ドラフトは10000であった。次に135℃で110秒間定長
熱処理した後、30℃で120%延伸し更に135℃で緩和熱セ
ツトし総延伸倍率が120%になるようにした。かくして
得られた多孔質膜中空糸膜の水透過率は22ml/hr・m2・m
mHg、血清透過率が5.0ml/hr・m2・mmHg、血清蛋白阻止
率は100%、尿素クリアランスは140ml/min・m2であっ
た。
また補体活性化試験を行った結果、活性化補体C5aは120
分後3.3ng/mlであり、同時にコントロールとして膜の無
い場合について測定したところC5aは3.5ng/mlであり、
本発明の中空糸膜が補体活性化をせず、生体適合性に優
れていることが判る。
比較例2 密度0.885メルトインデツクス15であるポリプロピレン
を用いる以外は実施例2と全く同様にして多孔質膜を得
た。
該膜の水透過率は1ml/hr・m2・mmHg以下、血清透過率は
0.1ml/hr・m2・mmHg以下、尿素クリアランスは10ml/min
・m2以下で人工透析には適さなかった。
比較例3 紡糸温度200℃、紡糸ドラフト5000とした以外は、実施
例1と全く同様にして、中空糸膜を得た。得られた膜の
水透過率は65ml/hr・m2・mmHg、尿素クリアランスは140
ml/min・m2であったが血清蛋白阻止率は30%であり、蛋
白質を実質的に透過させてしまう膜であった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも0.890g/cm3以上の密度を有しか
    つメルトインデックスが0.5以上10未満であるポリプロ
    ピレンよりなり、水透過率が5乃至300ml/hr・m2・mmH
    g、血清アルブミン阻止率が99.5%以上、血清透過率が
    2乃至200ml/hr・m2・mmHg、尿素クリアランスが100ml/
    min・m2以上であるポリプロピレン多孔質中空糸膜。
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