特許 6018076 層間剥離が生じない膜

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6018076

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】層間剥離が生じない膜

(51)【国際特許分類】

   B32B 7/04 20060101AFI20161020BHJP

   A61M 1/18 20060101ALI20161020BHJP

   B32B 27/08 20060101ALI20161020BHJP

   B01D 71/16 20060101ALI20161020BHJP

   B01D 71/12 20060101ALI20161020BHJP

   B01D 71/18 20060101ALI20161020BHJP

   B01D 71/40 20060101ALI20161020BHJP

   B01D 71/68 20060101ALI20161020BHJP

   B01D 69/08 20060101ALI20161020BHJP

   B01D 71/60 20060101ALI20161020BHJP

   B01D 53/22 20060101ALI20161020BHJP

   B01D 71/64 20060101ALI20161020BHJP

   A61M 1/16 20060101ALN20161020BHJP

【ＦＩ】

   B32B7/04

   A61M1/18 500

   B32B27/08

   B01D71/16

   B01D71/12

   B01D71/18

   B01D71/40

   B01D71/68

   B01D69/08

   B01D71/60

   B01D53/22

   B01D71/64

   !A61M1/16 101

【請求項の数】29

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-545079(P2013-545079)

(86)(22)【出願日】2011年12月7日

(65)【公表番号】特表2014-512279(P2014-512279A)

(43)【公表日】2014年5月22日

(86)【国際出願番号】EP2011006154

(87)【国際公開番号】WO2012084134

(87)【国際公開日】20120628

【審査請求日】2014年11月27日

(31)【優先権主張番号】61/425,890

(32)【優先日】2010年12月22日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】102010055731.5

(32)【優先日】2010年12月22日

(33)【優先権主張国】DE

(31)【優先権主張番号】102011010921.8

(32)【優先日】2011年2月10日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】599117152

【氏名又は名称】フレゼニウス メディカル ケアー ドイチュラント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｆｒｅｓｅｎｉｕｓ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃａｒｅ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100077517

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100087871

【弁理士】

【氏名又は名称】福本 積

(74)【代理人】

【識別番号】100087413

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 哲次

(74)【代理人】

【識別番号】100117019

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 陽一

(74)【代理人】

【識別番号】100141977

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 勝

(74)【代理人】

【識別番号】100150810

【弁理士】

【氏名又は名称】武居 良太郎

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアン フィンクラー

(72)【発明者】

【氏名】ライナー フィスラゲ

(72)【発明者】

【氏名】トルステン ケラー

(72)【発明者】

【氏名】イゴール ライコ

(72)【発明者】

【氏名】ローラント サンダー

【審査官】 横島 隆裕

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−１９４７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５１９７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２２９３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２０００２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１５２５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２６１７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０００８４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ３２Ｂ １／００−４３／００

Ａ６１Ｍ １／１８

Ｂ０１Ｄ ５３／２２−７１／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも二つの層を含んでなる中空繊維膜であって、前記少なくとも二つの層は、少なくとも一つのポリマーを含んでなる少なくとも一つの層形成材料をそれぞれ含んでなり、そして前記少なくとも二つの層は、層形成材料に関して互いに異なる膜であり、
前記少なくとも二つの層のうち、少なくとも一つの層が選択層であり、少なくとも一つの層が支持層であり、
前記選択層が、酢酸セルロース、セルロースエステル、及びこれらの混合エステルから選択される少なくとも一つのポリマーを含むと共に、ポリエチレンイミン、ポリアミン、及びこれらの混合物から選択される少なくとも一つの更なる添加剤を含んでなり、
前記支持層が、
（ａ）ポリイミン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリメチルメタクリルイミド若しくはこれらの混合物；又は
（ｂ）スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルイミド、スルホン化ポリメチルメタクリルイミド若しくはこれらの混合物；又は
（ｃ）ポリイミン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリメチルメタクリルイミド、及びスルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルイミド、スルホン化ポリメチルメタクリルイミド若しくはこれらの混合物
から選択される少なくとも一つのポリマーを含んでなり、
前記少なくとも二つの層は、少なくとも部分的には共有結合的に、層間剥離が生じることなく互いに結合していることを特徴とする、膜。

【請求項2】

前記少なくとも二つの層が、≦３ｂａｒの差圧を用いて分離可能でないことを特徴とする、請求項１に記載の中空繊維膜。

【請求項3】

前記少なくとも二つの層が、≦５ｂａｒの差圧を用いて分離可能でないことを特徴とする、請求項２に記載の中空繊維膜。

【請求項4】

前記少なくとも二つの層が、≦７ｂａｒの差圧を用いて分離可能でないことを特徴とする、請求項３に記載の中空繊維膜。

【請求項5】

前記中空繊維膜が、アニーリングステップを経ることなく、５〜１０倍のナトリウムに対する尿素の選択性を有することを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項6】

前記少なくとも二つの層が、共押出層であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項7】

前記選択層のうち少なくとも一層が、０．５〜３のアシル化度を有する酢酸セルロースを含んでなることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項8】

前記選択層のうち少なくとも一層が、乾燥状態において、３０ｎｍ〜５０μｍの層厚を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項9】

前記選択層のうち少なくとも一層が、乾燥状態において、３０ｎｍ〜２００ｎｍの層厚を有することを特徴とする、請求項８に記載の中空繊維膜。

【請求項10】

前記支持層のうち少なくとも一層が、乾燥状態において、１μｍ〜５００μｍの層厚を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項11】

前記支持層が、乾燥状態において、３５μｍの層厚を有することを特徴とする、請求項１０に記載の中空繊維膜。

【請求項12】

前記中空繊維膜が、２０μｍ〜５００μｍの内腔の平均直径を示すことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項13】

前記中空繊維膜が、２００μｍの内腔の平均直径を示すことを特徴とする、請求項１２に記載の中空繊維膜。

【請求項14】

前記選択層のうち少なくとも一層が、二酢酸セルロース及びポリエチレンイミンを含んでなることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項15】

前記支持層のうち少なくとも一層が、ポリエーテルイミドを含んでなる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項16】

前記支持層のうち少なくとも一層が、ポリエーテルスルホン及びポリメチルメタクリルイミドを含んでなることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項17】

前記支持層のうち少なくとも一層が、ポリエーテルスルホン及びスルホン化ポリエーテルスルホンを含んでなることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項18】

前記支持層のうち少なくとも一層が、ポリエーテルイミド及びポリビニルピロリドンを含んでなることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項19】

前記中空繊維膜が三つの共押出層を含んでなることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項20】

少なくとも第一層が、乾燥状態において３０ｎｍ〜５０μｍの層厚を有し、少なくとも第二層が、乾燥状態において３０ｎｍ〜５０μｍの層厚を有し、そして少なくとも第三層が、乾燥状態において１μｍ〜５００μｍの層厚を有することを特徴とする、請求項１９に記載の中空繊維膜。

【請求項21】

少なくとも第一層が、乾燥状態において３０ｎｍ〜２００ｎｍの層厚を有し、少なくとも第二層が、乾燥状態において３０ｎｍ〜２００ｎｍの層厚を有し、そして少なくとも第三層が、乾燥状態において３５μｍの層厚を有することを特徴とする、請求項２０に記載の中空繊維膜。

【請求項22】

少なくとも第一層が、二酢酸セルロースを含んでなることを特徴とする、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項23】

少なくとも第二層が、二酢酸セルロース及びポリエチレンイミンを含んでなることを特徴とする、請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項24】

