JPH1133373A - 複合中空糸膜 - Google Patents

複合中空糸膜

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JPH1133373A
JPH1133373A JP9906198A JP9906198A JPH1133373A JP H1133373 A JPH1133373 A JP H1133373A JP 9906198 A JP9906198 A JP 9906198A JP 9906198 A JP9906198 A JP 9906198A JP H1133373 A JPH1133373 A JP H1133373A
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誠 内田
Takayuki Hirai
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Haruhiko Yoshida
晴彦 吉田
Nobuhiro Hirota
暢宏 廣田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期間使用しても脱気、給気、ガス透過性能
の低下が少ない複合中空糸膜を提供すること。 【解決手段】 ポリウレタン系ポリマーからなる均質膜
層(A)をその両側から多孔質膜層(B)で挟み込んだ
三層構造の複合中空糸膜において、少なくとも一方の多
孔質膜層(B)の厚みが1〜5μmであることを特徴と
する複合中空糸膜。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被処理液中からの
気体の脱気や被処理液中への気体の給気、或いは被処理
液中に溶存する気体のガス交換等に好適に用いられる複
合中空糸膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】被処理液中からの気体の脱気や気体の給
気、ガス交換等に膜を用いる検討が種々なされている。
この様な用途の一例として、中空糸膜を用いた中空糸膜
型人工肺がある。中空糸膜型人工肺としては、ポリプロ
ピレン、ポリエチレン等の疎水性高分子で形成された微
多孔質中空糸膜を用いた人工肺あるいはシリコンゴム等
で形成された均質膜状中空糸を用いた人工肺が知られて
いる。しかしながら、微多孔質中空糸膜を用いた人工肺
(例えば特開昭54−160090号公報等)では、長
時間使用すると、細孔に水蒸気が凝縮したり血漿が細孔
を透過して中空糸膜の中空部を塞いだりすることによっ
て、ガス交換性能が低下し、以後の使用が不可能となる
ことがあるという問題がある。
【0003】一方、均質膜状中空糸を用いた人工肺で
は、中空糸膜の機械的強度を実用レベルに保つためには
ある程度の膜厚が必要であって、使用できるポリマー素
材としてはガス透過性の優れたシリコンゴム系に限られ
てしまいコスト高であった。また、人工肺として実用的
なガス交換性能を持たせるためには膜面積をかなり大き
くとる必要があった。更に、均質膜状中空糸には膜表面
に凹凸が無いことから、中空糸の端部をポッティング剤
で固定する際に予め表面処理しておくことが必要であ
り、製造工程が複雑化するとともにポッティング剤と中
空糸との接着部にリークが生じる危険性もあった。この
ような微多孔質膜及び均質膜のそれぞれの欠点を補完す
ることを目的として、均質膜層と多孔質膜層とを交互に
積層した複合中空糸膜が特開昭62−1404号公報や
特開昭63−230173号公報に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記公開
特許公報には多孔質膜層の厚みとして8μm以上のもの
しか記載されていない。又、このような三層構造の複合
中空糸膜を人工肺用の膜として使用する場合、血漿が界
面活性能を有するタンパク質溶液であるため多孔質膜層
の膜素材が疎水性であっても血漿成分が多孔質膜層を濡
らしてその細孔内部に浸透し、使用時間が約30時間を
過ぎる頃からガス交換性能が著しく低下するという問題
がある。また、前述した膜を脱気、給気の用途に用いた
場合においても、処理時間が長くなるにつれて、被処理
液中の固形物が次第に多孔質膜層に侵入し、脱気或いは
給気効率が低下するといった不都合が発生する。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、長時間
使用しても脱気性能や給気性能、或いはガス交換性能を
安定して発現する複合中空糸膜を提供することにある。
即ち、本発明の要旨は、ポリウレタン系ポリマーからな
