(57)【要約】  【課題】処理剤や熱による変性の懸念がない、分離膜の分画性能の制御方法を提供すること。  【解決手段】高分子を溶解してドープ原液とし、凝固させて膜状物を得た後、水洗する分離膜の製造方法において、水洗後の湿潤状態のまま膜状物を凍結させた後に解凍する工程を含むことを特徴とする分離膜の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子を溶解してドープ原液とし、凝固させて膜状物を得た後、水洗してする分離膜の製造方法において、水洗後の湿潤状態のまま膜状物を凍結させた後に解凍する工程を含むことを特徴とする分離膜の製造方法。
【請求項２】
凍結前の膜状物のデキストラン篩い係数の分画分子量に対する、解凍後の分離膜のデキストラン篩い係数の分画分子量が０．９〜０．２である請求項１に記載の分離膜の製造方法。
【請求項３】
湿潤状態において、水の重量が、乾燥後の膜状物の重量に対して０．５倍以上の重量である請求項１または２に記載の分離膜の製造方法。
【請求項４】
膜状物を湿潤している成分の水濃度が９０重量％以上である請求項１〜３のいずれかに記載の分離膜の製造方法。
【請求項５】
凍結させる工程が−１℃以下、−１５０℃以上である請求項１〜４のいずれかに記載の分離膜の製造方法。
【請求項６】
凍結した分離膜を解凍する温度が１℃以上、１００℃以下である請求項１〜５のいずれかに記載の分離膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離膜の製造方法において凍結することで分画分子量を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分離膜は分離対象物質によって、分画性能を制御する必要がある。従来、製膜原液の組成や凝固液の組成などの製膜条件を変更することで、分画性能の制御が行われてきた。しかしながら、製膜条件の変更には紡糸性や膜物性の変化も伴うため制約が大きかった。また、数種の分画性能の分離膜を製造するためには、その種類毎に製膜を行う必要があり、操作が煩雑であった。分離膜の分画性能を簡便に変化させる方法として、乾燥処理によって膜構造を収縮させる方法が広く知られている。
【０００３】
分離膜を多価アルコールで処理した後に乾燥することで分画性能を制御する技術が開示されている。（特許文献１）しかしながら、多価アルコール等の処理剤を含有させて乾燥処理を行うと、処理剤の濃縮がおこり高濃度溶液による分離膜の変性が懸念される。また、分離膜中に処理剤が残存することから、溶出物が増加する。
【０００４】
分離膜の凍結に関しては、分離膜が凍結によって性能低下する懸念について指摘されている。（特許文献２）しかしながら、分離膜を収納したケースの破損についての記載にとどまっており、分画性能の変化について具体的記載はない。
【０００５】
すなわち、処理剤を用いず凍結処理によって分離膜の分画性能を制御する方法はこれまでになかった。
【特許文献１】特開昭５８−４９４０７号公報
【特許文献２】特開平６−２６２０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、処理剤を用いずに分離膜の分画性能を制御する製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記課題を達成するため、以下の構成を有する。
（１）高分子を溶解してドープ原液とし、凝固させて膜状物を得た後、水洗してする分離膜の製造方法において、水洗後の湿潤状態のまま膜状物を凍結させた後に解凍する工程を含むことを特徴とする分離膜の製造方法。
（２）凍結前の膜状物のデキストラン篩い係数の分画分子量に対する、解凍後の分離膜のデキストラン篩い係数の分画分子量が０．９〜０．２である（１）に記載の分離膜の製造方法。
