JPS62250215A - 改善されたセルロ−スアセテ−ト中空繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は人工腎臓用に適した、改必されたセルロース
アセテート半透性中空繊維の製造方法に関する。

セルロースアセテートを含めてセルロースエステル類は
従来半透性中空繊維に紡糸して、種々の工程、例えば海
水の脱塩、水溶液および非水溶液の限外ン濾過、イオン
交換法、塩類の濃縮、廃への浄化等において分離膜とし
て使用されてきた。

フィルム形成性セルロースエステル類からの浸透性分離
膜の製造については多くの米国特許中に記載されている
が、出願人の知る限りにおいて最も適切なのは米国特許
第３．５３２．５２７号および同第３．４９４．７８０
号である。米国特許第３．５３２，５２７号および同第
３，４９４．７８９号には、溶融紡糸組成物からのセル
ロースエステル類、特にセルローストリアセテートおよ
びセルロースアセテートの溶融紡糸法についての記載が
あり、この組成物は、例えば米国特許第２，２１９．０
０８号、同第２．４５１．２９９号および同第３．４２
３．４９１号に記載のテトラメチレンスルホンタイプの
相溶性可塑剤、および分子量約６２ないし約２０．００
０のポリオールからなり、混合物中のスルホラン可塑剤
対ポリオールの重量比は約０．８６：１ないし約５：１
、できれば約０．８　：　１ないしＩＪ　　：　１の範
囲と記載されている。これらの材料の相対的割合を変化
させる目的は、繊維の海水からの塩の分離能力の改善の
ためとの記載がある。米国特許第３．５３２．５２７号
および同第３．４９４．７８０号の方法により製造した
繊維は海水の脱塩には盲動ではあるが、人工腎臓中の中
空繊維として血液透析に用いるには満足ではない。

１％０年代の半ばから、ナショナル・インスティテユー
ト・オブ・ヘルス（ｔｈｅ　ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔ
ｉｔｕｔｅｓ　ｏｆ　ｌ１ｃａｌｔｈ）およびオフィス
・オブ・サリーン・ウォーター（ｔｈｅ　０ｒＮｃｃ　
ｏｆ’　ＳａｌｉｎｅＭａｊｏｒ）の資金援助をうけて
、異なった形のセルロースアセテート膜が広く研究され
てきた。さらに、ナショナル・インスティテユート・オ
ブ・アースリティス・アンド・メタポリツク拳ディズイ
ーゼズ（ｔｈｅ　Ｎａｔｌｏｎａｌ　１ｎｓＬＩＬｕＬ
ｃ　ｏｌ’ＡｒＬｈｒｌＬ！ｓ　ａｎｄ　ＭｅＬａｂｏ
ｌｌｃ　Ｄｅｓｅａｓｅｓ）も公知のセルロースアセテ
ート中空繊維を改善して人工腎臓への使用の潜在的可能
性の評価に関する研究に資金援助をしている。セルロー
スアセテート中空繊維の人工腎臓の発達を主目的とする
、この種の３年計画が１９７１年から１９７３年にＮＩ
ＨコントラクトＮａ　７０−２３０２としてダウ・ケミ
カル社のウェスタン中ディビジョン・リサーチ・ラボラ
トリ−（Ｔｈｅ　Ｄｏｖ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏａ＋
ｐａｎｙ、　Ｗｅｓｔｅｒｎ　ＤｉｖｉｓｉｏｎＲｅｓ
ｅａｒｃｈ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）で実施された
０このコントラクトでは、セルロースアセテートおよび
トリエチレングリコールの混合物を溶融紡糸してセルロ
ースアセテート繊維を製造し、製造した繊維の幾分かを
人工腎臓中に使用して、血液透析に臨床的に用いた。こ
の３年計画で製造した最良の人工腎臓は多くの臨床試験
の患者の透析に安全に使用しえたという意味では成功で
あったが、それにもかかわらず水および低分子量溶質、
例えば尿素およびクレアチニンの除去のために、それら
を同時に移動する性質は、当時使用されていたセルロー
ス中空繊維を用いた人工腎臓はど良好ではなかった。こ
れらの腎臓の問題点は水の除去の速度が大きすぎること
、および血液溶質と除去された水の比が小さすぎること
であって、この３年計画は放棄された。

１９７０年代の初期、すなわち米国においてコープイス
・ダウ社（Ｃｏｒｄｉｓ　Ｄｏｖ　Ｃｏｒｐ）から初め
て人工腎臓が市販されてからは、このような市販の人工
腎臓中に用いる中空繊維はほとんど例外なくセルロース
繊維となった。これらの繊維は銅アンモニア法または米
国特許第３．５４（ｉ、２０９号のリップス（Ｌｌｐｐ
ｓ）法の製品のいずれかで製造したものである。現在ま
でのところ、最良の人工腎臓用半透膜としてセルロース
中空繊維は広く市場に受は入れられているが、このよう
な繊維の溶融紡糸およびこの繊維をリークの無い人工腎
臓に製造するには多くの問題があることは当業者には明
らかである。

