JPS6321914A - 異形断面多孔質中空糸膜 - 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〕 本発明は人工肺等の多孔質膜を介した気液接触による物
質交換に有効な異形断面多孔質中空糸膜に関する。

〔従来の技術） 中空糸膜を用いた気液接触用の装置又は方法としては、
従来より種々のものが提案されており、中空糸膜の素材
としては、ケイ素系樹脂、フッ素系樹脂やオレフィン系
樹脂等の疎水性ポリマーが使用されている。

このような中空糸膜は、通常ハウジングの中に収納され
、中空糸膜の外側又は内側に液体を流し、中空糸膜の他
方の側に気体を流すことにより気液接触が行なわれる。

特に中空糸膜の外側に液体を流す場合は中空糸膜をハウ
ジング内に均一に分散させて中空糸膜外部の流体の中空
糸膜面への接触を良好にすることが処理効率を向上させ
る上で重要となる。しかし、中空糸膜の充填密度が低い
場合は、単に均一分散させただげでは中空糸膜外部の流
体の流動圧力により中空糸膜が押されてハウジング内で
中空糸膜の密な部分と粗な部分とが生じ、流体は粗な部
分のみを流れてしまい、かえって処理効率は低下してし
まう。これを避けるため中空糸膜を密に充填すると、通
常の円形断面の中空糸膜では中空糸同士が密着して膜の
有効面積が低下する、あるいは中空糸外部の流体の流動
抵抗が高くなる等により、やはり処理効率が低下してし
まうという欠点が生じる。

このような技術に関連して、ハウジング内の液体の流れ
を良好にすることを目的として、突起を除く外周長が内
周長の０．９〜１．２倍となるように、中空糸の長手方
向に延長された肉厚突起を有する異形断面中空糸状透析
膜（特開昭５８−１６９５１０号）や中空糸の外側面に
螺旋状に延長された突起を有する異形断面透析用中空糸
膜（特開昭６０−１１０３０５号）が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、気液接触用の中空糸膜においては、単に
突起を設けただけでは気液接触効率を高めることができ
ず、突起を設げることによって逆に中空糸膜−本当りの
有効膜面積が低下するという問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は、多孔質中空糸膜の束をハウジング内に収
納して気液接触を行なわせる際に、隣接する中空糸同士
の密着を防止することによって有効膜面積の低下を抑制
し、更に流体の流れを良好にすること、あるいは中空糸
膜の有効膜面積の増加等を目的として、多孔質中空糸膜
の形状及び構造について鋭意検討し、本発明に到達した
。

本発明の要旨は、外表面および／または内表面に、長手
方向に延長された高さ５μｍ以上４０μｍ未満の突起を
少なくとも８条有し、該突起および該突起以外の部分が
互いに連通した空孔によって空孔率３０〜９０％で多孔
質化されていることを特徴とする結晶性の熱可塑性有機
高分子からなる異形断面多孔質中空糸膜にある。

本発明においては、結晶性の熱可塑性有機高分子が用い
られるが、これは溶融賦形によって製造されるものは製
造コストが低（環境汚染が少ないこと、及び結晶性高分
子の中空糸を冷延伸することによって結晶間の非晶領域
に多数の微細な亀裂を生ぜしめ、多孔質化可能であるこ
とによる。

このような結晶性の熱可塑性有機高分子としてはポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリ４
−メチルペンテン−１、ポリ弗化ビニリデン、ポリアミ
ド、ポリブチレンテレフタレート、ポリパラフェニレン
スルフィド等を挙げることができる。

本発明の異形断面多孔質中空糸膜（以下「中空糸膜」と
いう）において、突起は中空糸膜の外表面および／また
は内表面に存在する。この突起は、例えば中空糸膜の外
部に液体を通し、内部に気体を通す外部潅流型の装置の
場合は、中空糸膜の外表面に付与されているのが好まし
く、これによって中空糸膜の束の均一分散性が著しく向
上する等の効果が生じる。また、内部潅流型の場合は、
中空糸膜の内表面へ付与されていることが好ましいが、
用途によって外表面及び内表面の両方に突起が付与され
ていてもよい。

