CS233411B1 - Způsob spojováni membrán s konstrukčními díly hemodialyzátorů a hemofiltrů lepením - Google Patents

Abstract

Způsob spojování membrán s konstrukčními díly hemodialyzátorů a hemofiltrů, lepením jehož podstata spočívá v tom, že se jako adheziva použije lepicího systému sestávajícího z alespoň jedné polymerovatelné kapalné etylénioky nenasycené sloučeniny obecného vzorce kde symbol R. je vodík, alkyl s 1 až 12 atomy uhlíku nebo CN-skupine a symbol Rg je skupina -CO-O-R,, -CO-O-CHg-CHg-OH -CO-NH-CH2-CH2-OH, nebo -O-CO-R, kde R, má shora uvedený význam, jejíž obsah v lepicím systému.činí 20 až ,00 % hmot,, přičemž případný zbytek do 100 A hmot. tvoří katalyzátory polymerace v množství do 5 % hmot. a anorganická plnldla a/nebo polymerní látky v množství do 80 % hmot

Description

Vynález se týká způsobu spojování membrán s konstrukčními díly hemodialyzátorů a hemofiltrů lepením. Popsaná užití lepicího systému je vhodné pro zhotovení přístrojů určených k oddělování kapalných směsí, zejména hemodialyzátorů, hemofiltrů a membránových filtrů pro reverzní osmózu.

K oddělení rozpouštědla od látek rozpuštěných a dispergovaných v kapalných soustavách se v posledním období používají ve stále větSlm měřítku membránové separétory. Důležitost nabyly zvláStě metody čiStění vodných roztoků a disperzí přírodních látek dialýzou a ultrafiltrací, kterými dochází k separaci v závislosti na molekulové hmotnosti, respektive polaritě daných sloučenin. V oblasti medicíny jsou hemodialýza a hemofiltrace (to je dialýza a ultrafiltrace krve) podstatou léčebného postupu umělé ledviny při chronickém selhá ní ledvin.

Konstrukční řečení hemodialyzátorů a hemofiltrů se ustálilo na třech základních typech přístrojů: deskových dialyzátorech s paralelním tokem krve, cívkových dialyzátorech a kapilárních dialyzátorech využívajících jako membrány dutá vlákna. Otázka hermetického utěsnění prostorů, v nichž se nachází roztok nesoucí oddělované látky, v daném případě krev či jiné biologické tekutiny, od prostorů kam permetují přes membránu vybrané typy sloučenin, provází od sáných prvopočátků technické řeSení membránových separátorů. Semipermeabilní dialyzační či ultrafiltrační membrána je ploSný útvar β mikroporézní strukturou, kde tlouělka aktivní vrstvy je od 1 yum do cca 200 /um. Tyto plošné útvary se vyznačuji nízkou pevností, křehkostí, značným bobtnáním ve vodě a snadným pronikáním vodných médií netěsnostmi podél povrchu membrány.

Je známo těsnění dialyzátorů a ultrafiltrů mechanicky, sevřením membrány tlakem mezi vhodně profilované tuhá nebo elastické desky, ovázáním konců membrány nití, provázkem či konečně zaskřípnutl okrajů do tvarovaných koncovek. Takováto řešení předpokládají, že v místě těsného spoje bude působit tlaková síla řádově ,0 kPa a více, čehož důsledkem jsou robusní konstrukce a vysoká hmotnost takových přístrojů. Navíc dutá vlákna pro kapilární hemodialyzátory tímto způsobem nejdou vůbec utěsnit. Pro výrobu lehkých deskových hemodialyzátorů s paralelním tokem krve a rovněž pro kapilární hemodialyzátory a hemofiltry jsou dnes používány jako těsnicí polymerní hmoty silikonová a polyuretanové elastomery nebo epoxidové pryskyřice. Technologický postup utěsnění membrány spočívá v zamíchávánl vulkanizačního či sílovacího činidla do vizkozního polymeru, který neobsahuje rozpouštědla či jiná aizkomolekulární ředidla, čímž dojde k vytvrzení tmelu. U silikonového elastomerů například tvorbou můstků pendantnlch vinylových skupin vinyl-siloxanů zabudovaných v řetězci, u polyuretanových elastomerů reakcí koncových isokyanátových skupin -NCO.s polyolem a extenderem, u epoxidů podobnou reakcí koncových oxiranovýbh cyklů. K ztuhnutí polymerní směsi dochází během cca 15 minut.