（３）湿潤状態において、水の重量が、乾燥後の膜状物の重量に対して０．５倍以上の重量である（１）または（２）に記載の分離膜の製造方法。
（４）膜状物を湿潤している成分の水濃度が９０重量％以上である（１）〜（３）のいずれかに記載の分離膜の製造方法。
（５）凍結させる工程が−１℃以下、−１５０℃以上である（１）〜（４）のいずれかに記載の分離膜の製造方法。
（６）凍結した分離膜を解凍する温度が１℃以上、１００℃以下である（１）〜（５）のいずれかに記載の分離膜の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、以下に説明するとおり、処理剤や加熱による変性をおこすことなく、分離膜の分画性能を制御することができる。また、水以外の処理剤を用いないことから、溶出物も少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明でいう分離膜とは、回収目的物質と廃棄物質を弁別する膜であり、遠心分離、限外濾過、透析などに用いられる。分離膜は孔の大きさにより分子量サイズによる篩い分けを行っている。そのため、回収目的物質の分子量によって適切な分画性能を有する膜が必要となる。
【００１０】
本発明において鋭意検討の結果、高分子を溶解してドープ原液とし、凝固させて膜状物を得た後、水洗する分離膜の製造方法において、水洗後の湿潤状態のまま膜状物を凍結させた後に解凍する工程を含むことで、分画性能を制御できることを見いだした。
【００１１】
ドープ原液は、特に限定しないが、分離膜の骨格となる疎水性高分子の他に、親水性高分子、良溶媒、貧溶媒を溶解することが、分離性能の向上の面で好ましい。ここで、良溶媒とは、製膜温度において実質的に高分子を溶解する溶媒のことである。貧溶媒とは、製膜温度において、実質的に高分子を溶解しない溶媒のことである。高分子を溶解する際は、高温で溶解することが、溶解性を上げる面で好ましいが、熱による高分子の変性や溶媒の蒸発による組成変化の懸念がある。そのため、溶解温度は、３０℃以上、１２０℃以下が好ましい。高分子の種類によってこれらの最適範囲は異なるので注意が必要である。
【００１２】
溶解したドープ原液を任意の膜形状にする方法としては、二重管の外側からドープ原液を吐出して中空状にする方法や、基材上にドープ原液を塗布してスリットを通過させることで平膜状にする方法などがある。
【００１３】
ドープ原液を凝固させて膜状物を得る方法としては、貧溶媒と接触させる方法や、冷却することで高分子を析出させる方法などがある。
【００１４】
得られた膜状物は、溶媒などを除去するために水洗するが、水洗効率を上げるためには、熱水で洗浄するとよい。５０℃以上、９０℃以下の水を用いることが好ましい。水洗が不充分だと、膜状物を湿潤している成分の凝固点が下がって凍結が困難になることや、溶出物が増える懸念がある。
【００１５】
水洗後の膜状物は、そのまま凍結および解凍処理を行ってもよく、枷などに巻き取り任意の長さに切断した後に凍結および解凍処理を行ってもよい。
【００１６】
膜状物を凍結するとは、膜状物を冷却することで膜状物を湿潤している水を凝固させることをいい、膜状物を解凍するとは、膜状物を加温することで凝固した水を融解させることをいう。
【００１７】
分離膜を凍結した後に解凍することで、状態変化に伴う体積変化によって分離膜の細孔が収縮または押し広げられることで分画性能が変化すると考えられる。凍結と解凍によって異なる体積変化がおこっているが、融解による体積減少の効果が強い。膜状物を湿潤している成分の量が少ないと、凍結によって分画性能が変化しないことや、乾燥による分画性能の大きな変化がおきてしまう。そのため、膜状物を湿潤している水の重量が膜状物の重量に対して、０．５倍以上の重量であることが好ましい。さらに好ましくは、２倍以上であることが好ましい。
