CH632536A5 - HOLLOW FIBER OF CELLULOSE ACETATE AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURE. - Google Patents
HOLLOW FIBER OF CELLULOSE ACETATE AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURE. Download PDFInfo
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Description
La présente invention concerne une fibre creuse et semi-perméable d'acétate de cellulose, utile dans les reins artificiels, ainsi que son procédé de réalisation. The present invention relates to a hollow and semi-permeable fiber of cellulose acetate, useful in artificial kidneys, as well as its method of production.
On a déjà mis des esters cellulosiques, et notamment l'acétate de cellulose, sous forme de fibres semi-perméables creuses, et on les a utilisées comme membranes de séparation dans divers procédés comprenant le dessalement de l'eau de mer, l'ultrafiltration des solutions aqueuses et non aqueuses, des opérations d'échange d'ions, la concentration des sels, la purification des courants usés et analogues. Les membranes perméables de séparation préparées à partir d'esters cellulosiques filmogènes sont décrites, par exemple, dans de nombreux brevets des Etats-Unis d'Amérique dont les plus intéressants paraissent être les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 3532527 et 3494780. Les brevets précités décrivent un procédé de filage à l'état fondu d'esters cellulosiques, notamment de triacétate et d'acétate, à partir d'une composition de filage à l'état fondu qui contient un plastifiant compatible du type tétraméthylènesulfone, décrit par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 2219006,2451299 et 3423491, et un polyol dont le poids moléculaire est compris entre environ 62 et 20 000. Le rapport pondéral du plastifiant de sulfolane au polyol dans le mélange est indiqué comme variant entre environ 0,66/1 et 5/1 et, de préférence, entre environ 0,8/1 et 1,3/1. Le rôle indiqué de la variation des proportions relatives des matières est la modification de l'aptitude des fibres à séparer le sel de l'eau de mer.-De telles fibres, préparées par mise en œuvre des procédés des brevets précités Nos 3532527 et 3494780, bien qu'elles soient utiles pour le dessalement de l'eau de mer, ne donnent pas satisfaction dans l'hémodialyse sous forme de fibres creuses dans des reins artificiels. Cellulosic esters, and in particular cellulose acetate, have already been put in the form of hollow semi-permeable fibers, and have been used as separation membranes in various processes including desalination of seawater, ultrafiltration. aqueous and non-aqueous solutions, ion exchange operations, concentration of salts, purification of spent streams and the like. Permeable separation membranes prepared from film-forming cellulose esters are described, for example, in numerous patents from the United States of America, the most interesting of which appear to be United States patents Nos. 3532527 and 3494780. The aforementioned patents describe a process for spinning in the melt state of cellulose esters, in particular of triacetate and acetate, from a spinning composition in the melt state which contains a compatible plasticizer of the tetramethylenesulfone type, described by example in United States patents Nos. 2219006,2451299 and 3423491, and a polyol whose molecular weight is between about 62 and 20,000. The weight ratio of the sulfolane plasticizer to the polyol in the mixture is indicated as varying between about 0.66 / 1 and 5/1 and, preferably, between about 0.8 / 1 and 1.3 / 1. The role indicated by the variation in the relative proportions of the materials is the modification of the ability of the fibers to separate salt from sea water.-Such fibers, prepared by implementing the methods of the aforementioned patents Nos. , although useful for the desalination of seawater, are not satisfactory in hemodialysis in the form of hollow fibers in artificial kidneys.
Des membranes d'acétate de cellulose ayant diverses formes ont constitué le sujet de recherches très poussées, financées par The National Institutes of Health et The Office of Saline Water depuis le milieu des années soixante. The National Institute of Arthritis and Metabolie Diseases a aussi financé des recherches portant sur la modification des fibres creuses connues d'acétate de cellulose, afin d'évaluer les possibilités d'utilisation dans des reins artificiels. Une étude de ce type portant sur trois ans, ayant comme objectif principal la mise au point d'un rein artificiel contenant des fibres creuses d'acétate de cellulose, a été réalisée par The Dow Chemical Company, Western Division Research Laboratories en 1971-1973, dans le cadre du contrat NIH N° 70-2302. Dans le cadre de ce contrat, des fibres d'acétate de cellulose ont été préparées par filage à l'état fondu d'un mélange d'acétate de cellulose et de triéthylèneglycol, et certaines des fibres obtenues ont été incorporées à des reins artificiels et étudiées cliniquement en hémodialyse. Les meilleurs reins artificiels qui ont été réalisés dans le cadre de ce projet, bien qu'ils donnent satisfaction car ils peuvent être utilisés en toute sécurité pour la dialyse d'un certain nombre de patients dans une clinique, au cours d'essais, n'ont cependant pas donné satisfaction car leurs propriétés de transport par circulation de même sens, lors du retrait d'eau et de solutés de faible poids moléculaire tels que l'urée et la créatinine, ne sont pas aussi bonnes que celles des reins artificiels actuellement disponibles et ayant des fibres creuses de cellulose; le problème posé par ces reins est que les vitesses de retrait d'eau sont trop élevées et que le rapport du soluté sanguin à l'eau retirée est trop faible, si bien que l'étude a été abandonnée. Cellulose acetate membranes in various shapes have been the subject of extensive research, funded by The National Institutes of Health and The Office of Saline Water since the mid-sixties. The National Institute of Arthritis and Metabolie Diseases has also funded research into the modification of known hollow fibers of cellulose acetate to assess the potential for use in artificial kidneys. A three-year study of this type, with the primary objective of developing an artificial kidney containing hollow fibers of cellulose acetate, was carried out by The Dow Chemical Company, Western Division Research Laboratories in 1971-1973 , under the NIH contract N ° 70-2302. As part of this contract, cellulose acetate fibers were prepared by melt spinning a mixture of cellulose acetate and triethylene glycol, and some of the fibers obtained were incorporated into artificial kidneys and studied clinically in hemodialysis. The best artificial kidneys that have been made as part of this project, although they are satisfactory because they can be safely used for dialysis of a number of patients in a clinic, during trials, n '', however, have not been satisfactory because their transport properties by circulation in the same direction, when removing water and low molecular weight solutes such as urea and creatinine, are not as good as those of artificial kidneys at present. available and having hollow cellulose fibers; the problem with these kidneys is that the rates of water withdrawal are too high and the ratio of blood solute to water withdrawn is too low, so the study was abandoned.
Depuis le début des années septante, au moment où les reins artificiels à fibres creuses ont été mis d'abord sur le marché par Cordis Dow Corp. aux Etats-Unis d'Amérique, les fibres creuses de ces reins artificiels ont été formées presque exclusivement de fibres cellulosiques. Les fibres sont le produit formé soit par le procédé au cuproammonium, soit par le procédé décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3546209. Bien que les fibres creuses de cellulose aient un marché important parce qu'elles constituent actuellement la meilleure forme de membranes semi-perméables destinées aux reins artificiels, les spécialistes savent que de nombreux problèmes de production reviennent au cours du filage à l'état fondu de telles fibres et de leur incorporation dans des reins artificiels ne présentant pas de fuites. Ainsi, la résistance à la traction des fibres est relativement faible, et la rupture des fibres rend la manipulation au cours du traitement des fibres et du montage dans une chambre de dialyse à la fois complexe et difficile. Etant donné ces difficultés présentées par les fibres capillaires de cellulose, on cherche toujours des fibres capillaires semi-perméables qui soient peu coûteuses, de filage facile à partir de matières fondues et pouvant former des reins artificiels à l'échelle industrielle, ces fibres devant être aptes à retirer les solutés du sang tels que l'urée, la créatinine, l'acide urique et l'eau, avec des débits supérieurs à ceux qui caractérisent les fibres capillaires de cellulose utilisées actuellement. Since the early 1970s, when hollow fiber artificial kidneys were first marketed by Cordis Dow Corp. in the United States of America, the hollow fibers of these artificial kidneys were formed almost exclusively of cellulosic fibers. Fibers are the product formed either by the cuproammonium process or by the process described in United States Patent No. 3546209. Although hollow cellulose fibers have an important market because they currently constitute the best form of semi-permeable membranes for artificial kidneys, specialists know that many production problems return during the spinning in the molten state of such fibers and their incorporation in artificial kidneys without leaks. Thus, the tensile strength of the fibers is relatively low, and the breaking of the fibers makes handling during the treatment of the fibers and assembly in a dialysis chamber both complex and difficult. Given these difficulties presented by cellulose capillary fibers, one always seeks semi-permeable capillary fibers which are inexpensive, of easy spinning from molten materials and which can form artificial kidneys on an industrial scale, these fibers having to be able to remove solutes from the blood such as urea, creatinine, uric acid and water, with flow rates higher than those which characterize the cellulose hair fibers currently used.
