JP5011491B2 - 膜およびその用途 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、膜、とくに気体分離、限外濾過のために、またはとくに血液透析、血液濾過、血液透析濾過、血漿交換療法、免疫療法などの医療目的に使用できる開放気孔膜に関するものである。
【０００２】
ＤＥ−Ａ−１９５２０１８８から、重合体中空糸膜を製造する一方法が既知であり、そこでは、中空糸膜形成用溶融重合体が押出し装置を通して導かれ、押出し装置に属していて、該溶融物を成形する押出し成形型へと入る前に、重合体に加圧下に気体が含有させられ（チャージされ）、重合体が押出し装置を出たときに所定の程度にまで起こる圧力低下とその結果として起こる重合体中の気体の膨張との結果として、多孔性中空糸膜が生じる。この方法を用いて得られる開放気孔率および気孔寸法では、開放気孔百分率が低すぎ、気孔が大きすぎるため、満足すべき分離結果をもたらさない。気孔寸法は膜の分離作用を、開放気孔率の程度は膜の効率を、それぞれ決定する。
【０００３】
ＷＯ９１／０８２４３は、ジイソシアナート、水素供与体、少なくとも１種の界面活性材料および発泡剤（有利には二酸化炭素）を混合し、該混合物を混合領域内で加圧して、該発泡剤を外界温度で液体状態に保ち、該混合物を大気圧環境中へ排出し、発泡剤を瞬間的に気化させ、生じた発泡体を外界温度で硬化させることによる開放気泡型ポリウレタンフォームの製造法を記載している。この方法には、上記したのと同じ不都合がある。
【０００４】
かくして、本発明の目的は、開放気孔率ができるだけ高く、開放気孔ができるだけ小さくて、大きさが一様な開放気孔膜、とくに平面膜または中空糸膜を提供することである。
【０００５】
本発明によれば、この目的は、重合体または重合体混合物を所望どおりの形態に成形し、該重合体または重合体混合物に成形前または成形後に大気圧よりも高い圧のもとで気体を含有させ（チャージし）、つぎに、該気体含有重合体を該重合体／気体混合物のガラス転移点よりも高い温度で発泡させ、最後に、冷却によって発泡体構造を安定化させることによって製造可能な膜によって解決される。本発明によれば、この方法は、重合体を溶解または膨潤させる流体を０．０５〜４．０％の割合で用いて、気体含有重合体を発泡させることを特徴とする。これは液体または気体であり、好ましくは有機液体である。重合体を溶解させる液体が好ましい。
【０００６】
従来は、溶媒不含重合体を用い、上記タイプの方法によって発泡体を処理するのが通例であった。重合体を溶解または膨潤させる流体（以下、溶媒ともいう）の少量の存在下に気孔・細孔構造が本発明の目的どおりに改善されること、すなわち高度の開放気孔率および一様な小さい気孔寸法が得られること、は予期されないことであった。
【０００７】
開放気孔率の評価は、つぎのようにして実施できる：
【０００８】
ａ）走査電子顕微鏡写真によって；
これによれば、試料を液体窒素中で粉砕し、開裂面を分析する。走査電子顕微鏡写真が気泡壁に開口または割れ目を呈しておれば、これは開放気孔性を示している。
【０００９】
ｂ）フロー（流量）測定によって：
これによれば、試料を適当な測定装置内に固定し、その中で、膜の端部をそれぞれに液体窒素中で破断させる。該試料は、上下面および側面が完全に覆われるように樹脂中に包埋しておく。加圧可能な気体または液体を一つの開放端に働かせる。気体または液体の流過量を測定することによって、開放気孔性を描写することができる。開放気孔性であることは、閉鎖（独立）気泡試料と比較して有意に高い流量によって明らかになる。
【００１０】
ｃ）毛管上昇の測定によって：
これによれば、試料を適当な測定装置内に固定し、その中で、重合体試料の端部をそれぞれに液体窒素中で破断させる。固定した試料の末端を液体中に約２〜３ｍｍ浸漬する。適当な時間経過後に、膜中の液面上昇を測定する。重量変化ならびに上昇度を用いて、開放気孔性を描写することができる。閉鎖気孔試料は液体を吸収せず、その上昇を測定することはできない。
【００１１】
本発明に従って開放気孔膜を製造するために、それ自体は既知の３つのタイプの方法が考えられる。第一のタイプの方法は、いわゆる加圧気泡法であり、まず重合体または重合体混合物を所望どおりに成形し、つぎに、大気圧下で、かつ重合体／気体混合物のガラス転移温度よりも低い温度で、気体を含有させる（チャージする）。つぎに、温度を、高温浴中へ浸漬するなどによって、重合体／気体混合物のガラス転移温度よりも上まで上昇させ、この半加工品から該気体を追い出すことによって、所望の開放気孔性が製出される。
【００１２】
第二のタイプの方法は、いわゆるオートクレーブ法であり、そこでは、重合体または重合体混合物への気体の混入（チャージ）は、重合体／気体混合部のガラス転移温度より高い温度で行なわれ、発泡は圧力の自然に起こる減少によって開始される。気体をチャージされた重合体を高温浴に入れてガラス転移温度よりも高い温度を得るのが普通である加圧気泡法とは対照的に、オートクレーブ法では、ガスを含有させられるときに重合体がすでにガラス転移温度よりも高い必要温度にあるので、かかる加熱が不要である。