【００１８】
ここで、膜状物の重量は膜状物の乾燥重量を測定することで得られる。膜状物を湿潤している水の重量は、膜状物を乾燥した時の、乾燥前後の膜状物の重量の差から得られる。
【００１９】
膜状物を湿潤している水に溶質が多く溶解していると、凝固点降下によって凍結が阻害されることから、水濃度が高いことが好ましい。また、分離膜の変性抑制や溶出物低減の観点からも好ましい。特に限定しないが、水濃度が９０重量％が好ましく９９重量％以上であることがより好ましい。
【００２０】
水濃度は、カールフィッシャー法によって測定することができる。  膜状物を凍結する工程の温度は、膜状物を湿潤している成分の凝固点よりも低い温度が必要である。また、温度が高いと凍結に時間がかかり、温度が低いと急激な状態変化に伴う体積変化によって、分離膜の破損やリークの原因となる。そのため、膜状物を凍結する工程の温度は−１℃以下が好ましく、−１０℃以下がより好ましい。一方で、−１５０℃以上が好ましく、−１００℃以上がより好ましい。凍結は空冷で行ってもよく、冷媒を用いてもよい。また、減圧状態や加圧状態で凍結処理を行う場合、膜状物を湿潤している成分の凝固点が変化するため、膜状物を凍結する工程の最適な温度範囲は変化する可能性がある。
【００２１】
膜状物を解凍する工程の温度は、膜状物を湿潤している成分の融点よりも高い温度が必要である。また、温度が低いと解凍に時間がかかり、温度が高いと分離膜の熱による変性や、湿潤している成分が気化して分離膜が乾燥してしまう懸念がある。そのため、解凍する工程の温度は１℃以上が好ましく、２０℃以上がより好ましい。一方で、１００℃以下が好ましく、５０℃以下がより好ましい。解凍は大気中で行っても良く、水浴やオイル浴の中で行っても良い。また、減圧状態や加圧状態で凍結処理を行う場合、膜状物を湿潤している成分の融点が変化するため、膜状物を解凍する工程の最適な温度範囲は変化する可能性がある。
【００２２】
分画性能の指標として、本発明ではデキストラン篩い係数の分画分子量を用いた。デキストラン篩い係数とは、デキストラン水溶液を分離膜で濾過したときに、デキストランが透過する割合であり、デキストランの分子量毎に得られる値である。デキストラン篩い係数は次式（１）によって算出することができる。
【００２３】
ＳＣ ＝２Ｃｆ／（Ｃｉ＋Ｃｏ）    （１）
ここで、ＳＣはデキストラン篩い係数、Ｃｉは分離膜に供給する液のデキストラン濃度 、Ｃｏは濾過後に供給側に残った液のデキストラン濃度、Ｃｆは濾液のデキストラン濃度である。
【００２４】
各分子量のデキストラン濃度は、ゲル濾過クロマトグラフィ法などの方法で測定できる。測定の際は、分子量と濃度の検量線を、分子量及び濃度が既知のデキストラン溶液から得ればよい。
【００２５】
本発明でいうところの分画分子量とは、分画性能を示す指標であり、デキストラン篩い係数が０．１の重量平均分子量である。
【００２６】
本発明における分画性能の変化としては、凍結前のデキストラン篩い係数の分画分子量に対する、解凍後のデキストラン篩い係数の分画分子量が０．９以下であることが好ましく、０．８以下がより好ましい。また、分画性能の変化を抑制し、乾燥前のデキストラン篩い係数の分画分子量に対する、乾燥後のデキストラン篩い係数の分画分子量が０．２以上であることが好ましく、０．３以上がより好ましい。
【００２７】
凍結と解凍を繰り返すことで、分画性能はその都度変化する。処理回数が少ないうちはデキストラン篩い係数の分画分子量は小さくなる傾向にあるが、処理回数が増えるにつれて、デキストラン篩い係数の分画分子量は逆に大きくなる傾向にある。そのため、目的の分画性能にあわせて凍結と解凍の処理回数を適正化することが必要となる。
【００２８】