例えば、繊維の引張り強さは比較的小さく、そして繊維
の加工および透析チャンバーの組立中に繊維が切れると
処理が複雑かつ困難となる。セルロース毛管繊維の上記
の困難さゆえに、経済的、溶融紡糸が容易および商業ス
ケールでの人工腎臓への加工が容易、ならびに血液中の
溶質、例えば尿素、−クレアチニン、尿酸および水を現
在のセルロース毛細繊維よりも大きい速度で除去しうる
半透性毛細血管が絶えず要求されている。

この発明の主要な目的は、現在公知のセルロースエステ
ルおよびセルロース中空繊維と比較して改善された新規
なセルロースアセテート中空繊維を提供することであっ
て、その繊維を包含した人工腎臓の製造が可能な選択的
に調節できる浸透特性を持ち、そして従来のセルロース
中空繊維を有する人工腎臓よりも優れた水および溶質の
除去性を示す新規なセルロースアセテート中空繊維の製
造方法を提供するものである。

この発明は、分子量が約１４００以下の血液中の溶質お
よび水の除去特性ならびに浸透性を組合わせて持ち、そ
して相互に関連して変化し、および調節可能であって血
液透析用の人工腎臓中に用いた場合に最適の取扱い特性
を示す新規なセルロースアセテート半透性中空繊維の製
造方法を提供する。

人工腎臓の最適の取扱い特性とは水の除去の速度と比較
して廃血液中の溶質の除去速度が大きく、それによって
健康を守るための血液の浄化が最短時間で行なわれるこ
とである。すなわち本発明は、ポリエチレングリコール
およびグルセリン変性セルロースアセテート中空繊維の
製法において、ａ）セルロースアセテート４１ないし５
０重量パーセント、グリセリン２ないし２０重量パーセ
ントおよび分子口が１５０ないし６００の範囲のポリエ
チレングリコール３０ないし５７重量パーセントの親密
混合物を提供する工程、 ｂ）上記混合物の溶融塊から中空繊維を製造する工程、 Ｃ）繊維を冷却する工程、 ｄ）冷却繊維長を基準として２％ないし２ｏ％の範囲で
繊維を常温延伸する工程、 ｅ）繊維に浸出工程を施して、繊維がらポリエチレング
リコールおよびグリセリンを除去する工程、ならびに ｒ）グリセリンを用いて繊維を再可塑化した後に乾燥す
る工程、 からなることを特徴とする方法を提供する。

この発明の方法により得られる新規な繊維は新規な溶融
紡糸組成物から製造する。この組成物を用いると、セル
ロースアセテートを乾式紡糸、空冷後に浸出せずにリー
ルに巻きとることができる。

この新規な溶融紡糸組成物はセルロースアセテートおよ
び一定割合の分子量が約１５０ないし６０ｏのポリエチ
レングリコールおよび一定割合のグリセリンの混合物か
らなり、セルロース繊維よりも強く、そして人工腎臓へ
の加工が容易な中空繊維を溶融紡糸できる。この中空繊
維は水および血液溶質の浸透特性の好ましい組合わせを
有し、紡糸繊維に一定の調節された後紡糸加工工程を施
こすと浸透特性はさらに増大して最適となる。このよう
な繊維の浸透性は溶融紡糸組成物中の３８の成分の各々
の相対量を調節することにより変化および調節でき、そ
して組成物の調節を行ない、さらに冷却を調節し、冷却
直後および冷却繊維中のグリセリンまたはポリエチレン
グリコール成分の任意の紡糸繊維からの浸出前の常温延
伸すなわち伸張を調節すると低分子量血液溶質と水の除
去の最適比が得られる。室温で空気中に乾式紡糸し、そ
して常温延伸の程度を適切に調節し、さらに溶融紡糸組
成物中の各成分の二を注意深く選択することにより、従
来公知のセルロースアセテート中空繊維よりも溶質除去
対水除去の比が大きく、そしてあらかじめ選択した除去
特性の組合わせを釘するセルロースアセテート繊維の製
造か可能となる。

繊維のスペクトルまたは系を調べたところ、この発明の
改善された製品であった。

この発明の改善された方法は、溶融紡糸組成物を調節お
よび相関関係を持たせる工程および常温延伸の程度およ
び浸出条件を選んで紡糸繊維を冷却する工程および乾燥
工程からなっていて、新規なセルロースアセテート繊維
に所望の浸透性を付与するものである。

上記の、この発明による新規で改屏されたセルロースア
セテート繊維を第１図および第２図に示した、各々、こ
の発明の溶融紡糸組成物および方法に関してさらに特徴
づけ、および説明を加える。

第１図は三成分系状態図であって、この発明の溶融紡糸
組成物に用いる三成分の割合か点Ａ、　　Ｂ。

ＣおよびＤで囲まれた組成域で示される。

第２図は第１図の溶融紡糸組成物を加工して、この発明
の中空の毛管セルロースアセテート繊維の改善された系
を製造する工程を模式的に示した図である。

この発明の溶融紡糸組成物はセルロースアセテート約４
１ないし約５０重量％、グリセリン約２ないし約２０重
量％、および残りの部分は分子量が約１５０ないし約６
００の範囲のポリエチレングリコールを含有する。第１
図に示したように、三成分組成物の系またはスペクトル
はＡ、　　Ｂ、　　Ｃ，Ｄで囲まれた組成域に発生する
三成分の各々の極値によって囲まれた部分の内にある。