Nevýhodou dosud užívaných polymerních adheziv je, že mají při lepení komerčně dostupných celulózových a plně syntetických polymerních membrán nízkou pevnost lepeného spoje, což je výrazné charakteristika zejména tmelů silikonových a epoxidových. Adheziva na bázi polyuretanů pak vytvářejí ve styku s povrchem membrány drobné bublinky oxidu uhličitého, které jsou pak příčinou netěsnosti výrobku. Vysoký obsah změkčovadel s vlhkostí v membránách je rovněž příčinou Spatné reprodukovatelnosti procesu tvrdnutí uvedených adheziv.

Nyní bylo nalezeno, že nedostatky dříve užívaných adhezivních spojů se odstraní, jestliže pro vytvoření pevného spoje membrán a k utěsnění v konstrukčních prvcích se použije způsob spojování membrán s konstrukčními díly hemodialyzátorů a hemofiltrů lepením, jehož podstata spočívá v tom, že se jako adheziva použije lepícího systému sestávajícího z alespoň jedné polymerovatelné kapalné etylenicky nenasycené sloučeniny obecného vzorce /*1 (I) kde symbol R, je vodík, alkyl s 1 až 12 atomy uhlíku nebo CN- skupina a symbol R₂ je skupina -CO-O-R,, -CO-O-CHj-CHj-OH, -CO-NH-CH₂-CH₂-OH, nebo -O-CO-R,, kde R, má shora uvedený význam, jejíž obsah v lepicím systému Siní 20 až 100 % hmot., přičemž případný zbytek do 10Ó n hmot. tvoří katalyzátory poiymerace v množství do 5 % hmot. a anorganická plnidla a/nebo polymerní látky v množství do 80 % hmot. Tento lepicí systém je popřípadé zahuětěn polymerními přísadami na bázi polymerů a kopolymerů nenasycených sloučenin obecného vzorce (I), přičemž obsah výěe uvedených slouSenin v kopolymeru leží v mezích 10 až 100 % hmot·, e výhodou 50 až 95 A hmot. a komonomery jeou pak etylen, 2-metylpropen, styren, butadien, akrylonitril, vinylalkohol, vinylchlorid, popřípadS deriváty přírodních polymerů například acetylcelulóza, nitrocelulóza, modifikovaný albumin, kaaein a/nebo polyestery vyrobená z kyseliny ftalové, adipové a meleinové a derivátů etylenglykolu, kde molekulová hmotnost tSchto polymerních přísad leží v rozmezí 500 až 1 000 000 daltonů a výhodou 200 až 50 000 daltonů.

Použije se lepicího systému zahuštěného anorganickými plnidly, jenž tvoří kysličníky a hydroxidy odvozené od křemíku, hořčíku, vápnllm, zinku, titanu, baria, železa,manganu, chrómu a cínu.

Podstatou vytvoření pevného adhézního spojení membrány a konstrukčními díly eeparátoru je pronikání nízkomolekulárnlho monomeru obecného vzorce (I) o nízké viekozitS do porézní makrostruktury membrány a také naleptání a bobtnání povrchových vrstev dílů.

V následujícím procesu pak dochází k zpolymerování sloučeniny vzorce (I) vlivem katalyticky aktivních sloučenin, mezi něž počítáme zejména: radikálové iniciátory například organické peroxo-, azosloučeniny a kyslík, popřípadS kombinace jejich a redukční složkou, například aromatickými aminy, sulfinovými sloučeninami, cukry, solemi Fe², bořeny a alkylborany, sílaný a alkylailany, elány a alkylaleny: bazicky reagující sloučeniny, například kovové oxidy MgO, AlgO^, FogOj a od nich odvozené hydroxidy, vlhkost, látky a reaktivními -OH a -NH skupinami, úmyalně přidávané nebo obsažené na povrchu lepených spojů. Analogického účinku se dosáhne ozářením adhézní směsi zdroji ultrafialového záření, RTG či jiným typem ionizujícího záření. K iniciaci poiymerace pek může docházet již ve fázi promíchávání složek adhézní emési, či teprve při jejím nanesení na spojované plochy, anebo v celém daléím průběhu vytvrzování adhézního spoje.