L'invention concerne donc une fibre creuse d'acétate de cellulose ayant de meilleures propriétés que les fibres creuses de cellulose et d'ester cellulosique de type connu, ayant des caractéristiques réglables sélectivement de perméabilité qui rendent possible la réalisation de reins artificiels contenant de telles fibres, et donnant des décharges d'eau et de solutés qui sont supérieures à celles qui caractérisent les reins artificiels actuels du commerce contenant des fibres creuses de cellulose. L'invention concerne aussi un procédé de réalisation de telles fibres d'acétate de cellulose. The invention therefore relates to a hollow fiber of cellulose acetate having better properties than the hollow fibers of cellulose and of cellulose ester of known type, having selectively adjustable permeability characteristics which make possible the production of artificial kidneys containing such fibers, and giving discharges of water and solutes which are greater than those which characterize the current artificial kidneys of the trade containing hollow cellulose fibers. The invention also relates to a process for producing such cellulose acetate fibers.
Plus précisément, l'invention concerne des fibres creuses et semi-perméables d'acétate de cellulose ayant une combinaison de caractéristiques de perméabilité et de décharge, pour l'eau et les solutés du sang dont le poids moléculaire est inférieur à 1400 environ, qui sont variables les unes par rapport aux autres et réglables afin de donner les caractéristiques optimales de fonctionnement lorsqu'elles sont utilisées dans un rein artificiel, au cours d'une hémodialyse. Les More specifically, the invention relates to hollow and semi-permeable fibers of cellulose acetate having a combination of permeability and discharge characteristics, for water and blood solutes whose molecular weight is less than about 1400, which are variable with respect to each other and adjustable in order to give the optimal operating characteristics when they are used in an artificial kidney, during hemodialysis. The
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caractéristiques optimales de fonctionnement pour un rein artificiel sont un débit élevé de décharge des solutés du sang utilisé par rapport au débit de retrait d'eau, afin que la purification du sang qui protège la santé puisse être réalisée en un temps minimal. Optimal operating characteristics for an artificial kidney are a high rate of discharge of the solutes of the blood used compared to the rate of withdrawal of water, so that the purification of the blood which protects health can be carried out in a minimum time.
Les nouvelles fibres selon l'invention sont préparées à partir d'une nouvelle composition de filage à l'état fondu. Cette composition permet le filage à sec d'acétate de cellulose, le refroidissement à l'air et l'enroulement sur des rouleaux sans extraction préalable de matières. Cette composition est un mélange d'acétate de cellulose, de certaines proportions de polyéthylèneglycol, ayant un poids moléculaire compris entre environ 150 et 600, et de glycérine; cette composition peut être filée à l'état fondu sous forme de fibres creuses dont la résistance mécanique et la facilité d'utilisation dans les reins artificiels sont supérieures aux propriétés correspondantes des fibres de cellulose, avec cependant une combinaison favorable de caractéristiques de perméabilité de l'eau et des solutés du sang. Ces caractéristiques de perméabilité sont encore améliorées et optimisées par traitement des fibres filées au cours de certaines étapes de traitement, réglées suivant le filage. La perméabilité de ces fibres peut être modifiée et réglée par modification des quantités relatives de chacun des trois constituants de la composition, et l'optimisation du rapport des décharges du soluté de faible poids moléculaire du sang et de l'eau est obtenue lorsque la composition est réglée en fonction d'un refroidissement réglé et d'un degré réglé d'étirage à froid ou d'allongement de la fibre filée juste après refroidissement et avant retrait de la fibre filée de la glycérine ou du polyéthylèneglycol de la fibre refroidie. Le filage à sec, à l'air, à température ambiante et le réglage convenable de l'étirage à froid, ainsi que la sélection soigneuse des quantités de chacun des constituants dans la composition rendent possible la formation de fibres d'acétate de cellulose ayant une combinaison choisie de propriétés de décharge et des rapports accrus des décharges du soluté et de l'eau par rapport à ceux des fibres creuses d'acétate de cellulose actuellement connues. The new fibers according to the invention are prepared from a new spinning composition in the molten state. This composition allows the dry spinning of cellulose acetate, air cooling and winding on rollers without prior extraction of materials. This composition is a mixture of cellulose acetate, of certain proportions of polyethylene glycol, having a molecular weight of between approximately 150 and 600, and glycerin; this composition can be spun in the molten state in the form of hollow fibers whose mechanical strength and ease of use in artificial kidneys are superior to the corresponding properties of cellulose fibers, with however a favorable combination of characteristics of permeability of the water and blood solutions. These permeability characteristics are further improved and optimized by treatment of the fibers spun during certain treatment stages, adjusted according to the spinning. The permeability of these fibers can be modified and regulated by modifying the relative amounts of each of the three constituents of the composition, and the optimization of the ratio of discharges of the low molecular weight solute from blood and water is obtained when the composition is adjusted as a function of controlled cooling and a controlled degree of cold drawing or elongation of the spun fiber immediately after cooling and before the spun fiber is removed from the glycerin or polyethylene glycol from the cooled fiber. Dry spinning, in air, at room temperature and the appropriate setting of cold drawing, as well as the careful selection of the amounts of each of the constituents in the composition make it possible to form cellulose acetate fibers having a selected combination of discharge properties and increased ratios of solute and water discharges compared to those of currently known hollow fibers of cellulose acetate.
La famille ou spectre résultant de fibres constitue un produit selon l'invention. The family or spectrum resulting from fibers constitutes a product according to the invention.
Le procédé de l'invention comprend des étapes assurant le réglage et la corrélation de la composition de filage à l'état fondu et du refroidissement des fibres filées, avec l'importance de l'étirage à froid et les conditions de la séparation et du séchage, afin que les fibres d'acétate de cellulose aient la perméabilité voulue. The method of the invention comprises steps ensuring the adjustment and the correlation of the melt spinning composition and the cooling of the spun fibers, with the importance of cold drawing and the conditions of separation and drying, so that the cellulose acetate fibers have the desired permeability.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, given with reference to the appended drawings in which:
la fig. 1 est un diagramme ternaire représentant les proportions des trois constituants combinés dans les compositions selon l'invention, comme indiqué par la zone indiquée par les points A, B, C et D, et la fig. 2 est un diagramme synoptique illustrant les diverses étapes utilisées pour le traitement des compositions correspondant à la zone indiquée sur la fig. 1, lors de la formation d'une famille de fibres capillaires d'acétate de cellulose creuses selon l'invention. fig. 1 is a ternary diagram representing the proportions of the three constituents combined in the compositions according to the invention, as indicated by the area indicated by the points A, B, C and D, and FIG. 2 is a block diagram illustrating the various steps used for the treatment of the compositions corresponding to the area indicated in FIG. 1, during the formation of a family of hollow cellulose acetate capillary fibers according to the invention.
On considère d'abord la composition de filage à l'état fondu. We first consider the spinning composition in the molten state.
Cette composition contient, en pourcentages pondéraux, 41 à 50% environ d'acétate de cellulose, 2 à 20% environ de glycérine et le reste de polyéthylèneglycol dont le poids moléculaire est compris entre environ 150 et 600. Comme indiqué sur la fig. 1, cette famille ou spectre de compositions à trois constituants se trouve dans la surface délimitée par les valeurs extrêmes donnant la zone indiquée par les points A, B, C et D. Une composition quelconque comprenant une quantité de chacun des trois constituants correspondant à la zone A, B, C, D de la fig. 1 convient pour le filage à l'état fondu sous forme de fibres capillaires creuses; après refroidissement, séparation, par l'eau, de glycol et de glycérine et mise sous la forme d'un rein artificiel de type connu, les fibres ont un comportement aussi bon ou même meilleur que celui des fibres de cellulose actuellement utilisées et formées par mise en œuvre du procédé au cuproammonium ou du procédé décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique précité N° 3546209. Des compositions particulièrement avantageuses pour l'optimisation des caractéristiques de fonctionnement, pour certains patients subissant une dialyse intermittente, sont indiquées dans la fig. 1 par la zone E, F, G, H. This composition contains, in weight percentages, 41 to 50% approximately of cellulose acetate, 2 to 20% approximately of glycerin and the remainder of polyethylene glycol whose molecular weight is between approximately 150 and 600. As indicated in fig. 1, this family or spectrum of compositions with three constituents is found in the area delimited by the extreme values giving the area indicated by points A, B, C and D. Any composition comprising an amount of each of the three constituents corresponding to the zone A, B, C, D of fig. 1 is suitable for spinning in the molten state in the form of hollow capillary fibers; after cooling, separation, by water, of glycol and glycerin and put in the form of an artificial kidney of known type, the fibers have a behavior as good or even better than that of the cellulose fibers currently used and formed by implementation of the cuproammonium process or of the process described in the aforementioned United States patent No. 3546209. Particularly advantageous compositions for optimizing the operating characteristics, for certain patients undergoing intermittent dialysis, are indicated in fig. 1 by zone E, F, G, H.