少なくとも第三層が、ポリエーテルイミドを含んでなることを特徴とする、請求項１９〜２３のいずれか一項に記載の中空繊維膜。

【請求項25】

請求項１〜２４のいずれか一項に記載の中空繊維膜の生産方法であって、
・少なくとも第一層のための材料を含んでなる少なくとも第一の透明な紡糸物を提供するステップ；
・少なくとも第二層のための材料を含んでなる、第一の透明な紡糸物と異なる少なくとも一つの第二の透明な紡糸物を提供するステップ；
・提供される紡糸物の数に応じて多数の同心円状の環を含んでなる紡糸ノズルを用いて、少なくとも二つの紡糸物を共押出するステップであって、少なくとも第一の環は、少なくとも第一の紡糸物の吸入及び／又は押出が可能であり、少なくとも第二の環は、第一の紡糸物と異なる少なくとも第二の紡糸物の吸入及び／又は押出が可能であり、少なくとも二つの同心円状の環は、沈殿剤の吸入若しくは押出、あるいは吸入及び押出が可能である中心の円形チャネルの周りに配置されるステップ
を含み、
少なくとも第一の紡糸物が、酢酸セルロース、セルロースエステル、若しくはこれらの混合エステルの群から選択される少なくとも一つのポリマーを含むと共に、ポリエチレンイミン、ポリアミン、及びこれらの混合物から選択される少なくとも一つの更なる添加剤を含んでなり、
少なくとも第二の紡糸物が、
・ポリイミン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリメチルメタクリルイミド若しくはこれらの混合物；又は
・スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルイミド、スルホン化ポリメチルメタクリルイミド若しくはこれらの混合物；又は
・ポリイミン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリメチルメタクリルイミド及びスルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリビニル−ピロリドン、スルホン化ポリメチルメタクリルイミド若しくはこれらの混合物
から選択される少なくともポリマーを含んでなり、
前記透明な紡糸物が、反応することのできる少なくとも一つのポリマー又は材料、あるいは反応することのできる少なくともポリマー及び材料、特に化学的に架橋をすることができる材料を含んでなることを特徴とする
方法。

【請求項26】

沈殿剤が水であることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

少なくとも第一の紡糸物が、０．５〜３のアシル化度を有する酢酸セルロースから選択されるポリマーを含んでなることを特徴とする、請求項２６に記載の方法。

【請求項28】

腹膜透析、血液浄化、逆浸透、浸透圧発電所におけるエネルギー生成、ガス分離、浸透蒸発、ナノ濾過、ウルトラ濾過、マイクロ濾過、又は粒子濾過のための、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の膜の使用。

【請求項29】

腹膜透析が透析液の再生であり、血液浄化が血液透析である、請求項２８に記載の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

発明の分野
本発明は、好ましくは層間剥離が生じず、かつ尿素透過性を有する膜、特に中空繊維膜、並びに好ましくは血液浄化の方法、特に血液透析及び腹膜透析のための前記膜の生産方法及び使用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

先行技術
膜、特に中空繊維膜は、血液から尿素等の有害な代謝物の排出を可能にする血液透析及び腹膜透析において、血液を浄化するために用いられている。前記膜は、浄化されるべき血液の一方と、いわゆる透析液のもう一方との間の半透性の障壁として用いられる。血液の浄化は、血液と透析液間の物質の交換を引き起こす拡散と対流により生じる。

【0003】

さらに、膜、特に中空繊維膜は、透析プロセスの間に生じ得る透析液の処理に適用される。この処理の間、特に尿素は、劣化した透析液から選択的に除去される。いわゆる尿素選択性中空繊維膜は、このために用いられる。尿素は、膜を超えて輸送され、その後にウレアーゼより分解される。同時に、生物のために重要な他の電解質、特にＮａ⁺、Ｋ⁺、Ｃａ²⁺、又はＭｇ²⁺などの１価及び２価の陽イオンは、透析液中に留められる。かかる尿素選択性膜が、選択層及び支持体、特に担体層からなる二層構成を有することは、先行技術により知られている。先行技術より、血液透析のための二層膜及び多層膜は知られており、例えば米国特許第４２７６１７２号明細書、カナダ特許出願公開第２７０７８１８Ａ１号明細書、米国特許第４１６４４３７号明細書に記載されている。

【0004】

二層膜及び多層膜はまた、複合膜として当業者に知られている。たいていは平膜として設計されるこれらの二層膜及び多層膜の生産は、既に提供されている固体担体層上への層の連続的な適用により行なわれる。これは、例えば米国特許第５１５６７４０号明細書、欧州特許第０２８６０９１Ｂ１号明細書、又は欧州特許第０３５９８３４Ｂ１号明細書により知られている。

【0005】

中空繊維膜の製造は、一つの中央孔と中央孔の周りに配置された一又は複数の同心円状の年輪状のチャネルを含んでなる、いわゆる中空繊維ノズルを用いて行なわれる。溶解されたポリマー又は適切なポリマー混合物は、外側の同心円状のチャネルを用いて押し出される。中空繊維の内腔は、ノズルの中央孔チャネルを通して押し出される薬剤により生成される。それぞれに用いられるノズル構造は、一定の壁厚を有する対称的な繊維を提供するために、繊維の形状及び用いられるポリマーの特性に依存して調節されるべきである。この段階において、用いられるポリマーは、紡糸物と呼ばれる。かかる紡糸ノズルは、例えば米国特許第７３９３１９５号明細書により知られている。いくつかの紡糸方法、例えば相反転法、乾式−湿式紡糸法、又は溶融紡糸法は互いに区別され、これらは先行技術により当業者に知られている（M.Mulder、 Basic Principals of Membrane Technology、 Second Edition、 Kluwer、 1996、 pages71 to 91）。

【0006】

層の層間剥離は、複合膜、特に押出しにより生産される複合中空繊維膜において生じ得る。層の層間剥離は、層の分離、特に層間剥離を引き起こし、それ故、膜の機能の損失を引き起こす。特に、複合膜の層が異なるポリマーからなる場合、隣接する層の間にはごく弱い相互作用が存在するのみであるので、層の層間剥離は生じ得る。それ故、層の有効的な接着を保証することはできない。この問題は、同一のポリマー及び同様のポリマー濃度を用いることにより解決することができる。かかる膜の化合物の最大限達成可能な交差（Stoffubergang）はまた、支持層の材料に依存するので、性能の最適化のために、互いに独立して支持層及び選択層のポリマーを選択することができることは、特に好ましい。同一のポリマーからなる複合膜の特性は、目に見える層間の界面が存在しない。層間の界面は、電子顕微鏡を用いることによって、見ることができる。これは、同一のポリマーからなる複合膜と異なるポリマーからなる層を有する膜とを区別する。後者は、電子顕微鏡的露出において、はっきりと見ることのできる層間界面を示す。それ故、層間の相互作用はごくわずかしか生じないことを結論付けることができる。

【0007】

層間剥離、及びこのような機能の損失は、前記繊維が水性媒体中で保存された場合、材料の選択に依存して、複数層の中空繊維膜において数日又は数週間後に起こり得る。それ故、層間剥離は、特に血液透析及び腹膜透析において大きな問題である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

発明の目的
それ故、本発明の目的は、層形成材料に関して互いに異なる少なくとも二つの層を有し、互いに層間剥離を生じることなく接着している膜、特に中空繊維膜を提供することである。

【0009】

発明の概要
本発明によれば、これは、独立項の教示により達成される。本発明の実施形態は、従属項の対象である。

【0010】

前記目的は、少なくとも二つの層を含んでなる膜であって、前記の少なくとも二つの層は、少なくとも一つの各ポリマーを含んでなり、層形成材料に関して互いに異なる膜により解決される。前記の少なくとも二つの層は、少なくとも部分的には共有結合的に、層間剥離することなく互いに結合している。

【0011】

本発明は、それ故、少なくとも二つの層を含んでなる膜であって、前記の少なくとも二つの層は、少なくとも一つのポリマーを含む少なくとも一つの層形成材料をそれぞれ含んでなり、前記の少なくとも二つの層は、層形成材料に関して互いに異なる膜であって、前記の少なくとも二つの層が、少なくとも部分的には共有結合的に、層間剥離することなく互いに結合していることを特徴とする、膜に関する。

