DE10111666B4 - Polyimide shaped bodies, in particular polyimide membranes, processes for the preparation thereof and the use of the polyimide membrane - Google Patents
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Abstract
Poröser Polyimid-Formkörper, insbesondere
poröse
Polyimid-Membran,
der bzw. die mit einer chemischen Gruppe funktionalisiert ist, dadurch
erhältlich, dass
als Ausgangsmaterial ein zuvor fertiggestellter poröser Polyimid-Formkörper bzw.
eine zuvor hergestellte poröse
Polyimid-Membran mit einer wässrigen
Modifikator-Lösung
für einen
Zeitraum von 1 sec bis 1 h in Kontakt gebracht wird,
die Modifikator-Lösung mindestens
eine darin zumindest teilweise gelöste Modifikator-Substanz enthält, die
eine primäre
oder sekundäre
Aminogruppe oder eine derartige Aminogruppe sowie zusätzlich mindestens
eine weitere funktionelle Gruppe pro Molekül aufweist und die der folgenden
allgemeinen Formel
Y2 für
eine NH2, NHR1 oder
N(R2)2-Gruppe, wobei
R2 einen aliphatischen oder aromatischen
Kohlenwasserstoffrest beliebiger Art bedeutet und insbesondere für R1 steht,
X einen geradkettigen oder
verzweigten aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest,
der die R1NH-Gruppe mit der oder den (Y2)-Gruppe(n), die endständig oder seitlich an eine
Kette gebunden sein...Porous polyimide molding, in particular a porous polyimide membrane functionalized with a chemical group, obtainable by using as starting material a previously completed porous polyimide molding or a previously prepared porous polyimide membrane having an aqueous modifier solution is brought into contact for a period of 1 second to 1 hour,
the modifier solution contains at least one modifier substance at least partially dissolved therein, which has one primary or secondary amino group or one such amino group and additionally at least one further functional group per molecule and that of the following general formula
Y 2 is an NH 2 , NHR 1 or N (R 2 ) 2 group, where R 2 is an aliphatic or aromatic hydrocarbon radical of any type and is in particular R 1 ,
X is a straight-chain or branched aliphatic or aromatic hydrocarbon radical which is the R 1 NH group with the or the (Y 2 ) group (s), which are attached to a chain terminally or laterally ...
Description
Die Erfindung betrifft einen porösen Polyimid-Formkörper, insbesondere eine poröse Polyimid-Membran, der bzw. die mit einer chemischen Gruppe funktionalisiert ist, ein Verfahren zu dessen (deren) Herstellung und die Verwendung einer derartigen Polyimid-Membran zur Abtrennung von Pyrogenen.The Invention relates to a porous Polyimide mold, in particular a porous one Polyimide membrane functionalized with a chemical group is a process for its production and use such a polyimide membrane for the separation of pyrogens.
Polyimide mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung sind seit langem bekannt und im Handel erhältlich. Aus derartigen Polyimiden können durch Schmelzverformung die unterschiedlichsten Formkörper hergestellt werden. Ein wesentliches Anwendungsgebiet von Polyimiden betrifft die Herstellung von Spritzgussformkörpern sowie von Membranen.polyimides with different chemical composition have been around for a long time known and commercially available. From such polyimides can made by melt deformation a variety of moldings become. An essential field of application of polyimides concerns the production of injection moldings and membranes.
Polyimide unterschiedlichen Aufbaus lassen sich über einen Phaseninversionsprozeß leicht zu Membranen mit unterschiedlichen Trenneigenschaften verformen. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung integralsymmetrischer Polyetherimid-Membranen ist beispielsweise in der DE-A-34 20 373 beschrieben. Diese bekannten Membranen können beispielsweise nach Beschichtung mit Polydimethylsiloxan für die Gastrennung eingesetzt werden.polyimides Different construction can be easily via a phase inversion process deform into membranes with different release properties. A known process for preparing integrally symmetric polyetherimide membranes is described for example in DE-A-34 20 373. These known Membranes can For example, after coating with polydimethylsiloxane used for gas separation become.
Eine weitere Polyimid-Membran sowie ein Verfahren zu deren Herstellung ist in der DE-A-37 16 916 beschrieben. Diese bekannte Membran dient vorzugsweise für die Ultrafiltration und als beschichtbare Trägermembran für die Herstellung von Composite-Membranen.A another polyimide membrane and a process for their preparation is described in DE-A-37 16 916. This known membrane is used preferably for the ultrafiltration and as a coatable carrier membrane for the production of composite membranes.
Aus DE-T-690 15 445 sind ebenfalls eine Polymid-Membran sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Dabei wird eine Modifizierung mit Aminen beschrieben. Bei der Membran handelt es sich um eine Gastrenn-Membran.Out DE-T-690 15 445 are also a polymide membrane and a method known for their preparation. This is a modification with Amines described. The membrane is a gas separation membrane.
Polyimide sind im Allgemeinen relativ hydrophobe, mit Wasser schlecht benetzbare Polymere. Daher kommt es bei der Filtration wässriger Lösungen zu Benetzungsproblemen und insbesondere zur unspezifischen Adsorption von Lösungsinhaltsstoffen (fouling), wodurch eine beachtliche Leistungsabnahme der Membran hervorgerufen wird. Aus der US-A-4 798 847 ist nun ein Verfahren zur Herstellung von Polyimid-Membranen bekannt, bei dem dem hydrophoben Grundpolymer ein hydrophiler, zumindest zum Teil in der fertigen Membran verbleibender Stoff, insbesondere Polyvinylpyrrolidon, zugesetzt wird, der zur Leistungssteigerung der Membran vernetzt und auf diese Weise in der Membran fixiert wird. Derart hydrophil modifizierte Polyimid-Membranen sind für die Ultra- und/oder Mikrofiltration geeignet.polyimides are generally relatively hydrophobic, poorly water wettable Polymers. Therefore, wetting problems occur in the filtration of aqueous solutions and in particular for non-specific adsorption of solution ingredients (fouling), resulting in a significant decrease in the performance of the membrane is caused. From US-A-4 798 847 a method is now for the production of polyimide membranes, in which the hydrophobic Base polymer a hydrophilic, at least partially in the finished membrane remaining substance, in particular polyvinylpyrrolidone added which is networked to increase performance of the membrane and on this Way is fixed in the membrane. Such hydrophilic modified Polyimide membranes are for Ultra and / or microfiltration suitable.
Polyimid-Membranen enthalten üblicherweise jedoch keine aktiven, funktionellen Gruppen, wie beispielsweise Amin-, Hydroxyl-, Carboxyl-, Aldehyd- und andere reak tive Gruppen. Daher sind diese bekannten Polyimid-Membranen auch nicht zur Erzeugung von Affinitätsmembranen geeignet.Polyimide membranes usually contain however, no active functional groups, such as Amine, hydroxyl, carboxyl, aldehyde and other reactive groups. Therefore, these known polyimide membranes are not for the production of affinity membranes suitable.
Polyimide enthalten zwar üblicherweise funktionalisierbare Bausteine. Die zur Einführung von funktionellen Gruppen erforderlichen chemischen Umsetzungen sind jedoch entweder zeitaufwendig, schwierig oder nicht kontinuierlich durchzuführen, gesundheitsgefährdend oder die zu funktionalisierende Membran schädigend.polyimides Although usually contain Functionalizable building blocks. The introduction of functional groups However, the required chemical reactions are either time-consuming, difficult or impossible to carry out continuously, hazardous to health or damaging the membrane to be functionalized.