Les trois constituants, l'acétate de cellulose, l'éthylèneglycol et la glycérine, sont utilisés depuis longtemps séparément dans les membranes, et l'acétate de cellulose a été combiné à un polyol, tel que des glycols, dans des compositions qui contiennent aussi un plastifiant ou solvant de l'acétate de cellulose, par exemple du type sulfolane, comme indiqué dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique N° 3532527. Cependant, on ne savait pas que la glycérine, qui n'est pas un solvant de l'acétate de cellulose à température ambiante, pouvait être utilisée, en combinaison avec des glycols choisis de faible poids moléculaire, pour la formation de fibres creuses résistantes ayant des caractéristiques modifiées de perméabilité par rapport à celles qui sont obtenues en présence d'un solvant du type sulfolane; de même, on ne savait pas que certaines proportions de glycérine dans ces compositions permettaient la modification et le réglage du transport du soluté de faible poids moléculaire à travers la paroi de la fibre, par rapport au transport d'eau à travers la même paroi. The three constituents, cellulose acetate, ethylene glycol and glycerin, have long been used separately in membranes, and cellulose acetate has been combined with a polyol, such as glycols, in compositions which also contain a plasticizer or solvent for cellulose acetate, for example of the sulfolane type, as indicated in the aforementioned patent of the United States of America No. 3532527. However, it was not known that glycerin, which is not a solvent for cellulose acetate at room temperature, could be used, in combination with selected glycols of low molecular weight, for the formation of resistant hollow fibers having modified permeability characteristics compared to those obtained in the presence of a sulfolane type solvent; similarly, it was not known that certain proportions of glycerin in these compositions allowed the modification and regulation of the transport of the low molecular weight solute through the wall of the fiber, compared to the transport of water through the same wall.
L'expression acétate de cellulose utilisée dans le présent mémoire désigne le diacétate de cellulose. Celui-ci, tel qu'il est disponible dans le commerce aux Etats-Unis d'Amérique, convient à l'utilisation selon l'invention et il est avantageux bien que des quantités déterminées de monoacétate et de triacétate puissent être présentes, par exemple jusqu'à 25% environ, des quantités plus faibles étant normalement présentes dans le diacétate de cellulose du commerce. The term cellulose acetate used herein refers to cellulose diacetate. This, as it is commercially available in the United States of America, is suitable for use according to the invention and it is advantageous although certain amounts of monoacetate and triacetate may be present, for example up to about 25%, smaller amounts being normally present in commercial cellulose diacetate.
Lorsque l'acétate de cellulose est dissous dans un solvant tel que le diméthylsulfoxyde, le sulfolane, le triéthylèneglycol ou d'autres glycols de faible poids moléculaire liquides à température ambiante, et lorsqu'il est filé par une filière classique en formant une mèche de fibres, les fibres individuelles ont tendance à coller ou à se souder lorsqu'elles sont prélevées sur une âme. De telles fibres, même lorsqu'elles sont refroidies en deçà du point de gélification et durcies sous forme de fibres solides, conservent une certaine quantité de solvant qui maintient apparemment des zones superficielles suffisamment molles pour qu'elles collent au cours du prélèvement. Jusqu'à présent, on a dû retirer le solvant de la fibre filée et refroidie avant le prélèvement et on a utilisé, à cet effet, un bain d'eau chaude assurant une lixiviation ou une séparation du solvant. On constate cependant que les fibres capillaires creuses, transmises juste après refroidissement dans un bain de lixiviation, soumettent les fibres à des impulsions importantes et provoquent un défaut d'uniformité de l'épaisseur des parois et du diamètre interne. On constate en outre, selon l'invention, que le soudage des fibres peut être évité, sans lixiviation avant prélèvement sur des âmes, par l'utilisation d'un glycol de faible poids moléculaire sous la forme d'un solvant de l'acétate de cellulose, modifié par les quantités spécifiées de glycérine. Apparemment, la glycérine réduit l'effet de ramollissement superficiel du glycol et les fibres peuvent être enroulées et même allongées et enroulées sur des âmes sous tension sans collage ou soudage. Les fibres filées résultantes ont une excellente uniformité d'épaisseur de paroi et de diamètre interne et elles peuvent être conservées indéfiniment à température ambiante sur des âmes, en vue d'un traitement ultérieur dans des reins artificiels. When cellulose acetate is dissolved in a solvent such as dimethylsulfoxide, sulfolane, triethylene glycol or other low molecular weight glycols which are liquid at room temperature, and when it is spun by a conventional die by forming a wick of fibers, individual fibers tend to stick or weld when taken from a core. Such fibers, even when cooled below the gelling point and hardened as solid fibers, retain a certain amount of solvent which apparently maintains superficial areas sufficiently soft to stick during the sampling. Hitherto, the solvent has had to be removed from the spun and cooled fiber before removal, and a hot water bath has been used for this purpose ensuring leaching or separation of the solvent. However, it is found that the hollow capillary fibers, transmitted just after cooling in a leaching bath, subject the fibers to large pulses and cause a defect in uniformity of the thickness of the walls and of the internal diameter. It is further noted, according to the invention, that the welding of the fibers can be avoided, without leaching before removal from cores, by the use of a low molecular weight glycol in the form of an acetate solvent cellulose, modified by the specified amounts of glycerin. Apparently, the glycerin reduces the surface softening effect of the glycol and the fibers can be wound and even stretched and wound on tensioned webs without gluing or welding. The resulting spun fibers have excellent uniformity in wall thickness and internal diameter and can be stored indefinitely at room temperature on cores for further processing in artificial kidneys.
La glycérine modifie aussi apparemment la gélification de l'acétate de cellulose lors du refroidissement, si bien que la porosité résultante de la paroi de la fibre est modifiée. Lorsque la glycérine est présente dans la composition filée, comme indiqué précédemment, une fibre gélifiée se forme et a une résistance suffisante pour conserver son intégrité et, pratiquement, son uniformité d'épaisseur de paroi et de diamètre interne lors de l'allongement ou de l'étirage à froid juste après gélification ou solidification, comme décrit en détail dans la suite en référence à l'étirage à froid. On note que, de façon surprenante, cet étirage à froid modifie aussi la porosité de la paroi de la fibre si bien que les solutés du sang, ayant un faible poids moléculaire, passent plus facilement à travers la paroi, en provenance du sang circulant à l'intérieur de la fibre, vers une solution de dialysat circulant à l'extérieur de la fibre. Une augmentation importante d'un Glycerin also apparently alters the gelling of cellulose acetate upon cooling, so that the resulting porosity of the fiber wall is altered. When the glycerin is present in the spun composition, as indicated above, a gelled fiber is formed and has sufficient strength to maintain its integrity and, practically, its uniformity in wall thickness and internal diameter during elongation or cold drawing immediately after gelation or solidification, as described in detail below with reference to cold drawing. It is noted that, surprisingly, this cold drawing also modifies the porosity of the wall of the fiber so that the blood solutes, having a low molecular weight, pass more easily through the wall, coming from the blood circulating at inside the fiber, to a dialysate solution flowing outside the fiber. A significant increase of one
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tel transport des solutés, c'est-à-dire des solutés dont le poids moléculaire peut atteindre 1400 et qui recouvrent l'urée, la créatinine, l'acide urique et d'autres corps tels que la vitamine B12 et d'autres vitamines, est obtenue sans augmentation du transport de l'eau à travers la même paroi de la fibre. Bien que le mécanisme de cette modification, à la suite de l'étirage à froid, ne soit pas parfaitement compris, on constate que l'importance de l'étirage à froid et la quantité de glycérine présente dans la composition de filage sont reliées et dépendent l'une de l'autre. De manière générale, lors de l'utilisation d'une composition qui contient de l'acétate de cellulose dissous dans un polyéthylèneglycol de poids moléculaire compris entre environ 150 et 600, avec au moins 2% environ de glycérine, une augmentation du transport des solutés du sang apparaît lorsque l'étirage à froid augmente jusqu'à 20% de la longueur de la fibre filée. Cette augmentation se poursuit lorsque la teneur en glycérine augmente, mais la relation n'est pas parfaitement linéaire; lorsque les proportions de glycérine dans la composition sont comprises entre 3 et 10% et lorsque celles de l'acétate de cellulose sont comprises entre 42 et 47% environ, le polyéthylèneglycol formant le reste, l'amélioration du rapport des transports du soluté et de l'eau est obtenue lorsque l'étirage à froid augmente jusqu'à 15% de la longueur des fibres filées et, pour 43 à 45% d'acétate de cellulose, on obtient d'excellents résultats pour 10% environ. L'augmentation maximale du rapport des transports de soluté et d'eau est obtenue avec les compositions comprises dans la zone avantageuse E, F, G, H de la fig. 1, et l'étirage optimal à froid peut être facilement déterminé pour la composition choisie à partir de quelques essais simples. such transport of solutes, that is to say solutes whose molecular weight can reach 1400 and which cover urea, creatinine, uric acid and other bodies such as vitamin B12 and other vitamins , is obtained without increasing the transport of water through the same fiber wall. Although the mechanism of this modification, following cold drawing, is not perfectly understood, it can be seen that the importance of cold drawing and the amount of glycerin present in the spinning composition are related and depend on each other. In general, when using a composition which contains cellulose acetate dissolved in a polyethylene glycol of molecular weight between about 150 and 600, with at least about 2% glycerin, an increase in the transport of solutes blood appears when cold drawing increases to 20% of the length of the spun fiber. This increase continues as the glycerin content increases, but the relationship is not perfectly linear; when the proportions of glycerin in the composition are between 3 and 10% and when those of the cellulose acetate are between about 42 and 47%, the polyethylene glycol forming the remainder, the improvement of the transport ratio of the solute and of water is obtained when the cold drawing increases to 15% of the length of the spun fibers and, for 43 to 45% of cellulose acetate, excellent results are obtained for approximately 10%. The maximum increase in the ratio of solute and water transport is obtained with the compositions included in the advantageous zone E, F, G, H of FIG. 1, and the optimum cold drawing can be easily determined for the composition chosen from a few simple tests.