【発明を実施するための形態】

【0012】

一つの実施形態では、前記の少なくとも二つの層は、≦３ｂａｒ、好ましくは≦５ｂａｒ、好ましくは≦７ｂａｒの差圧を用いて分離可能でない。

【0013】

さらなる実施形態では、前記膜は、アニーリングステップを経ることなく、５〜４０倍、さらに好ましくは１０〜３０倍、特に５〜２０倍、さらに好ましくは５〜１０倍のナトリウムに対する尿素の選択性を有する。ナトリウムに対する尿素の膜の選択性を、アニーリングステップの適用後、２００倍超まで増加させることができる。

【0014】

更なる実施形態では、前記少なくとも二つの層は、共押出層である。

【0015】

更なる実施形態では、少なくとも一つの層は、選択層である（として設計される）。

【0016】

更なる実施形態では、前記選択層は、酢酸セルロース、好ましくは０．５〜３のアシル化度を有する酢酸セルロース、セルロースエステル及びこれらの混合エステルから選択される少なくとも一つのポリマーを含んでなる。

【0017】

更なる実施形態では、前記選択層は、さらに、少なくとも一つのさらなる添加剤を含んでなる。

【0018】

更なる実施形態では、前記添加剤は、好ましくは反応基、より好ましくはアミノ官能性反応基を含んでなる接着促進添加剤である。

【0019】

更なる実施形態では、前記添加剤は、ポリエチレンイミン若しくはポリアミン又はこれらの混合物から選択される。

【0020】

更なる実施形態では、前記選択層は、３０ｎｍ〜５０μｍ、好ましくは３０ｎｍ〜２００ｎｍの乾燥状態における層厚を有する。

【0021】

更なる実施形態では、少なくとも一つの層は、支持層である（として設計される。）

【0022】

更なる実施形態では、前記支持層は、
（ａ）ポリイミン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリメチルメタクリルイミド若しくはこれらの混合物；又は
（ｂ）スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルイミド、スルホン化ポリメチルメタクリルイミド若しくはこれらの混合物；又は
（ｃ）ポリイミン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリメチルメタクリルイミド、及びスルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルイミド、スルホン化ポリメチルメタクリルイミド若しくはこれらの混合物
から選択される少なくとも一つのポリマーを含んでなる。

【0023】

更なる実施形態では、前記支持層は、１μｍ〜５００μｍ、好ましくは３５μｍの乾燥状態における層厚を有する。

【0024】

更なる実施形態では、前記膜は、中空繊維膜である（として設計される）。

【0025】

更なる実施形態では、前記中空繊維膜は、２０μｍ〜５００μｍ、好ましくは２００μｍの内腔の平均直径を示す。

【0026】

更なる実施形態では、前記中空繊維膜は、選択層であり（として設計され）、二酢酸セルロース及びポリエチレンイミンを含んでなる少なくとも一つの層を含んでなる。

【0027】

更なる実施形態では、前記中空繊維膜は、支持層であり（として設計され）、ポリエーテルイミドを含んでなる少なくとも一つの層を含んでなる。

【0028】

更なる実施形態では、前記中空繊維膜は、支持層であり（として設計され）、ポリエーテルスルホン及びポリメチルメタクリルイミドを含んでなる少なくとも一つの層を含んでなる。

【0029】

更なる実施形態では、前記中空繊維膜は、支持層であり（として設計され）、ポリエーテルスルホン及びスルホン化ポリエーテルスルホンを含んでなる少なくとも一つの層を含んでなる。

【0030】

更なる実施形態では、前記中空繊維膜は、支持層であり（として設計され）、ポリエーテルイミド及びポリビニルピロリドンを含んでなる少なくとも一つの層を含んでなる。

【0031】

更なる実施形態では、前記膜は、三つの共押出層を含んでなる。

【0032】

更なる実施形態では、少なくとも第一層が、乾燥状態において、３０ｎｍ〜５０μｍ、好ましくは３０ｎｍ〜２００ｎｍの層厚を有し、少なくとも第二層が、乾燥状態において、３０ｎｍ〜５０μｍ、好ましくは３０ｎｍ〜２００ｎｍの層厚を有し、そして少なくとも第三層が、乾燥状態において、１μｍ〜５００μｍ、好ましくは３５μｍの層厚を有する。

【0033】

更なる実施形態では、前記膜は、二酢酸セルロースの第一層を少なくとも含んでなる。

【0034】

更なる実施形態では、前記膜は、二酢酸セルロース及びポリエチレンイミンの第二層を少なくとも含んでなる。

【0035】

更なる実施形態では、前記膜は、ポリエーテルイミドの第三層を少なくとも含んでなる。

【0036】

更なる実施形態では、本発明は、膜の生産方法であって、以下の
・少なくとも第一層のための材料を含んでなる少なくとも第一の透明な紡糸物を提供するステップ；
・少なくとも第二層のための材料を含んでなり、前記の第一の透明な紡糸物と異なる少なくとも第二の透明な紡糸物を提供するステップ；
・提供される紡糸物の数に従って、多数の同心円状の環を含んでなる紡糸ノズルを用いた少なくとも二つの紡糸物の共押出するステップであって、少なくとも第一の環は、少なくとも第一の紡糸物の吸入及び／又は押出が可能であり、少なくとも第二の環は、第一の紡糸物と異なる少なくとも第二の紡糸物の吸入及び／又は押出が可能であり、少なくとも二つの同心円状の環が、薬剤、好ましくは沈殿剤、好ましくは水の吸入若しくは押出、あるいは吸入及び押出が可能である中心の円形チャネルの周りに配置される、ステップ
を含み、
前記の透明な紡糸物が、反応することのできる少なくとも一つのポリマー又は材料、あるいは反応することのできる少なくともポリマー及び材料、特に化学的架橋をすることができる材料を含んでなることを特徴とする、
方法を含む。

【0037】

一つの実施形態では、膜の生産方法は、酢酸セルロース、特に０．５〜３のアシル化度を有する酢酸セルロース、セルロースエステル、若しくはこれらの混合エステルの群から選択される少なくとも一つのポリマー、又は酢酸セルロース、とりわけ０．５〜３のアシル化度を有する酢酸セルロース、セルロースエステル、若しくはこれらの混合エステルの群から選択される少なくとも一つのポリマー、及び少なくとも一つの更なる添加剤、好ましくはポリエチレンイミン若しくはポリアミン若しくはポリエチレンイミン及びポリアミンの群から選択される接着促進アミノ官能性添加剤を含んでなる、少なくとも第一の紡糸物を含む。

【0038】

一つの実施形態では、膜の生産方法は、
・ポリイミン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリメチルメタクリルイミド若しくはこれらの混合物；又は
・スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルイミド、スルホン化ポリメチルメタクリルイミド若しくはこれらの混合物；又は
・ポリイミン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリメチルメタクリルイミド及びスルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリビニルピロリドン、スルホン化ポリメチルメタクリルイミド若しくはこれらの混合物
から選択される少なくとも一つのポリマーを含んでなる、少なくとも第二の紡糸物を含んでなる。

【0039】

本発明は、さらに、腹膜透析、特に透析液の再生、血液浄化、特に血液透析、逆浸透、浸透圧発電所におけるエネルギー生成、ガス分離、浸透蒸発、ナノ濾過、ウルトラ濾過、マイクロ濾過又は粒子濾過のための、本明細書に記載の膜の使用に関する。

【0040】

発明の詳細な説明
本発明の目的の解決のために、下記で詳述されるように、膜、特に少なくとも二つの層を含んでなる中空繊維膜であって、前記の少なくとも二つの層は、少なくとも一つのポリマーを含んでなる少なくとも一つの層形成材料をそれぞれ含んでなり、前記の少なくとも二つの層は、層形成材料に関して互いに異なる、中空繊維膜を提供する。前記少なくとも二つの層は、少なくとも部分的には共有結合的に、層間剥離することなく互いに結合している。