第１図のＡＢＣＤ組成域中の８量の三成分からなる特定
の組成物は銅アンモニア法またはリップスの米国特許第
３．５４６，２０９号の法によって製造した現在のセル
ロース繊維よりも、中空毛管繊維に溶融紡糸し、冷却後
にグリコールおよびグリセリンを水浸出してから、この
ような繊維が作用する現在の形の人工腎臓に製造するの
に適しており、同時に良好である。断続的に透析を行な
うほとんどの患者に用いるために最適の特性とするに特
に適した好ましい組成物は第１図中のＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ組
成域である。

セルロースアセテート、エチレングリコールおよびグリ
セリンの三成分は半透膜中の成分として別個に古くから
の成分であり、そして可塑剤または例えば米国特許第３
．５３２，５２７号中に記載のスルホラン型のセルロー
スアセテート溶剤を含有する組成物中に、セルロースア
セテートとポリオール、例えばグリコールを組合わせて
用いる。しかしながら、本発明以前には室温でセルロー
スアセテートの溶剤でないグリセリンを選択した低分子
量グリコールと共に用いて、スルホラン型溶剤の存在下
で得られる繊維よりも浸透性の改善された高強度中空繊
維が製造できることは公知ではなかった。

同様に、上記組成物中の一定割合のグリセリンが繊維壁
を通じての水の移動と比較しての繊維壁を通じての低分
子量溶質の移動を改善および調節できることも公知では
なかった。

本明細書中ではセルロースアセテートという語をセルロ
ースジアセテートの意で用いる。米国ではセルロースジ
アセテートは市販されており、相当量例えば２５％未満
、通常はもっと少量のモノアセテートおよびジアセテー
トが市販のセルロースジアセテート中には存在するが本
発明での使用に満足であり、好ましい。

溶剤、例えばジメチルスルホキシド、スルホラン、トリ
エチレングリコールまたは室温で液体の低分子量の別の
グリコール中にセルロースアセテートを溶解し、次いで
慣用の紡糸口金を通して繊維のトウに紡糸する。独立し
た繊維は芯に巻きとると粘着または溶着する傾向がある
。ゲル化温度以下に冷却して固体状の繊維に硬化した場
合にも、このような繊維は一定量の溶剤を保持しており
、表面部分を軟らかくして巻取り中の粘着の原因となる
ことが明らかである。従来、巻取前の紡糸および冷却し
た繊維から溶剤を浸出する必要があり、そのために温浸
出浴を用いてきた。しかしながら、冷却直後に浸出浴に
中空毛管繊維を導入すると繊維は激しくパルスし、その
結果として繊維壁の厚さが不均質となり、同時に繊維の
内径も不均質となる。この発明によれば、セルロースア
セテート用溶剤として、上記の特定量のグリセリンによ
り改善された低分子量グリコールを使用することによっ
て、芯に巻取る前に浸出を行なわなくても繊維の溶着を
避けることができる。グリセリンは明らかにグリコール
の表面軟化効果を減少して、繊維の粘着または溶着を起
こさずに繊維を巻取ることができ、そして張力を与えて
引張りながら巻取ることさえも可能とする。製造した紡
糸繊維の壁厚および内径は改善されて均一であり、将来
人工腎臓に加工するために芯に巻取った形で室温におい
て無期限に貯蔵できる。

さらに、繊維壁に生じる気孔率を変化させるという点に
おいて、グリセリンは冷却時のセルロースアセテートの
ゲル化を明らかに改善する。常温延伸工程に関連して以
下に説明するように、前述の溶融紡糸組成物中に存在す
るグリセリンによって、ゲル化繊維はその集結性の保持
、およびゲル化または固体化直後の引張りまたは常温延
伸時に壁厚および内径寸法の均一性の保持に足るほどに
強くなる。さらに、予想外にも、低分子ユ血液溶質が繊
維内部を流れる血液から繊維外部を流れる透析液中に容
易に通過するという点において、常温延伸により繊維壁
の気孔率も改善される。血液溶質、すなわち分子量が約
１４００未満の溶質、例えば尿素、クレアチニン、尿酸
およびビタミンＢ１２を含む別の溶質の移動の実質的増
加が、繊維壁を通して繊維が水を移動させる能力を増加
せずに起こる。常温延伸の結果としての、この変化の機
構は完全には解明されてはいないが、常温延伸の程度と
溶融紡糸組成物中に存゛在するグリセリンの量が相関関
係にあって相互に依存することが判っている。一般的に
言えば、分子量が約１５０ないし約６００の範囲のポリ
エチレングリコール中に溶解したセルロースアセテート
および少なくとも約２％のグリセリンからなる溶融紡糸
組成物を使用した場合には、常温延伸によって紡糸繊維
長が約２０％未満増加すると血液溶質の移動の増加が起
こる。