【００１３】
第三のタイプの方法は、いわゆる押出し法であり、そこでは、重合物または重合体混合物の溶融体に、成形押出し成形型中で気体を含有させる。押出し成形型を離れ、これにより圧力低下が惹起されるや否や、発泡が起こる。
【００１４】
現在のところでは、加圧気泡法が好ましい。
【００１５】
重合体を溶解または膨潤させる液体は、溶媒を含有していない重合体または重合体混合物中へ浸透によって導入できる。浸透は、つぎのようにして、生起させることができる。溶媒不含有重合体（総残留量＜０．０１％）を、流通（フロー）反応器中、溶媒で富化した気体の流れによって処理する。これにより、重合体中の溶媒濃度を上昇させる。温度、気体流、滞留時間および気体流中の溶媒濃度の助けをかりて、異なる濃度を重合体中へ送り込むことができる。重合体を、溶媒飽和蒸気室中に置く処理方法も考えられる。しかし、重合体または重合体混合物の製造の間に重合体中にそれを溶解または膨潤させる液体を残留させることが、技術的により簡単であるゆえに、好ましい。両種類の方法を随意に併用することができ、たとえば、重合体の製造の間に、重合体または重合体混合物中に残留する量が少なすぎる場合には、浸透による補足を行なわなければならない。
【００１６】
所望の結果を得るのに必要な重合体溶解性または膨潤性液体の含量は、使用するそれぞれの重合体および溶媒に依存する。しかし、上記の目的のゆえに、ある重合体およびある溶媒についていかなる溶媒含量が最適であるかを、いくつかの日常的実験によって、また重合体に気体をチャージするときのガス処理圧、発泡温度などの設定パラメータを用いて、求めることは、当業者にとっては簡単なことである。
【００１７】
方法のタイプにかかわりなく、先行技術から既知のように、空気、希ガス、窒素、テトラフルオロエチレン、フルオロホルム、ヘキサフルオロエタンまたはこれらの混合物など種々のチャージガスを使用することができる。しかし、二酸化炭素をチャージガスとして使用することが好ましい。重合体または重合体混合物を加圧下にチャージガスによって飽和させるのが有利である。
【００１８】
発泡によって得られる気孔・細孔構造は、重合体半製品を冷却することによって安定化しなければならない。冷却によってその後の気孔構造の変化を防止するためには、発泡後の重合体半製品を冷却によって、好ましくは重合体のガラス転移温度より低い温度への冷却によって、安定化するのが有利である。
【００１９】
発泡温度は、具体的に使用する重合体に依存する。発泡温度は、通常は、１００〜２００℃の範囲内にあるが、本発明の主題はこの温度範囲に限定されるものではない。従来方法で使用されていた重合体溶解または膨潤性液体、好ましくは有機液体も、使用する重合体およびそれの溶解度に依存する。これらの有機液体の有利な例としては、テトラヒドロフラン、１，２−ジクロロエタンおよび１−メチル−２−ピロリドンがある。
【００２０】
上記方法における重合体としては、無定形プラスチックス、部分的に結晶性のプラスチックス、液晶プラスチックス、硬質プラスチックス、弾性ゴム様プラスチックスまたはこれらの混合物が考えられる。有利な重合体の例は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリアラミド、ポリカーボネート、セルロースおよびセルロース誘導体、たとえばセルロースエステルまたはセルロースエーテルである。
【００２１】
上述のように、本発明の膜を平面膜または中空糸膜の形で製造するのがとくに有利である。かかる膜は、気体分離に、また好ましくは血液透析、血液濾過、血液透析濾過、血漿交換療法、免疫療法などの医療目的に、あるいはまた精密濾過、限外濾過などの非医療用途に、使用できる。それらの使用目的に応じて、それらの膜は対称性であっても非対称性であってもよく、非対称性とは、２面の一方については、他方の面についてよりも気孔寸法がより大きい、さらには一方の面に閉鎖気孔または閉鎖表皮層を有することを意味する。
【００２２】
以下の実施例は、本発明をより詳細に説明するものである。
【実施例】
以下の実施例は、あらゆる点で、下記のように実施するものであり、ただ、重合体、溶媒および発泡温度のみを変更、変化させている。
【００２３】
所与の重合体を、２０重量％量の後記溶媒に溶解させた。この溶液を、ガラス板上に、塗布ナイフを用いて、厚さ０．５ｍｍになるよう塗布した。重合体フィルムを窒素気流中で乾燥した。溶媒残留濃度を調整するために、真空乾燥室中で追加の乾燥を行なった。溶媒残留濃度を変化させた。
【００２４】
このようにして得られた残留溶媒含有重合体フィルムを、加圧室中、およそ、２０〜２５℃で、５０バールの二酸化炭素により、２時間飽和させた。除圧し、加圧室を開いたのち、重合体フィルムを、後記の発泡温度で、高温浴中に１０〜６０秒間浸漬した。発泡後、重合体フィルムを、エタノールと水との混合物中でおよそ２０°まで冷却した。