Aus der DE-A 41 17 501 ist eine unter Verwendung von Amin modifizierte Polyimid-Membran bekannt, die für die Gastrennung und Ultrafiltration eingesetzt werden kann. Zur Herstellung dieser Membran wird zunächst eine homogene Polyimid-Lösung hergestellt, in die eine organische, mehrfunktionelle Verbindung mit mindestens zwei primären Amingruppen pro Molekül in einer Konzentration von 0,05 bis 5 % eingebracht und gelöst wird. Dieses Substanzgemisch läßt man dann 1 h bis 10 Tage reagieren, wobei unter praktisch vollständigem Verbrauch der Aminogruppen der organischen, mehrfunktionellen Verbindung die Polyimid-Makromoleküle verzweigt/vernetzt werden, als deren Folge die Viskosität der Polyamidlösung erhöht wird. Es hat sich gezeigt, daß die Menge an modifizierender Aminverbindung in der homogenen Lösung sehr genau dosiert werden muß und je nach verwendeter Aminverbindung relativ gering sein muß, um lösliche, zu Membranen verarbeitbare, modifizierte Polymerlösungen zu erhalten. Bei einer Überdosierung geliert die homogene Lösung zu einem unlösbaren Gel. Diese membranbildende Polymerlösung eignet sich zur Membranbildung auch aus verdünnteren Polymerlösungen, ohne daß diese Lösung dann durch einen textilen Support durchdringt. Da die Amin haltigen Modifikatoren unter Verbrauch aller Amin-Funktionen reagieren, ist der Anteil an freien Amin-Gruppen an den Oberflächen der formierten Membran gering, praktisch Null, so daß diese Membran in dieser Form bzw. unter Nutzung der möglicherweise vorhandenen Restamin-Gruppen nicht geeignet ist.Out DE-A 41 17 501 is a modified using amine Polyimide membrane known for the gas separation and ultrafiltration can be used. to Production of this membrane is first prepared a homogeneous polyimide solution, in which an organic, multifunctional compound with at least two primary Amine groups per molecule is introduced and dissolved in a concentration of 0.05 to 5%. This mixture of substances is then allowed React 1 h to 10 days, taking virtually complete consumption the amino groups of the organic, polyfunctional compound the Polyimide macromolecules branched / crosslinked, as a result, the viscosity of the polyamide solution is increased. It has been shown that the Amount of modifying amine compound in the homogeneous solution very must be precisely dosed and depending on the amine compound used must be relatively low to soluble, to membrane processable, modified polymer solutions too receive. In case of overdose Gels the homogeneous solution an insoluble one Gel. This membrane-forming polymer solution is suitable for membrane formation also from dilute ones Polymer solutions, without them solution then penetrated by a textile support. As the amine containing Modifiers react under consumption of all amine functions is the proportion of free amine groups on the surfaces of the formed membrane low, practically zero, so that this Membrane in this form or using the possibly existing Restamin groups not suitable is.
Ein wichtiges Aufgabengebiet für Membranen im medizinischen Bereich besteht in der Blutdetoxifikation zur Aufbereitung von Dialysat und Infusat sowie im Bereich der Pharmazie zur Herstellung Pyrogen-freier Infusate.One important task for Membranes in the medical field consists in the blood detoxification for the preparation of dialysate and infusate as well as in the field of pharmacy for the production of pyrogen-free infusates.
Endotoxine (ET), die auch Pyrogene genannt werden, sind Bestandteile der Zellwand von gram-negativen Bakterien, die bei deren Wachstum oder Absterben freigesetzt werden und für den Menschen toxisch sind. Diese Endotoxine liegen – je nach Umgebungsbedingungen – in wäßriger Lösung in monomerer, aggregierter oder micellarer Form vor. In Gegenwart von Proteinen und anderen Bestandteilen humanen Plasmas werden Endotoxine oft an Plasmabestandteilen adsorbiert und so maskiert.endotoxins (ET), which are also called pyrogens, are components of the cell wall of gram-negative bacteria that grow or die off be released and for are toxic to humans. These endotoxins are - depending on Environmental conditions - in aqueous solution in monomeric, aggregated or micellar form. In the presence of Proteins and other constituents of human plasma become endotoxins often adsorbed on plasma components and so masked.
Als weitere Toxine, die im Infusat und im Dialysat vorhanden sind, können die sogenannten CIS-Substanzen (cytokine induced substances) genannt werden, deren chemischer Aufbau noch nicht geklärt ist. Insbesondere in monomerer Form und als Bruchstücke können Endotoxine und CIS-Substanzen aufgrund ihrer Größe konvektiv und/oder diffusiv, beispielsweise während der Blutreinigung selbst durch die Membran von Low-Flux-Dialyse-Membranen, permeieren, somit Blut kontaminieren und Aktivierungskaskaden zur Abwehr dieser Kontamination initiieren. Alle diese Substanzen sind toxisch und sollten deshalb nicht in Medien enthalten sein, die mit biologischen Medien in Kontakt kommen. Die Gesamtheit dieser Toxine wird im Rahmen dieser Unterlagen als Pyrogene bezeichnet.When other toxins that are present in the infusate and in the dialysate, the called CIS substances (cytokine induced substances) called whose chemical structure has not yet been clarified. Especially in monomeric Shape and as fragments can Endotoxins and CIS substances are convective and / or diffusive due to their size, for example during the blood purification itself through the membrane of low-flux dialysis membranes, permeate, thus contaminating blood and activating cascades Initiate defense of this contamination. All these substances are toxic and should therefore not be included in media containing come into contact with biological media. The totality of this Toxins are referred to as pyrogens in this documentation.
Diese Pyrogene können auf vielfältige Weise aus den genannten Medien entfernt werden. Dazu zählen beispielsweise:
- – Adsorption an hydrophoben Stoffen wie Aktivkohle, Ionenaustauschharzen und ähnlichem
- – Abbau mittels Säuren oder Alkalilösungen
- – Abbau mittels oxidierender Substanzen wie Kaliumpermanganat, H2O2 und Natriumhypochlorit und
- – Filtration der zu dekontaminierenden Lösungen mittels Ultrafiltration (man vergleiche beispielsweise US-A 4 261 834, 5 605 627 und EP-A 189 561 sowie WO-A 96/31273).
- - Adsorption on hydrophobic substances such as activated carbon, ion exchange resins and the like
- - Degradation by means of acids or alkali solutions
- - Degradation by means of oxidizing substances such as potassium permanganate, H 2 O 2 and sodium hypochlorite and
- Filtration of the solutions to be decontaminated by ultrafiltration (see, for example, US-A 4,261,834, 5,605,627 and EP-A 189,561 and WO-A 96/31273).
Von diesen Techniken ist die Ultrafiltration der zu dekontaminierenden Lösungen heute als das Mittel der Wahl anzusehen. Derartige Membranreinigungssysteme basieren auf Membranen aus Polyamiden, Polysulfonen und auch Polyimiden. Dennoch gelingt es auch mit diesen Verfahren nicht, Pyrogene mit vertretbarem Aufwand vollständig zu entfernen, zumal bei der derzeit insbesondere angewandten Filtrationstechnik eine Mindestflussrate der Membran und damit auch eine Mindestporengröße erforderlich ist, um die Menge an Dialysat/Infusat, die für die Blutreinigung benötigt wird, im Anwenderbetrieb on-line während der Behandlung bereitzustellen. Es sind insbesondere die monomeren Endotoxine und die CIS, die die Dialysat/Infusat-Reinigungsmembran passieren.From In these techniques ultrafiltration is the process of decontamination solutions to regard as the means of choice today. Such membrane cleaning systems are based on membranes made of polyamides, polysulfones and also polyimides. Nevertheless, even with these methods, pyrogens do not succeed reasonable effort completely to remove, especially in the currently used in particular filtration technology a minimum flow rate of the membrane and thus a minimum pore size required is to increase the amount of dialysate / infusate needed for blood purification in the user enterprise on-line during to provide the treatment. They are in particular the monomers Endotoxins and the CIS, which is the dialysate / infusate cleansing membrane happen.
Es sind auch bereits zahlreiche Adsorbermaterialien für Pyrogene bekannt, so daß die für eine Adsorption prinzipiell einsetzbaren Liganden dem Fachmann bekannt sind. Derartigen Liganden an Membranen zu binden, ist bisher jedoch nicht mit vertretbaren Aufwand möglich.It There are already numerous adsorber materials for pyrogens known so that the for one Adsorption principle usable ligands known in the art are. To bind such ligands to membranes, however, is so far not possible with reasonable effort.
Zudem sind auch bereits Pyrogen-sorbierende Membranen bekannt. So werden beispielsweise in der DE-A 4209988 Endotoxinadsorber aus porösen Trägermaterialien beschrieben, die auch in Form von Flachmembranen vorliegen können. Diese bekannten Membranen verfügen nur über eine geringe Anzahl an Bindungsstellen für eine kovalente Kopplung des Liganden an die Membran und verfügen über keine ausreichende Wirkung gegenüber Pyrogen-haltigen Lösungen.moreover Pyrogen-sorptive membranes are already known. So be For example, in DE-A 4209988 Endotoxinadsorber from porous support materials described, which may also be in the form of flat membranes. These have known membranes only over a small number of binding sites for covalent coupling of the Ligands to the membrane and have none sufficient effect against Pyrogen-containing solutions.