Adhézní vrstva vzniklá zpolymerováním lepicího systému na bázi etylenicky nenasycených sloučenin je tedy charakterizována jak interakcí s pevnou složkou a kapalnou složkou vytvářející membránu, tak též s konstrukčními prvky tělesa hemodialyzátoru nebo hemofiltru jako celku. Tyto charakteristiky se projeví zejména při používání dialyzátorů a ultrafiltrů (obecně membránových -separátorů) pro dělení vodných roztoků a disperzí. Běžné adhézní spoje při namočení membrány ztrácejí pevnost, k čemuž v případě použití lepicího systému podle vynálezu nedochází.

Zlepšení elasticity spoje, případně lepěí prvotní adhézní spojení membrány s tělesem separátoru se dosáhne tak, že adhézní smés je zahuětěn» polymerními přísadami ne bázi polymerů a kopolymerů nenasycených sloučenin vzorce (I), přičemž obsah výěe uvedených sloučenin v kopolymeru leží v mezích 10 až 100 hmotnostních procent, a výhodou 50 až 95 hmotnostních procent, komonomery jsou pak zejména etylen, 2-metylpropen, styren, butadien, akrylonitril, vinylalkohol a vinylchlorid.

Použitelné jsou rovněž deriváty přírodních polymerů například acetylcelulóza, nitrocelulóza, modifikovaný albumin, kaaein a/nebo nenasycené polyestery vyrobené z kyseliny ftalové, adipové a maleinové a derivátů etylénglykolu, kde molekulová hmotnost těchto polymerních přísad leží v rozmezí 500 až 1 000 000 daltonů a. výhodou v mezích 2 000 až 50 000 daltonů.

Tvorba adhézního spoje je velkou měrou ovlivňována materiály, mezi kterými ae spoj vytváří. Podstatou zhoržení kvality utěsnění membrán doposud používanými tmely je špatná penetrace adheziva do povrchových vrstev spojovacích materiálů, případně zeslabení adhezních ail změkčovadly a nízkomolekulárnimi látkami schopnými migrace ze spojovaných materiálů, jako příklad je možno uvést glycerin a vodu, které zhorěují kvalitu spoje polyuretanových adheziv. Materiálem z něhož jest vyrobena membrána bývá obvykle hydrátcelulóza získaná xantogenátovým nebo mědnato-amoniovým procesem, deacetylací acetylcelulózy a podobně. Dalšími typy komerčně dostupných membrán jsou ploché, listové, tubulérní a vláknité útvary vyrobené ze syntetických polymerů a kopolymerů například z kopolymerů akrylonitril-kyaelina etyleneulfonová. Tělesa membránových eeparátorů mohou být vyrobena z kovů například hliníku, titanu, neřeži a podobně, z keramických materiálů a akla nebo z polymerů, termoplastů nebo elastomerů například polypropylenu, z polykarbonátu či polymetylmetakrylátu.

Závažným faktorem pevnosti adhézního spoje je ztužovací efekt anorganických plnidel obsažených ve směsi. Způsob lepení odpovídající tomuto vynálezu využívá k zlepšení vlastností spoje ztužovacího efektu jemně disperzních plnidel, zejména kysličníků, hydroxidů a solí organických kyselin kovových prvků 3a, Mg, Ca, Sr, Be, Zn, Cd, AI, Si, Ti, Sn,

Fe, Ce, Cr a Mn, a taktéž aktivních forem uhlíku, zejména sazí a vláken.

