DD299070A5 - Polymerkomposite und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Polymerkomposite in sphaerischer Form und ein Verfahren zu ihrer Herstellung als Hohl- oder Flachmembran, die dadurch gekennzeichnet sind, dasz der Formkoerper zu mehr als 50% aus Cellulose und der verbleibende Anteil aus sulfonat- und/oder sulfatgruppenhaltigen Polymeren besteht. Die im Rahmen der Erfindung sich als zweckmaeszig geeignete Zusammensetzung wird durch Zumischung der wasser- und/oder alkaliloeslichen Zusaetze zu einer alkalischen Cellulosexanthogenatloesung und nachfolgender Faellung oder durch nachtraegliche Behandlung mit Trocknung enthalten, wobei im Komposit ein Anteil von bis zu 30% zu enthalten ist und diese Komposite eine gegenueber reiner Cellulose verbesserte Blutvertraeglichkeit aufweisen.{Polymerkomposit; Cellulose; Kapillarhohlmembran; Trenn- und Traegermaterial; Haemokompatibilitaet; Zusatzpolymere}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegends Erfindung betrifft Polymorkomposite auf Basis Cellulose, die vorzugsweise als Trenn- und Trägermaterialien im Verfahren der Blutdetoxikation bei Dialyse, Ultrafiltration und Hämoperfusion eingesetzt werden können.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Trenn- und Trägermaterialien aus Regeneratcellulose für die Blutdetoxikation können u.a. nach dem Kupferoxidammoniakverfahren (z.B. DE-OS 2328853!, nach dem Viskoseverfaiiren (z.B. DD-PS 131941, DD-PS 147114 und DD-PS 70699) sowie nach dem Aminoxidverfahren (z. B. DD-PS 159527) oder durch Deacetylierung von Celluloseacetat (ζ. Β. US-PS 3,546,209) ζ. B. in Form von Membranen, Perlen oder Kapillarhohlmembranen hergestellt werden. Diese Trenn- und Trägermaterialien besitzen eine hohe Trennaktivität und sind sehr verbreitet in der Anwendung zur Blutdetoxikation z. B. in der künstlichen Niere. Neuerdings wird diesen Regenaratcellulosematerialien, insbesondere aber denen, die über das Kupferoxidammoniakverfahren erzeugt werden eine Komplementaktivierung des Blutes angelastet, die die Verträglichkeit der Blutdetoxikationsbehandlung beeinträchtigen soll. (D.E. Chenoweth, Artificial Organs 8(3) (1984), 281, D. Falkenhagen, 5. Int. Conf. Polymere in Medizin u. Chirurgie, Leeuwenhorst 1986, Proceedirgs 4/1 ] Eine Verbesserung der Blutverträglichkeit solcher Materialien bei Benutzung des Kupferoxidammoniakverfahrens konnte nach DE-OS 3430503 ei reicht werden, indem eine Mischung von Cellulose und Diethylaminoethylcellulose angewandt wurde. Weitere Mischungskomponenten mit Cellulose als Hauptbestandteil werden in DE-OS 3524596 beschrieben. Bei beiden Varianten, ebenso wie in DD-PS 243643, wird ein mittlerer Substitutionsgrad der Komposite in Form von Membranen errechnet, nachdem eine chemisch modifizierte Cellulose, vorwiegend Abkömmlinge der Zusammensetzung Cellulose-R'-x-y mit χ für -SO-,-SO₂-,-COO-, -NR"-, z.B. der Alkylaminoalky!cellulose, zusammen mit Cellulose zu blutverträglicheren Materialien verformt wurde. Diese Verfahrensweise erfährt jedoch eine Einschränkung in der Anwendung, da eine gezielte Einstellung der morphologischen Struktur und damit der Trenneigenschaften nur in geringem Maße möglich ist [H. Ruck, Das Papier 40 (1986) 93] und weiterhin bei der Bildung von Kapillarhohlmembranen ein extraktionsnotwendiger flüssiger Lumenfüller verwendet werden muß, der die Herstellung von Trennapparaten aus solchen Materialien hochaufwendig macht. Eine Kompositherstellung unter Verwendung der für das Cuoxamverfahren nach DD-PS 243643 beanspruchten Verbindungen, insbesondere von Alkylaminoalkylcellulose als eine Komponente führt bei der Anwendung des Viskoseverfahrens, also der , Zumischung dor Alkylaminoalkylcellulose, z. B. der Diethylaminoethylcellulose, zu der alkalischen Lösung des Cellulosexanthogenates nicht zu Produkten mit verbesserter Blutverträglichkeit.

