JPS63185403A - 限外濾過膜 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ポリアクリロニトリルを幹として荷電を帯び
た側鎖を有するグラフトポリマーからなる限外；−過膜
に関する。この膜は、例えば有用蛋白質の分離精製に用
いられ、医用、食品工業の分野に利用出来る。

〈従来の技術〉 蛋白質の分離精製には、沈澱法、吸着法、分子ふるいわ
け法、電気泳動法などが知られているが、操作の容易な
点、大量処理が可能な点、蛋白質を変性しない点などで
分子ふるいわけ法に属する限外ｒ適法が最も実用的であ
る。限外濾過用膜としてはアセチルセルロース、その他
のセルロース誘導体、芳香族ポリアミド、アクリロニト
リル−塩化ビニル共重合体、ポリエチレンフタレートな
どが知られている（萩原文二、橋本光−編、膜による分
離法、Ｄ、　１８５〜ｌ）、　１８６．１９８０年、講
談社）。しかしながら、これらは何れも電気的に中性の
膜であり、積極的に荷電を有する合成高分子膜を用いて
蛋白質の分離精製に成功した例は知られていない。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明の目的は、特定蛋白の透過能を著しく増大出来る
限外濾過膜を提供することである。

く問題点を解決するための手段〉 本発明はポリアクリロニトリルを幹とし、荷電を帯びた
側鎖を有するグラフトポリマーからなる限外濾過膜に関
するものである。

本発明のグラフトポリマーは、荷電を帯びた側鎖をポリ
アクリロニトリルにグラフト重合により導入することに
より得られる。荷電を帯びた側鎖としては、正の荷電を
帯びた側鎖と負の荷電を帯びた側鎖とがある。

正の荷電を帯びた側鎖としては、４級アンモニウム塩等
の様に、それ自体が正の荷電を有するものでも良いし、
３級アミンあるいはビニルピリジンの様にそれ自体は正
の荷電を帯びてなくとも、使用条件により正の荷電を有
する可能性のあるものも含まれる。

４級アンモニウム塩が導入された正の荷電をもつグラフ
トポリマーは、ポリアクリロニトリルに、例えば式 ％式％ される３級アミン或いはビニルピリジンをグラフト重合
し、得られたグラフトポリマーをエチルブロマイドのよ
うな４級化剤で４級化することにより得られる。また、
使用条件により正の荷電を有する可能性のあるもの、す
なわち上記の４級化前のグラフトポリマーを酸性条件で
使用する場合も本発明に含まれる。

負の荷電を帯びた側鎖としては、スルホン酸基、カルボ
キシル基、リン酸基等が好ましいが、特に荷電の有効性
からスルホン酸基が好ましい。このような側鎖を導入す
るには、例えばパラスチレンスルホン酸ソーダのような
単量体を共重合すればよい。

上記の正の荷電を帯びた側鎖あるいは負の荷電を帯びた
側鎖をポリアクリロニトリルにグラフトする方法として
は、光化学的にグラフトする方法（三田ら、高分子論文
集、旦、６２３−６２８（１９８５））、チオアミド化
ポリアクリロニトリルにレドックス開始剤を用いてグラ
フトする方法（三田ら、Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｐｒｅｐｒｉ
ｎｔＳ、　Ｊａｐａｎ　ｖｏｌ、３５゜Ｎα２．３０Ｂ
　（１９８６））などが用いられるが、これらの方法に
制限されるものではない。

また、共重合体での荷電性側鎖を有するモノマ単位の含
有量は、１〜５０重量％である。この含有量は、たとえ
ば元素分析、赤外線吸収スペクトル、核磁気共鳴スペク
トル、イオン交換量など通常の手法により確認すること
ができる。また共重合体の分子量は、得られる膜の力学
的性質から考えて重量平均分子量で１０万〜１００万が
好ましい。

本発明の限外）−過膜は、上記共重合体を適当な溶媒に
溶解した溶液を製膜原液として製膜することにより製造
できる。この場合の溶媒は、特に限定されないがジメチ
ルスルホキシド（ＤＭＳＯ＞が好ましい。ＤＭＳＯは、
該ポリマ系と適度な親和性を有するため、製膜性が良好
で製膜条件、あるいは溶媒に対する添加剤の調整により
均一な細孔系を有する限外−過膜を容易に得ることがで
きる。該ポリマ系に対し、大きな親和性を示すような溶
剤は、限外）−過に必要な孔径を有する膜を得ることは
難しく、また該ポリマ系に対し低い溶解性しかもたない
溶媒は、製膜性に劣り、得られる膜の強度も低いため好
ましくない。

ＤＭＳＯは水に無限に可溶であり、製膜、製糸後、水洗
により簡単に除去できるほか、他の溶媒に比べその毒性
も極めて低く、作業環境上あるいは医療用途を目的とし
た場合の製品の安全性などの面からみても、極めて優れ
た性質をもつものである。

