JPS6242705A - 選択透過性中空糸及び流体分離器 - 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】 く利用分野〉 本発明は、特定の形状を具備した選択透過性中空糸及び
それを用いた流体分離器を提供するものである。更に詳
細には、フィンを具備した異形断面を有し且つ捲縮を有
した選択透過性中空糸及びそれを用いた流体分離器に関
する。

〈従来技術〉 選択透過性中空糸は逆浸透、限外濾過及び透析等の分野
で従来より実用的に使用される。

特に腎不全患者の血液を浄化するために、現在では中空
糸型血液透析器がよく使用されている。これは霧体の中
に透析膜、例えば、中空糸の膜を多数本、収納し、その
中空内部に患者の血液を流し、外部、即ち、中空糸間に
透析液を流して、中空糸を介して透析膜よって、血液中
の老廃物を除去し電解質濃度を是正するとともに、中空
糸内外に圧力差を与えて限外濾過によって血液中の余剰
水分を除去するものである。更に、血液中から血漿のみ
を分離し、或いは、その血漿の中から特定成分を除去し
て自己免疫疾患などを治療するために、中空糸が使用さ
れている。このように血液処理用の中空糸膜は目的に応
じて特定の物質を選択的に透過せしめなければならない
。

その性能は、中空糸膜の素材、ボロシティ（孔の大ぎさ
、数など）、膜厚などによって決定される。しかし、そ
れだけではなく、例えば多数本の中９糸を如何に集束し
て膜面全体を有効に機能させるかということも、その性
能を決定する重要なポイントとなる。例えば透析に際し
て、中空糸膜どうしが長さ方向に沿って、密着すると、
透析液が、その部分の近傍で、それぞれの中空糸の周り
を均等に流れにくくなりある特定の流路を形成する結果
となり、この流れにあずからない中空糸膜な通しての透
析が殆ど行われなくなって全体としての透析効果は低下
する。通常の透析操作において中空糸膜の両側の濃度差
が物質移動のドライビングフォースとなるから、透析液
を中空糸の外側空間にできるだけ均等に流し、外側境膜
抵抗が周囲より太き（なる部分をできるだけ減少させ、
血液［（中空糸膜の内側）と透析液側（中空糸膜の外側
）との濃度差を増大させうるように、中空糸を収納し、
また中空糸自体の形状を工夫するとか必要である。前者
については、本発明者亭；＝；が先に、中空糸を交差状
に集束して、筐体内に収納することｋよって、中空糸間
の密着、従って、有効膜面積の減少を防止するとともに
透析効率を向上させうろことを見出した（特公昭５２−
３８８３７）。また、後者については、例えば、本発明
者！郁−が先に提案したように中空糸外表面に突起をも
たせることによって、同機の効果を発揮させる方法が利
用で希る（特開昭４８−７５４８１）。

しかしながら、これらの方法においては中空糸の配列、
突起部の形状如何によっては、例えば、中空糸膜どうし
がかみ合って接触する形となって必ずしも満足な効果を
発揮できない場合があり、さらに改善が強く望まれてい
た。

〈発明の目的及び構成〉 本発明者吟はこのような観点に立って、体液処理効率の
向上を目的として鋭意研究した結果、特定の形状の中空
糸が特に有効であることを見い出し、本発明に到達した
。

即ち本発明は、 （１）　　外周部において長手方向に延長された１条以
上のフィンを有し、且つ複数個の捲縮を有した選択透過
性中空糸；及び （２）　　選択透過性中空糸束を収納した流体分離器に
おいて、該選択透過性中空糸が外周部において長手方向
忙延長された１条以上のフィンを有し、且つ複数個の捲
縮を有したことを特徴とする流体分離器、 を提供するものである。

以下本発明について更に詳細に説明する。

本発明における中空糸のフィンの数Ｘは少なくとも１で
あるが、１１以上になるとフィン根元部による有効膜面
積の減少が顕著になり、物質透析性能、水透過性能が著
しく低下し、実用的でない。即ちかかるＸは一般に１〜
１０であるが、さらｋは２〜８が好ましく、特に有効な
範囲は３〜７である。更に本発明の中空糸の外径（ｄ）
として１００〜４００ｐが好ましく、更には２００〜３
００μが好ましい。フィン部のない部分の膜厚（ｈ）と
しては５〜５０μ、更には５〜３０μ９％に１θ〜２５
μが好ましく、フィンの高さくＨ）としては５〜１００
μ、更には９〜６０μが好ましい。尚フィンの平均高さ
Ｈ（μ）とフィンを除外した中空糸の平均外径ｄ〔μ〕
の比Ｈ／ｄは、０．０１−１の範囲にあることが好まし
く、更には０．０２〜０．５の範囲、特に０．０３〜０
．２の範囲にあることが望ましい。