On considère maintenant le traitement des fibres creuses à l'aide de la composition de filage à l'état fondu. We now consider the treatment of hollow fibers using the spinning composition in the molten state.
Comme indiqué sur la fig. 2, le procédé comprend la formation 10 de la composition précitée, le filage à l'état fondu de fibres creuses et leur refroidissement 12 à l'état gélifié et cohérent, puis l'allongement ou étirage à froid 14 des fibres. Celles-ci peuvent être stockées ou plusieurs mèches peuvent être consolidées en un faisceau de fibres ayant, par exemple, 3000 à 30 000 fibres, en vue d'un traitement ultérieur avant montage dans des reins artificiels. Les fibres d'un faisceau consolidé passent dans une cuve 16 de lixiviation qui retire le glycol et la glycérine, avec formation d'un faisceau de fibres creuses semi-perméables. Le faisceau attaqué est alors replastifié en 18 par une solution de glycérine dans de l'eau, l'excès de glycérine est retiré en 20 et les fibres subissent un séchage 22. Les fibres séchées constituent le produit 24 selon l'invention. As shown in fig. 2, the method comprises the formation 10 of the aforementioned composition, the spinning in the molten state of hollow fibers and their cooling 12 in the gelled and coherent state, then the elongation or cold drawing 14 of the fibers. These can be stored or several wicks can be consolidated into a bundle of fibers having, for example, 3000 to 30,000 fibers, for further processing before mounting in artificial kidneys. The fibers of a consolidated bundle pass through a leach tank 16 which removes the glycol and glycerin, with the formation of a bundle of semi-permeable hollow fibers. The attacked bundle is then replastized at 18 with a solution of glycerin in water, the excess glycerine is removed at 20 and the fibers are dried 22. The dried fibers constitute the product 24 according to the invention.
La formulation de la composition de filage peut être réalisée de toute manière commode à l'aide de l'appareillage classique de mélange, la caractéristique importante étant que le mélange suffise à l'obtention d'une grande uniformité. Par exemple, la poudre d'acétate de cellulose sèche est mélangée à une quantité pesée de polyéthylèneglycol et de glycérine dans un mélangeur Hobart à gradient élevé de cisaillement; le mélange est ensuite homogénéisé et remé-langé par introduction dans une extrudeuse à deux vis qui est chauffée, les deux vis tournant en sens inverses, la matière fondue extradée étant alors chassée par une filière ayant par exemple 16 à 32 trous, du type comprenant un dispositif classique d'alimentation par gaz qui est destiné à injecter un gaz dans l'âme de la matière extradée. Un gaz avantageux à cet effet est l'azote, mais d'autres gaz peuvent donner satisfaction, notamment l'anhydride carbonique, The formulation of the spinning composition can be carried out in any convenient manner using conventional mixing equipment, the important characteristic being that the mixing is sufficient to obtain great uniformity. For example, the dry cellulose acetate powder is mixed with a weighed amount of polyethylene glycol and glycerin in a Hobart mixer with high shear gradient; the mixture is then homogenized and remixed by introduction into a twin-screw extruder which is heated, the two screws rotating in opposite directions, the extruded molten material then being expelled by a die having for example 16 to 32 holes, of the type comprising a conventional gas supply device which is intended to inject a gas into the core of the extruded material. An advantageous gas for this purpose is nitrogen, but other gases can give satisfaction, in particular carbon dioxide,
l'air et d'autres gaz inofïensifs. La matière extradée provenant de la filière subit un refroidissement, par exemple dans un courant d'air de force et/ou de température variables, afin que la matière extradée subisse une gélification et une solidification sous forme de fibres cohérentes solides. Par exemple, les fibres ont une dimension capillaire, c'est-à-dire que leur diamètre interne est compris entre environ 150 et 300 (x, et leur paroi a une épaisseur de 20 à 50 jj.. Bien que les fibres selon l'invention conviennent particulièrement bien à l'hémodialyse dans les reins artificiels, les avantages du filage à sec et de la formation de fibres qui peuvent être prélevées sur des âmes de support sans lixiviation préalable sont aussi applicables aux fibres destinées à d'autres applications telles que l'ultrafiltration, etc. Ces autres fibres doivent avoir un diamètre externe compris entre environ 350 et 400 jjl, et une épaisseur de paroi comprise entre environ 10 et 80 (i. air and other harmless gases. The extruded material from the die undergoes cooling, for example in an air stream of variable force and / or temperature, so that the extruded material undergoes gelling and solidification in the form of solid coherent fibers. For example, the fibers have a capillary dimension, that is to say that their internal diameter is between approximately 150 and 300 (x, and their wall has a thickness of 20 to 50 dd. Although the fibers according to l are particularly suitable for hemodialysis in artificial kidneys, the advantages of dry spinning and the formation of fibers which can be taken from support cores without prior leaching are also applicable to fibers intended for other applications such as than ultrafiltration, etc. These other fibers must have an external diameter of between approximately 350 and 400 µm, and a wall thickness of between approximately 10 and 80 (i.
Au cours du procédé selon l'invention, la courte période qui suit la sortie de la matière extradée des orifices de la filière est très 5 importante pour l'obtention de la perméabilité voulue dans les fibres produites. Pendant cette période, la porosité et, ainsi, la perméabilité de la fibre sont déterminées à la fois par la vitesse de refroidissement et par l'allongement ou l'étirage à froid auquel les fibres sont soumises. La porosité, pour une composition donnée, augmente, During the process according to the invention, the short period following the exit of the material extruded from the orifices of the die is very important for obtaining the desired permeability in the fibers produced. During this period, the porosity and thus the permeability of the fiber are determined both by the cooling rate and by the cold stretching or drawing to which the fibers are subjected. The porosity, for a given composition, increases,
io pour une tension donnée régnant dans la fibre, par un refroidissement très important de la fibre fondue, compte tenu de la porosité obtenue après un refroidissement moins rapide ou une gélification plus lente de la matière extradée sous forme de fibres. L'augmentation de porosité obtenue par ce refroidissement a normalement un 15 effet sur l'aptitude de la fibre à transporter l'eau et peut être utilisée, le cas échéant, pour la modification ou la sélection préalable du débit d'ultrafiltration de la fibre résultante lorsqu'elle est utilisée dans une hémodialyse. L'augmentation du débit d'air à température ambiante sur la matière extradée permet de petits réglages de la porosité de la 20 fibre; de manière analogue, on peut obtenir un effet semblable par abaissement de la température de la matière de refroidissement, ou les deux paramètres peuvent être réglés afin que les conditions soient optimales. Il est avantageux que le refroidissement soit assuré par de l'air à température ambiante, et on obtient des résultats satisfaisants 25 industriellement sans refroidissement au-dessous de la température ambiante. io for a given tension prevailing in the fiber, by a very significant cooling of the molten fiber, taking into account the porosity obtained after a less rapid cooling or a slower gelling of the extruded material in the form of fibers. The increase in porosity obtained by this cooling normally has an effect on the ability of the fiber to transport water and can be used, if necessary, for the modification or prior selection of the ultrafiltration rate of the fiber. resulting when used in hemodialysis. The increase in the air flow rate at room temperature over the extruded material allows small adjustments to the porosity of the fiber; similarly, a similar effect can be obtained by lowering the temperature of the cooling material, or both parameters can be adjusted so that the conditions are optimal. It is advantageous for cooling to be ensured by air at room temperature, and industrially satisfactory results are obtained without cooling below room temperature.