突起の高さは５μｍ以上かつ４０μｍ未満であるが、４
０μｍ以上では突起部分が充分に多孔質化したものを得
ることができず、また５μｍ未満では突起の効果が生じ
ないので好ましくない。

また、突起の数は８条以上であるが、突起の数が８条未
満では中空糸膜−本当りの有効表面積の増加が不充分で
あり、また突起を外表面に付与した場合、隣接する中空
−糸膜同士の密着防止効果が充分でないので好ましくな
い。

突起の数の上限値は突起の幅にも依存し−概に限定でき
ないが、およそ２０条程度であり、これ以上の突起を設
げても特別な効果は期待できない。

突起の幅は特に限定されないが、およそ５〜５０μｍ程
度であることが好ましい。突起の幅がこれより太きいと
、突起部分の外表面および／または内表面に占める割合
が太きすぎて実質的に膜厚を増加させたのと同じ効果が
生じ、ガス交換能が低下するので好ましくない。また、
突起の幅がこれより小さいものは安定に製造することが
できない。

突起の断面形状は特に限定されず、先端部はたとえば第
３図に示すような平坦状、第１図に示すような凸状、第
４図に示すような凹状等の形状にすることができる。

尚、本発明において突起の高さとは、突起がない場合に
形成される中空糸膜の外表面から突起の先端部までの距
離をいう。

突起の間隔は特に限定されないが、８条以上の突起がほ
ぼ等間隔に配置されていることが好ましい。

本発明の中空糸膜の空孔率は３０〜９０％であり、突起
部分を含む中空糸膜全体の内表面から外表面にわたって
互いにつながった空孔が形成されている。空孔率が３０
％より７４％さいとガス交換能が不充分であるので好ま
しくなく、また９０％を越えると中空糸膜の強度低下や
偏平化を招くので好ましくない。

本発明の中空糸膜の突起のない部分の内径は形態安定性
、取り扱い性等の点から５０〜１０００μｍの範囲にあ
ることが好ましく、突起のない部分の膜厚は形態安定性
、取り扱い性並びにガス交換性能の点から５〜１００μ
ｍの範囲にあることが好ましい。

本発明の中空糸膜な製造する方法としては、例えば８条
以上のくぼみを有する異形中空糸賦形用紡糸口金を用い
て溶融紡糸を行ない、異形断面未延伸中空糸を得た後、
これを多孔質化する方法を挙げることができる。多孔質
化の方法としては延伸によるもの、あらかじめ微孔形成
のために混入しておいた添加剤を抽出する方法等を挙げ
ることができるが、医療用途等を意識した場合は添加剤
や溶剤等の不純物が混入するおそれのある方法は安全性
の点から好ましくないため、結晶性の熱可塑性有機高分
子を溶融紡糸して得られる未延伸中空糸を必要に応じて
熱処理した後、冷延伸して結晶間にクレーズを発生させ
、必要に応じてさらに熱延伸、熱セットすることによっ
て多孔質化する方法が好ましく用いられる。

このような多孔質化の方法は、例えば特公昭５６−５２
１２３号、特開昭５７−６６１１４号、同５７−８４７
０２号公報等に記載された方法に準ずればよい。

このような延伸法によって多孔質化させる場合は、前述
の結晶性の熱可塑性有機高分子が用いられるが、これら
の中では、多孔質化が容易でコストが低いポリプロピレ
ンまたはポリエチレンが好ましい。また、ポリエチレン
を用いる場合は、膜性能の点から密度が０．９６０　Ｐ
／ａｒｔ”以上であることが好ましい。