In der DE-A 19609479 wird eine Polyamid-Membran mit Mikrofiltrationseigenschaften beschrieben, bei der es sich um eine funktionalisierte Mikrofiltrationsmembran handelt, die zur Entfernung von Pyrogen aus Wasser, Proteinlösungen und Parenteralien eingesetzt werden kann. Auch diese bekannte Membran ist in vielerlei Hinsicht nachteilig.In DE-A 19609479 discloses a polyamide membrane having microfiltration properties described, which is a functionalized microfiltration membrane which deals with the removal of pyrogen from water, protein solutions and Parenterals can be used. Also this known membrane is disadvantageous in many ways.
Aus der US-A 4702840 ist eine mit kationischen Ladungen modifizierte Membran mit Pyrogen-bindender Funktion bekannt, bei der die Pyrogen-sorbierende Komponente bereits während der Membranherstellung der Spinnlösung zugesetzt und in der Membran fixiert wird. Allerdings ist die Fixierung unvollständig. Es besteht daher die Gefahr, daß bei Einsatz dieser Membran zur Dekontamination von Dialysat/Infusat Bestandteile der Membran während der Dialysat/Infusat-Reinigung unbeabsichtigt in das zu reinigende Medium eluiert werden.Out US-A-4702840 is modified with cationic charges Membrane with pyrogen-binding function known in which the pyrogen-sorbing Component already during the membrane preparation of the spinning solution added and in the membrane is fixed. However, the fixation is incomplete. It There is therefore a risk that at Use of this membrane for decontamination of dialysate / infusate Components of the membrane during the dialysate / infusate cleaning inadvertently into the to be cleaned Medium eluted.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen funktionalisierten Polyimid-Formkörper und insbesondere eine funktionalisierte Polyimid-Membran bereitzustellen, die gezielt einstellbar funktionalisiert werden kann und insbesondere über einen hohen Funktionalisierungsgrad verfügt. Diese funktionalisierte Polyimid-Membran soll insbesondere zur Dekontamination von mit Pyrogenen kontaminierten Flüssigkeiten eingesetzt werden können. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zur Herstellung dieses Polyimid-Formkörpers bzw. dieser Polyimid-Membran bereitzustellen, mit dem diese Funktionalisierung in einfacher und ökonomischer Weise in einem wäßrigen Medium erfolgen kann.task The present invention is a functionalized polyimide molding and in particular to provide a functionalized polyimide membrane, which can be functionalized adjustable and in particular via a high degree of functionalization. This functionalized Polyimide membrane is intended in particular for the decontamination of pyrogens contaminated liquids can be used. The object of the invention is also a process for the preparation this polyimide molding or provide this polyimide membrane, with this functionalization in a simpler and more economical way Way in an aqueous medium can be done.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die unabhängigen Ansprüche.Is solved this task by the independent Claims.
Die erfindungsgemäßen Formkörper bzw. Membranen können in der funktionalisierten Form direkt für vielfältige Aufgaben im technischen, biotechnologischen und medizinischen Bereich sowie in Form einer funktionalisierten Membran als Ausgangsmembran für die Herstellung von Affinitätsmembranen eingesetzt werden. Die erfindungsgemäß erhältliche Membran kann insbesondere zur Dekontamination von mit Pyrogenen kontaminierten Flüssigkeiten und somit insbesondere bei der Blutdetoxifikation zur Aufbereitung von Dialysat/Infusat sowie im Bereich der Pharmazie zur Herstellung Pyrogen-freier Infusate verwendet werden.The inventive molding or Membranes can in the functionalized form directly for a variety of tasks in the technical, biotechnological and medical field as well as in the form of a functionalized membrane as the starting membrane for the production of affinity membranes be used. The membrane obtainable according to the invention can in particular for the decontamination of pyrogen-contaminated liquids and thus especially for the blood detoxification for treatment of dialysate / infusate as well as in the field of pharmacy for the production Pyrogen-free infusates are used.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Polyimid-Membran, bei der es sich um den erfindungsgemäß bevor zugten Gegenstand handelt, näher erläutert, wobei dieser Begriff "Polyimid-Membran" allerdings auch einen Polyimid-Formkörper mit umfaßt, sofern nichts anderes angegeben ist oder sich nichts anderes aus dem Gesamtzusammenhang ergibt.The The invention is hereinafter based on a polyimide membrane, which are the invention before zugten Subject is, closer explains however, this term "polyimide membrane" also a polyimide molding with includes, unless otherwise stated or otherwise stated in the Overall context results.
Die erfindungsgemäße Polyimid-Membran ist erhältlich aus einer zuvor fertiggestellten Polyimid-Membran, die per se bekannt sein kann. Die Polyimid-Membran wird mit einer wäßrigen Modifikator-Lösung in Kontakt gebracht, in der mindestens eine Modifikator-Substanz gelöst ist. Die Modifikator-Substanz weist mindestens eine Aminogruppe pro Molekül der Modifikator-Substanz sowie zusätzlich mindestens eine weitere funktionelle Gruppe pro demselben Molekül der Modifikator-Substanz auf. Mit anderen Worten, jede Modifikator-Substanz enthält einerseits eine primäre oder sekundäre Aminogruppe und andererseits gegebenenfalls eine weitere funktionelle Gruppe.The Polyimide membrane according to the invention is available from a previously completed polyimide membrane known per se can be. The polyimide membrane is treated with an aqueous modifier solution Contact in which at least one modifier substance is dissolved. The modifier substance has at least one amino group per molecule of the modifier substance as well as additional at least one further functional group per molecule of the modifier substance on. In other words, every modifier substance contains one hand a primary one or secondary Amino group and on the other hand optionally a further functional Group.
Insbesondere handelt es sich bei dieser weiteren Funktion ebenfalls um eine Aminogruppe.Especially this further function is also an amino group.
Die Polyimid-Membran wird während des in Kontakt bringens oder nach dem in Kontakt bringen mit der Modifikator-Lösung auf eine erhöhte Temperatur gebracht sowie anschließend gereinigt und getrocknet.The Polyimide membrane is during contacting or after contact with the Modifier solution on an increased Temperature brought and then cleaned and dried.
Die Modifikator-Lösung wird für einen Zeitraum von 0,01 sec. bis 1 h, vorzugsweise von 1 sec. bis 1 h, weiterhin vorzugsweise von 5 sec. bis 10 min. mit der Modifikator-Lösung kontaktiert und dabei gleichzeitig und/oder nachfolgend für einen Zeitraum von vorzugsweise 1 sec. bis 1 h, insbesondere bevorzugt von 5 sec. bis 10 min. einer Temperatur von vorzugsweise 50-100°C und insbe sondere bevorzugt von 70-90°C ausgesetzt und dadurch behandelt.The Modifier solution is for a period of from 0.01 second to 1 hour, preferably from 1 second to 1 h, more preferably from 5 sec. To 10 min. contacted with the modifier solution and at the same time and / or subsequently for a period of preferably 1 second to 1 hour, more preferably 5 seconds to 10 minutes. one Temperature of preferably 50-100 ° C and in particular special preferred from 70-90 ° C exposed and thereby treated.
Die Reinigung der auf diese Weise funktionalisierten Polyimid-Membran von nicht formkörperbildenden bzw. nicht membranbildenden Stoffen mit Ausnahme von Wasser sowie von Hilfsstoffen aus der kontaktierenden Modifikator-Lösung und/oder anderen Behandlungslösungen erfolgt vorzugsweise durch Waschen, Extrahieren und ähnlichem aus der Membran.The Purification of the functionalized polyimide membrane of non-body forming or non-membrane-forming substances with the exception of water and excipients from the contacting modifier solution and / or other treatment solutions is preferably done by washing, extracting and the like from the membrane.
Die gereinigte Membran wird dann getrocknet. Sie kann jedoch auf vor dem Trocknen mit an sich bekannten porenerhaltenden Substanzen imprägniert werden.The cleaned membrane is then dried. She can, however, advance to be impregnated with the drying known per se pore-containing substances.