分離膜の素材としては、特に限定しないがポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリルニトリル、ポリスルホンやポリエーテルスルホンなどのポリスルホン系ポリマーなどが好適に用いられる。この中でも特にポリスルホン系ポリマーを用いることで、分離性能の優れた分離膜が得られるため、好ましい。本発明でいうポリスルホン系ポリマーは、主鎖に芳香環、スルフォニル基およびエーテル基をもつもので、例えば、次式（２）、（３）の化学式で示されるポリスルホンが好適に使用されるが、本発明ではこれらに限定されない。式中のｎは、例えば５０〜８０の如き整数である。
【００２９】
【化１】
2009202135.tif 000002
【００３０】
分離膜は、その用途に応じて平膜、管状膜、中空糸膜などがあるが、重量に対する膜面積が大きく、コンパクト化が可能となることから中空糸膜が好適に用いられる。
【００３１】
本発明で得られる分離膜は、多様な分画性能の分離膜が必要な分野に好適に用いられる。例えば、特定の分子量範囲の物質の画分を数種得ることが必要となる、タンパク質および／ もしくはペプチド分析前処理用の分離膜が挙げられる。
なかでも、分離する原液が含む物質の分子量範囲が大きい場合に好適に用いられる。例えば、血液、血漿、血清などの血液由来物、尿、腹水、唾液、涙液、脳脊髄液、胸水、細胞抽出液もしくは培養液に含まれるタンパク質、ペプチドおよび／ もしくは糖鎖から構成される分離原液である。
【００３２】
本発明の製造方法において、高分子を溶媒に溶解する工程では、加熱して攪拌をすることが、高分子を均一に溶解する点から好ましい。
【実施例】
【００３３】
以下実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
１．デキストラン篩い係数の分画分子量測定方法
中空糸膜４０本を、直径約５ｍｍ、長さ１７ｃｍのハウジングに充填し、分離される溶液が流入する入口及び流出する出口をコニシ（ 株） 製エポキシ樹脂系化学反応形接着剤“ クイックメンダー” でポッティングすることによって、中空糸膜型分離膜モジュールを作製する。次いで、該モジュールの中空糸およびモジュール内部を蒸留水にて、１ 時間洗浄する。
次に、ＦＵＬＫＡ社製デキストラン平均分子量〜１５００（Ｎｏ．３１３９４）、平均分子量〜６０００（Ｎｏ．３１３８８）、平均分子量１５０００〜２００００（Ｎｏ．３１３８７）、平均分子量〜４００００（Ｎｏ．３１３８９）、平均分子量〜６００００（Ｎｏ．３１３９７）、平均分子量〜２０００００（Ｎｏ．３１３９８）を各々０．５ｍｇ／ｍｌ（ 溶質全体では３．０ｍｇ／ｍｌ） になるように蒸留水で溶解し、デキストラン水溶液（原液）を作成する。モジュールに対して、原液側の液を循環するポンプと濾過をかけるポンプを準備し、３７℃ に保温した限外濾過水を用いて、原液循環流量が２０ｍｌ／ｍｉｎ、濾過流量が０ .２４ｍｌ／ｍｉｎになるように流速を調整する。次いで、充填している限外濾過水を３７℃に保温した原液に置換した後、濾過を開始する。この時、モジュール出口の原液は戻さずに廃棄する。６０分から７５分後の液を採取し、モジュール原液入口、出口および濾液中のデキストラン濃度を測定し、これらの測定値からデキストランのふるい係数を算出する。デキストラン濃度の測定は、次のように行った。サンプリングした水溶液を細孔径０．５ミクロンのフィルターで濾過し、その濾液をＧＰＣ用カラム(東ソーＴＳＫ−ｇｅｌ−Ｇ３０００ＰＷＸＬ)、カラム温度４０℃、移動相を液クロ用蒸留水１ｍｌ／ｍｉｎ、サンプル打ち込み量１００μlで分析を行い、示差屈折率計(東ソー社製  ＲＩ−８０２０)にてｓｌｉｃｅ  ｔｉｍｅ０．０２ｍｉｎ、ｂａｓｅ−ｌｉｎｅ−ｒａｎｇｅ４．５〜１１．０ｍｉｎで測定する。カラムのキャリブレーションは、測定直前に単分散のデキストラン（Ｆｌｕｋａ社製デキストランスタンダードＮｏ．３１４１６、Ｎｏ．３１４１７、Ｎｏ．３１４１８、Ｎｏ．３１４２０、Ｎｏ．３１４２２） を用いて行う。篩い係数は、モジュール原液入口のデキストラン濃度（Ｃｉ）、出口のデキストラン濃度（Ｃｏ）、濾液のデキストラン濃度（Ｃｆ）を測定し、前記（１）式により篩い係数（ＳＣ） を算出することができる。デキストラン篩い係数が０．１の重量平均分子量を分画分子量とした。