【0041】

用語「共有結合的」とは、かかる結合、特に相互作用を形成することができる基及び／又はエレメントを通して、共有結合、特に、原子結合、等極結合、σ−σ相互作用、σ−π相互作用、二電子中心（two-electron-to-center）結合、単結合、二重結合、三重結合、及びこれらの相互作用、特に結合の組み合わせを用いて互いに結合する相互作用を意味する。言及された相互作用、特に結合は、極性でもよく、特に分極してもよく、あるいは、非極性でもよく、特に分極しなくてもよい。

【0042】

用語「少なくとも部分的には共有結合的」とは、共有結合、特に相互作用の他に、他の非共有結合的相互作用、特に結合が存在し得ることを意味する。

【0043】

用語「非共有結合的」とは、結合、特に相互作用を形成することができる基及び／又はエレメントが、好ましくはイオン対、水素橋結合、双極子−双極子相互作用、電荷移動相互作用、π−π電子相互作用、陽イオン−π電子相互作用、ファンデルワールス相互作用、及び分散相互作用、疎水性（親油性）相互作用、錯体化、好ましくは遷移金属陽イオンの錯体、及びこれらの相互作用、特に結合の組み合わせを用いて互いに結合することを含む。

【0044】

一つの実施形態では、最大５０％の相互作用、あるいは結合は、共有結合である。

【0045】

更なる実施形態では、最大７０％の相互作用、あるいは結合は、共有結合である。

【0046】

好ましい実施例では、最大１００％の相互作用、あるいは結合は、共有結合である。

【0047】

用語「膜」は、分離層を意味する。

【0048】

一つの実施形態では、前記膜は、中空繊維膜として設計される。

【0049】

本発明による前記膜は、少なくとも二つの層を含んでなる。

【0050】

一つの実施形態では、前記膜は、２〜１０層を含んでなる。

【0051】

更なる実施形態では、前記膜は、２、３、４、又は５層を含んでなる。

【0052】

本発明によれば、前記膜は、層を含んでなり、前記層は、少なくとも一つのポリマーそれぞれを含んでなり、これらの層形成材料に関して互いに異なる。一つの実施形態では、前記層は、互いに独立して得られ、異なる紡糸物から開始される。

【0053】

一つの実施形態では、前記膜は、液体のための分離膜である（として設計される）。

【0054】

別の実施形態では、前記膜は、気体のための分離膜である（として設計される）。

【0055】

別の実施形態では、前記膜は、液体及び気体のための分離膜である（として設計される）。

【0056】

用語「層」とは、この／これらの層が三次元的広がりを示し、ここで一次元における広がりは、他の二次元における広がりよりも少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７５％、好ましくは少なくとも９０％小さいことを意味する。層は、任意の層形成材料により構築されることができる。

【0057】

用語「層形成材料」とは、全ての材料、例えば層内に含まれるポリマーを意味する。

【0058】

一つの実施形態では、前記層は、合成又は天然ポリマーを含んでなる。

【0059】

一つの実施形態では、前記層は、好ましくは少なくとも水と部分的混和性を有する有機溶媒に溶解するポリマーを含んでなる。

【0060】

用語「溶解することができる」とは、光の可視波長領域において、透明で、不透明でない、光学的に透き通っている溶液を含み、これは、好ましくは少なくとも巨視的には、一相からなる。言い換えれば、チンダル効果が光の可視領域において観察することができないことを意味する。これは、巨視的に、溶液が一相を形成し、溶解しない成分、例えばポリマーゲル粒子が存在しないことを意味する。

【0061】

この定義はまた、後に用いられる用語「透明な紡糸溶液」に関連する。

【0062】

一つの実施形態では、前記層は、ジメチルアセトアミド、ピロリドン、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、第一級アルコール、第二級アルコール、第三級アルコール、ジオキサン、テトラヒドロフラン若しくはこれらの混合物に溶解することができる少なくとも一つのポリマーをそれぞれ含んでなる。

【0063】

一つの実施形態では、前記層は、前記ポリマーに加えて、好ましくは用いられるポリマーに対応する、あるいは用いられるポリマーと異なる、好ましくは最大１０ｗｔ−％、好ましくは最大５ｗｔ−％、好ましくは最大２ｗｔ−％のオリゴマーを含んでなる。典型的に、前記オリゴマーは、２〜１０の重合度を有する。

【0064】

第一層は、異なる化学的性質（例えば透過性、又は材料）及び／又は物理的性質（例えば孔径の平均分布）により第二層と区別することができる。

【0065】

一つの実施形態では、少なくとも一つの層は、選択層として設計される。

【0066】

用語「選択層」とは、この層が、化合物の混合物、好ましくは液体化合物混合物、好ましくは血液又は透析液、あるいは血液及び透析液から、少なくとも一つの選択された化合物、好ましくは尿素又は水を透過することができることを意味する。

【0067】

用語「選択層」とは、さらにこの層が、同時に、減少した、好ましくは最小化された透過性を有し、あるいは好ましくは他の化合物、好ましくは一価、及び二価の陽イオン、好ましくは化学元素の周期系の第一及び第二の主な群の一価、及び二価の陽イオン等、例えば、例えばＮａ⁺としてナトリウム、Ｋ⁺としてカリウム、Ｍｇ²⁺としてマグネシウム、Ｃａ²⁺としてカルシウム、並びに水生環境、例えば血液又は透析液中に存在するこれらの水複合体について不浸透性であることを意味する。

【0068】

一つの実施形態では、前記選択層は、少なくとも一つのポリマーを含んでなる。

【0069】

一つの実施形態では、前記選択層は、酢酸セルロース、特に０．５〜３のアシル化度を有する酢酸セルロースから選択される少なくとも一つのポリマーを含んでなり、これは、例えば二酢酸セルロース、若しくは三酢酸セルロース；セルロースエステル、又はこれらの混合エステルを意味する。

【0070】

用語「アシル化度」は、構造単位あたりのアシル基の平均数である。一つの実施形態では、２．５〜３の範囲、例えば２．７のアシル化度が用いられる。

【0071】

更なる実施形態では、前記選択層はポリアミドを含んでなり、これは架橋されたポリアミドでもよい。未架橋の前駆体を紡糸すること、そして実質的に紡糸材料を架橋することは、可能である。

【0072】

一つの実施形態では、前記選択層は、好ましくは内腔の側であり、これは、選択層が、本実施形態において中空繊維膜として設計される膜の内層を形成することを意味する。

【0073】

更なる実施形態では、前記選択層は、外側に配置され、これは、選択層が、本実施形態において中空繊維膜として設計される膜の外層を形成することを意味する。

【0074】

一つの実施形態では少なくとも一つの層は、担体層である（として設計される）。

【0075】

支持層なる用語は、担体層なる用語と同義語である。用語「支持層」とは、高い多孔性、及び高い機械的安定性、好ましくは座屈に対する抵抗性及び引張強度という点での高い機械的安定性により特徴付けられる層を意味する。前記担体、特に支持層は、好ましくは、
ａ）ポリイミン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリメチルメタクリルイミド、若しくはこれらの混合物；又は
ｂ）スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルイミド、スルホン化ポリメチルメタクリルイミド、若しくはこれらの混合物；又は
ｃ）ポリイミン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリメチルメタクリルイミド及びスルホン化ポリイミン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリメチルメタクリルイミド、若しくはこれらの混合物
から選択される少なくとも一つのポリマーを含んでなる。

【0076】

用いてもよいポリイミドは、商標名Ｕｌｔｅｍ １０００、Ｍａｔｒｉｍｉｄ、又はＰｌｅｘｉｍｉｄとして知られている。

【0077】

一つの実施形態では、前記担体層は、好ましくは外側に配置され、これは、本実施形態において中空繊維膜である（として設計される）膜の外側を形成することを意味する。

【0078】

更なる実施形態では、前記担体層は、内腔側に配置され、特に内側に配置され、これは、本実施形態において中空繊維膜として設計される膜の内層を形成することを意味する。

【0079】

一つの実施形態では、一つの層、好ましくは選択層は、好ましくは３０ｎｍ〜５０μｍ、好ましくは３０ｎｍ及び２００ｎｍの層厚を示し、これは、好ましくは乾燥状態で測定される。

