JPS6221567B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

高分子物質の膜が気体透過能を有するが、その
透過能は高分子物質の種類によつて甚しく相違す
る。例えば酸素の透過速度についてみると弗素樹
脂中の透過速度を１としたときの他のいくつかの
代表的な高分子物質中の酸素移動速度は次の如く
である。 弗素樹脂 １ ナイロン ５ ポリ塩化ビニール 35 ポリカーボネート 400 天然ゴム 6000 シリコンゴム 150000 上記から分るようにシリコンゴムの酸素透過能
は他の合成高分子物質に比べ桁はずれに優れてお
り、この傾向は酸素に限らず他の気体に対しても
同様である。しかしシリコンゴムだけについてみ
れば気体の透過能は気体の種類によつて大いに相
違する。即ちシリコンゴムの気体の透過量Ｑは同
一条件下でガスの種類によつて例えば次の如き値
を示す。 但しＱは式Ｑ＝πＳ／１（Pa−Pb）で現わされ πは物質移動係数、Ｓは膜面積、１は膜圧、
Pa，Pbは膜の両相の気体分圧である。 ガスの種類Ｑ×10⁹（c.c.（NTP） ・cm／sec・cm²・cmHgΔｐ） 窒素 25 ヘリウム 28 酸素 48 エチレン 110 エタン 210 炭酸ガス 250 プロパン 330 ｎ−ブタン 750 ｎ−ヘキサン 790 硫化水素 800 ｎ−ペンタン 1670 フエノール 1720 アセチレン 2150 水蒸気 2970 このようなシリコンゴムの特性は多くの利用分
野を示唆しているようではあるが、薄膜の強度、
あるいはその取扱いの難かしさ等によつて、現実
には人工肺に利用されているにすぎない。 人工肺に要求されている機能としては膜の良好
なガス透過性（薄膜の使用）や安全性だけではな
く、装置容量小にしてガス交換膜面積を大にする
ことができるか等、互に相反する条件が要求さ
れ、しかもコストの低減も当然の課題とされてい
る。現今使用されている人工肺はシリコンゴムフ
イルムをスペーサーを介して多数枚重ねたものを
匣体に収納し、膜によつて形成される多数の間隙
に血液と空気とを互に隣接するように流すように
した構成のものが主である。しかしシリコンゴム
の薄いフイルムは軟らかく非常に取り扱い難く、
しかも膜の損傷が許されないので、使用膜厚にも
限界があるため、製作が難かしいだけでなく装置
も大きくならざるを得ず価格も必然的に高くなら
ざるを得ない。 人工腎は液々間の物質交換が膜を通して行なわ
れるという点で人工肺に似ているが、使用される
材料は繊維素誘導体であつてシリコンゴムより材
質はかなり硬い。この人工腎には近年毛細管製の
ものが現われ装置全体をかなり小型化し得るよう
になつた。これは毛細管を多数本集束して使用す
ると、膜を用いたものに較べ同体積でより広い交
換面が得られるからであり、その結果いわゆる死
腔が少なくなり残留血液も減少するという利点が
あるからである。 人工腎についての上記の事実はシリコンゴムを
用いる人工肺についても同様の筈である。そして
シリコンゴムについても外径が１mm以下肉厚が
100μｍ程度のものの製作は可能となつたのであ
るが、シリコンゴムは軟かくしかも表面が粘着性
を有するため毛細管を所定長に切断してそろえ端
末部をシールするには高度の熟練を要し、しばし
ばブロツキングにより団子状となるなど収率も甚
だ悪く、毛細管自体の製造コストも面積当りでは
膜に比べ著しく高い。従つてシリコンゴムの毛細
管によつて人工肺を製造することは極めて困難で
ある。 本発明はこのような問題を一気に解決したもの
であつて、毛細管の利点と膜の利点のみを兼ね備
え、かつこれ等の欠点をなくした気体交換装置用