L'allongement ou l'étirage à froid est réalisé de façon satisfaisante par passage des fibres extradées et solidifiées sur une série de rouleaux, ou des séries distantes de rouleaux, par exemple des 30 rouleaux Godet ; l'étirage à froid voulu peut être obtenu par réglage de la vitesse de rotation du second rouleau ou du second groupe de rouleaux, suivant l'axe de circulation des fibres. Une bonne corrélation entre le degré d'étirage à froid des fibres et la vitesse mesurée ou préréglée de rotation du jeu aval de rouleaux est habituellement 35 obtenue et, pour un pourcentage particulier voulu d'étirage à froid, il suffit que la vitesse de rotation du jeu aval de rouleaux soit réglée avec précision par rapport à celle du jeu amont de rouleaux. Le prélèvement ou l'enroulement des fibres étirées à froid ou allongées sur des âmes ou des rouleaux peut être réalisé avec des bobinoirs .40 disponibles dans le commerce, tels que des bobinoirs Leesona, en prenant soin qu'une légère tension soit appliquée aux fibres pendant le prélèvement. The elongation or cold drawing is carried out satisfactorily by passing the extruded and solidified fibers over a series of rollers, or distant series of rollers, for example Bucket rolls; the desired cold drawing can be obtained by adjusting the speed of rotation of the second roller or of the second group of rollers, along the axis of circulation of the fibers. A good correlation between the degree of cold drawing of the fibers and the measured or preset speed of rotation of the downstream set of rollers is usually obtained and, for a particular desired percentage of cold drawing, it is sufficient that the speed of rotation of the downstream set of rollers is precisely adjusted with respect to that of the upstream set of rollers. Sampling or winding of cold drawn or elongated fibers on webs or rollers can be carried out with commercially available .40 winders, such as Leesona winders, taking care that a slight tension is applied to the fibers during collection.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, plusieurs rouleaux ou âmes de fibres étirées à froid sont montés afin que 45 plusieurs mèches de fibres passent dans un dispositif classique de rassemblement qui forme un faisceau consolidé, les fibres consolidées subissant alors une lixiviation qui retire la glycérine et le polyéthylèneglycol. Le traitement de lixiviation peut être mis en œuvre de toute manière commode, par exemple par passage du faisceau de 50 fibres dans un bain d'un solvant choisi, ou par immersion de façon semi-continue des âmes ou rouleaux dans un tel solvant. Le solvant de lixiviation peut être choisi parmi les matières qui constituent de bons solvants pour le plastifiant et la glycérine et de mauvais solvants pour l'acétate de cellulose, l'eau étant avantageuse. On utilise de 55 façon satisfaisante des solutions aqueuses, des alcools ou des combinaisons, par exemple du méthanol, de l'éthanol, du propanol et leurs mélanges, les solutions aqueuses diluées de sulfate de sodium, de sulfate de magnésium et le chlorure de sodium. La lixiviation peut être réalisée à température ambiante ou plus élevée, les températures 60 supérieures à la température ambiante étant recommandées jusqu'à 80 à 90° C par exemple. Le procédé le plus avantageux de lixiviation met en œuvre un bain primaire et un bain secondaire de lixiviation, le premier ayant une température supérieure à la température ambiante et de préférence comprise entre 80 et 90° C, les fibres y restant 65 pendant 5 à 30 s, alors que la lixiviation secondaire dure 1 à 10 min et de préférence 2 à 4 min à température ambiante. A titre de directive pour la sélection de la température optimale de la lixiviation primaire destinée à donner des fibres ayant le débit voulu de transport d'eau, In an advantageous embodiment of the invention, several rolls or cores of cold-drawn fibers are mounted so that several strands of fibers pass through a conventional gathering device which forms a consolidated bundle, the consolidated fibers then undergoing leaching which removes glycerin and polyethylene glycol. The leaching treatment can be carried out in any convenient manner, for example by passing the bundle of 50 fibers through a bath of a chosen solvent, or by semi-continuous immersion of the cores or rolls in such a solvent. The leaching solvent can be chosen from the materials which constitute good solvents for the plasticizer and glycerin and bad solvents for cellulose acetate, water being advantageous. Aqueous solutions, alcohols or combinations, for example methanol, ethanol, propanol and mixtures thereof, dilute aqueous solutions of sodium sulfate, magnesium sulfate and sodium chloride are used satisfactorily . Leaching can be carried out at room temperature or higher, temperatures 60 above room temperature being recommended up to 80 to 90 ° C for example. The most advantageous leaching process uses a primary bath and a secondary leaching bath, the former having a temperature above room temperature and preferably between 80 and 90 ° C, the fibers remaining there 65 for 5 to 30 s, while the secondary leaching lasts 1 to 10 min and preferably 2 to 4 min at room temperature. As a guideline for the selection of the optimal temperature of the primary leaching intended to give fibers having the desired flow rate of water transport,
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on constate que, lorsque le pourcentage d'acétate de cellulose passe de 41 à 50%, le débit de transport d'eau, par rapport aux fibres de cellulose, diminue plus lentement lorsque la température de la matière de lixiviation passe d'environ 20 à environ 80° C. L'augmentation de la température de lixiviation entre environ 50 et 90° C a tendance à accentuer la perméabilité des fibres au transport de l'urée, de la créatinine et d'autres solutés à faible poids moléculaire, jusqu'à la vitamine B12 incluse. it is noted that, when the percentage of cellulose acetate goes from 41 to 50%, the water transport rate, compared to the cellulose fibers, decreases more slowly when the temperature of the leaching material goes from about 20 at about 80 ° C. Increasing the leaching temperature between about 50 and 90 ° C tends to increase the permeability of fibers to transport urea, creatinine and other low molecular weight solutes, up to 'with vitamin B12 included.
Lorsque les fibres ont subi la lixiviation et lorsque la perméabilité voulue a été établie, la conversion des fibres sous forme sèche nécessite une nouvelle plastification par la glycérine ou un composé équivalent. Cette nouvelle plastification est de préférence réalisée avec une solution d'eau et de glycérine qui peut contenir, de façon satisfaisante, environ 30 à 60% de glycérine en poids, de bons résultats étant obtenus avec une solution aqueuse à 50% de glycérine. When the fibers have been leached and when the desired permeability has been established, the conversion of the fibers to dry form requires further plasticization with glycerine or an equivalent compound. This new plasticization is preferably carried out with a solution of water and glycerin which can contain, satisfactorily, about 30 to 60% of glycerin by weight, good results being obtained with an aqueous solution of 50% of glycerin.
Par exemple, à titre de directive, lorsque la glycérine de la solution de replastification a une concentration qui diminue au-dessous de 50% environ, le débit de transport d'eau diminue aussi. Comme indiqué sur la fig. 2, après replastification, les fibres peuvent subir un séchage par passage dans une étuve classique de séchage ou de toute autre manière, par exemple par retrait sous vide. Une partie de la glycérine peut aussi être éventuellement retirée par circulation forcée d'air, le faisceau de fibres passant au niveau d'un jeu de l'âme d'air placée en regard, à des pressions et pendant des temps qui provoquent la réduction de la teneur en glycérine présente dans la fibre. Lorsque la glycérine est réduite par séchage, ou sous vide, ou par augmentation de la pression d'air de soufflage d'environ 0,07 à 0,42 bar, il apparaît une réduction des capacités de transport d'eau et de soluté dans les fibres résultantes. Par exemple, des conditions satisfaisantes pour le séchage sont de 40 à 80° C environ, pendant 1 à 6 min; pour des temps de séchage plus longs, au-delà de 60°C, les débits de transport du soluté diminuent et on doit donc utiliser des températures plus basses afin que le rapport du transport du soluté à l'eau retirée pendant l'hémodialyse par intermittence soit optimal. For example, as a guideline, when the glycerin in the replastification solution has a concentration that decreases below about 50%, the water transport rate also decreases. As shown in fig. 2, after replastification, the fibers can be dried by passing them through a conventional drying oven or in any other way, for example by vacuum removal. A part of the glycerin can also possibly be removed by forced circulation of air, the bundle of fibers passing through a clearance of the air core placed opposite, at pressures and for times which cause the reduction of the glycerin content present in the fiber. When the glycerin is reduced by drying, or under vacuum, or by increasing the supply air pressure from approximately 0.07 to 0.42 bar, there appears to be a reduction in the water and solute transport capacities in the resulting fibers. For example, satisfactory conditions for drying are approximately 40 to 80 ° C, for 1 to 6 min; for longer drying times, above 60 ° C, the solute transport rates decrease and therefore lower temperatures must be used so that the ratio of solute transport to water removed during hemodialysis by intermittence is optimal.