【0080】

一つの実施形態では、一つの層、好ましくは支持体、特に担体層は、好ましくは１μｍ〜５００μｍ、好ましくは３５μｍの層厚を示し、ここで前記層厚は、好ましくは乾燥状態で測定される。

【0081】

層厚の測定のための繊維の乾燥は、一つの実施形態では、１２０℃±５℃の温度における二つの連続する乾燥チャンバーにおいて行なわれる。

【0082】

層厚は、一つの実施形態では、乾燥ステップ終了後に、高真空下で電子顕微鏡を用いることにより測定される。

【0083】

本発明によれば、層が互いに反応することができるような方法における生産プロセスにおいて、層間剥離を生じることなく接着している層を設計することは、重要である。従って、接着促進添加剤を用いる場合、この添加剤を、担体層の生産のために混合物に、あるいは選択層の生産のために混合物に、添加することができる。接着促進添加剤を、選択層と担体支持層の間に配置することができる接着促進層に含むことができる。

【0084】

用語「層間剥離が生じない」とは、少なくとも二つの層がしっかりと結合していることを意味する。これは、前記の二つの層が、原子及び／又は分子力により互いに接続しており、破壊されずには互いに分離することができないことを意味する。このようにして、層の層間剥離を減少させ、好ましくは最小化し、そして、さらに好ましくは防ぐ。これは、少なくとも二つの層間の共有結合的、及び／又は非共有結合的相互作用及び／又は結合により引き起こされる。

【0085】

一つの実施形態では、これは、少なくとも一つの層、好ましくは選択層として設計される層は、少なくとも一つのポリマー、及びさらに少なくとも一つの添加剤を含んでなるように、達成される。

【0086】

更なる実施形態では、少なくとも一つの層、好ましくは選択層は、酢酸セルロース、特に０．５〜３のアシル化度を有する酢酸セルロース（これは、例えば二酢酸セルロース又は三酢酸セルロースを意味する）；セルロースエステル；二酢酸セルロース、及び／又はこれらの混合エステルから選択される少なくとも一つのポリマー、並びに、さらに少なくとも一つの添加剤を含んでなる。

【0087】

一つの実施形態では、前記添加剤は、接着促進添加剤である（として設計される）。

【0088】

一つの実施形態では、前記接着促進添加剤は、アミノ官能基である。

【0089】

一つの実施形態では、前記添加剤は、反応基を含む材料を含んでなる。

【0090】

一つの実施形態では、前記添加剤は、反応基を含み、ポリエチレンイミン、ポリアミン、アミンを含むコポリマー、ポリビニルアミン、ポリ−Ｌ−リジン又はこれらの混合物から選択される、少なくとも一つのポリマーを含んでなる。

【0091】

用いられてもよいポリアミンは、商標名Epomin又はPolyment（Nippon Shokubai）、Lupasol（BASF）又はJeffamin（Huntsmann）として知られている。ポリビニルアミンは、例えばBASFから購入することができる。

【0092】

一つの実施形態では、反応基を含む低分子ポリマーはまた、添加剤等、例えばオリゴアミンに含まれてもよい。

【0093】

一つの実施形態では、前記添加剤は、有機溶媒に溶解する少なくとも一つのポリマーを含んでなる。

【0094】

一つの実施形態では、前記添加剤は、好ましくは少なくとも水と部分的混和性を有する有機溶媒に溶解する少なくとも一つのポリマーを含んでなる。前記有機溶媒は、好ましくは、ジメチルアセトアミド、ピロリドン、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、ジメチルホルムアミド、第一級アルコール、第二級アルコール、第三級アルコール、ジオキサン、テトラヒドロフラン、又はこれらの混合物から選択される。

【0095】

用語「反応基」は、同一の材料の他の反応基、あるいはエレメントと、しかし好ましくは少なくとも第二の材料、好ましくは第二のポリマーの反応基及び／又はエレメントと、共有結合若しくは非共有結合、あるいは共有結合及び非共有結合、あるいは相互作用を形成することができる全ての官能基及び／又はエレメントを含む。

【0096】

一つの実施形態では、前記添加剤は、少なくとも二つの層間の好ましくは共有結合、あるいは相互作用を形成することができるような方法において、選択される。

【0097】

これらの結合、あるいは相互作用を構築するために、当業者に知られている全ての反応を用いることができる。

【0098】

一つの実施形態では、これらの反応は、縮合反応、特にエステル化、及びアミド化反応である。

【0099】

用語「中空繊維膜」は、中空繊維キャピラリー膜と互換的に用いることができる。かかる中空繊維キャピラリー膜は、好ましくは２０μｍ〜５００μｍ、好ましくは２００μｍの内腔の平均直径を有する。

【0100】

一つの実施形態では、中空繊維膜の外面の横断面は、丸く、あるいは円形である。

【0101】

しかしまた、中空繊維膜の横断面の他の幾何学的図形も、可能である。好ましくは中空繊維膜の表面を増加させる場合、例えば、星型のような図形、又は交互に凸状と凹状のエレメントを有する図形を作ることができる。

【0102】

一つの実施形態では、前記膜は、少なくとも３つの層を含んでなり、本実施形態において、中空繊維膜として設計される。前記の少なくとも３つの層は、隣り合う各層と接続し、これは、互いに直接接触する層（従って、第一層と第二層、及び第二層と第三層）が、互いに共有結合若しくは非共有結合、あるいは、共有結合及び非共有結合、あるいは相互作用により、接続することを意味する。好ましくは、これらは互いに層間剥離することなく接続されている。

【0103】

一つの実施形態では、選択層として設計される層の層厚は、乾燥状態において、３０ｎｍ〜５０μｍ、好ましくは３０ｎｍ〜２００ｎｍである。

【0104】

一つの実施形態では、第二層、好ましくは中間層の層厚は、乾燥状態において、２０ｎｍ〜２００μｍ、好ましくは３０ｎｍ〜５０μｍ、さらに好ましく３０ｎｍ〜２００ｎｍである。

【0105】

一つの実施形態では、好ましくは担体層として設計される第三層の層厚は、乾燥状態において、１μｍ〜５００μｍ、好ましくは２０μｍ〜２００μｍ、特に２５〜１００μｍ、さらに好ましくは２５〜３５μｍ、特に３５μｍである。

【0106】

中空繊維膜である（として設計される）膜の一つの実施形態では、第一層、好ましくは内層（選択層）は、酢酸セルロース、特に０．５〜３のアシル化度を有する酢酸セルロース、セルロースエステル、二酢酸セルロース、及び／又は混合エステルから選択されるポリマーを含んでなる。特に、第一層、好ましくは内層は、特に好ましくは、酢酸セルロースを含んでなる選択層として設計される。

【0107】

中空繊維膜として設計される膜の一つの実施形態では、第二層、好ましくは中間層は、酢酸セルロース、特に０．５〜３のアシル化度を有する酢酸セルロース、セルロースエステル、二酢酸セルロース、及び／又はこれらの混合エステルから選択される少なくとも一つのポリマー、並びに添加剤、好ましくはアミノ官能基であり、好ましくはポリエチレンイミン及び／又はポリアミン、特に反応基及び／又はエレメントを含んでなるポリマーから選択される接着促進添加剤を含んでなる。

【0108】

添加剤及び反応基及び／又はエレメントの前述の定義はまた、ここで有効である。

【0109】

中空繊維膜である（として設計される）膜の一つの実施形態では、第二層、好ましくは中間層は、二酢酸セルロース及びポリエチレンイミンを含んでなる。好ましくは、第二層、好ましくは中間層は、選択層として設計される。

【0110】

中空繊維膜である（として設計される）膜の一つの実施形態では、第三層、好ましくは外層は、ポリイミン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリメチルメタクリルイミド、ポリエーテルスルホン若しくはこれらの混合物から選択される少なくとも一つのポリマーを含んでなり、これは、スルホン化及び／又は非スルホン化された、あるいはスルホン化及び／又は非スルホン化基を含んでなる。好ましくは第三層、好ましくは外層は、担体、あるいは支持層として定義される。好ましくは第三層、好ましくは外層は、ポリエーテルイミドを含んでなる。