またフィンの根元の巾（Ｗ）はフィンの上部に比して狭
いのが望ましいが、通常は紡糸原液が口金から吐出後、
原液の表面張力で根元部分は広くなりやすい。かかるＷ
としては１５〜５０μ、好ましくは２０〜４０μのもの
が適当である。

この様な範囲にある中空糸は真円性良好であり中空糸内
での血液凝固や残血が生じにくい点でも好ましい。尚１
本の中空糸に複数条のフィンを有する場合には、各々の
フィンの高さくＨ）や巾（Ｗ）が同一でも異なっていて
もよい。さらに該フィンの少なくとも一部が中空糸外表
面にラセン状にめぐらされてもよく、また該フィンが不
連続状であってもよい。

また本発明の中空糸は、前記のフィンを具備したことに
加えて、複数個の横締を有することを特徴としている。

捲縮の振幅の好ましい範囲は中空糸の外径（ｄ）の１〜
５００％、更に好ましい範囲はｄの２０〜２００チであ
る。この振幅がｄの１チ未満では格別の効果が得られに
くく、ｄのｓｏｏ＊ｖ越えると中空糸内の流動抵抗が大
きくなり、血液処理に用いた場合には中空糸内の残血が
生じやすくなるので好ましくない。また本発明の中空糸
がｄの５倍未満では中空糸内の流動抵抗が大きくなった
り残血が生じやすくなり、またｄの１０００倍を越える
と格別の効果が得られないので好ましくない。尚かかる
捲縮の振幅。

波長及びその方向性は均一であっても不均一であっても
よいが、後述する如く分＃器内に収納した場合に不均一
の方が中空糸どうしの密着ｈ１より生じにくいので好ま
しい。

さらに本発明の中空糸の軸が形成する湾曲における最小
自車半径Ｒは、２〜ｌｏｏ■の範囲にあることが好まし
く、更忙は１０〜５０餌の範囲が良い。かかるＲが２■
未酒の場合には血液処理の際に凝血や残血が生じやすく
なり、また１００ｍを越えると捲縮を付与した効果が得
にくい。

また本発明における中空糸血液透析用の場合には、フィ
ン部を除いた部分での水透過性能ＵＦＲとしては、１．
０〜３０．０ｍ／（ｍ’・ｈｒ　＠ｍＨｇ　）の範囲に
あるものが好ましく、殊に３．０〜１０．Ｏｔｄ／　（
ｍ”・ｈｒ　＠ｍＨｇ）が良い。

本発明の中空糸を構成する素材としては、選択透過性中
空糸を形成し得るものであれば４９に限定されるもので
はな（、その好ましいものとしてセルロース、セルツー
スエステル。

ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタア
クリレート、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート
、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホ
ン、これらを用いた共重合体及び仲の物との混合物等が
挙げられる。特に体液処理を目的とした中空糸に関して
はセルロース、セルシースエステル、ポリメ牛ルメタア
クリレート、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポ
リエーテルスルホン等カ好＊しく、殊にセルロース、セ
ルロースエステルが実用上好ましい。

また本発明の中空糸はその製造法によって特に限定され
るものではな（、その１例を以下忙示す。即ち前記の如
きフィン付中９糸を紡糸成形した後、捲縮加工を行なう
方法が挙げられる。この紡糸成形を行なう方法としては
、溶融紡糸、湿式紡糸、半乾半湿紡糸あるいは乾式紡糸
等の種々挙げられる。溶融紡糸によって製造する場合を
以下に例示する。即ち中空糸膜の紡糸涙液（溶和物、又
は溶液）を常法に従って、例えば二重円環部の外周部に
切欠部を有した紡糸口金の中空状の孔から気体中又は紡
糸浴中に押出し、中心部に＃！素材を溶かさず実質的に
反応しない気体、又は液体をみたして中空を保持しなが
ら紡糸する。

例えば、セルｐ−スｐジアセテートフレークスにポリエ
チレングリコール等の可塑剤を加え、溶融紡糸して紡糸
ノズルの中空状の孔囚がら空気中に押出し、中心部に窒
素ガスを吹込みながら紡糸して中空状物糸とする。この
中空状物糸から可塑剤を除去し、要すればケこの様にし
て得られたフィン付中空糸に？＠縮性を付与する方法と
しては特に限定されるものではな（、例えば該中空糸の
熱可塑性をＪＰｌ用した熱処理加工や中空糸中の可塑剤
を熱水等で抽出する処理などが挙げられる。その１例と
して金網を表面に有した回転−一ラー上に上記中空糸（
又は中空糸束）を供給し、その金網に乗った状態の討中
空糸に熱風、熱水等を吹き付けることによって金網の目
開部に該中空糸の一部を押し込み、その形態が緒持され
た状態で冷風により冷却することによって押し込まれた
形態を固定せしめ、その後引取りボビンにより引取る方
法が適している。