Membránové separátory vyrobené podle popsaného způsobu mají vysokou pevnost spoje membrány β kovy, skleněnými a plastovými díly. Jaou vhodné pro čištění vody od mechanických a některých rozpustných příměsí s cílem přípravy pitné vody, pro zlepšení kvality přírodních roztoků, ovocných ěláv, fyziologických tekutin a podobně.

Zvláště významné je použití pro odstraňování toxinů z krve na zařízení umělá ledvina, pro oxygenaci krve, k filtračnímu dělení buněčných komponent a krevní plazmy a tak dále.

Následující příklady ilustrují některé varianty použití polymerního adheziva podle vynálezu:

Přikladl

Celofánová membrána tlouěíky 50 yum se rozloží na opěrné desce vyrobené z hliníku s mechanicky opracovanými kanálky s drážkami pro průtok dialyzačního roztoku. Pryžovou šablonu ze silikonového elastomerů se membrána přitlačí v místech požadovaných spojů k opěrné desce a místa spojů se nanese cca 0,2 mm vysoká vrstva polymerního adheziva o složení:

1-kyanoetylakrylát (monomarní) . 100 hmot. d.

Kopolymér etylén-vinylacetát 45/55 7 hmot. d.

(těch. produkt Lewepran od fy BASF,

NSR, mol. hmotnost 175 000 daltonů)

Během 30 minut dojde vlivem katalytického působení vlhkosti a kysličníku hlinitého k ztuhnutí adheziva. Pevnost spoje za sucha i za mokré je vyšší nežli pevnost celofánové membrány.

2334'1

Přiklad 2

Tubuláraí membrána z regenerované celulózy cupramoniového způsobu výroby, typ Cuprophan (výrobek fy ENKA, NSR), obsahující cca 6 hmotnostních procent vlhkosti a 30 hmotnostních procent glycerinu se proloží opěrnými sílovítými elementy vyrobenými z polyetyléntereftalátu a umístí se v tělese separátoru vyrobeném z polykarbonátu.

Adhezní, směs o složení:

Uetylmetakrylát monomernl 82 hmot. d.

U-hydroxyetylakrylamid monomerní 5 hmot. d.

Polymetymetakrylát suspenzní, perličkový 25 hmot. d.

(výrobek Spofa-Sental, ČSSR) produkt s mol. hmotností cca 40 000 daltonů, diacetylperoxid 2 hmot. d.

Iniciátor diacetylperoxid rozpuštěn ve směsi monomerů. Pak rozmíchán PMUA a ihned zpracováno jako zalévací hmota prostorů mezi tělesem, membránou a opěrnými sílkami. Teplota vytvrzování 30° až 40 °C, doba minimálně 2 hodiny· Pevnost spojů mezi polyesterem a polykarbonátem 200 kPa, spoj mezi okolními díly a membránou má vyěěí pevnost za sucha i za mokra nežli vlastní membrána.

Příklad 3

Dutá kapilární vlákna z regenerované celulózy vnějšího průměru cca 200 /um o tloušlce stěny cca 15/um, upravená do tvaru rohože se navinou na vnitřní jádro z PVC. Tento svazek se umístí ve skleněné trubici opatřené vhodnými přívodními trubicemi pro vstup a výstup vodného roztoku. Povrch skla v místech budoucího spoje se zdrsní leptáním. Svazek se pak zalije v koncích trubice polymerním adhezivem o složení:

Butylakrylát monomerní, čistý Vinylacetát monomernl, čistý Nenasycený polyester (CHS-104) Mikromletý vápenec

Azo-bis-i sobutyroni trii hmot. d. 40 hmot. d· 30 hmot. d.

hmot. d. 1,2 hmot. d.

Plnidlo a iniciátor se rozmíchají v nenasyceném polyesteru a nakonec se přidají monomerní složky. Tvrzení se iniciuje UV světlem po dobu 10 až 15 minut, po vzniku gelovité struktury se udržuje při 60° až 70 °C 10 až 12 hodin. Zalepené konce kapilár vyčnívající ze skleněné trubice se odříznou a takto se otevře vstup do vnitřních prostorů kapilárních membrán. Výrobek je těsný až do tlaku 53,32 kPa.