【0111】

本発明によれば、前記膜の生産方法は、以下の
・少なくとも第一層のための材料を含んでなる少なくとも第一の透明な紡糸物を提供するステップ；
・第一の透明な紡糸物と異なり、少なくとも第二層のための材料を含んでなる、少なくとも第二の透明な紡糸物を提供するステップ；
・提供される紡糸物の数に従って、多数の同心円状の環を含んでなる紡糸ノズルを用いた少なくとも二つの紡糸物の共押出であって、ここで少なくとも第一の環は、少なくとも第一の紡糸物の吸入及び／又は押出が可能であり、少なくとも第二の環は、第一の紡糸物と異なる少なくとも第二の紡糸物の吸入及び／又は押出が可能である、共押出をするステップ（少なくとも二つの同心円状の環は、薬剤、好ましくは沈殿剤、好ましくは水の吸入若しくは押出、あるいは吸入及び押出が可能である中心の円形チャネルの周りに配置される）；
・先に生成された膜に含まれる、用いられる溶媒の含量を減少、好ましくは最小化させることができるリンス槽を提供するステップ（リンス槽が用いられる溶媒を完全に除去することができることは、更に好ましい）
を含む。

【0112】

一つの実施形態では、前記生産方法は、続いて行なわれ得る以下の
・生成され、そして処理された膜又はこの膜を含んでなる中空繊維を乾燥させるステップ
を更に含む。

【0113】

透明な紡糸溶液は、好ましくは、
・酢酸セルロース、特に０．５〜３のアシル化度を有する酢酸セルロース、セルロースエステル、二酢酸セルロース、若しくはこれらの混合エステルの群；又は
・ポリエチレンイミン、ポリアミン、ポリビニルアミン、アミンを含むコポリマー、ポリ−Ｌ−リジン、オリゴアミン、若しくはこれらの混合物の群；又は
・ポリイミド、ポリイミン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリメチルメタクリルイミド、ポリエーテルスルホン及び／又はこれらのスルホン化、あるいは非スルホン化誘導体の群；
・並びに前述のポリマーの混合物
から選択される少なくとも一つのポリマーを含んでなる。

【0114】

一つの実施形態では、紡糸物は、前述のポリマーを溶解することのできる少なくとも一つの溶媒を含んでなり、このようにして、透明な紡糸物を生成する。

【0115】

一つの実施形態では、前記紡糸物は、好ましくは少なくとも水と部分的混和性を示し、ジメチルアセトアミド、ピロリドン、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、第一級アルコール、第二級アルコール、第三級アルコール、ジオキサン、テトラヒドロフラン、若しくはこれらの混合物から選択される、有機溶媒を含んでなる。

【0116】

一つの実施形態では、前記生産方法は、少なくとも第一の紡糸物が、少なくとも第二の紡糸物と接触することができるステップを含む。これは、好ましくは提供された紡糸ノズルを用いた、少なくとも第二の紡糸物と同時の第一の紡糸物の共押出しにより生じる。好ましくは、中空繊維ノズルは、紡糸ノズルとして用いられる。前述の紡糸物は、従って、１又は複数の同心円状に配置された環チャネルを用いて押し出される一方で、同時に、液体又は粘性を有する薬剤が中心に配置された円形のチャネルを通して押し出される。この薬剤は、好ましくは水であり、相反転法において沈殿反応を誘導する。さらに、ステップは、用いられる溶媒が、洗浄プロセスを用いた前記膜、特に中空繊維膜から除去される場合に含まれる。この洗浄ステップに続いて、このようにして得られ、洗浄された膜、特に中空繊維膜の乾燥は、行なわれる。乾燥プロセスは、好ましくは、高温気流において行なわれる。好ましくは、少なくとも一つの上述の紡糸物は、先に定義されたような選択層を形成することができる材料、特にポリマーを含んでなる。さらに、好ましくは、少なくとも第二の紡糸物は、担体、特に支持層を形成することができる材料、特にポリマーを含んでなる。紡糸溶液なる用語は、紡糸物なる用語と互換的に用いることができる。前記膜、特に前記中空繊維膜の生産の好ましい方法は、紡糸方法であり、相反転法、乾式−湿式紡糸法、又は溶融紡糸法は特に好ましい。

【0117】

本発明によれば、膜、特に中空繊維膜の使用はまた、想定される。少なくとも二つの層が、共有結合的に及び／又は非共有結合共有結合的に互いに接続しており、好ましくは互いに層間剥離が生じないことを特徴とする、少なくとも二つの層を含んでなる本発明による前記膜、特に中空繊維膜は、腹膜透析の方法のために、特に透析液の再生の方法に、血液浄化、特に血液透析の方法に、逆浸透の方法に、浸透圧発電所におけるエネルギー生成の方法に、ガス分離、浸透蒸発の方法に、及びナノ濾過、ウルトラ濾過、マイクロ濾過、又は粒子濾過に使用することができる。

【0118】

膜の層間剥離強度の測定
層間剥離は、同時に押し出される層を含んでなる複数層膜、特に中空繊維膜の生産に時間的に遅延して生じ得るので、膜の層間剥離強度の測定のための分析方法は、必要である。かかる方法を、以下に記載する。小さいモジュールは、約１０ｃｍ長の単一の繊維を含んで生産される。前記繊維を、内側において最初に水で充填し、その後、水中５０％イソプロパノールの溶液を用いて約１０秒間、外側から親水化する。アルコールを完全に除去した後、前記繊維を、８５℃の水中で一晩保存する。必要であれば、前記時間は、延長することができる。その後、前記中空繊維に、明確に水の排出口を観察することができるような方法で、室温において内腔側から水を永久的に流す。この直後、水圧を、繊維の外側に適用する。前記水圧は、マノメーターを用いて測定される。適用される圧力は、繊維の至る所において同一の値を有する静圧力である。前記圧力を、内腔側から水の排出口をこれ以上観察することができなくなるまでゆっくりと増加させる。この限界圧力において、内層は、外側の圧力により崩壊するか、中空繊維が圧縮され、従って内腔を通る流量が抑制される。前記繊維が横に切断され、光学顕微鏡を用いて分析される場合、双方の状況のどちらが生じたのか測定することができる。

【0119】

下記の表１は、様々な実施例の繊維についての層間剥離試験の結果を示す。

【表1】

【0120】

この結果は、層間の共有結合あるいは共有結合及び非共有結合的相互作用を有する本発明による膜が、実施例１の対象繊維と比較して、層間剥離に対する倍に増加した安定性を有することを示す。好ましくは、本発明による膜の層は、最大３ｂａｒ、好ましくは最大５ｂａｒ、好ましくは最大７ｂａｒの圧力において互いに分離せず、これらが層間剥離を生じないことを意味する。

【0121】

一つの実施形態では、前述の圧力は、前記膜に適用される外圧として設計される。

【0122】

膜の陽イオン保持及び尿素透過性
酢酸セルロース層を含んでなる膜、特に中空繊維膜の特性評価のために、陽イオン、特にＮａ⁺、Ｃａ²⁺、Ｋ⁺又はＭｇ²⁺又はこれらの組み合わせ、及び尿素の移動は、測定され、互いに比較される。この目的のために、中空繊維膜の繊維の内腔側に、５０ｍｌ／分の流量を有する水中２２６ｍＭグルコース、２．５ｍＭ ＣａＣｌ₂、１４１ｍＭ ＮａＣＩ、及び２５ｍＭ尿素からなる溶液を一回流す。透析液の側は、規定の容量の５５０ｍｌの等張グルコース水溶液を含む。この容量は、試験期間中透析液側において一定容量を維持するために、しっかりと気密される。前記溶液を、１０００ｍｌ／分の流速で循環させる。前記試験を室温において行なう。