また他の捲縮加工法の例として、回転す舌金網状の平板
上に前記のフィン付中空糸を熱風。

熱水等と共に吹き付けた後冷却することを特徴とする方
法や、比較的細い円管内に該フィン付中空糸を熱風と共
に吹き込んでその円管内に押し込んだ後冷却することに
より熱固定することを特徴とする方法、及びポビンに巻
き取った該フィン付中空糸を加熱処理した後冷却するこ
とにより熱固定することを特徴とする方法郷が挙げられ
る。

これらの熱処理における加熱温度９時間。

熱風及び／又は熱水を用いる場合の流速等の処理条件は
、該フィン付中空糸の素材や形状及び目的とする捲縮状
態に合せて適宜選択して行なうことができる。尚本発明
のフィン付中空糸は、特にフィンのない部分の膜厚が薄
い場合であってもフィンが存在することから該中空糸の
形態保持性に優れ、またフィンが中空糸を保膿する機能
を果して、上記の如き金網を用いても中空糸壁膜部を損
傷することなく非常に安定に捲縮加工を行ない得ること
を見い出した。またかかるフィン付中空糸においては、
フィンの存在によって熱処理後の捲縮状態の形態保持性
も非常に優れることもわかった。更に金網を用いて捲縮
加工を行なった場合には不均一な捲縮状態となりやすい
利点がある。

捲縮を付与する方法の他の例としては、紡糸口金からポ
リマーが吐出され、凝固又は冷却固化される時に、凝固
又は固化速度に中空糸円周方向く差違を持たせ、繊維構
造として、異方性を与える方法をとることもできる。

更に他の方法としては中空糸の円周方向及び又はフィン
部に異種のポリマー又は、物性を異にする同種のポリマ
ーを接合させることにより、捲縮を与えることもできる
。ｊ！に又、フィン付中空糸のフィンの長さ及び位置を
円周方向に対し非対称にすることにより、凝固又は固化
が、非対称になり、ｔ！縮を発生することもある。

かかる本発明の選択透過性中空糸は、流体分離に優れた
分離性能を発揮するものである。

そめ流体分離としては特に限定されるものではなく、例
えば透析、限外ｒ過、逆浸透等の液体分離や、へ富化、
水素分離、ＣＯ分離、Ｈの分離等の気体分離などが挙げ
られる。特に本発明の中空糸は、中空糸外にお１する流
体の流動状態が良好であることを必要とする透析等の拡
散速度の差による分離や中空糸内でのスムーズな流動を
必要とする血液処理に適している。

本発明の流体分離器は、流体混合物の分離機能部として
選択透過性中空糸束な収納したものであって、その選択
透過性中空糸として外周部において長手方向に延長され
た１条以上のフィンを有し且つ複数個の捲縮を有したも
のを用いることを＃ｊ徴としている。

本発明の流体分離器にお；する中空糸の充填率は３０〜
７０）が好ましく、更には３５〜６０−が好ましい、該
充填率が３０％未満では１分散状態の良い本発明の中空
糸においても充填の不均一が生じ中空糸外側での透析液
や空気等の流体の流れにチャンネリング等の不均一を生
じる結果になりやすく好ましくない。また充填率が７０
チ以上では、中空糸束の充填が困難となるために好まし
くない。尚・かかる範囲で比較的高い充填率の状態のも
のについては、中空糸束に他のテープ状物、シート状物
、糸状物、網状物等の部材を巻きつげたり被覆したりな
どして該中空糸束を細（まとめるととＫよって処理器を
構成する容器内に収納せしめることが有効であり、その
場合においても形態保持が良好な捲縮とフィンの存在に
より中空糸間の密着が極めて生じにくい特徴を有する。

それ故充填車を高くして分離器全体を非常に小さくする
ことも容易にで営る。また比較的低い充填率の状態のも
のにあっては、中空糸の分散が均一になりやすくチャン
ネリングは生じにくく良好である。

また本発明の流体分離器は、例えば腋中空糸束の端部を
開口した状態で容西端部に固着シールした管板部を形成
せしめたものである場合に、その管板部での中空糸の分
散状態を均一にすることが容易であり、中空糸と５しの
密着によるリークが極めて生じにくい。尚流体分離器が
血液透析器の場合には、各管板部の外側に血液分配部材
及び血液収集部材を有し、容器の壁部に透析液の出入口
を具備した形が一般的である。

本発明の流体分離器の用途としては、例えば人工腎臓９
人工肝臓、血漿分離処理、腹水処理１人工肺等の体液処
理や逆浸透、限外濾過、気体分離等が挙げられるが、こ
れらに限定されるものではない。