Příklad 4

Adhezní směs odpovídající vynálezu se připraví ve dvou fázích:

a) Předpolymer:

Uetylmetakrylát monomerní 78 hmot. d.

N-Hydroxyetýlmetakrylamid 0,5 hmot· d.

Dibenzoylperoxid 0,5 hmot. d.

Kysličník křemičitý (Aerosil) 1 hmot. d.

Směs se ve skleněném reaktoru v inertní atmosféře za mícháni zahřívá na teplotu 75 °C po dobu cca 30 minut. Vzniklý předpolymer se ochladí na 0 °C. Před aplikací na utěsnění svazku tubulárních membrán podle příkladu 2 se k předpolymeru přidá:

Nitrocelulóza kys. aekorbová Aceton

2,5 haot. d. 0,5 hmot. d.

haot. d.

Během cca 20 minut vznikne epoj vhodný pro dalěí manipulaci. Dalěí do koneěné pevnosti spoje je úěelné provádět 2 až 5 dnů při teplotě 40° vytvrzování ai ai 50 °C.

Příklad 5

Adhezní směs obsahující pouze nenasycenou slouěaninu a iniciátor pro lepaní hemodialyzátorů aá alotaní:

2-Hydroxyatylaatakrylát, destilovaný.	75	haot.
Glycerin, čistota dle ČSL 3	30	haot.
Azo-bis-iaobutyronitril (AIBN)	0,5	hmot.

Příklad 6

Adhezivní směs aá alotaní:

Metylaetakrylát monomerní	75	hmot.
Etylakrylát monomerní	15	hmot.
kya. matakrylová	1,2	haot.
Kopolymer akrylonitril/atylakrylát	8,5	hmot.
(Sokrat Ch. Z. Sokolov)
Kysličník hořečnatý (magnesia ústa)	3,5	hmot.
Azo-bis-isobutyronitril (AIBN)	0,5	hmot.

Směs ae aplikuje na lepená spoje po krátkém osvitu UV lampou.

Claims (3)

1. Způsob spojování membrán 8 konstrukčními díly hemodialyzátorů a hemofiltrů lepením, vyznačující ae tím, íe se jako adheziva použije lepicího systému sestávajícího z alespoň jedná polyaerovatelná kapalná etylanicky nenasycená sloučeniny obecného vzorce /«1 ch₂ = c (I) kde symbol R, je vodík, alkyl a 1 až 12 atomy uhlíku nebo CN- skupina a symbol R₂ ja skupina -CO-O-R,, -CO-O-CHj-CHg-OH, -CO-NH-CHj-CHj-OH, nebo -O-CO-R,, kde R, má shora uvedený význam, jejíž obsah v lepícím systému činí 20 až 100 % hmot., přičemž případný zbytek do 100 % hmot. tvoří katalyzátory polymerace v množství do 5 % hmot. a anorganická plnidla a/nebo polymerní látky v množství do 80 í hmot.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující ae tím, že ae použije lepicího systému zahuětěnáho polyaerními přísadami na bázi polymerů a kopolymerů nenasycených sloučenin obecného vzorce (I), přičemž obsah výěe uvedených sloučenin v kopolymerů leží v mezích 10 až 100 % hmot., s výhodou 50 až 95 % hmot. a komonomery jaou pak zejména etylen, 2-metylpropen, styren, butadien, akrylonitril, vinylalkohol, vinylchlorid, popřípadě deriváty přírodních polymerů například acetylcelulóza, nitrocelulóza, modifikovaný albumin, kasein a/nebo polyestery vyrobená z kyseliny ftalové, adipové a maleinové a derivátů etylenglykolu, kde molekulové hmotnost těchto polymerních přísad leží v rozmezí 500 až 1 000 000 daltonů a výhodou 200 až 50 000 daltonů.

2334,1

3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, Se se použije lepicího systému zahuštěného anorganickými plnidly, jež tvoří kysličníky a hydroxidy odvozené od křemíku, hořčíku, vápníku, zinku, titanu, baria, železa, manganu, chrómu a cínu.