【0123】

中空繊維膜の透析液の側における、ナトリウム陽イオン、カルシウム陽イオン、及び尿素についての濃度の変化は、時間依存的に直ちに測定される。サンプル採取の間に除去される液体容量は、液体サーバーにねじ込まれる等しい容量の塊状のスタンプ（massive stamp）により置き換えられる。

【0124】

前記濃度は、RocheのCobas Integra 400のような既知の分析装置を用いて測定することができる。

【0125】

前記膜の輸送パラメーターは、開始時における濃度と試験の間の濃度の変化から計算することができる。

【0126】

前述の方法により測定されるナトリウムについての本発明の膜の透過性は、好ましくは２０〜３０ｍｍｏｌ／ｍ²ｄである。尿素についての透過性は、好ましくは２０〜３０ｇ／ｍ²ｄである。前記値は、高く又は低くすることができる。

【0127】

測定データから上述の値を計算するために、膜に亘る０．８６ｇ／ｌの尿素勾配、及び１４０ｎＭのナトリウム勾配が、想定される。

【0128】

この適用に含まれる全てのデータ範囲は、言及されたデータ範囲を含むことを意味する。

【0129】

以下の実施例では、本発明は、より詳細に説明される。全ての表される濃度データは、重量パーセント［ｗ／ｗ］を意味する。溶液の粘度は、４０℃の温度において、Haake VT550回転式粘度計を用いて測定された。

【実施例】

【0130】

実施例
実施例１：層を固定しない対象実験
内側の、内腔側に向けられたポリマー溶液、及び外側のポリマー溶液を、紡糸ノズルの同心円状に配置された二つのチャネルを用いて押し出した。ポリマー溶液の沈殿のための水を、中心に配置された円形のチャネルを用いて供給した。外層を構成する担体層のための紡糸物は、２０％ Ｕｄｅｌ ３５００ポリスルホン、及び５％ポリビニルピロリドンＫ９０、並びに１％水からなり、撹拌下でジメチルアセトアミドに溶解した。前記溶液の粘度は、約１１５００ｍＰａｓであった。内層を構成する選択層についての紡糸物は、２９ｋＤの分子量及び４０％のアセチル含量を有する３０％二酢酸セルロース（#2218、Sigma/Aldrich）からなり、撹拌下でジメチルアセトアミドｐ．ａ．に溶解した。前記溶液の粘度は、約１５２００ｍＰａｓであった。ノズルブロックの温度は２０℃であった。押し出された中空繊維を、４２℃の温度の水が満たされた沈殿槽に現われる前に、２５０ｍｍのエアーギャップを通過させた。続くリンス槽は、７５℃の温度を有する。接続された槽への新鮮な水の供給は、２．６ l／ｍで行なった。前記中空繊維を、続いて９５℃で乾燥させた。繊維の巻き取り速度は、２５０ｍｍ／ｓであった。乾燥した繊維を、スプール（spuled）した。中空繊維の束は、０．４ｍ²の合計面積を有する２３００繊維からなった。前記繊維の内径は、２００μｍであった。前記繊維の外側の直径は、２６１μｍであった。乾燥した内層の厚みは、平均して５００ｎｍであった。得られる繊維は、一価及び二価の陽イオンに対する尿素の選択性を有した。内層と外層の接着を制御するために、外側から内側に対する圧力差を、水性媒体中に保存された膜に適用した。外層からの内層の層間剥離を引き起こす圧力限界を測定した。結果を表１に示す。

【0131】

実施例２：内側のポリマー層のための紡糸物の生産
ジメチルアセトアミドｐ．ａ．（ＤＭＡｃ）中二酢酸セルロース［Sigma/Aldrich #22188］を含むポリマー溶液を、ＤＭＡｃ中０．０４４ｇ／ｍｌのポリエチレンイミン溶液（Sigma/Aldrich #40,872-7；Ｍ_n＝１００００ｇ／ｍｏｌ）を用いて、３０％酢酸セルロース及び０．１％ポリエチレンイミンの濃度まで調整した。ポリエチレンイミン溶液（ＤＭＡｃ中０．０４４ｇ／ｍｌ）の要求される量を、撹拌下で酢酸セルロース溶液にすばやく添加した。続いて、前記混合物を、好ましくは気泡が発生しないように、４５℃において３０分間撹拌した。その後、前記溶液を、ＤＭＡｃ ｐ．ａ．を用いて１：１（ｗ／ｗ）に希釈し、さらに３０分間撹拌した。均一な溶液を生成した。溶液の粘度は、ポリエチレンイミン溶液の添加により増加した。得られた紡糸物は、透明であり、僅かに黄色を示した。希釈された溶液の粘度は、６００〜８００ｍＰａｓであった。セルロースエステルとの得られる混合物が透明な紡糸物の形成をもたらす限り、もちろん、ポリエチレンイミンを、他のアミンやポリアミンと置き換えることができる。さらに、ポリエチレンイミンが他のアミンやポリアミンにより置換される場合、セルロースエステルとの反応後に、十分な遊離のアミノ基が外側の紡糸物（mass）の一つの成分との相互作用を確実にするために残っていることは、必要である。

【0132】

実施例３：ポリイミド／ポリエチレンイミン系を含んでなる二層の中空繊維膜の紡糸
ここで内層を形成する選択層の紡糸物は、実施例２に従って生産され、ジメチルアセトアミドｐ．ａ．中１５％二酢酸セルロース（Sigma/Aldrich #22188）及び０．０５％ポリエチレンイミン（Sigma/Aldrich #40,872-7；Ｍ_n＝１００００ｇ／ｍｏｌ）からなる。前記ポリマー混合物はまた、０．２％ポリエチレンイミンを含む２９％二酢酸セルロースの高いポリマー濃度において、透明である。双方のポリマーの組成比は、透明な紡糸物が得られる限り、基本的に自由に選択することができる。この得られる透明な紡糸物は、その粘度に関しては繊維化されなければならず、本発明による尿素透過性と同時に存在する陽イオンに対する選択層を形成する必要がある。ここで外層を構成する支持層の紡糸物は、ＤＭＡｃ ｐ．ａ．中２０％ポリエーテルイミド（Ultem 1000）の溶液からなる。前記繊維の支持層は、それ故、疎水性であり、使用の前に親水化する必要がある。かかる層が、さらなる添加剤の使用を経て親水化形態において得ることができることは、自明である。このようにして、２．５％ポリビニルピロリドンを含む１７．５％ポリエーテルイミドは、親水性の接着性の支持層を生じる。紡糸物を、二つの同心円状に配置された紡糸物（mass）チャネルを有する中空繊維紡糸ノズルを用いて押し出した。中空繊維紡糸ノズルの中心に配置されたチャネルを通して、水は押し出され、繊維の内腔を充填した。このようにして、紡糸物の相分離を得た。紡糸ブロックの温度を５℃に調節した。繊維は、ブロックからでた後、５０ｍｍのエアーギャップを通過した。巻き取り速度は、２５０ｍｍ／ｓであった。水が充填された沈殿槽の温度は、２０℃であった。続くその後のリンス槽を、２０℃から６０℃の温度勾配を有するように調節した。溶媒を繊維から十分に除去するよう、注意する必要がある。さもなければ、乾燥準備において、乾燥の間に鎖切断が生じる、あるいは不十分な性能の繊維が得られる。繊維の乾燥を、１２０〜１３０℃で行なった。繊維の乾燥後、選択層の厚みは１００ｎｍであり、繊維の支持層の厚みは、約３５μｍであった。内腔横断面は、２００μｍであった。