部品である「互に隣接する毛細管がその全長にわ
たり管と同質の膜により多数連結して面状に並列
されているシリコンゴム製気体交換用毛細管集合
体」、及びこれを用いた気体交換装置を提供しよ
うとするにある。以下本発明を図について気体交
換用毛細管集合体の発明から説明する。 第１図及び第２図は本発明の気体交換用毛細管
集合体（以下毛細管集合体と略）であつて、第１
図は該集合体を定寸に裁断したものの斜視図であ
り、第２図は各管の結合状態を示す拡大説明図で
ある。そして図中１は毛細管集合体を２は毛細管
を３は各毛細管の結合部を示している。 符号１のような毛細管集合体は、毛細管外径が
１mm以下管厚が30〜200μｍ連結部の膜厚が100〜
200μｍ程度になるように押出成形機のダイスを
通じて押出成形され然る後加硫成形される。 成形に使用されるシリコン弾性体の組成は大部
分が

【式】構造のポリジメチルシロキサンであ る通常シリコンゴムと称される高分子粘性体に補
強剤として煙霧質シリカ（超微粒子シリカ）を５
〜20％程度と有機過酸化物例えば２，４ジクロロ
過酸化ベンゾイルの如きものを0.1〜１％程度配
合し充分に練成したものを押出機により押出し
120℃〜400℃に加熱し加硫すればよい。加硫シリ
コンゴムを得る方法は上記に限られず別法によつ
てもよい。例えばポリマー構成単位中にメチル基
に換えビニル基、アルリル基の如き二重結合をも
つ低級炭化水素基をもつシロキシ基をジメチル基
に対し0.01〜0.5％程度加え共重合せしめたもの
をメチルシロキサン基 に配合し、例えば白金触媒を用いて加熱重合させ
たものであつてもよい。 本発明は加硫機構や組成を発明の要旨とするも
のではないので、これについての詳細は説明を省
略する。ただ補強剤としてのシリカはシリコンゴ
ムの強度を増す反面通気性を阻害するので強度と
通気性の兼ね合いを考慮し前記程度の比がよいと
したのである。 既に分明と思われるが本発明の基本認識は長い
一本の毛細管を処理して毛細管束を作ることに替
え、多数本の毛細管を併列して同時に得た点及び
それを如何に有用に利用したかにある。そしてこ
のようなものは当然のこと乍ら未知である。本発
明の気体交換用集合体の製法即ち押出成形法自体
は公知であり新味はないが、このような公知手段
によつて本発明品の如き繊細な毛細管集合体を製
造することは知られていない。結果的には製造は
本発明の毛細管集合体を想到するに至れば、製造
は可能であつた筈であり、このことも本発明の新
規性を裏付けるものであるといえよう。 本発明の毛細管集合体１の管２の径は外径１mm
以下好ましくは0.6〜0.2mm管厚は30〜200μｍ連
結部の膜厚は20〜200μｍ膜巾はその管径を超え
ず1/2〜1/10程度が望ましい。先に述べたように
気体交換性は薄い程よいのであるが、強度及び製
作技術の面から上記の範囲が望ましいのである。
従つてこれ等寸度が本発明を制限するものでは勿
論ない。 本発明の毛細管集合体は多数本の毛細管が同時
に得られるという効果は当然として、更に以下に
述べるような極めて顕著な効果がある。 その１は毛細管集合体を面状体とみた場合単位
面当りの気体交換面積が大となり気体交換能が大
となることである。膜を横切る気体の透過量Ｑは
前述したように、 Ｑ＝πＳ／１（Pa−Pb） で表わされ、膜の面積に比例する。従つて管体を
透過膜材とすればその透過面は円周率に比例する
ことになるが、本発明品のように毛細管が膜で連
結されている場合でも連結膜巾が管の直径以下で
あるとすれば、毛細管内と毛細管外とで気体交換
が行なわれる膜面積は毛細管集合体の見掛面積の