Die Konzentration der Modifikator-Substanz bzw. der Modifikator-Substanzen in der Modifikator-Lösung beträgt vorzugsweise 0,1-20 Gew.-% und weiterhin bevorzugt 1-10 Gew.-%. Die auf diese Weise erhaltene funktionalisierte Polyimid-Membran kann erforderlichenfalls in einer zusätzlich Nachbehandlungsstufe mit weiteren, an sich bekannten Behandlungslösungen behandelt werden, um beispielsweise eine in Salzform vorliegende Funktion der Modifikator-Substanz in die Säureform zu überführen oder um eine neutrale Funktion beispielsweise durch Quarternierung in eine ionische Form zu überführen.The Concentration of modifier substance or modifier substances in the modifier solution is preferably 0.1-20 wt .-% and further preferably 1-10 wt .-%. The on This functionalized polyimide membrane obtained may, if necessary in addition After treatment treated with other treatment solutions known per se be, for example, a salted function to transform the modifier substance into the acid form or to a neutral one Function, for example, by quaternization into an ionic form to convict.
Die erfindungsgemäßen erhältliche Polyimid-Membran ist je nach Art der eingesetzten Modifikator-Substanz bzw. Modifikator-Substanzen entsprechend funktionalisiert und stellt im allgemeinen eine poröse Membran mit einem hohen Gehalt an funktionellen Gruppen dar. Die erfindungsgemäße Polyimid-Membran kann bereits in dieser Form als adsorbtive Membran eingesetzt werden. Zudem können die gezielt einstellbaren, je nach Reaktionsführung normalerweise in hoher Zahl frei verfügbaren funktionellen Gruppen, die sich auf den Membran- und Porenoberflächen befinden, für Folgereaktionen zur Koppelung weiterer, selektiv oder spezifisch adsorbierender Funktionen verwendet werden. Im Falle von Polyimid-Formkörpern befinden sich diese funktionellen Gruppen primär auf der Formkörperoberfläche. Bei porösen Membranen sind die funktionellen Gruppen – je nach Verfahrensführung – gleichmäßig oder asymmetrisch über den Membranquerschnitt verteilt, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird. Mit der Wahl der Porengröße der als Ausgangsmembran eingesetzten Polyimid-Membran und somit der zu modifizierenden Polyimid-Membran und der Größe des Moleküls der Modifikator-Substanz in der Modifikator-Lösung hat man die Möglichkeit, bei Verwendung einer trockenen Polyimid-Membran und vorzugsweise kurzen Behandlungszeiten das Eindringen der Modifikator-Substanz in die Unterstruktur der Membran gezielt derart zu steuern, daß eine asymmetrische Verteilung der funktionellen Gruppen über den Membranquerschnitt realisiert wird. Daher wird vorzugsweise eine asymmetrische Polyimid-Membran als Ausgangsmembran bzw. als zu modifizierende Membran eingesetzt. Die Porengröße der als Ausgangsmembran dienenden asymmetrischen Polyimid-Membran ist dabei in der trennaktiven Schicht vorzugsweise kleiner als die Größe des Moleküls der Modifikator-Substanz. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß vorzugsweise eine Membran als Ausgangsmembran bzw. Ausgangsmaterial eingesetzt werden kann, die einen beachtlichen Rückhalt gegenüber den Molekülen der Modifikator-Substanz aufweist, wobei diese Membran vorzugsweise von der Supportseite her mit der Modifikator-Lösung kontaktiert wird.Depending on the nature of the modifier substance or modifier substances used, the polyimide membrane obtainable according to the invention is correspondingly functionalized and in general forms a porous one Membrane with a high content of functional groups. The polyimide membrane according to the invention can already be used in this form as an adsorbent membrane. In addition, the selectively adjustable, depending on the reaction usually in large numbers freely available functional groups, which are located on the membrane and pore surfaces, can be used for subsequent reactions for the coupling of other, selectively or specifically adsorbing functions. In the case of polyimide moldings, these functional groups are primarily on the mold surface. In porous membranes, the functional groups - depending on the process - evenly or asymmetrically distributed over the membrane cross-section, which will be discussed in more detail below. With the choice of the pore size of the polyimide membrane used as the starting membrane and thus the polyimide membrane to be modified and the size of the molecule of the modifier substance in the modifier solution, it is possible to use a dry polyimide membrane and preferably short treatment times to selectively control the penetration of the modifier substance into the substructure of the membrane so as to realize an asymmetric distribution of the functional groups across the membrane cross section. Therefore, an asymmetric polyimide membrane is preferably used as the starting membrane or as a membrane to be modified. The pore size of the asymmetric polyimide membrane used as starting membrane is preferably smaller in the separation-active layer than the size of the molecule of the modifier substance. That is, in other words, it is preferable to use a membrane as a starting material having a remarkable retention against the molecules of the modifier substance, which membrane is preferably contacted with the modifier solution from the support side.
Bei Verwendung einer asymmetrischen Membran, die von der Unterstruktur her, wie oben beschrieben, behandelt wird, ist folglich eine abnehmende Porengröße auch mit einer abnehmenden Zahl an frei verfügbaren Funktionen verbunden. Die höchste Anzahl an frei verfügbaren Funktionen befindet sich daher auf der während der Modifizierung im unmittelbaren Kontakt mit der Modifikator-Lösung stehenden Membranoberfläche.at Use of an asymmetric membrane by the substructure is treated as described above, is therefore a decreasing Pore size too associated with a decreasing number of freely available functions. The highest Number of freely available Functions is therefore on during the modification in the immediate contact with the modifier solution-standing membrane surface.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die als Ausgangsmembran eingesetzte Polyimid-Membran eine mittleren Porendurchmesser kleiner als 10 nm. Dies gilt insbesondere für den Fall, daß die erfindungsgemäß erhältliche Membran für die Abtrennung von Pyrogen eingesetzt wird.To a preferred embodiment has used as the starting membrane polyimide membrane a mean pore diameter smaller than 10 nm. This is especially true for the Case that the present invention available Membrane for the separation of pyrogen is used.
Bei der erfindungsgemäß erhältlichen Membran handelt es sich somit insbesondere um eine Amin-funktionalisierte Polyimid-Membran mit Pyrogen-sorptiven Eigenschaften. Die frei wählbaren, kovalent an die Membran gebundenen Gruppen, insbesondere aminischer und/oder hydrophober Natur, bei der die gewünschten, adsorptiven Gruppen mit oder ohne Spacer an die Polyimid-Membran gebunden werden, sind gezielt einstellbar und je nach Reaktionsführung im allgemeinen in hoher Anzahl verfügbar. Diese funktionellen Gruppen verteilen sich – wie oben bereits dargelegt – entweder über den gesamten Membranquerschnitt oder auch in einer vorzugsweisen Ausführung gezielt asymmetrisch über den Querschnitt der Membran. Je nach Anwendungsgebiet besitzen die erfindungsgemäß erhältlichen Membranen Trennwirkung gegenüber den zu entfernenden Pyrogenen, jedoch nicht gegenüber den gewünschten Inhaltsstoffen von Dialysat/Infusat. Die bei der Funktionalisierung kovalent gebundenen Modifikator-Substanzen können durch wäßrige Lösungen nicht extra hiert werden. Allerdings können sie, wenn sie nicht am Träger gebunden sind, leicht und vollständig durch Spülprozesse aus der Membran vor Gebrauch entfernt werden. Es wird somit eine für Dekontaminationsprozesse adsorptiv wirkende Membran zur Verfügung gestellt, die praktisch keine eluierbaren Bestandteile enthält. Durch die lediglich an der Oberfläche ablaufende Funktionalisierung eines mit überhitztem Dampf bzw. Heißwasser sterilisierbaren Ausgangsmembranmaterials ist gewährleistet, daß auch das gezielt funktionalisierte Membranmaterial den Anforderungen an diese Art der Sterilisation genügt. Die erfindungsgemäß erhältliche Membran wird zudem auch den Anforderungen gerecht, die an einen Einmalgebrauchsartikel gestellt werden.at the inventively available Membrane is thus in particular an amine-functionalized Polyimide membrane with pyrogen-sorptive properties. The freely selectable, covalently bonded to the membrane groups, in particular aminischer and / or hydrophobic nature where the desired adsorptive groups are bound to the polyimide membrane with or without spacer, are specifically adjustable and depending on the reaction in general in high Number available. These functional groups are - as already explained above - either distributed over the entire membrane cross-section or in a preferred embodiment targeted asymmetrically over the cross section of the membrane. Depending on the application, the own available according to the invention Membranes separation effect the pyrogens to be removed, but not to the desired Ingredients of dialysate / infusate. The at the functionalization covalently bound modifier substances can not extra hiert by aqueous solutions become. However, you can if they are not on the carrier are bound, light and complete by rinsing processes be removed from the membrane before use. It is thus a for decontamination processes adsorptive-acting membrane provided, which is practical contains no eluatable ingredients. By the only to the surface ongoing functionalization of a superheated steam or hot water Sterilizable starting membrane material is ensured that too the specifically functionalized membrane material meets the requirements suffices for this type of sterilization. The present invention available Membrane also meets the requirements of a Disposable items are provided.