【0133】

前記繊維を集めて束を形成し、更に処理をして、透析モジュールを形成する。繊維の特性評価の前に、透析モジュールの内側を水で充填し、５０％イソプロパノール／水混合物を用いて約１０秒間外側から親水化処理をする。この後、９０℃で一晩の熱処理を、水が充填されたモジュール中で行なった。この手順は、用語「アニーリング」として当業者により知られる。その後、前記繊維のナトリウム透過性、カルシウム透過性及び尿素透過性を、測定した。典型的な値は、尿素について２３〜３０ｇ／ｍ²ｄ、ナトリウムについて２３〜３２ｍｍｏｌ／ｍ²ｄであった。カルシウム透過性は、膜に亘る２．５ｍＭの濃度差における検出限界を下回った。支持層及び選択層の接着特性を試験するために、外側から内側に向かう差圧を、水中で保存された膜に適用した。生じた支持層からの選択層の層間剥離における圧力範囲を、測定した。結果を、上述の表１に示す。

【0134】

実施例４：ポリイミド／ポリエチレンイミン／ＰＭＭＩ／ポリエーテルスルホン系を含んでなる二層の中空繊維膜の紡糸
実施例２に従って生産される選択層についての紡糸物を用いる。前記選択層は、ここで前記内層を形成する。生産は、記載される希釈するステップを除いて、実施例２に従って行なわれた。前記紡糸物は、ジメチルアセトアミドｐ．ａ．中３０％二酢酸セルロース（Sigma/Aldrich #22188）及び０．１％ポリエチレンイミン（Sigma/Aldrich #40,872-7；Ｍ_n＝１００００ｇ／ｍｏｌ）からなる。

【0135】

ここで外層を形成する選択層の紡糸物は、ポリエーテルスルホン（Radel A-100）及び商標名Ｐｌｅｘｉｍｉｄとして知られるポリメチルメタクリルイミド（ＰＭＭＩ）の混合物からなる。ジメチルアセトアミド中２０％ポリエーテルスルホン及び２％Ｐｌｅｘｉｍｉｄの混合物は、４０℃で測定して８１４ｍＰａｓの粘度を有する透明な紡糸物を生じた。純粋なＰｌｅｘｉｍｉｄ紡糸物（mass）は、ポリマーの分子量が低すぎるために繊維化することができない。Ｐｌｅｘｉｍｉｄの低分子量は、ポリエーテルスルホンと比較的よく混和するための理由となり得る。完全な混和は可能ではない。紡糸物を、二つの同心円状に配置された紡糸物（mass）チャネルを有する中空繊維紡糸ノズルを用いて押し出した。水を、中空繊維紡糸ノズルの中心に配置されたチャネルから押し出し、繊維の内腔を充填した。このようにして、紡糸物の相分離を得た。

【0136】

紡糸条件は、実施例３に近い条件を選択した。

【0137】

得られた繊維は、一価、及び二価の陽イオンに対する選択性を示し、尿素透過性も示した。

【0138】

前記選択層は、圧力負荷試験において接着した。

【0139】

実施例５：帯電ポリマーの系を含んでなる二層の中空繊維膜の紡糸
ここで内層を形成する選択層の紡糸物は、記載される希釈するステップを除いて、実施例２に従って行なわれる。選択層についての紡糸物は、ジメチルアセトアミドｐ．ａ．中３０％二酢酸セルロース（Sigma/Aldrich #22188）及び０．１％ポリエチレンイミン（Sigma/Aldrich #40,872-7；Ｍ_n＝１００００ｇ／ｍｏｌ）からなる。ここで外層を形成する支持層の紡糸物は、２０％ポリエーテルスルホン及び４％スルホン化ポリエーテルスルホンからなった。選択層の紡糸物に用いられる溶媒の混合物は、比１：１のジメチルアセトアミド及びピロリドンからなる。ポリエーテルスルホンのスルホン化度は、水溶性とならないように選択するべきである。紡糸物を二つの同心円状に配置された紡糸物（mass）チャネルを有する中空繊維紡糸ノズルを用いて押し出した。水を中空繊維紡糸ノズルの中心に配置されたチャネルから押し出し、繊維の内腔を充填した。このようにして、紡糸物の相分離を引き起こした。紡糸ブロックの温度を２０℃に調節した。繊維を、ブロックから出した後、２００ｍｍのエアーギャップを通過させた。巻き取り速度は、２５０ｍｍ／ｓであった。水が充填された沈殿槽の温度は、４０℃であった。続くその後のリンス槽は、７０℃であった。乾燥の間に繊維が切断されないように、あるいは不十分な性能を有する繊維を得ることのないように、溶媒が繊維から十分に除去されるよう、注意すべきである。繊維の乾燥を、９０℃で行なった。繊維の乾燥後、選択層の厚みは５００ｎｍであり、繊維の支持層の厚みは、約４０μｍであった。内腔の直径は、２０３μｍであった。前記繊維を集めて束を形成し、更に処理をして透析モジュールを形成する。繊維の特性評価の前に、透析モジュールの内腔側を水で充填し、５０％イソプロパノール／水混合物を用いて約１０秒間外側から親水化処理した。このようにして得られる膜は、先のアニーリングステップに供されることなく、典型的に約５〜２０倍の一価及び二価の陽イオンに対する選択性を示した。前記膜は、尿素に対する透過性を有した。選択層及び支持層の接着を試験するために、外側から内側に向かう差圧を、湿った状態で保存された膜に適用した。外層からの内層の層間剥離が生じる圧力範囲を、測定した。結果を先の表１に示す。

【0140】

実施例６：ポリイミド／ポリエチレンイミン系を含んでなる三層膜の紡糸
ここで内層を形成する選択層の紡糸物は、ジメチルアセトアミド中１５％二酢酸セルロース（Sigma/Aldrich #22188）の溶液からなる。実施例２に従って生産された接着促進中間層の紡糸物は、ジメチルアセトアミドｐ．ａ．中１５％二酢酸セルロース（Sigma/Aldrich #22188）及び０．０５％ポリエチレンイミン（Sigma/Aldrich #40,872-7；Ｍ_n＝１００００ｇ／ｍｏｌ）からなった。ここで外層を形成する支持層の紡糸物は、ＤＭＡｃ中に２０％で溶解されるポリエーテルイミド（Ultem 1000）からなる。三つの紡糸物を、３つの同心円状に配置されたチャネルからなる中空繊維紡糸ノズルを用いて押し出した。水を、中心に配置されたチャネルから押し出し、繊維の内腔を充填した。このようにして、３つの紡糸物の層分離を、引き起こした。紡糸ブロックの温度は１０℃であった。繊維を、ブロックから出した後、５０ｍｍのエアーギャップを通過させた。巻き取り速度は、２５０ｍｍ／ｓであった。水が充填された沈殿槽の温度は、１６℃であった。続くその後のリンス槽は、２０℃〜６０℃の温度勾配を有した。乾燥ステップ中に繊維が切断しないように、あるいは不十分な性能の繊維を得ることのないように、繊維から溶媒を十分に除去するように注意すべきである。繊維の乾燥を、１２０〜１３０℃で行なった。繊維の乾燥後、選択層の厚さは、約６０ｎｍであり、接着促進中間層の厚みは、約４０ｎｍであり、繊維の支持層の厚みは、約３５μｍであった。内腔の直径は、１７０μｍであった。接着促進中間層、及び選択層は、電子顕微鏡を用いて区別することができなかった。相対的な層厚は、双方の紡糸物の測定される流量から得られた。束を形成するために繊維を集め、さらに処理をして透析モジュールを形成した。繊維の特性評価の前に、透析モジュールの内腔側を、水で充填し、５０％イソプロパノール／水混合物を用いて、約１０秒間、外側から親水化処理した。その後、９０℃で一晩の熱処理を、水が充填されたモジュール中で行なわれた。これは、「アニーリング」として当業者により知られる。従って、ナトリウム、カルシウム及び尿素についての繊維の透過性は、測定される。尿素についての典型的な値は、２３〜３０ｇ／ｍ²ｄであり、ナトリウムについては２３〜３２ｍｍｏｌ／ｍ²ｄである。カルシウムについての透過性は、膜に亘る２．５ｍＭの濃度差において検出限界を下回る。層の接着を試験するために、外側から内側に向かう差圧を、湿った状態で保存された膜に適用した。層の層間剥離を引き起こす圧力範囲を、測定した。結果を、上述の表１に示す。