Eine andere Methode zur Verbesserung der Blutverträglichkeit besteht in der L eschichtung von Polymeroberflächen, insbesondere von Membranoberflächen durch Pfropfung mit Monomeren, vorzugsweise Acrylammoniumverbindungen, z. B. auf Cellulose zur Bildung einer tre'inaktiven dichten Schicht mit ionischer Bindungsfähigkoit für Polymeranionen, z. B. Heparin (DD-PS 136702). Diese Vorgehensweise ist aufgrund der nachträglich nach der Herstellung des Formkörper erfolgenden Mehrstufenbehandlung ökonomisch hoch aufwen iig und liefert Membranmaterialien mit verminderter Trennaktivität, z. B. erhöhte Rückhaltung für Moleküle bestimmter Molmasse. Es ist deshalb ein gravierender Mangel, daß gegenwärtig keine Trenn- und Trägermaterialien aus Regeneratcellulose nach dem Viskoseverfahren zur Verfügung stehen, die eine verbesserte Blutverträglichkeit besitzen und gleichzeitig aufwandarm und mit hoher Trennaktivität hergestellt werden können.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, η ich dem Viskoseverfahren ein Polymerkomposit als Trenn- und Trägermaterial und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu entwickeln, welches wirtschaftlich hergestellt und aufgrund verbesserter Blutverträglichkeit vorteilhaft zur Blutdetoxikation angewandt werden kann.

Darlegung des Wesen« der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, Polymerkomposite aus Cellulose und ein Verfahren zu ihrer Herstellung nach dem Viskoseverfahren durch Anwendung Geeigneter wasser- und/oder natrdnlaugelöslicher polymeror Zumischungskomponenten zu bilden und im Polymerverband zu fixieren, so daß Polymerkomposite mit hoher Blutverträglichkeit und Trennaktivität entstehen.

Die gestellte Aufgabe kann erfindungsgemäß gelöst werden, wenn dem Ausgangsmaterial des Polymerkomposites Cellulose erfindungsgemäß wasser- und/oder natronlaugelösliches und/oder -dispergierbaies sulfonat· und/oder sulfatgruppenhaltiges Copolymer und/oder Polymer und/oder Polysaccharidderivat, bei dsm die genannten Gruppen direkt an der Anhydroglucoseeinheit gebunden sind, in geeigneter Form beigegeben wird.

Die Kompositzusammensetzung geht davon aus, daß der Hochpolymeranteil des Komposites zu mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 80%, aus Cellulose besteht, wobei die Zumischung in der Lösung 0,1 bis 30%, vorzugsweise 10% bezogen auf Cellulose beträgt. Als Zumischung besonders geeignet, erweisen sich Copolymere aus Allylsulfonat und Acrylnitril einer Zusammensetzung von 5-25% Allylsulfonat, vorzugsweise 10-25% Polystyrensulfonat, Lignosulfonat, Cellulosesulfat und Stärkesulfat. Solche Polymerkomposite in Form von sphärischen Körpern, Flach- oder Hohl- oder Kapillarhohlmembranen können zusätzlich mit einem üblichen Präparationsmittel von 10-150%, vorzugsweise von 40-00%, bezogen auf den Polymerkomposit. versehen werden. Vorteilhaft ist, daß eine Zumischung der wasserlöslichen oder alkalilöslichen und/oder dispergiei baren erfindungsgemäß benutzten Verbindungen, möglichst unmittelbar vor oder während der Alkalisierung, vor oder während der Xanthogenierung und/oder während des Löseprozesses des Cellulosexanthogenates in Natronlauge und/ oder Wasser bei Temperaturen von -10 bis 50°C, vorzugsweise 0-3O⁰C, und/oder durch Zumischung zu fertiger Viskose vor deren Verformung erfolgt und daß die mechanische und chemische Stabilität der Polymermatrix der gebildeten Komposite erhalten bleibt.

Durch Art und Menge des Zusatzes lassen sich in einfacher Weise die Eigenschaften der Polymerkomposite verändern. Überraschend war dabei, daß sogar durch die wasserlöslichen Zusätze eine permanente Veränderung der Eigenschaften erreicht werden konnte, insbesondere dann, wenn die üblichen Präparationsmittel enthaltenden Trenn- und Trägermaterialien getrocknet wurden.