【００２５】
実施例１
この実施例では、重合体として、溶媒残留濃度（複数）のテトラヒドロフランを含有するポリスルホン（Ｕｄｅｌ Ｐ−３５００、アモコ社）を用いた。１６５℃の発泡温度を用いた。溶媒（テトラヒドロフラン）残留含量１．２３重量％、０．９４重量％、０．６８重量％、０．３８重量％、０．３３重量％、０．２４重量％、０．１０重量％および０．０７重量％で、開放気孔膜がそれぞれ得られた。これに対し、溶媒残留含量が０．０１重量％のときには、閉鎖気孔膜が得られた。
【００２６】
実施例２
１，２−ジクロロエタンを用いて実施例１を反復した。溶媒残留含量が３．４重量％で、発泡温度が１６５℃のとき、開放気泡膜が得られた。しかし、溶媒残留含量が８．０重量％では、閉鎖気泡膜が得られただけであった。
【００２７】
実施例３
この実施例では、ポリスルホンに代えて、ポリエーテルスルホン（５２００−Ｐ、ＩＣＩ）を重合体として使用した。有機液体ないしは溶媒としては、１−メチル−２−ピロリドンを用いた。発泡温度はおよそ１８５℃であった。４．３９重量％、４．３重量％、３．５４重量％、３．４７重量％および２．４８重量％の溶媒残留含量で、開放気泡膜が得られた。しかし、５．６６重量％の溶媒残留含量では、膜は閉鎖気泡性であった。
【００２８】
実施例４
この実施例では、ポリカーボネート（ＢＰＺ−ＰＣ Ｓ ２４／４、バイエル）を重合体として用い、これと組合わせて、テトラヒドロフランを溶媒として用い、発泡温度を１４０℃とした。溶媒残留含量０．５０重量％、０．３６重量％および０．３１重量％で、開放気泡膜が産生された。

Claims (12)

1. ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、セルロースまたはセルロース誘導体から選択された一つまたはそれ以上の重合体を含んでいる重合体または重合体混合物を所望どおりに成形し、それに成形前または成形後に大気圧下でチャージ気体として二酸化炭素をチャージし、つぎに該気体含有重合体を、その重合体／気体混合物のガラス転移温度よりも高い温度で発泡させ、最後に冷却によって発泡体構造を安定化させることによって製造することのできる膜であって、該気体含有重合体を、前記重合体を溶解または膨潤させる有機液体の存在下に発泡させ、発泡時に該成形重合体中に、該重合体の重量に基づき０．０５〜４．５重量％の量で該有機液体が、残留せしめられていることを特徴とする膜。
2. 前記重合体または重合体混合物に、該重合体／気体混合物のガラス転移温度よりも低い温度でその気体をチャージし、つぎに温度を該重合体／気体混合物のガラス転移温度よりも高い温度まで上昇させることによって発泡させていることを特徴とする請求項１に記載の膜。
3. 該気体チャージを、成形後に該重合体／気体混合物のガラス転移温度よりも高い温度で行ない、その後、圧低下によって発泡を行なっていることを特徴とする請求項１に記載の膜。
4. 成形に先立ち、押出し成形型中で該重合体または重合体混合物の溶融物に該気体を含有させ、押出し時に、結果として生じる圧力低下によって発泡させていることを特徴とする請求項１に記載の膜。
5. 前記重合体を溶解または膨潤させる有機液体が、前記重合体を溶解させる有機液体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の膜。
6. 発泡が行なわれるときに、前記重合体を溶解または膨潤させる有機液体を該重合体が溶媒残分（残留溶媒）の形で、または浸透溶媒の形で含有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の膜。
7. 前記重合体を加圧下に該チャージ気体により飽和させていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の膜。
8. 発泡後の速やかな冷却によって発泡体構造を安定化させていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の膜。
9. 前記重合体を溶解または膨潤させる有機液体として、テトラヒドロフラン、１，２−ジクロロエタンまたは１−メチル−２−ピロリドンを使用していることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の膜。
10. 平面膜または中空糸膜の形であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の膜。
11. 請求項１０に記載の平面膜または中空糸膜を、医療用途に使用することを特徴とする該膜の使用方法。
12. 血液透析、血液濾過、血液透析濾過、血漿交換療法または免疫療法のために、あるいは精密濾過または限外濾過のために使用することを特徴とする請求項１１に記載の使用方法。