２．水濃度測定方法
分離膜を湿潤している水、約０．５ｇの重量を精秤し、自動水分測定装置（平沼産業株式会社製）を用いて水分率を測定した。滴定剤には“アクアミクロン（登録商標）”ＳＳ−Ｚ５ｍｇ、脱水溶剤には“アクアミクロン（登録商標）”ＧＥＸ（三菱化学株式会社製）を用いた。
【００３４】
（実施例１）
ポリスルホン（ ソルベー社製ユーデル（ 登録商標）Ｐ−３５００）１８重量％およびポリビニルピロリドン（ＩＳＰ社製Ｋ３０）９重量％をＮ，Ｎ'−ジメチルアセトアミド７２重量％および水１重量％の混合溶媒に加え、９０℃で１０時間加熱して溶解し、製膜原液を得た。この製膜原液を温度４５℃の紡糸吐出部へ送り、外径０．３５ｍｍ、内径０．２５ｍｍのオリフィス型二重円筒型口金の外側の管より吐出した。芯液としてＮ，Ｎ'−ジメチルアセトアミド５５重量％および水４５重量％からなる溶液を内側の管より吐出した。吐出された製膜原液は、温度３０℃、湿度７０ＲＨ％の雰囲気のドライゾーン３５０ｍｍを通過した後、４０℃の凝固浴（水浴）を通過させ、８０℃の水洗工程を通過させ、４０ｍ／ｍｉｎで巻き取り、湿潤状態の膜状物を得た。内径２００μｍ膜厚４０μｍであった。湿潤している水の重量が、乾燥後の膜状物の重量に対して３倍であった。膜状物を湿潤している液体の水濃度は９９重量％であった。
【００３５】
膜状物について、デキストラン篩い係数を測定し、凍結前のデキストラン篩い係数の分画分子量を算出した。
【００３６】
膜状物を庫内温度−７０℃の冷凍庫に３０分間入れて凍結した後、２０℃の大気中で３時間解凍した。
【００３７】
得られた分離膜のデキストラン篩い係数を測定した。
【００３８】
各測定結果を表１に示した。凍結前のデキストラン篩い係数の分画分子量に対する、解凍後のデキストラン篩い係数の分画分子量は０．７５９５であり、分画性能を精密に制御することができた。
【００３９】
（実施例２）
凍結処理後に解凍した膜状物を、再び庫内温度−７０℃の冷凍庫に３０分間入れて凍結した後、２０℃の大気中で３時間解凍した以外は実施例１と同様に実験を行った。
【００４０】
各測定結果を表１に示した。凍結前のデキストラン篩い係数の分画分子量に対する、解凍後のデキストラン篩い係数の分画分子量は０．７６６４であり、分画性能を精密に制御することができた。
【００４１】
（実施例３）
冷凍庫の庫内温度を−２０℃とする以外は、実施例１と同様の実験を行った。
【００４２】
各測定結果を表１に示した。その結果、凍結前のデキストラン篩い係数の分画分子量に対する、解凍後のデキストラン篩い係数の分画分子量は０．８１０３であり、分画性能を精密に制御することができた。
【００４３】
（比較例１）
凍結する際に、液体窒素を用いて−１９６℃で３０分間凍結する以外は実施例１と同様に実験を行った。
【００４４】
凍結温度が低すぎたため、得られた分離膜はリークをおこした。
【００４５】
（比較例２）
凍結処理をせずに、庫内温度４℃の冷蔵庫に３０分間入れた以外は実施例１と同様に実験を行った。
【００４６】
各測定結果を表１に示した。処理前のデキストラン篩い係数の分画分子量に対する、処理後のデキストラン篩い係数の分画分子量は１．０００であり、凍結させない温度変化のみでは、デキストラン篩い係数の分画分子量は変化しなかった。
【００４７】
【表１】
2009202135.tif 000003