二倍以上となり、気体の交換量は膜に較べ著しく
大となる。若し気体の交換量の増大を、それ程望
まなくてもよいのであれば毛細管の管厚を増し毛
細管集合体自体の強度増大に役立てることも可能
である。 その２は各毛細管はその集合体の両面にふくら
みリブ的効果を奏し、管方向に対しての機械的強
度を著しく増し、メクレに基く気体交換装置の製
造時の障害を大いに軽くすることである。 更にその３は、本発明の毛細管集合体では気体
交換は毛細管内管外で行なわれるので、毛細管集
合体面（管外面）にアンチブロツキング材の使用
が可能となり、ブロツキングによる障害もなくす
ことが可能となり、その２の効果と相いまつて毛
細管集合体の取り扱いは更に容易となる。 本発明の毛細管集合体は以上の如き優れた性質
を備えているので、これを用いた気体交換装置は
コストは低減され気体交換能は増大し、強度も増
すことができる。従つてこの毛細管集合体を用い
た気体交換装置は人工肺に止まらず他の多くの用
途の広義の気体交換装置に応用が可能となる。そ
して広義の気体交換装置とは例えば、混合気体
（炭化水素混合物等）の相互分離、気体の濃縮
（混合物の拡散による）、各種室内空気の清浄、有
毒ガスの除去等々に利用される装置である。これ
等装置は使用目的に応じ細部設計では相違すると
しても、基本的には構成を同じくし、特許請求の
範囲第２項に記載した如き構成のものである。以
下装置につき説明する。 連続して押出成形され加硫された毛細管集合体
はその長さ方向に対し直角にならないよう斜めに
かつ平行に裁断され、その多数枚が第３図に示す
ように重ねられる。その重ね合せの際管２の切口
附近即ち断面部附近は管口を除いて充分にシール
され、且つ接合される。この結合態様は次の第４
図及び第５図によく示されている。 第４図及び第５図は第３図の積層物を匣体に収
納した場合の一部を切欠いて示した平面図及び側
面図であつて、図中１は気体交換用毛細管集合体
を４はシール部を５は匣体を示しており、匣体に
は管方向に対しての流体の入口及び出口６，７
を、又これと直角方向には別の流体の入口及び出
口８，９を備えている。従つて両方の流体を夫々
から通ずれば、一方の液の流れは直線的に他の液
は斜交する毛細管の間隙をぬつて流れ、両流体は
毛細管膜を介して充分に接触することができる。 なお第３図乃至第５図においては積層物の交叉
角を小さくしているが逆に甚しく大にして綾状に
重ねてもよい。又図示はしていないが各層間にス
ペーサーを置いてもよい。交叉角度の如何やスペ
ーサーの有無は本発明にとつては純設計上の問題
であり、発明の本質に影響を与えるものではな
い。 シール部４に用いる接着シール剤としては常温
硬化性のシリコーン接着剤の使用が好ましいが、
生体反応に留意する必要がない場合には常温硬化
性の液状ウレタン樹脂等も使用可能である。又層
間にスペーサーが必要なときには、スペーサーと
しては例えばポリエチレン、ポリプロピレン、セ
ルロース繊維、ポリ塩化ビニリデン、テフロン等
の有機高分子物質繊維製の織物あるいは無機質繊
維製の織物や多孔体の薄膜が使用されるが、その
選撰は気体交換装置の使用目的に応じ適宜定めれ
ばよい。以下実施例につき本発明を説明する。 実施例 毛細管集合体の製造 附加重合型シリコンゴムで加硫後の硬度がシヨ
アーＡ、伸び率860％、抗張力62Kg／cmのものを
過酸化物触媒と共に押出成形し、成形物を延伸し
つつ380℃にて43秒加硫し、次いで２次加硫を150
℃で４時間行い、毛細管の外径0.6mm、管厚120μ
ｍ、毛細管間の連結部の巾0.22mmその厚さ140μ
ｍ、毛細管の本数21本の17mmリボン状の毛細管集