Eine andere Form der Bildung des Polymer Komposite ist die Aufbringung eier beschriebenen Zusatzmi tel vor und/oder während der Applizierung der üblichen Präparationsmittel und/oder an deren Stelle mit nachfolgender Trocknung. Eine besonders die Trenneigenschaften bewahrende Form ist dabei die nach der Trennmittelbildung erfolgende yorhorige und/oder gleichzeitige Aufbringung von Zusatz- und Präparationsmittel auf die bei der Verformung dem Fällmittel abgewandte Seite des Trennmittels nach dessen Einbau in Trennapparate und einer nachfolgenden Trocknung, so daß die zur Anwendung der Trennmittel erforderliche Spülung und Que'lung des Trennmittels mit Wasser überschüssige Zusatzmittel entfernt und diese Seite des Trennmittels dem Blut oder Blutflüssigkeiten zugewandt ist.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Es wurden 2 Chargen ebenflächige Membranen aus Viskose durch Ausziehen mit einem Wasaglineal der Spaltstärke von 0,3 mm auf einer Glasplatte hergestellt und in einem Fällbad von 4,,(NH₄I₂SO* bei Zimmertemperatur ausgefällt und intensiv mit destilliertem Wasser salzfrei gewaschen. Die Viskose hatte eine Zusammensetzung von 8,1 % Cellulose und 6,1 % Alkali und eine Reife von 6° Hottenroth bei einer Viskosität von 43 Poise (Charge 1). Ein Teil der Viskose (Charge 2) enthielt 10% (bezogen auf Cellulose) einer Diethylaminoethylcellulose (DEAE-CeII.) mit einem Stickstoffgehalt von 2,2%. Beide Chargen wurden mit einer Lösung von 10% Glycerol präpariert und bei 5O⁰C im Trockenschrank getrocknet. Nach einer Quellphase in Wasser und einer Waschphase zur Entfernung des Glycerols wurde die Komplementaktivierung anhand des Faktors C3a des Arg. nach der Radioimmunoassay-Methode gemessen:

Membran ohne DEAE-CeII.: 3 800 ng C 3 a/ml Blut

Membran mit DEAE-CeII.: 6 500 ng C 3 a/ml Blut

Beispiel 2

Cellulosexanthogenat mit einem Gehalt von 51 Xanthogenatgruppen in 100 Anhydroglucoseeinheiten, hergestellt aus Alkalicellulose nach Umsetzung mit Schwefelkohlenstoff, wird bei -5⁰C in Natronlauge unter Zugabe von unvernetzten Polystyrensulfonat (Molgewicht 20000, DS 0,8) gelöst in Substanzverhältnissen, so daß eine Viskose mit 7,6% Cellulose, 6,1 % Alkali und 0,52% Polystyrensulfonat entsteht. Aus dieser Viskose wurden durch Ausstreichen und Fällen in Schwefelsäure (55g/l) Membranen hergestellt. Nach Trocknen und Waschen wurde die Komplementaktivierung zu 63% im Vergleich zu einer Membran ohne Sulfonatzusatz ermittelt.

Beispiel 3

Ein Copolymer der Molekülmasse 25000g/mol, bestehend aus 25 Masseteilen Natriumallylsulfonat und 75 Masseteilen Acrylnitril wird bis zu einer Konzentration von 6% in 1 Gew.-%iger Natronlauge gelöst und auf eine Alkalicellulose der Zusammensetzung 34,8% Cellulose und 14,5% Alkali aufgesprüht. Die fertige Alkalicellulose enthielt 15% Copolymer (bezogen auf Cellulose). Die Verarbeitung der Alkalicellulose zu Viskose und die nachfolgende Membranformierung folgte bekannten Verfahren.

Die so hergestellten Membranen wiesen eine um 75% verminderte Aktivierung des Komplementsystems auf.

Beispiel 4

Es wurde nach Beispiel 1 verfahren, aber Cellulosesulfat (DS 0,41) in einem Teil der Viskose mit einem Gehalt von 10% bezogen auf Cellulose hinzugefügt. Diese Membranen lösten eine nur geringe Komplementaktivierung von 900ng C3a/ml Blut aus.

Beispiel 5

Eine Membran wird gemäß Beispiel 1 ohne jeglichen Zusatz gefertigt. Sie wird bei 6O⁰C partiell entwässert, so daß der Feuchtigkeitsgehalt nur noch 25% beträgt. Auf diese Membran wird eine 16%ige wäßrige Lignosulfonatlösung (6,5% Schwefel im Lignosulfonat) aufgesprüht und danach bei steigender Temperatur von 10°C/60 min bei 95⁰C 2 Std. getrocknet. Die Membran enthielt 1,2% Lignosulfonat bezogen auf Cellulose. Nach Aufquellen in Wasser war eins Verminderung der C3a-Ausschüttung von 12,8% in Humanblut zu verzeichnen.