る均質膜層(A)をその両側から多孔質膜層(B)で挟
み込んだ三層構造の複合中空糸膜において、少なくとも
一方の多孔質膜層(B)の厚みが1〜5μmであること
を特徴とする複合中空糸膜にある。好ましくは、均質膜
層(A)を構成する素材の酸素ガス透過係数P(cm3
(STP)・cm/cm2・sec・cmHg)と均質
膜層(A)の厚みL(cm)とが、P/L≧8.0×1
-6(cm3(STP)/cm2・sec・cmHg)な
る関係を有していると、人工肺等の用途に好適に用いる
ことができる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の複合中空糸膜において均
質膜層(A)はガスのみを透過させるガス透過層として
機能するものである。又、多孔質膜層(B)は主に均質
膜層(A)を補強し保護する役割を有すると共に、膜モ
ジュール製作時に中空糸膜端部とポッティング剤との接
着性を高める役割を有するものであるが、少なくとも一
方の多孔質膜層の厚みが1〜5μmの範囲にあることが
必要である。
【0007】前述したように三層構造の複合中空糸膜
を、脱気、給気、ガス交換の用途に使用した際には、被
処理液が多孔質膜層に浸透して、そこに固形物が滞留す
ることによって性能の低下を引き起こすが、被処理液と
接触する側の多孔質膜層の厚みを5μm以下とすると意
外なことに性能の低下が起こらない。従って被処理液と
接する側の多孔質膜層の厚みは薄い方が好ましいと考え
られるが、一方、この多孔質膜層の厚みが1μm未満で
あると均質膜層(A)に対する補強、保護機能が低下す
るので厚みは1〜5μmの範囲にあることが要求される
のである。尚、多孔質膜層(B)の厚みが1〜5μmで
あることが要求される被処理液と接触する側とは、内部
灌流方式の場合は中空糸の内表面側であり、外部灌流方
式の場合は中空糸の外表面側である。
【0008】本発明の複合中空糸膜全体の厚みは特に限
定されないが、機械的強度の点から10μm以上である
ことが好ましく、又ガスの透過抵抗の点から100μm
以下であることが好ましい。又、複合中空糸膜の内径は
圧力損失の点から100μm以上であることが好まし
く、機械的強度及びガス透過性能の点から500μm以
下であることが好ましい。
【0009】均質膜層(A)を構成するポリマー素材と
しては、ガス透過性に優れるウレタン系ポリマーを用い
る。本発明の複合中空糸膜を、人工肺等のガス交換に用
いる際には、均質膜層(A)を構成する素材の酸素ガス
透過係数P(cm3(STP)cm/cm2・sec・c
mHg)と均質膜層(A)の厚みL(cm)との比P/
Lが8.0×10-6以上とするのが好ましい。従って、
例えば酸素ガス透過係数Pが8.0×10-10cm3(S
TP)cm/cm2・sec・cmHgの素材を用いた
場合には均質膜層(A)の膜厚は1.0μm以下に設定
する必要がある。
【0010】多孔質膜層(B)を構成するポリマー素材
としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−3−
メチルブデン−1、ポリ−4−メチルペンテン−1等の
ポリオレフィン系ポリマー、ポリフッ化ビニリデン、ポ
リテトラフルオロエチレン等のフッ素系ポリマー、ポリ
スチレン、ポリエーテルエーテルケトン等の疎水性ポリ
マーが挙げられる。本願発明の複合中空糸膜は、均質膜
層(A)が多孔質膜層(B)で物理的に挟まれたサンド
イッチ構造を有しているので、両膜間の接着性が悪くと
も、実用上の弊害は生じない。
【0011】多孔質膜層(B)は、均質膜層(A)を補
強し保護する機能を主としているので、複合中空糸膜全
体としてのガス透過能に大きな制約を加えない程度の細
孔を有するものであれば、その細孔の大きさ等について
は特に制限されない。このような複合中空糸膜は、例え
ば多重円筒型の紡糸ノズルを用いて、均質膜層(A)を
形成するポリウレタン系ポリマーと、多孔質膜層(B)
を形成するポリマーとを交互にかつ均質膜層(A)を形
成するポリマーがサンドイッチされるよう配置して溶融
紡糸し、次いで均質膜層(A)の部分を多孔質化するこ
となく、多孔質膜層(B)の部分だけが多孔質化される
条件で延伸する方法によって製造することができる。
【0012】
【実施例】以下、実施例により本願発明の複合中空糸膜
を中空糸膜型人工肺に用いた場合を説明する。 (実施例1)三層構造を形成可能な同心円状に配置され
た吐出口を有する中空糸製造用ノズルを用い、内層と外
層の部分に第1表のポリマーb、中間層の部分に第1表
のポリマーaを用い、吐出温度170℃、吐出線速度