Les fibres creuses d'acétate de cellulose selon l'invention, qui peuvent être formées à l'aide des compositions précitées de filage à l'état fondu, au cours des étapes indiquées et avec les conditions indiquées, possèdent une combinaison de propriétés de transport d'eau et de transport de soluté qui les distingue des fibres creuses connues d'acétate de cellulose. Les propriétés déterminantes des fibres selon l'invention sont indiquées le plus commodément sous forme de coefficients. La perméabilité de transport d'eau est exprimée sous forme du coefficient d'ultrafiltration KUFR, et ce coefficient est compris entre environ 2 et 6 mm/h • m2 • Torr de différence de pression entre les deux faces de la membrane. Le coefficient KUFR représente un nombre correspondant à l'aptitude de la fibre semi-perméable à transmettre l'eau par unité de pression du gradient dans la zone efficace de la membrane. Cette zone efficace représente la partie exposée de la paroi semi-perméable des fibres creuses au contact du fluide et qui permet le transport de l'eau, par exemple, par mètre carré ou par toute autre unité de surface. The hollow fibers of cellulose acetate according to the invention, which can be formed using the above-mentioned melt spinning compositions, during the indicated steps and with the conditions indicated, have a combination of transport properties water and solute transport which distinguishes them from the known hollow fibers of cellulose acetate. The determining properties of the fibers according to the invention are most conveniently indicated in the form of coefficients. The permeability of water transport is expressed in the form of the ultrafiltration coefficient KUFR, and this coefficient is between approximately 2 and 6 mm / h • m2 • Torr of pressure difference between the two faces of the membrane. The KUFR coefficient represents a number corresponding to the ability of the semi-permeable fiber to transmit water per unit pressure of the gradient in the effective area of the membrane. This effective zone represents the exposed part of the semi-permeable wall of the hollow fibers in contact with the fluid and which allows the transport of water, for example, per square meter or any other surface unit.
La perméabilité de transport du soluté est exprimée par le coefficient de transfert de masse globale par diffusion ou de dialyse de la membrane Km. Ce coefficient est un nombre représentatif de l'aptitude de la fibre semi-perméable d'acétate de cellulose à séparer un constituant dissous, ou soluté, dans un fluide placé d'un côté de la paroi semi-perméable de la fibre, et à transporter ou laisser passer ce constituant vers un autre fluide qui est au contact de l'autre face de la même paroi, en fonction de la surface efficace de la membrane semi-perméable et de la concentration du soluté dans les deux fluides placés de part et d'autre de la paroi. Bien que le débit de transport du soluté du sang au dialysat soit extrêmement important comme paramètre limitant qui détermine le temps minimal nécessaire à une hémodialyse complète avec le rein artificiel contenant les fibres creuses d'acétate de cellulose selon l'invention, et bien que le débit puisse être déterminé à partir des décharges de chaque soluté, The transport permeability of the solute is expressed by the overall mass transfer coefficient by diffusion or dialysis of the membrane Km. This coefficient is a number representative of the ability of the semi-permeable cellulose acetate fiber to separate a constituent dissolved, or solute, in a fluid placed on one side of the semi-permeable wall of the fiber, and to transport or allow this constituent to pass to another fluid which is in contact with the other face of the same wall, as a function of the effective surface of the semi-permeable membrane and of the concentration of the solute in the two fluids placed on either side of the wall. Although the transport rate of the solute from the blood to the dialysate is extremely important as a limiting parameter which determines the minimum time necessary for complete hemodialysis with the artificial kidney containing the hollow fibers of cellulose acetate according to the invention, and although the flow can be determined from the discharges of each solute,
exprimé en centimètres cubes de soluté par minute, le coefficient Km représente un nombre indiquant l'aptitude de la fibre à transmettre les solutés en fonction de leur masse ou de leur dimension moléculaire, Km étant exprimé en centimètres par minute. La décharge représente un nombre KrU dans le cas de la décharge d'urée rénale, ou KrCr pour la décharge de créatinine rénale, en centimètres cubes s par minute, comme indiqué au chapitre 41 dans le volume 2 de l'ouvrage de Frank A. Gotch, «The Kidney». Dans le cas des fibres excellentes selon l'invention, le coefficient de la membrane pour l'urée (Kurée) correspond à une plage de 0,015 à 0,045 cm/min environ, le coefficient de la membrane pour la créatinine (Kreatinine) io est compris entre environ 0,013 et 0,027 cm/min, et le coefficient de la membrane pour la vitamine B12 (KBi2) est compris entre environ 0,002 et 0,005 cm/min. Le rapport du coefficient de dialyse de la membrane Km au coefficient d'ultrafiltration KUFR dépasse 3/1 environ, étant donné les plages indiquées pour les coefficients précités 15 et les unités données pour chacun. expressed in cubic centimeters of solute per minute, the coefficient Km represents a number indicating the ability of the fiber to transmit solutes according to their mass or their molecular size, Km being expressed in centimeters per minute. The discharge represents a KrU number in the case of renal urea discharge, or KrCr for the renal creatinine discharge, in cubic centimeters s per minute, as indicated in chapter 41 in volume 2 of the book by Frank A. Gotch, "The Kidney". In the case of the excellent fibers according to the invention, the coefficient of the membrane for urea (Kurée) corresponds to a range of approximately 0.015 to 0.045 cm / min, the coefficient of the membrane for creatinine (Kreatinine) is included. between about 0.013 and 0.027 cm / min, and the membrane coefficient for vitamin B12 (KBi2) is between about 0.002 and 0.005 cm / min. The ratio of the dialysis coefficient of the membrane Km to the ultrafiltration coefficient KUFR exceeds approximately 3/1, given the ranges indicated for the aforementioned coefficients 15 and the units given for each.
Dans le cas de l'hémodialyse, la combinaison la plus avantageuse de propriétés de transport d'eau et de soluté correspond à une valeur de Kufr comprise entre environ 3 et 5 cm3/h • m2 • Torr, avec un coefficient Kurée supérieur à environ 0,20 cm/min et un rapport Kurée/ 20 Kufr supérieur à 5/1. De telles fibres rendent possible la construction de reins artificiels du type général fabriqué par Cordis Dow Corp. qui réduit notablement le temps nécessaire au traitement d'hémodialyse, et donne une grande souplesse et une grande facilité de réglage au cours de l'hémodialyse par rapport aux reins artificiels 25 à fibres creuses du commerce, ayant des fibres du type fabriqué par le procédé décrit dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique N° 3546209. Par rapport à de tels reins artificiels qui donnent un coefficient KUFR inférieur à 1 mm/h • m2 • Torr, lors d'un fonctionnement à température ambiante, le débit du retrait d'eau du sang 30 dialysé par les reins artificiels, pour une même surface efficace et avec les fibres d'acétate de cellulose selon l'invention, dans des conditions analogues, est supérieur de 2 à 6 fois. Bien qu'un coefficient KUFR dépassant 6 environ puisse nécessiter le remplacement d'une partie de l'eau retirée avant que le traitement atteigne la teneur prédéterminée 35 en eau à la fin de l'hémodialyse, une augmentation de la vitesse de retrait de l'eau présente certains avantages quant à la facilité et à la souplesse du réglage au cours de la dialyse. En outre, les reins artificiels ayant des fibres d'acétate de cellulose, dont les coefficients de transport de soluté ont les valeurs indiquées par mètre carré, 40 permettent un retrait plus rapide des solutés du sang tels que l'urée, la créatinine, l'acide urique, etc. Par exemple, les reins artificiels ayant 1 m2 de surface efficace de fibres d'acétate de cellulose selon l'invention, ayant les coefficients compris dans la plage indiquée, donnent par exemple une décharge d'urée comprise entre environ 100 45 et 165 cm3/min, une décharge de créatinine comprise entre environ 80 et 135 cm3/min et une décharge de vitamine B12 comprise entre environ 15 et 45 cm3 /min. In the case of hemodialysis, the most advantageous combination of water and solute transport properties corresponds to a Kufr value of between approximately 3 and 5 cm3 / h • m2 • Torr, with a Kurée coefficient greater than approximately 0.20 cm / min and a Kurée / 20 Kufr ratio greater than 5/1. Such fibers make possible the construction of artificial kidneys of the general type manufactured by Cordis Dow Corp. which significantly reduces the time required for hemodialysis treatment, and provides great flexibility and ease of adjustment during hemodialysis compared to commercial hollow fiber artificial kidneys having fibers of the type manufactured by the process described in the aforementioned patent of the United States of America No. 3546209. Compared to such artificial kidneys which give a KUFR coefficient of less than 1 mm / h • m2 • Torr, when operating at room temperature, the flow of the withdrawal of water from the dialyzed blood by the artificial kidneys, for the same effective surface and with the cellulose acetate fibers according to the invention, under analogous conditions, is greater by 2 to 6 times. Although a KUFR coefficient greater than about 6 may require replacement of some of the water removed before treatment reaches the predetermined water content at the end of hemodialysis, an increase in the rate of withdrawal of Water has certain advantages in terms of ease and flexibility of adjustment during dialysis. In addition, artificial kidneys with cellulose acetate fibers, whose solute transport coefficients have the values indicated per square meter, 40 allow faster removal of solutes from the blood such as urea, creatinine, l uric acid, etc. For example, the artificial kidneys having 1 m2 of effective surface area of cellulose acetate fibers according to the invention, having the coefficients included in the range indicated, give for example a discharge of urea of between approximately 100 45 and 165 cm 3 / min, a creatinine discharge of between approximately 80 and 135 cm3 / min and a vitamin B12 discharge of between approximately 15 and 45 cm3 / min.