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäß erhältlichen Membran kann bezüglich des Funktionalisierungsschrittes kontinuierlich durchgeführt werden. Auf diese Weise ist eine ökonomische Herstellung der erfindungsgemäß erhältlichen Membran sichergestellt, wie sie für Einmalgebrauchsartikel zur Begrenzung der Kosten zu fordern ist. Zu diesem Zweck werden vorzugsweise einfache und folglich preiswerte und dennoch sehr effektiv adsorbierende Modifikator-Substanzen eingesetzt.The Process for the preparation of the membrane obtainable according to the invention can be described with reference to Functionalization step are carried out continuously. In this way is an economic Preparation of the invention available Membrane ensured as for single use items Limiting the cost is to demand. For this purpose are preferably simple and therefore inexpensive and yet very effective adsorbing Modifier substances used.
Durch die Wahl effektiver Modifikator-Substanzen mit hydrophilen Kopfgruppen insbesondere aminischer Natur, die in hoher Zahl frei verfügbar sind, kann eine Veränderung der Oberflächeneigenschaften der Polyimid-Membran derart erreicht werden, daß die Benetzung dieser Membran mit wäßrigen Medien vorteilhaft verbessert wird und somit die volle Leistungsfähigkeit bereits zu Beginn der Kontaktierung mit den zu entgiftenden Medium gewährleistet ist.By the choice of effective modifier substances with hydrophilic head groups especially of an aminic nature, which are freely available in large numbers, can be a change the surface properties the polyimide membrane can be achieved in such a way that the wetting of this membrane with aqueous media is advantageously improved and thus the full performance already at the beginning of contacting with the medium to be detoxified guaranteed is.
Entsprechend der beschriebenen Charakteristika der erfindungsgemäß erhältlichen Polyimid-Membran werden die Pyrogene durch das gleichzeitige Wirken zweier Dekontaminationsmöglichkeiten aus den zu behandelnden Lösungen entfernt:
- – Hochmolekulare Pyrogene (Aggregate, Mizellen usw.) werden vorzugsweise durch Größenausschluß aus den zu behandelnden Lösungen entfernt, da dieselben nicht durch die trennaktive Schicht der Membran permeieren können.
- – Monomere Pyrogene oder Bruchstücke derselben, die durch Größenausschluß mit der verwendeten Membran nicht zurückgehalten werden können und daher durch die Membran permeieren, werden adsorptiv an der Membranoberfläche bzw. insbesondere an der funktionalisierten Porenoberfläche im Membranquerschnitt bei der Permeation durch die Membran gebunden.
- - High molecular weight pyrogens (aggregates, micelles, etc.) are preferably removed by size exclusion from the solutions to be treated, since they can not permeate through the separation-active layer of the membrane.
- Monomeric pyrogens or fragments thereof, which can not be retained by size exclusion with the membrane used and therefore permeate through the membrane, are bound adsorptively to the membrane surface or, in particular, to the functionalized pore surface in the membrane cross-section during permeation through the membrane.
Im Ergebnis dieses Dekontaminationsprozesses entstehen hochreine Dialysat/Infusat-Lösungen. Gleichzeitig gewährleistet diese Art der Dekontamination die on-line Bereitstellung dieser Lösungen in ausreichender Menge während der Dialysebehandlung mit kleinen Membranflächen.in the The result of this decontamination process is the formation of ultrapure dialysate / infusate solutions. simultaneously guaranteed this kind of decontamination is the on-line provision of this solutions in sufficient quantity during the dialysis treatment with small membrane areas.
Insgesamt steht somit ein Membranreinigungssystem zur Verfügung, das beste Voraussetzungen für den Einsatz als Einmalgebrauchsartikel mit hoher Funktionalität bietet.All in all Thus, a membrane cleaning system is available, the best conditions for the Use as disposables with high functionality offers.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine asymmetrische Verteilung der funktionellen Gruppen über den Membranquerschnitt dadurch erhältlich, daß – im Gegensatz zu der oben beschriebenen Variante, bei dem im allgemeinen eine trockene Polyimid-Membran eingesetzt wird – das Porensystem der trockenen Polyimid-Membran mit einer gut benetzenden, vorzugsweise wäßrigen Lösung gefüllt wird, bevor die Polyimid-Membran mit der Modifikator-Lösung in Kontakt gebracht wird. In Verbindung mit kurzen Kontaktzeiten der Polyimid-Membran in der Modifikator-Lösung werden in diesem Falle, ohne daß ein Rückhalt der Polyimid-Membran gegenüber den Molekülen der Modifikator-Substanz nachgewiesen werden kann und unabhängig von der Struktur der Polyimid-Membran vorzugsweise die kontaktierte Membranoberfläche und der daran angrenzende Teil des Membranquerschnittes modifiziert. Auf diese Weise wird ebenfalls eine asymmetrische Modifizierung der Polyimid-Membran erreicht.at a further preferred embodiment is an asymmetric distribution of functional groups over the Diaphragm cross-section available, that - in contrast to the variant described above, in which generally a dry polyimide membrane is used - the pore system of dry Polyimide membrane is filled with a well-wetting, preferably aqueous solution, before the polyimide membrane is contacted with the modifier solution. In conjunction with short contact times of the polyimide membrane in the Modifier solution in this case, without one support the polyimide membrane opposite the molecules the modifier substance can be detected and independent of the structure of the polyimide membrane preferably contacted membrane surface and the adjoining part of the membrane cross section modified. In this way also becomes an asymmetric modification reaches the polyimide membrane.
Wenn im Rahmen dieser Unterlagen von einem Polyimid bzw. einem Polyimid-Formkörper oder von einer Polyimid-Membran die Rede ist, so umfaßt der Begriff "Polyimid" neben den reinen Polyimiden auch solche Stoffklassen, die neben den Imid-Gruppen auch andere Gruppen enthalten. Dazu zählen beispielsweise Poly(amid-imide), Poly(ester-imide), Poly(ether-imide) und Mischprodukte (Polymerblends). Erfindungsgemäß ist es lediglich erforderlich, daß zumindest ein Anteil des/der formkörperbildenden bzw. membranbildende(n) Polymer(e) in der Polymerkette Imid-Gruppen aufweisen. Folglich kann jede diese Imid-Funktion aufweisende Membran mittels der erfindungsgemäßen Modifizierung funktionalisiert werden. Vorzugsweise werden jedoch Formkörper bzw. Membranen aus reinen Polyimiden eingesetzt. Beim Formkörper ist dessen Form beliebig. Es ist lediglich erforderlich, daß überhaupt eine Kontaktierung mit der Behandlungslösung möglich ist. Als Ausgangsmembranen können beliebige Membranen eingesetzt werden. Es kann sich dabei um Hohl- oder Schlauchmembranen oder auch um Flachmembranen mit oder ohne Trägervlies handeln.If in the context of these documents of a polyimide or a polyimide molding or from a polyimide membrane the speech is so embraced the term "polyimide" in addition to the pure Polyimides also have such substance classes, in addition to the imide groups also contain other groups. These include, for example, poly (amide-imide), Poly (ester-imides), poly (ether-imides) and mixed products (polymer blends). It is according to the invention only required that at least a proportion of the body forming body or membrane-forming polymer (s) in the polymer chain imide groups exhibit. Thus, any membrane having this imide function can be used by means of the modification according to the invention be functionalized. Preferably, however, moldings or Membranes made of pure polyimides used. When molding is its form arbitrary. It is only necessary that at all a contact with the treatment solution is possible. As starting membranes can Any membranes are used. It can be hollow or tubular membranes or even flat membranes with or without carrier fleece act.