〔実施例〕

以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが
、本発明においては下記の測定法を採用した。

密度：ＡＳＴＭ　　Ｄ−１５０５に準じて測定した。

空孔率：カルロエルバ社製水銀ポロシメーター２２１型
を用いて測定した。

糸径、突起形状：ニコン社製万能投影機Ｖ−１２ｍを用
いて測定した。

酸素加能：次式により単位時間、単位膜面積当りの膜を
通して血液中に吸収される酸素量を求めた。

ＴＯｌ：　酸素加能（ｒｒｔｔ／ｍ　ｉ　ｎ　／ｒｒｌ
　）α：血漿エゴ中への酸素溶解度係数 ３　Ｘ　１０　　（ｍｌ／ｒｒｔｌ／ｍＨ１）ＰＩ：　
出口側（動脈）血酸素分圧（ｆｉＨＰ）Ｐ、二人口側（
静脈）血酸素分圧（ｍＨ７）Ｓ、：　出口側（動脈）血
酸素飽和度（％）Ｓｔ二二人側側静脈）血酸素飽和度（
％）１．３４：　ヘモグロビン濃度当りの酸素吸収量（
ゴ／／） Ｈｂ：ヘモグロビン濃度（Ｐ／ゴ） Ｑ：血液流量（ｒｔｔｌ／ｍｉｎ　） Ｓ：膜面積　（ｍ”） 実施例１ ２３０℃でのメルトインデックス値が１０のポリプロピ
レンを吐出口径２５ｍ、円環スリット幅１．５　ｍｓの
二重管構造を有し、外周辺部に等間隔に１０コのくぼみ
を有する異形断面中空糸賦形用紡糸口金を用い、自吸式
で空気を導入し、紡糸温度２００℃、吐出量１２Ｐ／分
、巻き取り速度５００　ｍ７分の条件で溶融紡糸し、１
０条の突起を有する未延伸異形断面中空糸を得た。

この未延伸糸を定長下１４０℃で６０秒間熱処理した後
、室温に保持されたローラー間で２０％延伸し、突起部
を含む中空糸全体にクレーズを生じせしめた。引続きこ
の中空糸を１４０℃に保持されたスリットヒータ間で１
２０％延伸し、次いで延伸長の３０％をオーバーフィー
ドしつつ１４５℃に保持されたスリットヒータ中を通過
させることにより、緩和熱光ットを行って中空糸膜な得
た。このようにして得られた中空糸膜は、内径２０６μ
ｍ、突起のない所での膜厚２６μｍ、１条の突起の幅２
０μｍ、突起の高さ１８μｍ、空孔率４２％であった。

この中空糸膜９６０本を束ねて中空糸膜充填率２５％、
長さ１３．０ｃｎＬのモジュールを２本製作し、それぞ
れのモジュールについて外部潅流方式にて血流量１．５
１　／　ｍｉｎ　／ｍ″における血液の酸素加能を測定
した。ガス交換はヘモグロビン濃度０．１２　Ｐ／ｍｌ
に調整した牛血液を用い、第５図に示すような評価回路
にモジュールをセットした後、酸素ガスを血流方向に対
し直交させて流す方式に依った。血液はモジュールの出
口及び入口からサンプリングし、ガス濃度を血液ガス分
析装置（コーニング社Ｍｏｄｅ１１５８　）　　により
測定し、第１表の結果を得た。

尚、（１１式において、膜面積Ｓは突起部分を含めた外
表面の面積を採用した。

比較例１ 吐出ロ径２５ｎ１円環スリット幅１゜５ｆｌの二重管構
造の紡糸口金を用い、その他の条件は実施例１と同様に
して内径２０６μｍ、膜厚２６μｍ、空孔率４２％の突
起のない中空糸膜を得た。この中空糸膜を用いてモジュ
ールを２本製作し、実施例１と同様にして外部潅流方式
にて血流量１．５１　／ｒｎ＊ｎ／ｍにおける血液の酸
素加能を測定したところ、第１表の結果が得られた。

比較例２ 紡糸口金のくぼみの深さが異なる紡糸口金を用い、その
他は実施例１と同様の方法により、内径２０８μｍ、膜
厚２６μｍ、１条の突起の幅２０μｍ、突起の高さ４６
μｍ、突起の数１０条の中空糸膜を得た。空孔率は３７
％と低いものであり、電子顕微鏡観察により、突起には
多孔質化されていない部分が多く認められた。この中空
糸膜を用いて実施例１と同様のモジュールを２本製作し
、外部潅流方式にて血流量１．５１７ｍ１ｎｌイにおけ
る血液の酸素加能を測定した結果、第１表の結果が得ら
れた。