グリセリン含有量が増加すると血液溶質の移動の増加は
続けて起こるが、その関係は完全な線状の関係ではない
。溶融紡糸組成物中のグリセリンの割合が約３％ないし
１０％、およびセルロースアセテートが約４２％ないし
４７％で残りがポリエチレングリコールの場合には、血
液溶質の移動対水の移動の比の改牌は常温延伸の程度か
紡糸繊維長の約１５％増加になるまで得られ、そしてセ
ルロースアセテートが４３％ないし４５％の場合に紡糸
繊維長約１０％増加で優れた結果が得られる。第１図に
示した好ましい組成域ＥＦＧＨから選択した組成物の場
合に、血液溶質の移動対水の移動の比か最大に改善され
る。そして、ニないし三種の単純なテストによって選択
した組成物での常温延伸の最適の程度が容易に定められ
る。

第２図より明らかなように、この発明の方法は上記の溶
融紡糸組成物を製造する工程、中空繊維を溶融紡糸する
工程および中空繊維を冷却して自己支持性のゲル化状態
とする工程および繊維を引張りまたは常温延伸する工程
からなる。引張処理した繊維を貯蔵してもよく、または
多数の繊維のトウを束として（例えば３，０００ないし
３０，０００の繊維）、人工腎臓を製造するためにさら
に加工してもよい。繊維束を浸出槽中を通過させてグリ
コールおよびグリセリンを除去し、半透性中空繊維の束
を製造する。次いで、浸出した繊維束をグリセリン水溶
液で再可塑化し、過剰のグリセリンを除去してから繊維
を乾燥する。この乾燥繊維はこの発明の改善された製品
である。

溶融紡糸組成物の製造は慣用の混合装置によって任意の
方法を用いることができ、重要な点は均一な親混合物を
得るために確実に十分に混合することである。例えば、
秤量したポリエチレングリコールおよびグリセリンと乾
燥セルロースアセテートとを高剪断ホバートミキサー中
で混合し、混合材料をさらに加熱逆転二軸スクリューエ
キストルーダ−中に入れて均質化および混合し、次いで
溶融押出物の芯にガスを射出するための慣用のガス供給
手段のある型の紡糸口金、例えばホールが１６ないし３
２の紡糸口金から溶融押出物を強制的に押出した。この
目的に対して好ましいガスは窒素であるが、二酸化炭素
、空気または他の無害なガスを含む別のガスを用いても
満足である。紡糸口金から出てきた押出物を、例えば種
々の押込力および／または温度の押込空気で冷却して、
押出物をゲル化および固化して自己支持性固体繊維とす
る。代表的には、繊維は毛細管状、すなわち内径が約１
５０ないし約３００ミクロンの範囲で壁厚が約２０ない
し５０ミクロンの範囲である。この発明の好ましい繊維
は人工腎臓中に使用して血液透析に用いるのに特に適し
ているが、繊維を乾式紡糸および製造し、あらかじめ浸
出せずに支持芯に巻取るということの利点は他の用法、
例えば限外か過等に用いる繊維としても適用できる。こ
のような場合の繊維は外径約３５０ないし４００ミクロ
ンおよび壁厚約１０ないし約８０ミクロンが使用して満
足である。

この発明の方法においては、紡糸口金開口から押出物が
出た直後の短い時間は繊維製品の浸透性を所望の程度に
するために非常に重要である。この短時間中における繊
維の冷却の速度と常温延伸または引張の共同作用として
繊維製品の気孔率、従って浸透性が決定される。ある一
定の溶融紡糸組成物において、溶融繊維を徹底的（ｄｒ
ａｓｔｉｃ）に急冷した場合の繊維を任意の一定の程度
に引張ったときには、押出物を繊維に急冷するときの徹
底度が小さい、またはゲル化の遅い場合と比較して繊維
の気孔率が増大する。このような急冷の結果としての気
孔率の増加は通常は繊維の水移動能力に悪影響を与える
ので、血液透析に用いるには必要に応じては繊維の限外
濾過速度をあらかじめ選択または改善して用いるとよい
押出物に強制的に送込む室温空気流の速度を増加するこ
とによって、繊維製品の気孔率を小さく調節でき、同様
に冷却媒体の温度の低下によっても類似の効果が得られ
、そして両方を行なえば最適条件とすることもできる。

冷却には室温の空気の使用が好ましく、室温以下に冷却
しなくても工業的に満足な結果が得られる。

押出して固化した繊維を一連のロール、または離れた位
置にある一連のロール、例えばゴデツトロールを通過さ
せることによって常温延伸すなわち引張りは満足に実施
できる。繊維を送っているライン中の第二ロールまたは
第二番目のグループのロールの回転速度を調節すると所
望の常温延伸の程度とすることができる。繊維の常温延
伸の程度、およびあらかじめセットしたまたは測定した
ロールの下向きの回転速度との間の良好な相関関係が通
常得られ、そして常温延伸の特定の所望のパーセントの
ためには一連の上向きロールと比較して、一連の下向き
ロールの回転速度を正確に調節する必要がある。芯また
はリールに常温延伸または引張り繊維を巻き取るには市
販の巻取装置、例えばリーソナ巻取装置（Ｌｃｅｓｏｎ
ａ　ｖｉｎｄｅｒ）を用いればよく、巻取中の繊維のわ
ずかな引張りを保持するように適切な注意をしなければ
ならない。