Die erfindungsgemäß zum Einsatz gebrachten Modifikator-Substanzen enthalten mindestens eine primäre oder sekundäre Amino-Gruppe. Weist die Modifikator-Substanz nur eine Amino-Gruppe auf und besteht sie ansonsten aus einem keine funktionellen Gruppen aufweisenden Kohlwasserstoffrest, dann kann man diesen Kohlenwasserstoffrest quasi auch als weitere funktionelle Gruppe betrachten. Setzt man ein derartiges Monoamin zur Modifizierung ein, kann man die hydrophoben Eigenschaften der derart modifizierten Membranen verbessern.The used according to the invention brought modifier substances contain at least one primary or secondary Amino group. If the modifier substance has only one amino group otherwise it consists of one of no functional groups Having hydrocarbon residue, then you can this hydrocarbon radical more or less as another functional group. You put such a monoamine for modification, one can the hydrophobic Improve properties of such modified membranes.
Die
erfindungsgemäß eingesetzten
Modifikator-Substanzen besitzen vorzugsweise die folgenden allgemeinen
Formeln
Die divalente Gruppe X, welche die Amin-Gruppe mit mindestens einer weiteren funktionellen Gruppe Y2 linear und/oder über Ringsysteme verbindet, kann somit beliebiger Natur sein. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen aliphatischen und/oder aromatischen Kohlenwasserstoff-Rest, der die genannten Heteroatome aufweisen kann und zudem CO-, C(OH)-, CO(OH)- und PO3(OH)-Gruppen besitzen kann. Insbesondere werden X-Gruppen mit Amin- oder Äthergruppen in Nachbarschaft zu kurzkettigen, aliphatischen Kohlenwasserstoffketten mit einem hohen Anteil an Heteroatomen aus der Substanzklasse der Polyamine, beispielsweise Polyethylenimin, Polyamidine bzw. ethoxylierte Amine/Polyamine eingesetzt.The divalent group X, which connects the amine group with at least one further functional group Y 2 linearly and / or via ring systems, can thus be of any desired nature. This is preferably an aliphatic and / or aromatic hydrocarbon radical which may have the heteroatoms mentioned and may additionally have CO, C (OH), CO (OH) and PO 3 (OH) groups. In particular, X groups with amine or ether groups in the vicinity of short-chain, aliphatic hydrocarbon chains having a high proportion of heteroatoms from the class of polyamines, for example polyethyleneimine, polyamidines or ethoxylated amines / polyamines are used.
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
besitzen die erfindungsgemäß eingesetzten
Modifikator-Substanzen die folgende allgemeine Formel:
Die Reste R1 und X besitzen dabei die oben angegebenen Bedeutungen. Die Reste R2 und R3 bedeuten unabhängig voneinander jeweils ein Wasserstoffatom oder einen aliphatischen oder einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest. Der Rest X kann in diesem Fall insbesondere für Polyamine und Polyamidine stehen.The radicals R 1 and X have the meanings given above. The radicals R 2 and R 3 independently of one another each represent a hydrogen atom or an aliphatic or an aromatic hydrocarbon radical. In this case, the radical X may be in particular polyamines and polyamidines.
Die zur Modifizierung eingesetzten Modifikator-Substanzen müssen in dem zur Herstellung der Modifikator-Lösung verwendeten Lösemittel zumindest partiell löslich sein. Vorzugsweise sind die Modifikator-Substanzen in dem Lösemittel bzw. dem Lösemittelgemisch der Modifikator-Lösung vollständig löslich und bilden homogene und im allgemeinen niederviskose Lösungen, deren pH ≥ 7 ist. Als Lösemittel wird normalerweise Wasser zur Anwendung gebracht. Im Hinblick auf eine gleichmäßige, kurzzeitige Behandlung ist es vorteilhaft, wäßrige Lösemittel mit Anteilen an mit Wasser vollständig mischbaren, kurzkettigen mono- oder polyfunktionellen Alkoholen einzusetzen. Der Anteil dieser Alkohole beträgt vorzugsweise 10 bis 90 Gew.-%, weiterhin bevorzugt 20-50 Gew.-% im Lösemittelgemisch für den oder die Modifikator-Substanz(en).The modifier substances used for modification must be in the solvent used to prepare the modifier solution at least partially soluble be. Preferably, the modifier substances are in the solvent or the solvent mixture the modifier solution completely soluble and form homogeneous and generally low-viscosity solutions, their pH ≥ 7 is. As a solvent Normally water is used. With regard a uniform, short-term Treatment, it is advantageous aqueous solvents with proportions of water-immiscible, short-chain use mono- or polyfunctional alcohols. The proportion of this Alcohols is preferably 10 to 90% by weight, more preferably 20-50% by weight in the solvent mixture for the or the modifier substance (s).
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen modifizierten Polyimid-Formkörper und insbesondere der modifizierten Polyimid-Membranen. Bei diesem Verfahren werden die oben näher beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt.object The invention is also a method for producing the modified invention Polyimide mold and especially the modified polyimide membranes. In this Procedures are the above closer described method steps performed.
Wie bereits oben dargelegt, wird die Membran nach der Kontaktierung mit der Modifikator-Lösung gleichzeitig und/oder nachfolgend temperaturbehandelt. Vorzugsweise erfolgt diese Temperaturbehandlung kontinuierlich an einer fortlaufenden, bewegten Membran, indem die mit der Modifikator-Lösung kontaktierte Membran der Kontaktierung nachfolgend mit einem kurzzeitigen Temperaturimpuls behandelt wird. Insbesondere wird dieser Temperaturimpuls an der laufenden Membran mittels einer Durchlaufmikrowelle erzeugt.As already stated above, the membrane after contacting with the modifier solution at the same time and / or subsequently temperature treated. Preferably, this is done Temperature treatment continuously on a continuous, moving Membrane by contacting the contacted with the modifier solution membrane of Contacting with a short-term temperature pulse is treated. In particular, this temperature pulse at the running membrane produced by means of a continuous microwave.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit funktionalisierte Membranen erhalten werden, deren Liganden einerseits praktisch symmetrisch über den gesamten Membranquerschnitt verteilt sind, wenn die Modifikator-Substanz und die Modifikator-Substanzen in das gesamt Porensystem der Membran eindringen kann, wie dies bereits oben beschrieben ist. Andererseits können asymmetrische Polyimid-Membranen erhalten werden, die von der grobporigeren Membranoberfläche (Support-Oberfläche) mit der Modifikator-Lösung kontaktiert werden, wobei die Modifikator-Substanzen aufgrund ihrer Größe nicht in das gesamte Porensystem des Querschnitts der Membran frei permeieren können. Unter diesen Herstellungsbedingungen entstehen funktionalisierte Polyimid-Membranen, die neben dem Strukturgradienten gleichzeitig einen gleichgerichteten Gradienten im Funktionalisierungsgrad aufweisen, und zwar derart, daß ein kleiner mittlerer Porendurchmesser mit einem geringen Funktionalisierungsgrad verbunden sind und umgekehrt. Vorteilhafterweise kann durch eine derart gezielte Wahl der Herstellungsbedingungen der Funktionalisierungsgrad in der Aktivschicht und in dem unterhalb derselben liegenden Bereich des Membranquerschnittes stark vermindert bzw. eine Funktionalisierung verhindert werden, was insbesondere bei Membranen mit Ultrafiltrationseigenschaften bezüglich der Konstanz der Trenneigenschaften und, wie bei einer Kombination aus Filtration uns Adsorption gewünscht, mit einem Verlust an Adsorptionsfähigkeit der trennaktiven Schicht vorteilhaft verbunden sein kann. Letzteres verhindert bzw. beschränkt die Adsorption der ohnehin über den Größenausschluß realisierten Abtrennungen größerer Pyrogenaggregate, vermindert folglich eine mögliche Konzentrations-polarisation und garantiert damit konstante Permeatflüsse während des Dekontaminationsprozesses.Functionalized membranes can thus be obtained by the process according to the invention whose ligands are distributed on the one hand practically symmetrically over the entire membrane cross-section, if the modifier substance and the modifier substances can penetrate into the entire pore system of the membrane, as already described above. On the other hand, asymmetric polyimide membranes can be obtained, which are contacted by the coarse-pored membrane surface (support surface) with the modifier solution, wherein the modifier substances can not permeate freely in the entire pore system of the cross section of the membrane due to their size. Functionalized polyimide membranes which, in addition to the structure gradient, simultaneously have a rectified gradient in the degree of functionalization, are produced under these production conditions, in such a way that a small average pore diameter is associated with a low degree of functionalization and vice versa. Advantageously, the degree of functionalization in the active layer and in the underlying region of the membrane cross-section can be greatly reduced or functionalization can be prevented by such a specific choice of the production conditions, which is particularly true for membranes with ultrafiltration properties with respect to the consistency of the release properties and, as in a combination of Filtration adsorption desired, may be associated with a loss of adsorption capacity of the separation-active layer advantageous. The latter prevents or restricts the adsorption of the already realized via the size exclusion separations larger pyrogen aggregates, thus reducing a possible concentration polarization and thus guarantees constant permeate flows during the decontamination process.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der aufgeführten Beispiele zur Herstellung von modifizierten Polyimid- Membranen, ausgehend von Polyetherimid-Membranen, näher erläutert. Dabei gelangen Di- und. Polyamine bzw. Polyethylenamin als Modifikator-Substanzen zur Anwendung. Diese modifizierenden Amine stehen jedoch lediglich beispielhaft und dienen primär zur Erläuterung des Grundprinzips zum Erhalt der erfindungsgemäß modifizierten Polyimid-Formkörper bzw. Polyimid-Membranen. Bei dem zur Anwendung gebrachten Polyetherimid handelt es sich um Ultem 1000 (General Electric), aus dem in bekannter Weise nach dem Phaseninversionsverfahren ebenflächige Membranen auf Histar-Trägermaterial bzw. Hohlmembranen formiert wurden.The Invention will be described below with reference to the listed examples for the preparation modified polyimide membranes, starting from polyetherimide membranes, explained in more detail. Here come di- and. polyamines or polyethyleneamine as modifier substances for use. These However, modifying amines are merely exemplary and serve primary In order to explain the basic principle for obtaining the inventively modified polyimide molding or Polyimide membranes. In the applied polyetherimide it is Ultem 1000 (General Electric), from the well-known Following the phase inversion method planar membranes on Histar support material or hollow membranes were formed.