さらに、製膜原液を作製するにはＤＭＳＯの代りにジメ
チルホルムアミド、を用いても可能であり、また限外ろ
過膜の目的に応じて細孔系を制御するために、水、ホル
ムアミド、アルコール類゛（ブタノール、プロパツール
、エチレングリコール、グリセリン、ポリビニルアルコ
ールなど）、尿素、塩化カルシウム等の非溶媒をＤＭＳ
Ｏまたはジメチルホルムアミドに添加したり、ポリオキ
シエチレンエーテルラウリルアルコール、インオクチル
フェノキシポリエトキシエタノール等の界面活性剤を添
加することも好ましい方法である。これらの中でもポリ
ビニルアルコールは、添加効果が大きく、細孔系が均一
な限外−過膜を製膜（製糸を含む）する際に、好ましい
添加剤である。特に重合度が１００〜５０００のポリビ
ニルアルコールは、本発明の共重合体と適度な相溶性を
有し、限井戸過膜を得るには好ましい。

この溶媒系における添加剤の分率は５〜２５％がＤＭＳ
Ｏのもつ良好な製膜（製糸）性を失なわずに、限外ｒ過
膜としての分離特性を有する膜を得るために好ましい。

このようにして得られる製膜原液は、公知の種々の方法
によって製膜できる。たとえば適当な厚さのスペーサー
を有するガラス板上に、加熱溶解した製膜原液をドクタ
ープレイドを用いて均一に流延し冷却して固化させる。

その後、適当な組成、温度の凝固浴に浸漬して、親溶媒
することによりゲル構造を固定化させ限外）濾過に適し
た膜を得ることができる。

凝固浴としては、一般に水、脂肪族の低級アルコール類
、またはそれらの混合物、あるいはそれらにＤＭＳＯを
添加したものが好ましく、特に水とＤＭＳＯの混合物で
ＤＭＳＯの添加率が２〜４０％のものが好ましく用いら
れる。

凝固浴温度は通常０〜９８℃、好ましくは２０〜５０℃
付近で実施される。

本発明の膜は、凝固浴から乾燥することなく含氷状悪も
しくは湿潤状態で製膜、保存することにより、長時間に
わたって透過性能および機械的性質に大きな変化を生じ
ない。湿潤状態に保持するには、また含水グリセリンな
どの適切な湿潤剤を付着させておけば十分である。湿潤
剤としては上記のほかに、エチレングリコール、ポリエ
チレングリコール、各種の界面活性剤などが挙げられる
。

さらに、製膜後に加熱処理によって膜の透過性能や機械
的性質（寸法安定性など）を変えることも可能である。

加熱処理は張力下または無張力下で行い、温度は通常５
０〜１１０℃、好ましくは７０〜９０℃の範囲である。

本発明の限外−過膜の限外シー過速度は製膜溶媒、製膜
条件などにより容易に制御されるが、水成外濾過速度（
ＵＦＲ）で１００〜１０．０００ｍ１／ゴ・ｈ−ａｍＨ
２０のものが好ましい。

本発明の限外−過膜は十分なる機械的強度を有し、しか
も特定蛋白を含有する水溶液のＰＨを選ぶことにより、
当該蛋白質の透過を著しく向上することが出来る。

〈実　施　例〉 以下実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。

実施例１ 幹ポリマーの製法及びそのＵＦＲ１蛋白透過：幹ポリマ
ーはアクリロニトリル２００　ｍｌ、溶媒にＤ　Ｍ　Ｓ
　０４００　ｍｌ、開始剤に四臭化炭素２．７ｇを加え
、２５℃、アルゴン気流下１００．Ｗ高圧水銀灯で４時
間光照射することにより得た。得られた幹ポリマー１．
０ｇをＤＭＦ９．Ｏｇに溶がし、８０〜９０℃、３時間
撹拌した後、４０〜７０℃のフェロタイプ板上に流延し
た後、蒸溜水（２０℃）に入れ、幹ポリマーの膜を得た
。水成外濾過速度（ＵＦＲ）は撹拌式セルに膜をセット
し、静水圧（約７６　ｃｍ　Ｈ２０＞をかけ、イオン交
換水の約５ｍｌ流出後、単位時間あたりの流出量より算
出し、約１　、６００ｍｌ／ｒｒｆ−ｈ−ｃｍＨ２０と
なった。蛋白透過は撹拌式セル膜をセットし　た後、所
定のＰＨに調製した牛血清アルブミン（Ｂｏｖｉｎｅ　
Ｓｅｒｕｍ　Ａｌｂｍｉｎ　、以下ＢＳＡとする）ｏ。