実施例２ 密度０，９６８Ｊ’／錦３．１９０℃でのメルトインデ
ックス値が５．５の高密度ポリエチレン（工注石油化学
（株）製ハイゼツクス２２０８Ｊ　）を吐出口径２８ｍ
、円環スリット幅３．５ｎの二重管構造を有し、内周辺
部に等間隔に１２コのくぼみを有する異形断面中空糸賦
形用紡糸口金を用い自吸式で空気を導入し、紡糸温度１
６５℃、吐出量１５り／ｍｉｎ、巻き取り速度１６０　
ｍ／ｍｉｎで溶融紡糸を行い、内表面に１２条の突起を
有する未延伸異形断面中空糸を得た。

この未延伸糸を１１５℃で１２０秒間、定長下で熱処理
した後、室温で８０％の冷延伸を行い、次いで１１０℃
に加熱したスリットヒータ間で総延伸量が４００％にな
るまで熱延伸を行い、さらに同じ温度に加熱したスリッ
トヒータ間で熱セットを行い多孔質化した。

このようにして得られた中空糸膜は、未延伸糸に対して
５．０倍に延伸されており、内径２７３μｍ１突起がな
い部分の膜厚５４μｍ１突起の幅２２μｍ、突起の高さ
１３μｍ１空孔率７１％であった。

この中空糸膜８３０本を束ねて実施例１と同様のモジュ
ールを２本製作し、内部潅流方式にて血流量１．０ノ／
ｍ　Ｉ　ｎ／ｙ１”における血液の酸素加能を測定し、
第１表の結果を得た。ガス交換は第５図に示すような評
価回路にモジュールをセットした後、酸素ガスを血流方
向に対して向流で流す方式に依った。

比較例３ 吐出ロ径２８ｍｘ、円環スリット幅３．５　ｙｉｘの二
重管構造の紡糸口金を用い、その他の条件は実施例２と
同様にして内径２７３μｍ、膜厚５４μｍ、空孔率７１
％の突起のない中空糸膜を得た。この中空糸膜を用いて
、実施例２と同様にして血液の酸素加能を測定し、第１
表の結果を得た。

第　　１　　表 おり、同一径、同一膜厚の突起のない中空糸膜と比較す
ると、中空糸膜−本当りの有効膜面積が大きいために、
気液接触効率が優れている。

また、突起があるために中空糸膜の剛性が増し、形態保
持性が向上するので、突起のない中空糸膜と比較すると
、空孔率の増加、膜厚の薄層化や内径の増大が可能であ
るという効果がある。

特に外表面に突起を有する場合は、中空糸膜の束をハウ
ジングに収納する際に、隣接する中空糸膜同士の密着が
防止できるように均一分散可能であるので、有効膜面積
を低下させないで使用できるという優れた効果が生じ、
更に中空糸膜の外側において、中空糸膜に対して直交方
向に液体を流す際には突起によっ【液流が乱されるので
、ガス交換の効率が向上するという効果も生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は異形断面多孔質中空糸膜の一例を示
す模式図であり、第３図及び第４図は外表面に付与され
た突起の一例を示す模式図である。 第５図は酸素加能の評価回路を示す模式図である。 １・・・・・中空糸膜 ２・・・・・突起 ３・・・・・突起 ４・・・・・膜モジュール ５・・・・・入口側血液サンプリング位置６・・・・・
出口側血液サンプリング位置７・・・・・酸素ガス流入
口 ８・・・・・酸素ガス流出口 ９・・・・・血液用リザーバー １０・・・・・ポンプ １１・・・・・酸素含有ガス槽 １２・・・・・ポンプ ＩＯ 含　５　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）外表面および／または内表面に、長手方向に延長
   された高さ５μｍ以上４０μｍ未満の突起を少なくとも
   ８条有し、該突起および該突起以外の部分が互いに連通
   した空孔によつて空孔率３０〜９０％で多孔質化されて
   いることを特徴とする結晶性の熱可塑性有機高分子から
   なる異形断面多孔質中空糸膜。
2. （２）異形断面多孔質中空糸膜が、結晶性の熱可塑性有
   機高分子の中空糸を延伸して結晶間の非晶領域に多数の
   微細な亀裂を生ぜしめ、必要に応じさらに延伸、熱セッ
   トして得られるものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の異形断面多孔質中空糸膜。
3. （３）結晶性の熱可塑性有機高分子が、ポリプロピレン
   又は密度０．９６０ｇ／ｃｍ＾３以上のポリエチレンで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の異形
   断面多孔質中空糸膜。