Zur Charakterisierung der Ausgangsmembranen und der erfindungsgemäß modifizierten Membranen wurden deren Wasserpermeabilität, Porencharakteristik und Trenncharakteristik mit Wasser bzw. unter Verwendung einer Mischung aus Dextranen nach bekannten Verfahren gemessen sowie an ausgewählten Beispielen der Gehalt an funktionellen Gruppen durch titrimetrische Bestimmung bzw. durch Bestimmung der Farbstoffadsorption mit Acid Orange II ermittelt. Zur Bewertung der Asymmetrie der Funktionalisierung wurde ein qualitativer Färbetest unter Verwendung von Orange II (Uchida et al. Langmuir 9 (1993) 1121-1124) herangezogen. Die Adsorptionsfähigkeit der erfindungsgemäß modifizierten Membranen für Pyrogene wurde unter statischen Bedingungen unter Verwendung von Flachmembranen getestet, wobei mit Endotoxin Typ E. coli serotype 0111:B4 kontaminierte isotonische Kochsalzlösung als zu dekontaminierende Lösung eingesetzt wurde. Der Endotoxin-Gehalt der behandelten Lösungen wurde mittels LAL-Test quantifiziert.to Characterization of the starting membranes and the invention modified Membranes were their water permeability, pore characteristics and Separation characteristic with water or using a mixture from dextrans measured by known methods and selected examples the content of functional groups by titrimetric determination or by determining the dye adsorption with Acid Orange II determined. To evaluate the asymmetry of the functionalization was a qualitative staining test using Orange II (Uchida et al., Langmuir 9 (1993) 1121-1124). The adsorption capacity of the invention modified Membranes for Pyrogens were used under static conditions using Flat membranes tested using endotoxin type E. coli serotype 0111: B4 contaminated isotonic saline solution to be decontaminated solution was used. The endotoxin content of the treated solutions was Quantified by LAL test.
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)Example 1 (comparative example)
Kommerziell
erhältliche
Flachmembranen (Hersteller: GKSS Forschungszentrum Geesthacht GmbH) aus
Polyetherimid (Ultem 1000, General Electric) auf Histar 80 wurden
als Ausgangsmembran für
die Modifizierung eingesetzt. Membranen unterschiedlicher Herstellung
mit unterschiedlichen Trenneigenschaften wiesen in dieser unmodifizierten
Form folgende Kenndaten auf: Flachmembran
1:
Des
weiteren wurde eine Hohlmembran für die Untersuchungen herangezogen.
Diese Hohlmembran wurde wie folgt hergestellt: Aus einer Polyetherimid-Spinnlösung wurde
unter Verwendung von Wasser (Raumtemperatur) als Lumenfüller und
einem Gemisch aus 45 Teilen Dimethylformamid (DMF), 25 Teilen N-Methylpyrrolidon
(NMP), 25 Teilen Gamma-Butyrolakton (GBL) und 5 Teilen Wasser als
Fällbad
mittels eines Naßspinnprozesses
eine Hohlmembran ersponnen. Das Porensystem der äußeren Oberfläche dieser
initial-gelfeuchten Hohlmembran wurde durch Gel/Sol/Gel-Behandlung (1. Bad:
N-Methylpyrrolidon, 30°C;
2. Bad: Wasser, 80°C)
geöffnet;
es entsteht eine hochasymmetrische Hohlmembran mit innerer trennaktiver
Schicht. Nach Auswaschen der nichtmembranbildenden Bestandteile
mit Wasser wurde die Hohlmembran bei Raumtemperatur getrocknet.
Die so hergestellte Ausgangshohlmembran (Hohlmembran 1) wies im
unmodifizierten Zustand folgende charakteristische Daten auf:
Diese Kenndaten der Ausgangsmembranen wurden zur Einschätzung der Veränderung von Membraneigenschaften als Folge der Modifizierung herangezogen.These Characteristics of the output membranes were used to estimate the change of membrane properties as a result of the modification.
Beispiel 2Example 2
Die
im Vergleichsbeispiel 1 untersuchte Flachmembran 1 wurde im trockenen
Zustand, montiert auf einer Metalltrommel, von der Aktivschichtseite
her mit einer Modifi kator-Lösung,
bestehend aus 2 Teilen 1,6-Diaminohexan, 49 Teilen Wasser und 49
Teilen 1-Propanol bei 75°C,
für 30
sec. kontaktiert. Die unmodifizierte Membran besitzt keinen Rückhalt gegenüber dem
als Modifikator-Substanz verwendeten 1,6-Diaminohexan. Nach der
Modifizierungsreaktion wurde intensiv mit Wasser bei Raumtemperatur
gespült,
um an der Membran nicht kovalent gebundene Modifikator-Substanz
zu entfernen. Diese modifizierte Membran wurde im feuchten Zustand
hinsichtlich Trenneigenschaften und nach Trocknung hinsichtlich
des Gehaltes an freien Aminogruppen untersucht. Die so modifizierte
Membran wies folgende Kenndaten auf:
Die Verteilung des Modifikator-Substanz über dem Membranquerschnitt war entsprechend der qualitativen Einschätzung mittels Färbetest symmetrisch.The Distribution of the modifier substance over the membrane cross-section was according to the qualitative assessment by means of dyeing test symmetrical.
Beispiel 3Example 3
Die im Beispiel 1 beschriebene Ausgangsmembran (Flachmembran 1) wurde entsprechend dem Beispiel 2 mit folgenden Unterschieden modifiziert:
- – die Modifikator-Lösung bestand aus 2 Teilen Polyethylenimin (Molekulargewicht: 700g/mol), 49 Teilen Wasser und 49 Teilen 1-Propanol und
- – die Behandlung wurde 60 sec. durchgeführt.
- - The modifier solution consisted of 2 parts of polyethyleneimine (molecular weight: 700g / mol), 49 parts of water and 49 parts of 1-propanol and
- The treatment was carried out for 60 sec.
Die unmodifizierte Membran besitzt gegenüber der Modifikator-Substanz nur einen geringen (praktisch keinen) Rückhalt (< 5%).The unmodified membrane has over the modifier substance only a small (virtually no) retention (<5%).
Folgende
Kenndaten der modifizierten Membran wurden ermittelt:
Die Verteilung der Modifikator-Substanz über den Membranquerschnitt war entsprechend der qualitativen Einschätzung mittels Färbetest symmetrisch.The Distribution of the modifier substance across the membrane cross-section was according to the qualitative assessment by means of dyeing test symmetrical.
Beispiele 4-7Examples 4-7
Die im Beispiel 1 beschriebene Membran (Flachmembran 1) wurde entsprechend diesen Beispielen mit folgenden Unterschieden modifiziert:
- 1. Die Modifikator-Lösung bestand aus 4 Teilen einer 50%-igen Polyethylenimin-Lösung in Wasser (Molekulargewicht: 750 000 g/mol), 47 Teilen Wasser und 49 Teilen 1-Propanol. Die unmodifizierte Membran besitzt praktisch einen vollständigen Rückhalt gegenüber der Modifikator-Substanz (> 95 %).