この発明の方法の好ましい形では、常温延伸した多数の
芯またはリールを取付けて慣用の集合装置を通じて多数
の繊維のトウを供給して集合性繊維束を形成し、その後
に繊維束を浸出してグリセリンおよびポリエチレングリ
コール成分を除去する。浸出処理は任意の慣用の装置、
例えば選択した溶剤浴中に繊維束を通過させるか、また
は溶剤中に芯またはロールを半バッチ式に浸漬すること
により実施できる。浸出溶剤は可塑剤およびグリセリン
に対して良好な溶剤であり、そしてセルロースアセテー
トに対しては溶剤として作用しない任意の溶剤を使用で
き、水が好ましい。水溶液、アルコールおよびそれらの
混合物は満足な溶剤であり、例えばメタノール、エタノ
ール、プロパツールおよびそれらの混合物、ならびに硫
酸ナトリウム、硫酸マグネシウムおよび塩化ナトリウム
の積木溶液がある。浸出は室温または高温下で実施でき
、高温の場合には例えば８０℃ないし９０℃未満の温度
が良い。好ましい浸出法は第−浴および第二浴を使用し
て、第−浴を室温より高温、できれば約８０℃ないし９
０℃の範囲の温度として約５ないし３０秒浸出してから
、室温の第二浴で１ないし１０分、できれば２ないし４
分浸出する方法である。

所望の水移動速度の繊維を製造するために第−浴の最適
の浸出温度を選択するためのガイドとして、セルロース
アセテートの含有率（パーセント）が４１％ないし５０
％に増加してセルロース繊維に関連して水移動速度が減
少すると、浸出温度は約２０℃ないし約８０℃に増加す
る。浸出温度が約５０℃ないし９０℃に増加すると、尿
素、クレアチニンおよびビタミンＢ１２までの別の低分
子量溶質（ビタミンＢ１□を含む）を移動させるための
繊維の浸透性が増加する傾向がある。

繊維の浸出後、およびそれによって所望の浸透性を得た
後に、繊維を乾燥形に転換させるためにグリセリン等に
よる再可塑化が必要である。水／グリセリンの容器を用
いると再可塑化は好まし〈実施でき、この溶液は約３０
重量％ないし約６０重量％のグリセリンを含有していて
、グリセリン５０％を含有する水溶液の場合に良好な結
果が得られる。

指標として、再可塑化溶液中のグリセリン濃度が約５０
％未満に減少すると、水移動速度も減少する。第２図に
示したように、再可塑化後には慣用の乾燥炉中を通過さ
せるか、または別の装置、例えば真空乾燥器によって繊
維を乾燥させるとよい。

必要に応じては、繊維中に存在するグリセリンを減少す
る圧力および時間で対向するエアナイフのセット中に繊
維束を通過させて、強制的な空気の吹込みによってグリ
セリン部分を除去してもよい。

乾燥、真空または約１ないし約６ポンド／平方インチに
空気吹込圧を増加することによってグリセリンが減少す
ると、繊維製品の水および血液溶質の両方の移動能力が
減少する。満足しうる乾燥条件は代表的には約４０℃な
いし８０℃で１ないし６分間であり、６０℃以上の温度
で、これよりも長く乾燥すると血液溶質の移動速度が減
少するので、断続的血液透析中に除去される血液溶質と
水の比を最適とするためには低温域を使用しなければな
らない。

この発明の方法により得られる改善されたセルロースア
テート中空繊維は上述の方法および選択条件を用いて溶
融紡糸組成物から製造でき、従来公知のセルロースアセ
テート中空繊維と区別のできる水移動能力および溶質移
動能力を組合わせて宵している。この発明の繊維の限定
された特性は係数により最も便宜的に説明される。水移
動浸透性は限外ン濾過係数ＫＵＦＲで表わされ、約２な
いし約６ミリメードル／時間／平方メートル／対向する
膜壁間の水銀圧の差のミリメートルの範囲である。Ｋｌ
ｊＰＲ係数は膜の有効領域中の圧力勾配の単位あたりの
半透性繊維の水を通過させる能力を表現する数である。