以下本発明について実施例により更に具体的に説明する
が、本発明はこれらによって何ら制限されるものではな
い。

実施例１ セルｐ−スジアセテート１００部に対し、ポリエチレン
グリコール（分子量２００）及びジグリセリンを２３０
部加えたものを混合し、その混合物を１９０℃で溶融し
、フィン付番の中空糸用二重用環状スリットを有した紡
糸口金から、中空部の窒素ガスと共に紡出した後、内径
約２００μ、フィンのない部分の膜厚的２５μ。

フィンの高さ約３５μ、フィンの根元の巾約２５μ、フ
ィンの数６条なる血液透析用フィン付中空糸を樽た。

このフィン付中空糸を束状にして口開５■の金網上に供
給し、該金網上で熱水でポリエチレングリフールとジグ
リセリンを抽出せしめることにより、振幅的２００ｐ、
波長約１５鱈、最小曲率半径約２５瓢なるフィン付１１
１１１１中空糸束な得た。

この中空糸束な用いて充填率約５０慢、有効膜面積的１
ｍ’なる血液透析器を作成し、１ｎマ１ｔｒｏでの限外
濾過性、透析性能を測定した。

また凝血や残血特性についてもチェックした。

それらの結果を併わせて第１１！に示す。

実施例２，３ 実施例１で得た捲縮加工前のフィン付中空糸を用いて、
各々口開３１ｍｓ　１０１１ｍの金網上で可塑剤の熱水
抽出を行なうことにより、各々振幅的８０μ、波長的１
０■、最小曲率半径約１５糟なる中空糸束と、振幅的３
００μ、波長的３０　ｆｌｌｌｌ　Ｆ最小曲率半径約３
０１！ＩＤＩなる中空糸束を得た。これらの中空糸束を
用いて実施例１と同様に血液透析器を作成し、その緒特
性を測定した結果を第１表に併わせて示す。

比較例１ 実施例１で得た捲縮加工前のフィン付中空糸を熱水処理
して捲縮のない透析用中空糸を作成し、それを用いて実
施例１と同様の有効膜面積の血液透析器を作成し、緒特
性を測定した。その結果を併わせて第１表に示す。

比較例２ 実施例１と同様の混合物からなる紡糸Ｗ、１ｋを用いて
通常の円形断面の中空糸用紡糸口金により紡糸し、実施
例１と同様の処理を行なうことｋより、内径約２００μ
、＊厚め２３ｐであらて振幅的２００μ、波長的３００
１Ｉ１１．最小曲率半径約１２０瓢なる捲縮中空糸束な
得た。この中空糸束な用いて実施例１と同様の有効！Ｉ
′＠積の血液透析器を作成し、その緒特性を測定した。

その結果を併わせて７１１表に示す。

比較例３ 実施例１で得た捲縮加工前のフィン付中空糸を用％、ζ
′Ｃ％目開３■の口開上で前記処理を行な５際に、中空
糸の金網への押しつけ圧を上げることにより１ｍ！幅約
３，０００μ、波長約ＳＷｔ最小曲率手径約１■なる中
空糸束な得て、実施例１と同様の血液処理器を作成しそ
の諸特性を測定した。その結果を併わせて第１表に示す
。

第１Ｉ！ 但し尿素ダイアリザンスは、約３７℃で中空糸内の平均
血液側流速が約１．Ｈｚ／ｓｅｃの尿素水溶液を用い透
析液側の平均流速は約ＩＪｃｓ＋／ｓｅｅの水を用いて
測定した。尚フィン付糸の場合の有効膜面積はフィン部
根元部分は透析無効として算出した。

〈発明の効果〉 本発明の中空糸は、フィンを有し且つ捲縮を有すること
を＊＊としており、中空糸束として流体分離器に用いた
場合に中空糸間ど５しの密着が極めて少なく、中空糸外
表面での流動状態が良好にできるので、予測以上に分離
効果を非常に高くできる。さらＫ　＆！　！板面を作成
する際の接着剤の分散状態を非常に良好にすることが可
能であり、管板リークが極めて少ない利点も蔦る。

特に血液等の体液を処理するための本発明の体液処理器
においては、上記の利点に加えて中空糸内の凝血の発生
減少や残血量の減少なる優れた効果を奏する場合が多い
。

（，１−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外周部において長手方向に延長された１条以上の
   フィンを有し、且つ複数個の捲縮を有した選択透過性中
   空糸。
2. （２）選択透過性中空糸束を収納した流体分離器におい
   て、該選択透過性中空糸が外周部において長手方向に延
   長された１条以上のフィンを有し、且つ複数個の捲縮を
   有したことを特徴とする流体分離器。