２ｗｔ％緩衝溶液（ｐＨ３，５〜５．３ではＣＨ３ＣＯ
０ＨＣＨ３ＣＯＯＮａを、ｐＨ５，３〜８゜０ではＮａ
２　ＨＰＯ４−ＮａＨ２ＰＯ４を使用し、。

いずれもＮａＣ１を加えてイオン強度を０．１５とした
）に静水圧（約７６　ｃｍ　Ｈ２０）をかけ約５分後か
ら透過率を測定した。透過率は透過液に特殊な染料（Ｃ
ｏｍｍａｓｓｉｅ　Ｂｒｉ　Ｉ　ｌ　１ａｎｔ　Ｂｌｕ
ｅ　（ＣＢ　Ｂ　）Ｇ−２５０）を加えて呈色させ、吸
光光度、法（５９５ｍｍ　）より求めた。結果を第１図
に示す。

実施例２ ３級化アミノ基側鎖を有するポリマーの製法及びそのＵ
ＦＲ１蛋白透過： 実施例１で得られた幹ポリマ−２５ｇを溶媒ＤＭ　Ｓ　
Ｏ６００ｍｌ、ジメチルアミノエチルメタクリレート５
０ｇを加え、アルゴン気流下、２５℃、６時間、１００
Ｗ高圧水銀灯で光照射することによりグラフトポリマー
を得た。得られたグラフトポリマーを０．７ｇ、ＤＭＦ
８．０４ｇに溶がし、ＰＶＡ　（重合度３００、ケン化
度８８ｍｏ１％）の１０ｗｔ％ＤＭＳＯ溶液を１．４ｇ
加え、８０〜９０°Ｃ１５時間撹拌混合した後、６０〜
７０℃のフェロタイプ板上に流延し、蒸溜水（２０℃）
に入れ、３級アミンポリマーの膜を得だ。ＵＦＲ及び蛋
白透過は実施例１と同様に行った。

結果として、ＵＦＲは約１，６００ｍ１／ｒｒｆ−ｈ・
ａｎＨ２０であった。プロトンＮＭＲ分析の結果、主鎖
１分子当り７５ケのジメチルアミノエチルメタクリレー
ト単位がグラフトしているこが分った。

蛋白透過率は第１図に示す。

実施例３ ４級化ポリマーの製法及びそのＵＦＲ１蛋白透過：実施
例２で得られた膜を、蒸溜水／メタノール＝７／３　（
２ｇ）に臭化エチルを溶かした上澄液（４級化剤）に８
時間浸し、４級化ポリマーの膜を得た。荷電量はイオン
交換法より求め、Ｎ　＋　＝＝０　、１５８ｍｍｏｌ／
　ｇ値を得た。ＵＦＲ及び蛋白透過（よ実施例１と同様
に行った。ＵＦＲは約４００ｍ１／ｍ’　Ｈｈ−ｃｍＨ
２０であった。蛋白透過率は第１図に示す。この４級化
ポリマーは、アルブミンの等電点（ｐＨ４，８＞以上の
ｐＨにおいて著しく透過率が向上することが分かる。

実施例４ スルホン基側鎖を有するポリマーの製法及びそのＵＦＲ
１蛋白透過； 実施例１で得られた幹ポリマ−Ｌ２ｇを溶媒にＤ　Ｍ　
Ｓ　０８００　ｍｌ、パラスチレンスルホン酸ソーダ１
２ｇを加えアルゴン気流下、３０°Ｃ１５時間、１００
Ｗ高圧水銀灯で光照射することによりグラフトポリマー
を得た。得られたグラフトポリマー０．８ｇをＤＭＳＯ
７，４ｇに溶かし、ＰＶＡ（重合度３００、ケン化度８
８ｍ０１％＞１０ｗｔ％ＤＭＳＯ溶液を２．０ｇ加え、
８０°Ｃ１５時間撹拌混合した後、５０℃のガラス板上
に流延し、蒸溜水（２０℃）に入れ、スルホン酸基含有
ポリマーの膜を得た。ＵＦＲｌ及び蛋白透過は、実施例
１と同様に行なった。ＵＦＲは約４９００ｍ１／ｒ＋ｉ
ｌ゛ｈ°ａｍＨ２０であった。プロトンＮＭＲ分析の結
果グラフト率は約２％であることが分った。荷電量はイ
オン交換法によりもとめＳＯ３−＝０゜０９４ｍｍ０ｌ
／ｇを得た。

蛋白透過率を第２図に示す。この負荷電膜は、アルブミ
ンの等電点（ｐＨ４，８＞以下のｐＨにおいて著しく透
過率が向上することが分る。

〈発明の効果〉 ポリアクリロニトリルに荷電を有する側鎖をグラフトし
たポリマーは十分な機械的強度を有し、また製膜方法及
び特定蛋白含有水溶液のｐＨを適当に選ぶことにより、
当該蛋白質の透過を著しく向上することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１〜３のポリマーの蛋白透過率を示す
。 第２図は実施例４のポリマーの蛋白透過率を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリアクリロニトリルを幹とし、荷電を帯びた側
   鎖を有するグラフトポリマーからなる限外ろ過膜。