膜の有効領域とは、流体と接触する中空繊維の半透性壁
の表面域の露出部分であって、この領域を通じて例えば
平方メートルあたりの水の移動が起こる。

溶質移動浸透性は膜の全体の拡散性物質移動すなわち透
析の係数ＫＩｎで表わされる。透析係数Ｋｎ＋は半透性
セルロースアセテート繊維が、繊維の半透性壁の一方に
ある流体中の溶解成分すなわち溶質を分離し、その成分
を同じ壁表面の別の側にある別の流体中に移動すなわち
通過させるという、半透膜のを動領域および半透膜の両
側にある２種の流体中の濃度の作用としての半透膜の能
力を示す数値である。血液から透析液へ溶質が移動する
速度は、この発明のセルロースアセテート中空繊維を含
む人工腎臓を使用しての血液透析を完了させるための最
短時間を決定する限定因子として臨床的に重要であり、
そしてこの移動速度は各溶質の除去によって決定され、
溶質のミリリットル７分で表わされる。溶質分子の大き
さすなわち分子量の作用としての溶質を通過させる能力
を示す数値をＫｍは提供し、そしてＫｍの単位はセンチ
メートル７分である。ＫｒＵで表わされる数値に関する
除去は腎臓の尿素の除去、またはＫｒ　Ｃｒはクレアチ
ニンの除去に関するものであって、その単位はミリリッ
トル７分である。これらの数値についてはフランク・Ａ
・ボッチによる腎臓という論文の第２巻中の４１章（Ｃ
ｈａｐｔｅｒ　４１　ｂｙＦｒａｎｋ　Ａ、　Ｇｏｔｃ
ｈ　ｉｎ　Ｖｏｌ　　ＩＩ　　ｏｆ’　ｔｈｅ　ｔｒｅ
ａｔｉｓｅｃｕｔＨＩｃｄ　　Ｔｈｅ　Ｋｉｄｎｅｙ）
に定義されている。この発明の改善された繊維のために
、尿素の脱係数Ｋ　ｕｒｃａは約０．０１５ないし約０
．０４５　ｃｍ／分の範囲、クレアチニンの膜係薮Ｋｃ
ｒｅａｔｉｎｉｎｃは約０．０１３ないし約０．０２７
　ｃｍ／分、およびビタミンＢ１２の脱係数ＫＢ１２は
約０．００２な（ル約０．００５　ｃ＋ｎ／分の範囲と
する。膜の透析係数Ｋｍと限界ン濾過係数ＫＵＰＲとの
比は、上記の係数範囲および単位を基準として約３＝１
より大きい。

血液透析のためには、水および溶質移動能力の好ましい
組合わせでは、ＫＵＦＲが約３ないし約５　ｍｌ　／時
間／平方メートル／ｍｍｔ１ｇの範囲であり、Ｋ　ｕｒ
ｅａは約０．０２ｃｍ／分より大きく、そしてＫ　ｕｒ
ｅａ／Ｋ　ＵＰＲの比は５；１より大きい。このような
繊維を用いるとコープイス・ダウ社（ＣｏｒｄｉｓＤｏ
ｖＣｏｒｐ、）製の一般型の人工腎臓の製造が可能とな
り、リップスの米国特許第３，５４６，２０９号に記載
の方法によって製造した半透性セルロース繊維を用いた
市販の中空繊維人工腎臓と比較して、血液透析処理に要
する時間が実質的に短縮でき、柔軟性が付与され、そし
て血液透析中の調節か容易となる。室温で操作したとき
のＫＵＰ＋？が代表的には約１ｍｌ／時間／平方メート
ル／ｍｍ１１ｇである従来法による人工腎臓と比較して
この発明の新規なセルロースアセテート繊維と同じ有効
領域および同様の使用条件下で人工腎臓を用いて透析し
たときの血液からの水除去速度は２ないし６倍である。

血液透析の終わりには、あらかじめ選択した含水率に処
理が到達する前に除去水の一部が置換するためには約６
以上のＫＵＦＲが必要であるが、水除去のｊ度がもっと
速い場合には、透析中の調節の容易さおよび融通性に関
する利点がある。さらに、上記の溶質係数を持つセルロ
ースアセテート繊維を用いた人工腎臓は血液溶質、例え
ば尿素、クレアチニン、尿酸等の除去を速くできる。例
えば、上記の所定の係数を有する、この発明のセルロー
スアセテート繊維の有効表面が１平方メートルの゛　人
工腎臓は代表的には尿素除去が約１００ないし約１ｆ３
５　ｍｌ／分の範囲、クレアチニン除去が約８０ないし
約１３５ｍ１／分の範囲およびビタミンＢ１２除去が約
１５ないし約４５ｍ１／分の範囲である。

この発明は、ある範囲の紡糸組成物ならびに上記繊維の
製造、および最適のＫＵＦＲおよびＫｓ特性を持つセル
ロースアセテート繊維の製造およびその繊維から特定の
患者の要求を満足するための人工腎臓を製造する工程に
用いるための、あらかじめの選択が比較的容易な種々の
加工のパラメーターを提供する。特定の溶融紡糸組成物
を使用し、そして適切な加工条件の選択により、上記の
範囲内の任意の特定の水および溶質除去速度を同時に示
す。この発明のセルロースアセテート繊維が比較的容易
に製造できる。従って、この発明の改善されたセルロー
スアセテート繊維は、血液透析中に水および溶質の同時
の除去のための調節された、かつあらかじめ選択した速
度を示す人工腎臓系の容易で便宜な製造手段を提供する
。

以下の実施例により、本発明の新規なセルロースアセテ
ート繊維を製造するための最良の態様を示し、そして溶
融紡糸組成物および加工中に繊維のうける常温延伸の程
度の作用としてのに、□およびＫａ＋に及ぼす効果を例
証する。実施例中ではさらに、この発明の改善されたセ
ルロース繊維を特徴づける代表的な繊維移動能力をも示
した。