7.5cm/min、巻取速度230m/minで紡糸
した。得られた未延伸中空糸は内径230μmであり、
内側から各々5μm、1μm、22μmの厚さを有する
層が同心円状に配されていた。
【0013】該未延伸中空糸を100℃で8時間アニー
ル処理をした。更に該アニール糸を室温下で80%延伸
し、引き続き110℃の加熱炉中で総延伸量が120%
になるまで熱延伸を行い、複合中空糸膜を得た。この多
層複合中空糸膜は、内径が200μmで内側から4μ
m、0.7μm、25μmの厚さを有する層が同心円状
に配されており、非多孔質層が二つの多孔質層で挟まれ
た三層構造であった。
【0014】(比較例1、2)実施例1と同様のポリマ
ー素材を用い、各ポリマーの吐出量を適宜変更し、その
他の条件は実施例1と同様にして紡糸、アニール処理、
延伸して第1表に示す三層構造の複合中空糸を得た。
【0015】
【表1】
【0016】(実施例2)実施例1の複合中空糸膜を用
いて膜面積が1.0m2となるようにそれぞれ第1図に
示すような中空糸膜型人工肺を製作した。これらの膜型
人工肺の中空糸膜の中空部と連通した血液導入口4から
静脈血条件(酸素飽和度65%、炭酸ガス分圧45mm
Hg、pH7.40)に調整されたヘパリン加牛血(H
b濃度12.0g/dL)を1.0L/minの割合で
導入し、又、ガス導入口6から酸素を1.0L/min
の割合で導入した。
【0017】所定時間毎に膜型人工肺の血液導入口と導
出口で血液を各々サンプリングし、血液ガス分析計(コ
ーニング社製、158型)を用いて血液を分析し、ガス
交換性能(酸素加能)を求めた。実施例2の結果を第2
図に示した。
【0018】(比較例3、4)比較例1又は比較例2の
複合中空糸を用い実施例2と同様の構造の中空糸膜型人
工肺を製作して性能を評価し、その結果を第2図に示し
た。比較例1の複合中空糸膜を用いた場合(比較例3)
は酸素加能は24時間後まではほぼ安定していたが、3
0時間経過後から顕著に低下した。比較例2の複合中空
糸を用いた場合(比較例4)は酸素加能は初めから実用
に供しえない水準であり、しかも経時的に低下する傾向
を示した。
【0019】(比較例5)内径200μm、膜厚25μ
mの多孔質ポリプロピレン中空糸膜を用いて実施例4と
同様の構造の膜型人工肺を製作し性能を評価した。血液
灌流開始後14時間で血漿成分が漏洩し始め酸素加能は
著しく低下した。
【0020】
【発明の効果】本発明の複合中空糸膜は、被処理液中か
らの気体の脱気、被処理液中への気体の給気、或いは被
処理液のガス交換を行う際に、被処理液中の固形物が多
孔質膜層に滞留して性能を低下させることが無く、長期
に渡り性能を維持することができる。また、膜型人工肺
に長時間使用しても血漿成分の漏れがなくかつガス交換
性能が安定したものであため、長時間の開心術やECM
Oの分野に適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1図は本発明の複合中空糸膜を用いた膜型人
工肺の一例を示す膜式断面図である。
【図2】第2図は膜型人工肺に牛血液を灌流させた時の
酸素加能の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1…容器 2…複合中空糸膜 3…ポッティング剤(隔壁) 4…血液導入口 5…血液導出口 6…ガス導入口 7…ガス導出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B01D 71/54 B01D 71/54 (72)発明者 吉田 晴彦 広島県大竹市御幸町20番1号 三菱レイヨ ン株式会社内 (72)発明者 廣田 暢宏 広島県大竹市御幸町20番1号 三菱レイヨ ン株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリウレタン系ポリマーからなる均質膜
    層(A)をその両側から多孔質膜層(B)で挟み込んだ
    三層構造の複合中空糸膜において、少なくとも一方の多
    孔質膜層(B)の厚みが1〜5μmであることを特徴と
    する複合中空糸膜。
  2. 【請求項2】 均質膜層(A)を構成する素材の酸素ガ
    ス透過係数P(cm3(STP)・cm/cm2・sec
    ・cmHg)と均質膜層(A)の厚みL(cm)とが、 P/L≧8.0×10-6(cm3(STP)/cm2・s
    ec・cmHg)なる関係を有することを特徴とする請
    求項1記載の複合中空糸膜。
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