合体を得た。この際使用した押出器のダイス寸法
を製品寸度の約２倍とし、製品寸度の調整は製品
捲取速度の加減、換言すれば延伸程度の調整によ
つて行い、品質を一定させた。 気体交換装置の組立て 前記リボン状毛細管集合体を斜辺の長さ120mm
の平行四辺形になるように切断して10本を並べ、
第２層をこれと８度傾けて交叉するように重ね、
以下このような交叉を繰返して20層重ね合せ、
夫々の端末約10mmを常温硬化性シリコン接着剤
KE−42（信越化学工業株式会社商品）で充分緊
密に接着した。 次いでこれを縦23.7mm、横160mm、厚さ14mmの
内側寸法を有するメタクリル樹脂製の匣体内に、
下面及び上面にサランネツトを置いて収納し、前
記シール用接着剤を用いて気密になるように固定
した（第４図参照）。なおこの匣体にはタテ方向
及び横方向に流体の出入口が設けられており、そ
の口径は内径は８mmにしてあり、又匣体樹脂板の
厚みは４mmである。 使用例 １ 気体交換装置を用意し、予め脱酸素した生理食
塩水を毛細管の外側を流れるようにし、毛細管内
に純酸素を通じ、生理食塩水の酸素化を出口附近
に置かれた酸素計を用いて測定を行つた処、生理
食塩水の流量が毎分1.6の場合、室温25℃に於
て酸素量は37ml／m²／分であつた。但し、本試験
は常圧下で行い、純酸素の交換装置の入口の圧力
は1.05気圧で出口は大気中に開放した。 使用例 ２ 前例の装置を用い、一気圧のエタン、エチレン
の等モル混合ガス毛細管の内部に流し、毛細管の
外部を水銀柱平均50mmHg陰圧の空気を流し、膜
を透して排出されて来る気体の分析を行つた処、
エタン、エチレンのモル比は夫々約３：２とな
り、エタンが濃縮されていた。 使用例 ３ 前例と同じ装置を用い、1.3気圧に加圧した空
気を毛細管の内部に流し毛細管の外部を１気圧に
保ち排出して来る気体の酸素濃度を測定した処、
酸素の濃度は25％となり酸素が約1.2倍に濃縮さ
れていた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の毛細管集合体の斜視図、第２
図は毛細管の結合態様を示す拡大説明図、第３図
は毛細管集合体の積層態様の１例を示す説明図、
第４図は一部を切欠いて示す気体交換装置の側面
図、第５図は同じく一部を切欠いて示す同装置の
平面図である。 １……気体交換用毛細管集合体、２……毛細
管、３……結合部、４……シール部、５……匣
体、６，８……入口、７，９……出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互に隣接する毛細管がその全長にわたり管と
   同質の膜により多数連結して面状に並列されてい
   るシリコンゴム製気体交換用毛細管集合体。 ２ 互に隣接する毛細管がその全長にわたり管と
   同質の膜により多数連結して面状に並列されてい
   るシリコンゴム製気体交換用毛細管集合体を、管
   方向と交わるように角度を定めて所定長さに裁断
   し、裁断物を裁断縁をそろえて多数枚重ね管断端
   部において管孔以外の空隙をシールして匣体に収
   納し、匣体に管方向およびこれと交わる方向にそ
   れぞれ別の流体の入口および出口を対向して設
   け、匣体の毛細管内と毛細管の交叉により形成さ
   れる空隙に異種の流体を通過せしめるように構成
   してなる気体交換装置。 ３ 気体交換用毛細管集合体のおのおのが、その
   毛細管が互に斜交するように重ねられている特許
   請求の範囲第２項に記載の装置。 ４ 気体交換用毛細管集合体がスペーサーを介し
   て重ねられている特許請求の範囲第２項並びに第
   ３項記載の装置。