実施例　１〜９ 異なった溶融紡糸組成物を用いて３種のセルロースアセ
テート繊維のバッチを製造した。第１の組成物中にはセ
ルロースアセテート４３重量％および分子量が約４００
のポリエチレングリコール５７重量％；第２の組成物中
にはセルロースアセテート４３重量％、分子量が約４０
０のポリエチレングリコール５０重量％およびグリセリ
ン７重量％；ならびに第３の組成物中にはセルロースア
セテート４３重量％、分子量約４００のポリエチレング
リコール３９重量％およびグリセリン１８重量％を含有
させた。

３種の溶融紡糸組成物中に用いたセルロースアセテート
材料はいずれも同じ材料であって、テネシー州キンゲス
ポートのイーストマン・ケミカル・プロダクト社（Ｅａ
ｓｔｍａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ＰｒｏｄｕｃｔｓＩｎ
ｃ、、　Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ、　Ｔａｎｎｅｓｓｃｅ）
からＣＡ−４００−２５という名称で市販されており、
このセルロースアセテートはＡＳＴＭ　　Ｄ−８７１−
７２法によって測定したアセチル含有率が３９．９％お
よびＡＳＴＭＤ　−１３４３法による落球粘度が１７〜
３５秒であった。

３種の溶融紡糸組成物中に用いたポリエチレングリコー
ルはミシガン州ミツドランドのダウΦケミカル社（Ｔｈ
ｅ　Ｄｏｖ　Ｃｈｅｓｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｍｉ
ｄｌａｎｄ。

Ｍｌｃｂｉｇａｎ）製のＵＳＰ級のＰＥ０４００、およ
びグリセリンもＵＳＰ級のダウ・ケミカル社製のもので
ある。

標準的な実験室用ホバートミキサー中にセルロースアセ
テート粉末を入れ、ミキサーのパドルを回転させながら
液体成分であるポリエチレングリコールおよびグリセリ
ンを徐々に添加してから完全に混合して各バッチを製造
した。均質混合物とした後に、約３９０下（約１９９℃
）の温度に保持した加熱エキストルーダ−の供給ゾーン
に混合物を導入し、次いで各紡糸口金の中央に空気導入
口のある多開口紡糸口金から押出塊を強制的に押出して
中空繊維を製造した。

紡糸口金とスプールの間の巻取条件を変化させて各バッ
チから３ｔＩの繊維スプールを製造した。

等速回転している第１および第２のロールのセットまで
繊維を空気中を通過させて、常温成形すなわち引張り処
理をしない、第１の繊維スプールを製造した。第２のロ
ールセットの回転速度を第１のロールセットよりも１０
％速（調節して第２の繊維スプールを製造し、そして第
２のロールセットの回転速度を第１のロールセットより
も２０％速く調節して第３のスプールを製造した。

このようにして製造した９種の繊維スプールを用いて、
以下に記載の繊維の実験室用テスト装置によって水およ
び尿素の移動係数を測定した。テスト装置は磁気撹拌器
付の液体槽および磁気撹拌機器の透析用テストビーカー
、圧力取付部品のあるトップクロージヤープレートおよ
び１束について１６０ないし１９２の繊維からなる繊維
束の各末端を取付けた注封スリーブ末端を受けるコネク
ターからなる。第１束をＵ形に曲げてビーカーに入れ、
次いでクロージヤープレートに連結し、ラインによって
槽と連結したポンプに、流体ラインにより一方のスリー
ブを連結し、そして他方のスリーブを返還ラインにより
槽と連結して、その結果として調節可能な圧力下で槽か
ら流体をポンプで運んで透析ビーカー中の繊維束中を通
過させる。ビーカーには、さらに透析液の導入および排
出用の連結があって、水のＫＵＦＲテストまたは水−尿
素溶液のＫｕｒｅａテストのいずれのテスト中において
も繊維を撹拌プール中に浸漬させた。

加圧下で繊維中に水をポンプで送り、透析ビーカー中の
繊維の外部にある水の容積増加を測定して、水移動係数
■（Ｕ［’Ｒを決定した。このテストは２１°Ｃで行な
った。次いで、第１表に示した繊維を用いて、各テスト
についてのＫＬＩＦＲを計算し、第２表に示したように
ｍｌ　／　ｒｒｌ’　／時間／水銀圧の差ｍｌで表示し
た。

供給槽中に水のプールを作り、繊維束を通して水をポン
プで送って尿素係数Ｋａｒｅａを決定した。

透析ビーカー中の繊維を囲むプールは最初は水−尿素溶
液であった。測定により、一定の時間の間隔ごとの再循
環液中の尿素濃度を決定した。

テストは２１’Ｃで行ない、そしてテスト中の繊維壁表
面を横切っての圧力差は存在しなかった。

供給槽中の尿素濃度および繊維の外部にある透析ビーカ
ー中の尿素濃度の差を以下の式％式％） に従って時間および繊維面積の関数として尿素係数Ｋ　
ａｒｅａを決定した。式中、Ｎは膜を横切るフラックス
（モル７分）を、Ｃ１は最初の尿素濃度、Ｃ２は最終的
な、即ち１４１１定した尿素濃度およびＡは２つの溶液
の間の繊維壁すなわち膜の面積である。