Beispiel 6

Stärkesulfat, hergestellt aus Kartoffelstärke DP 1000, sulfatiert in einem N₂O₄-SO₂-DMF-SyStOm mit einem DS von 2,0 wird in 0,5%iger Natronlauge zu einer 8%igen Dispersion verrührt. Die Dispersion wird zu einer Viskoselösung gegeben, deren Zusammensetzung danach 7,9% Cellulose, 6% Alkali und 1,05% Cellulosesulfat beträgt. Mit Hilfe einer Glasdüse des Durchmessers 1 mm werden in einem Fällbad von 50g Schwefelsäure/l und 120g (NH₄I₂SO₄/! Celluloseperlen mit einem Durchmesser von 0,72 mm im getrockneten Zustand erzeugt. Diese Perlen weisen eine um 26% verminderte Komplementaktivierung auf.

Beispiel 7

Das Copolymer aus Allylsulfonat und Acrylnitril aus Beispiel 3 wurde in einer 7%igen NaOH gelöst und in Viskose verrührt, so daß eine Viskosezusammensetzung von 7,1 % Cellulose und 7,1 % Alkali mit 16% des Copolymeren (bezogen auf Cellulose) entstand und diese Lösung mit einer Hottenrothreife von 5° gemäß DD-PS 131941 zu Kapillarhohlmembranen versponnen und mit einer Glyce: olauflage von 80% (bezogen auf Cellulose) getrocknet. Diese Kapillarhohlmembraner, wiesen bei der Prüfung auf konvektiven Stofftransport bei 67kPa mit einer 1%igen wäßrigen Polyethylenglykollösung gegenüber der Molmasse 6200 eine Rückhaltun& von 38% bei einem Filtratstrom von 139ml/h · m² · kPa auf. Unter gleichen Bedingungen hergestellte Kapillarhohlmembranen ohne Zusatz des Copolymeren hatte eine Rückhaltung gegenüber der Molmasse 6200 von 59% bei einem Filtratstrom von 71 ml/h · m² · kPa. Durch den Copolymerzusatz zur Viskose wurde die Komplementaktivierung der Kapillarhohlmembranen auf 33% des Ausgangswortes abgesenkt.

Claims (8)

1. Polymerkomposit als Trenn- und Trägermaterial aus Cellulose und wasser- und/oder alkalilöslichen bzw. -dispergierbaren Poiymersystemen, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochpolymeranteil des daraus bestehenden Formkörpers zu mehr als 50% aus Cellulose und der verbleibende Anteil aus sulfonat- und/oder sulfatgruppenhaltigen Polymeren und/oder Copolymeren und/oder Polysaccharidderivaten besteht.

2. Polymerkomposit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzpolymer aus einem Vinylderivat-Polymer, vorzugsweise Polystyrensulfonat, charakterisiert durch einen Sulfonatgehalt des mittleren Substitutionsgrades von 0,7%, besteht und in einem Anteil bis zu 20% bezogen auf Cellulose verwendet wird.

3. Polymerkomposit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzpolymer aus einem Copolymer, vorzugsweise aus 10-25% Allylsulfonat und 75-90% Acrylnitril besteht und in einem Anteil von 0,1 bis zu 30% bezogen auf Cellulose eingesetzt wird.

4. Polymerkomposit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz Lignosulfonat mit 1-7% Schwefelgehalt verwendet wird, wobei der Anteil im Polymerkomposit 1-20% beträgt.

5. Polymerkomposit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz Cellulosesulfat mit einem Substitutionsgrad von 0,3-2,5 mit einem Anteil von 1-20% eingesetzt wird.

6. Polymerkomposit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz Stärkesulfat mit einem Substitutionsnrad von 1,0 bis 3,0 in einem Anteil bis zu 20% bezogen auf Cellulose Verwendung findet.

7. Verfahren zur Herstellung von Polymerkompositen aus Cellulose, dadurch gekennzeichnet, daß wasser- und/oder alkalilösliche und/oder -dispergierte sulfonat- und/oder sulfatgruppenhaltige Polymere und/oder Copolymere und/oder Polysaccharidderivate vor der Verformung der alkalischen Cellulosexanthogenatlösung, die 5 bis 15% Cellulose enthält, in Natronlauge bzw. Wasser bei Temperaturen von -10 bis 5O⁰C zugemischt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die sulfonat- und/oder sulfatgruppenhaltige Polymere und/oder Copolymere und/oder Polysaccharidderivate vor und/ oder während und/oder an Stelle der üblicherweise verwendeten Präparationsmittel nach der Bildung von Regeneratcelluloseformkörpern und nachfolgender Trocknung als wäßrige Lösung aufgebracht werden.