L'invention concerne toute une plage de compositions de filage et des paramètres variables de traitement dans les étapes utilisées pour s» la fabrication des fibres, si bien que la sélection préalable et la fabrication des fibres d'acétate de cellulose ayant des coefficients optimaux Kufr et Km sont relativement faciles, les fibres pouvant former des reins artificiels de valeur prédéterminée, satisfaisant au critère particulier posé par le traitement des patients. L'utilisation de 55 compositions particulières de filage à l'état fondu et la sélection de conditions convenables de traitement permettent la formation relativement facile des fibres d'acétate de cellulose selon l'invention, possédant simultanément les débits voulus de retrait d'eau et de soluté, dans les plages indiquées précédemment. Ainsi, les fibres selon «c l'invention permettent la fabrication facile et commode d'une famille de reins artificiels ayant des débits réglés et prédéterminés assurant le retrait d'eau et de soluté au cours d'une hémodialyse. The invention relates to a whole range of spinning compositions and variable processing parameters in the stages used for the manufacture of the fibers, so that the prior selection and manufacture of the cellulose acetate fibers having optimal coefficients Kufr and Km are relatively easy, the fibers being able to form artificial kidneys of predetermined value, satisfying the particular criterion posed by the treatment of patients. The use of 55 particular melt spinning compositions and the selection of suitable processing conditions allow the relatively easy formation of the cellulose acetate fibers according to the invention, simultaneously having the desired flow rates of water withdrawal and of solute, in the ranges indicated above. Thus, the fibers according to “c the invention allow the easy and convenient manufacture of a family of artificial kidneys having regulated and predetermined flow rates ensuring the removal of water and solute during hemodialysis.
Les exemples qui suivent concernent les fibres d'acétate de cellulose selon l'invention et indiquent les effets sur les coefficients KUFR 65 et Km de la composition de filage, ainsi que de l'étirage à froid auquel les fibres sont soumises au cours du traitement. Ces exemples indiquent aussi les propriétés de transport des fibres qui caractérisent les fibres selon l'invention. The examples which follow relate to the cellulose acetate fibers according to the invention and indicate the effects on the KUFR 65 and Km coefficients of the spinning composition, as well as of the cold drawing to which the fibers are subjected during the treatment. . These examples also indicate the fiber transport properties which characterize the fibers according to the invention.
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Exemples 1 à9: Examples 1 to 9:
On prépare trois lots de fibres d'acétate de cellulose avec des compositions différentes de filage à l'état fondu. La première composition contient, en pourcentages pondéraux, 43% d'acétate de cellulose et 57% de polyéthylèneglycol ayant un poids moléculaire d'environ 400, la seconde composition contient 43% d'acétate de cellulose, 50% de polyéthylèneglycol ayant un poids moléculaire d'environ 400 et 7% de glycérine, et la troisième composition contient 43% d'acétate de cellulose, 39% de polyéthylèneglycol de poids moléculaire de l'ordre de 400 et 18% de glycérine. On utilise la même matière à base d'acétate de cellulose pour les trois compositions, cette matière étant disponible auprès de Eastman Chemical Products, Inc., Kingsport, Tennessee, sous la référence CA-400-25, cet acétate de cellulose ayant une teneur en acétyle approximative de 39,9%, déterminée selon la norme ASTM D-871-72, la viscosité déterminée par chute d'une bille étant de 17 à 35 s, selon la norme ASTM D-1343. Le polyéthylèneglycol de chacune des compositions est de la qualité USP PEG E-400 de The Dow Chemical Compagny, et la glycérine est de la qualité USP de The Dow Chemical Company, Midland, Michigan. Three batches of cellulose acetate fibers are prepared with different melt spinning compositions. The first composition contains, in percentages by weight, 43% of cellulose acetate and 57% of polyethylene glycol having a molecular weight of approximately 400, the second composition contains 43% of cellulose acetate, 50% of polyethylene glycol having a molecular weight about 400 and 7% glycerin, and the third composition contains 43% cellulose acetate, 39% polyethylene glycol of molecular weight of the order of 400 and 18% glycerin. The same material based on cellulose acetate is used for the three compositions, this material being available from Eastman Chemical Products, Inc., Kingsport, Tennessee, under the reference CA-400-25, this cellulose acetate having a content in approximate acetyl of 39.9%, determined according to standard ASTM D-871-72, the viscosity determined by falling of a ball being from 17 to 35 s, according to standard ASTM D-1343. The polyethylene glycol of each of the compositions is of USP PEG E-400 quality from The Dow Chemical Company, and the glycerin is of USP quality of The Dow Chemical Company, Midland, Michigan.
On prépare chaque lot par mélange poussé d'acétate de cellulose en poudre avec le polyéthylèneglycol et avec la glycérine, dans un mélangeur normalisé Hobart de laboratoire, avec addition lente des ingrédients liquides lorsque la palette du mélangeur tourne. Après mélange uniforme, on introduit la matière dans la zone d'alimentation d'une extrudeuse chauffée, maintenue à 200° C environ, et on chasse la masse extrudée dans une filière à nombreux orifices montée afin que de l'air soit introduit par le centre de chaque filière, si bien qu'il se forme des fibres creuses. Each batch is prepared by thorough mixing of powdered cellulose acetate with polyethylene glycol and with glycerine, in a standardized Hobart laboratory mixer, with slow addition of the liquid ingredients when the paddle of the mixer is rotating. After uniform mixing, the material is introduced into the feed zone of a heated extruder, maintained at approximately 200 ° C., and the extruded mass is expelled in a die with numerous orifices mounted so that air is introduced through the center of each die, so that hollow fibers are formed.
On prépare trois bobines de fibres à partir de chacun des lots par variation des conditions de prélèvement au cours du filage et de l'enroulement. On forme une première bobine de fibres, n'ayant pas de formage à froid ou d'allongement, par passage des fibres dans l'air vers un premier et un second jeu de rouleaux tournant à la même vitesse. On forme une seconde bobine de fibres par réglage de la vitesse du second jeu de rouleaux à une valeur qui dépasse de 10% celle du premier jeu de rouleaux, la troisième bobine étant formée lorsque le second jeu de rouleaux a une vitesse supérieure de 20% à celle du premier jeu. Three spools of fibers are prepared from each of the batches by varying the sampling conditions during spinning and winding. A first spool of fibers, having no cold forming or elongation, is formed by passing the fibers through the air to a first and a second set of rollers rotating at the same speed. A second spool of fibers is formed by adjusting the speed of the second set of rollers to a value which is 10% higher than that of the first set of rollers, the third spool being formed when the second set of rollers has a higher speed of 20% to that of the first game.
Les neuf bobines de fibres ainsi formées sont utilisées pour la détermination des coefficients de transport d'eau et d'urée dans un appareil d'essai de laboratoire, à partir des fibres décrites. L'appareil d'essai comprend un réservoir de fluide ayant un agitateur magnétique, un becher d'essai de dialyseur ayant un agitateur magnétique, une plaque formant couvercle supérieur ayant des connecteurs et des raccords sous pression destinés à coopérer avec les extrémités des manchons de fermeture fixés à chaque extrémité d'un faisceau de fibres contenant 160 à 192 fibres par faisceau. Le faisceau est replié en U, placé dans le becher et est relié à la plaque de fermeture; un manchon est relié à une canalisation de fluide et à une pompe qui est elle-même reliée à une canalisation qui rejoint le réservoir, alors que l'autre manchon est relié par une canalisation de retour au réservoir, si bien que le fluide de ce dernier peut être pompé à une pression réglable par les lumières des fibres qui se trouvent dans le becher de dialyse. Ce becher a aussi des raccords d'entrée et de sortie de dialysat et, lors de l'essai, les fibres sont immergées dans une mare agitée d'eau pour l'essai KUFR ou d'une solution eau/urée, placée autour des filtres pour l'essai Kurée. The nine spools of fibers thus formed are used for the determination of the transport coefficients of water and urea in a laboratory test apparatus, from the fibers described. The testing apparatus includes a fluid reservoir having a magnetic stirrer, a dialyzer test beaker having a magnetic stirrer, an upper cover plate having connectors and pressure fittings intended to cooperate with the ends of the sleeves. closure attached to each end of a bundle of fibers containing 160 to 192 fibers per bundle. The beam is folded in a U, placed in the beaker and is connected to the closing plate; one sleeve is connected to a fluid line and to a pump which is itself connected to a line which joins the reservoir, while the other sleeve is connected by a return line to the reservoir, so that the fluid of this the latter can be pumped at an adjustable pressure through the lumens of the fibers found in the dialysis beaker. This beaker also has dialysate inlet and outlet connections and, during the test, the fibers are immersed in a stirred pool of water for the KUFR test or of a water / urea solution, placed around the filters for the Kurée test.