圧力差またはその結果として限外ン濾過のない２つのチ
ャンバーシステム中では、膜壁を通っての尿素の移動は
時間の間隔ｔから積分計算できて、以下の式： で表わされる。式中、ｖｌは供給槽溶液の容積、および
Ｖ２は透析ビーカー中の溶液の容積である。

テストにおいては、■　およびｖ２および面積Ａは一定
であり、その結果として積分方程式の両頂における値の
プロットは直線となり、その勾配はＫｕｒｅａの単位を
ａｍ／分として計算できる。９種の繊維のロットから得
た値を第２表の 実施例　１０ 本願出願人であるコープイス・ダウ・コーポレーション
からｌ”Ｃ−ＤＡＫ人工腎臓」の名称で市販されている
タイプの４個の人工腎臓をセルロースアセテート繊維を
用いて作り、そしてこれらの人工腎臓を実験室で評価し
そして血液透析患者の臨床試験に用いた同様の４個の人
工腎臓と比較した。セルロースアセテ−ＨＭ維は、第２
表のバッチ２に示す組成を有する溶融紡糸組成物から作
られたものであった。実施例１〜９の繊維を作るのに用
いたものと同様の成分を用いて紡糸組成物を作ったが、
ただしこの組成物を商業的装置に用い、これらの実施例
にて述べているものと同様の混合工程および紡糸手法を
用い、そして紡糸繊維の常温延伸度は約７％ないし約１
２％であり平均は約１０％であった。第皿表に示す有効
膜面積を何する４個の人工腎臓について第一に実験室で
評価し、次いで同じ製造ロットの同様の人工腎臓につい
て間欠的血液透析を受けている血液透析患者に対し臨床
的に評価した。

実験室の評価は実施例１〜９にて述べたのと同様の方法
で行った。人工腎臓Ｉ、■および■の臨床評価は２００
ｍ１／分の平均血液流量および５００　ｍｌ／分の透析
液流量を用いて患者に対して行い、一方、人工腎臓■は
１９２．５　ｍｌ／分の平均血液流量および５００ｍ１
／分の透析液流量で操作した。

臨床評価においてＫＵＦＲは全処理時間に対τる平均値
を示しており、尿素クリアランスは第狙表の添字１〜４
により示されている時間において測定した。通常の臨床
操作手法を用いそして第ｍ表の臨床試験において示され
ている血液透析処理期間中に異常な事は起らなかった。

第更表のデータは３７℃における実験室操作と臨床操作
によるものであり、一方、第■表のデータは２１　’Ｃ
における操作によるものである。実施例１０と第２表に
示す係数Ｋ　　およびＫＵＲＥＡを比較するため、２１
°ＣにおけＰＲ る補正されたＫ　　およびＫＵＲＥＡ係数を求めるたＦ
Ｒ めの計算を行い、それも第頂表に示す。

２１℃のＫ　　を求めるため、流体の定常層流流ＰＲ れに対する以下の式： ％式％ △Ｐ：膜間の圧力差 Ｌ　：細孔長さ μ　：流体の粘度 および温度を標準化する以下の式： ％式％） を用いて実験的に求めた３７℃におけるＫＵＦＲを補正
した。

拡散物質移動速度に対する温度の影響は以下の式： ％式％（） Ｄ＝拡散係数（膜のＫｏｖ） Ｔ：’にで示す温度 を用い゛Ｃ評価できる。ベリーの「ケミカルエンジニア
ーズハンドブック」第４版、１４〜２３頁を参照された
い。

２１’ＣのＫｔｌＲＥＡを求めるため、以下の式：％式
％（） を用いて実験的に得られる３７℃のＫＵＲＥＡを補正し
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる溶融紡糸組成物の三成分系状態
図である。 第２図は本発明による中空繊維の製造方法を示す模式図
である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリエチレングリコールおよびグリセリン変性セ
   ルロースアセテート中空繊維の製法において、 ａ）セルロースアセテート４１ないし５０重量パーセン
   ト、グリセリン２ないし２０重量パーセントおよび分子
   量が１５０ないし６００の範囲のポリエチレングリコー
   ル３０ないし５７重量パーセントの親密混合物を提供す
   る工程、 ｂ）上記混合物の溶融塊から中空繊維を製造する工程、 ｃ）繊維を冷却する工程、 ｄ）冷却繊維長を基準として２％ないし２０％の範囲で
   繊維を常温延伸する工程、 ｅ）繊維に浸出工程を施して、繊維からポリエチレング
   リコールおよびグリセリンを除去する工程、ならびに ｆ）グリセリンを用いて繊維を再可塑化した後に乾燥す
   る工程、 からなることを特徴とする方法。
2. （２）混合物中のセルロースアセテートが４２ないし４
   ７重量パーセントである、特許請求の範囲第１項に記載
   の方法。
3. （３）冷却繊維長の基準として１０ないし１５％の範囲
   で常温延伸を行なう、特許請求の範囲第１項に記の方法
   。