Le coefficient KUFR de transport d'eau est déterminé par pompage d'eau sous pression dans les fibres et mesure de l'augmentation du volume d'eau à l'extérieur des fibres dans le becher, les essais étant réalisés à 21° C. Le coefficient KUFR est alors calculé pour chaque essai, pour les fibres indiquées dans le tableau I, en centimètres cubes par mètre carré par heure et par Torr de différence de pression, comme indiqué dans le tableau II. The KUFR coefficient of water transport is determined by pumping water under pressure in the fibers and measuring the increase in the volume of water outside the fibers in the beaker, the tests being carried out at 21 ° C. The KUFR coefficient is then calculated for each test, for the fibers indicated in Table I, in cubic centimeters per square meter per hour and per Torr of pressure difference, as indicated in Table II.
Le coefficient Kurée pour l'urée est déterminé par disposition d'eau dans le réservoir d'alimentation et par pompage de cette eau dans les lumières des fibres, le liquide entourant les fibres, dans le becher de dialyse, étant initialement une solution d'urée dans de l'eau. Les mesures sont réalisées pour la détermination de la concentration de l'urée dans le fluide qui reciTcule, à certains intervalles. The Kurée coefficient for urea is determined by the arrangement of water in the supply tank and by pumping this water into the lumens of the fibers, the liquid surrounding the fibers in the dialysis beaker being initially a solution of urea in water. Measurements are made to determine the concentration of urea in the flowing fluid, at certain intervals.
Les essais sont réalisés à 21°C et il n'y a pas de différence de pression de part et d'autre de la paroi des fibres au cours des essais. Le coefficient Kurée est déterminé compte tenu de la différence des concentrations d'urée dans le réservoir d'alimentation et dans le becher, à l'extérieur des fibres, en fonction du temps et de la surface des fibres, suivant l'équation: The tests are carried out at 21 ° C. and there is no difference in pressure on either side of the wall of the fibers during the tests. The Kurée coefficient is determined taking into account the difference in the urea concentrations in the feed tank and in the beaker, outside the fibers, as a function of the time and the surface of the fibers, according to the equation:
N=KuréeA(C,-C2) N = KuréeA (C, -C2)
dans laquelle N représente le flux à travers la membrane, en mol/min, Ct représente la concentration initiale de l'urée, C2 la concentration finale ou mesurée de l'urée et A la surface de membrane ou de paroi des fibres entre les deux solutions. in which N represents the flow through the membrane, in mol / min, Ct represents the initial concentration of urea, C2 the final or measured concentration of urea and A the surface of the membrane or wall of the fibers between the two solutions.
Dans un système à deux chambres, en l'absence d'une différence de pression ou d'une ultrafiltration résultante, le transfert d'urée à travers la paroi de la membrane peut être intégré dans un intervalle de temps t et on a l'équation: In a two-chamber system, in the absence of a pressure difference or of a resultant ultrafiltration, the transfer of urea through the wall of the membrane can be integrated in a time interval t and there is the equation:
RCi-Qj) t=0~l R^+V,) J ^(C.-Cjtj |_ (V,v2) 'A]Kurée dans laquelle V! est le volume de la solution du réservoir d'alimentation et V2 celui de la solution dans le becher de dialyse. Au cours des essais, les volumes Vt et V2 et la surface A sont des constantes, si bien que le relevé des valeurs des deux côtés de l'équation intégrée donne une droite, la pente permettant le calcul de Kuiée en centimètres par minute. Les valeurs ainsi obtenues pour les neuf lots de fibres sont indiquées dans le tableau II, dans la colonne donnant Kurée. RCi-Qj) t = 0 ~ l R ^ + V,) J ^ (C.-Cjtj | _ (V, v2) 'A] Kurée in which V! Is the volume of the solution of the supply tank and V2 that of the solution in the dialysis beaker. During the tests, the volumes Vt and V2 and the surface A are constants, so that the reading of the values on both sides of the integrated equation gives a straight line, the slope allowing the calculation of Kuiée in centimeters per minute The values thus obtained for the nine batches of fibers are indicated in Table II, in the column giving Kurée.
Tableau I Table I
Composition de filage Spinning composition
Dimension des fibres: diamètre interne fr) Fiber size: internal diameter fr)
Dimension des fibres: diamètre externe (f*) Fiber size: external diameter (f *)
Epaisseur moyenne de paroi Average wall thickness
(V) (V)
Lot N° 1 Lot N ° 1
43% polymère (CA-400-25) 43% polymer (CA-400-25)
57% plastifiant (PEG-E-400) 57% plasticizer (PEG-E-400)
179 179
260 260
40,5 40.5
Lot N° 2 Lot N ° 2
43% polymère (CA-400-25) 43% polymer (CA-400-25)
50% plastifiant (PEG-E-400) 50% plasticizer (PEG-E-400)
7% plastifiant (glycérine) 7% plasticizer (glycerin)
185 185
260 260
37,5 37.5
Lot N° 3 Lot N ° 3
43% polymère 43% polymer
(CA-400-25) 39% plastifiant (PEG-E-400) (CA-400-25) 39% plasticizer (PEG-E-400)
18% plastifiant (glycérine) 18% plasticizer (glycerin)
174 174
253 253
39,5 39.5
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
7 632536 7 632536
Tableau I ( suite) Table I (continued)
Composition de filage Spinning composition
Dimension des fibres: diamètre interne Fiber size: internal diameter
(n) (not)
Dimension des fibres: diamètre externe w Fiber size: external diameter w
Epaisseur moyenne de paroi Average wall thickness
W W
Lot No 1 Lot No 1
43% polymère (CA-400-25) 43% polymer (CA-400-25)
57% plastifiant (PEG-E-400) 57% plasticizer (PEG-E-400)
180 180
261 261
40,5 40.5
Lot N° 2 Lot N ° 2
43% polymère 43% polymer
(CA-400-25) 50% plastifiant (PEG-E-400) (CA-400-25) 50% plasticizer (PEG-E-400)
7% plastifiant (glycérine) 7% plasticizer (glycerin)
193 193
273 273
40,0 40.0
Lot No 3 Lot No 3
43% polymère 43% polymer
(CA-400-25) 39% plastifiant (PEG-E-400) (CA-400-25) 39% plasticizer (PEG-E-400)
18% plastifiant (glycérine) 18% plasticizer (glycerin)
213 213
282 282
34,5 34.5
Lot Noi Lot Noi
43% polymère (CA-400-25) 43% polymer (CA-400-25)
57% plastifiant (PEG-E-400) 57% plasticizer (PEG-E-400)
180 180
264 264
42,0 42.0
Lot No 2 Lot No 2
43% polymère 43% polymer
(CA-400-25) 50% plastifiant (PEG-E-400) (CA-400-25) 50% plasticizer (PEG-E-400)
7% plastifiant (glycérine) 7% plasticizer (glycerin)
195 195
274 274
39,5 39.5
Lot No 3 Lot No 3
43% polymère 43% polymer
(CA-400-25) 39% plastifiant (PEG-E-400) (CA-400-25) 39% plasticizer (PEG-E-400)
18% plastifiant (glycérine) 18% plasticizer (glycerin)
224 224
297 297
36,5 36.5
632536 632536
Tableau li Table li
Etirage 0% 0% stretch
Etirage 10% Draw 10%
Etirage 20% 20% stretch
Composition de filage Spinning composition
Kufr cm3 Kufr cm3
^urée cm ^ urea cm
^urée kufr cm3 ^ urea kufr cm3
K-urjg cm K-urjg cm
KUrée kufr cm3 KUrea kufr cm3
r , "■uree cm r, "■ uree cm
Kurée cm3/h-m2 -Torr min10"3 Kurée cm3 / h-m2 -Torr min10 "3
kufr cm3/h • m2 • Torr min10"3 kufr cm3 / h • m2 • Torr min10 "3
kufr cm3/h-m2-Torr min10"3 kufr cm3 / h-m2-Torr min10 "3
kufr kufr
Lot N° 1 Lot N ° 1
43% polymère (CA-400-25) 43% polymer (CA-400-25)
57% plastifiant (PEG-E-400) 57% plasticizer (PEG-E-400)
6,01 6.01
22,95 22.95
3,82 3.82
6,33 6.33
21,92 21.92
3,46 3.46
7,20 7.20
24,74 24.74
3,44 3.44
Lot No 2 Lot No 2
43% polymère (CA-400-25) 43% polymer (CA-400-25)
50% plastifiant (PEG-E-400) 50% plasticizer (PEG-E-400)
7% plastifiant (glycérine) 7% plasticizer (glycerin)
5,18 5.18
23,29 23.29
4,49 4.49
4,64 4.64
25,3 25.3
5,45 5.45
4,14 4.14
22,90 22.90
5,53 5.53
Lot No 3 Lot No 3
43% polymère (CA-400-25) 43% polymer (CA-400-25)
39% plastifiant (PEG-E-400) 39% plasticizer (PEG-E-400)
18% plastifiant (glycérine) 18% plasticizer (glycerin)
4,61 4.61
17,48 17.48
3,79 3.79
5,04 5.04
17,92 17.92
3,55 3.55
4,93 4.93
18,19 18.19
3,69 3.69
R R
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PFA | Name/firm changed |
Owner name: CD MEDICAL, INC. |
|
PL | Patent ceased |