- 2. Die Membran wurde von der Supportseite her mit der Modifikator-Lösung unterschiedliche Zeiten bei 70°C kontaktiert.
- 1. The modifier solution consisted of 4 parts of a 50% polyethyleneimine solution in water (molecular weight: 750,000 g / mol), 47 parts of water and 49 parts of 1-propanol. The unmodified membrane has virtually complete retention with respect to the modifier substance (> 95%).
- 2. The membrane was contacted from the support side with the modifier solution for different times at 70 ° C.
Die so modifizierten Membranen wiesen die in Tabelle 1 zusammengestellten Kenndaten auf: Tabelle 1: Kenndaten der nach den Beispielen 4-7 modifizierten Membranen The membranes thus modified had the characteristics summarized in Table 1: TABLE 1 Characteristics of the membranes modified according to Examples 4-7
Beim Färbetest zeigte sich, daß die Aktivschicht der Membran deutlich geringer angefärbt und daher funktionalisiert wurde als die Supportseite. Die Kontaktwinkel, gemessen an der Aktivschicht, waren praktisch identisch mit den entsprechenden Daten der unmodifizierten Membran.At the staining test showed that the Active layer of the membrane stained significantly less and therefore functionalized was called the support page. The contact angles, measured on the active layer, were virtually identical to the corresponding unmodified data Membrane.
Beispiele 8 bis 10Examples 8 to 10
Die in Beispiel 3 eingesetzte Ausgangsmembran wurde entsprechend dem Beispiel 2 mit einer Modifikator-Lösung bestehend aus 2 Teilen 1,6-Diaminohexan, 49 Teilen Wasser und 49 Teilen 1-Propanol mit folgenden Unterschieden so modifiziert, daß
- – die Ausgangsmembran vor der Kontaktierung mit der Modifikator-Lösung mit dem Lösemittel der Modifizierung, bestehend aus 54 Teilen Wasser und 50 Teilen 1-Propanol, vollständig benetzt und in diesem Zustand zur Modifizierung eingesetzt wurde und
- – die Membran von der Supportseite her mit der Modifikator-Lösung unterschiedliche Zeiten bei 70°C kontaktiert wurde.
- - The starting membrane before contacting with the modifier solution with the solvent of the modification, consisting of 54 parts of water and 50 parts of 1-propanol, completely wetted and used in this state for modification, and
- - The membrane was contacted from the support side with the modifier solution different times at 70 ° C.
Die so modifizierten Membranen wiesen die in Tabelle 2 zusammengestellten Kenndaten auf: Tabelle 2: Kenndaten der nach den Beispielen 8 bis 10 modifizierten Membranen: The membranes thus modified had the characteristics summarized in Table 2: TABLE 2 Characteristics of the membranes modified according to Examples 8 to 10:
Beispiele 11 bis 15Examples 11 to 15
Die im Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel) beschriebene asymmetrisch strukturierte Flachmembran 3 wurde verwendet und – auf einem Metallzylinder befestigt – unter den folgenden Bedingungen mit Polyethylenimin (MG = 700 g/Mol) in Abhängigkeit von der Behandlungszeit funktionalisiert:
- – 2 Gew.-%ige Lösung des Polyamins in einem Lösemittelgemisch, bestehend aus 50 Teilen Wasser und 50 Teilen n-Propanol.
- – Die Funktionalisierung wurde bei 70°C unter Drehen des Metallzylinders (ca. 40 U/min.) durchgeführt.
- – Es wurde die Aktivschichtseite der asymmetrischen Membran behandelt.
- - 2 wt .-% solution of the polyamine in a solvent mixture consisting of 50 parts of water and 50 parts of n-propanol.
- - The functionalization was carried out at 70 ° C while rotating the metal cylinder (about 40 U / min.).
- - The active layer side of the asymmetric membrane was treated.
Um sicherzustellen, daß die Membran nach der Behandlung zur Ermittlung der charakteristischen Daten vollständig benetzbar ist, wurden die behandelten Membranen, die bei Behandlungszeiten von ≤ 60 sec. mit der Modifikator-Lösung kontaktiert wurden, nach der Behandlung noch 30 min. bei Raumtemperatur im Lösemittelgemisch der Funktionalisierung nachbenetzt. Abschließend wurden die Membranen intensiv mit Wasser unter mehrmaligen Wechsel desselben gespült und in diesem Zustand der Eigenschaftsprüfung unterzogen.Around To ensure that the Membrane after treatment to determine the characteristic Data completely wettable, the treated membranes were treated at treatment times of ≤ 60 Sec. contacted with the modifier solution were after treatment for 30 min. at room temperature in the solvent mixture rewetted the functionalization. Finally, the membranes became intense rinsed with water with repeated changes of the same and in subjected to this state of property testing.
Die Trenneigenschaften der Membranen sowie die an ausgewählten Proben ermittelten Gehalte an Amin-Gruppen sind in Tabelle 3 zusammengestellt.The Separation properties of the membranes and on selected samples determined contents of amine groups are summarized in Table 3.
Diese Daten der Farbstoffadsorption belegen den hohen Funktionalisierungsgrad der erfindungsgemäßen Membranen, wobei sich der Gehalt an Amin-Gruppen mit Zunahme der Funktionalisierungszeit erhöht; die Trenneigenschaften werden durch die Funktionalisierung geringfügig verändert, so daß dieser Befund bei der Wahl der Trenneigenschaften der Ausgangsmembran berücksichtigt werden muß.These Dye adsorption data confirm the high degree of functionalization the membranes of the invention, the content of amine groups increasing with the functionalization time elevated; the Separation properties are slightly changed by the functionalization, so that this Findings taken into account in the choice of separation properties of the output membrane must become.
Tabelle 3: Table 3:
Tabelle 4 enthält Daten zum Verhalten dieser Beispielmembranen bei der Pyrogenadsorption für unterschiedliche Ausgangsendotoxingehalte des kontaktierenden Mediums. Die Adsorptionsfähigkeit wurden unter statischen Bedingungen ermittelt (Doppelbestimmung), wobei 100 μl einer 2 bis 20 ng/ml Endotoxin-haltigen, isotonischen Kochsalz-Lösung unter geringer Schüttelbewegung mit einer Membranfläche von 1 cm2 für 1 h bei 37°C entweder mit der behandelten oder der unbehandelten Membranoberfläche kontaktiert wurden.Table 4 contains data on the behavior of these example membranes in pyrogen adsorption for different starting endotoxin levels of the contacting medium. The adsorption capacity was determined under static conditions (duplicate determination) using 100 μl of a 2 to 20 ng / ml endotoxin-containing isotonic saline solution with gentle shaking with a membrane area of 1 cm 2 for 1 h at 37 ° C with either the treated one or the untreated membrane surface were contacted.
Diese Daten belegen das Adsorptionsvermögen dieser erfindungsgemäß erhältlichen Polyimidmembranen selbst unter den für die Adsorption ungünstigen statischen Bedingungen der Versuche. Die Adsorptionskapazität ist praktisch unabhängig davon, ob die behandelte oder die unbehandelte Membranoberfläche mit der ET-haltigen Lösung kontaktiert wurde, was auf eine symmetrische Verteilung der Amin-Funktionen über den Membranquerschnitt hinweist. Diese symmetrische Verteilung konnte qualitativ mit dem Färbetest bestätigt werden. Dennoch ist eine leicht verbesserte Adsorptionsfähigkeit bei Kontaktierung der Supportseite der Membran festzustellen, was offensichtlich mit der besseren Zugänglichkeit der Porenoberfläche als zusätzlicher Adsorptionsfläche im Zusammenhang steht.These Data prove the adsorption capacity of this inventively available Polyimide membranes even under those unfavorable for adsorption static conditions of the experiments. The adsorption capacity is practical independently of whether the treated or the untreated membrane surface with the ET-containing solution due to a symmetric distribution of the amine functions over the Diaphragm cross section indicates. This symmetric distribution could qualitatively with the dyeing test approved become. Nevertheless, a slightly improved adsorption capacity When contacting the support side of the membrane to determine what obviously with the better accessibility of the pore surface than additional adsorption is related.
Tabelle 4: Table 4:
Beispiele 16 bis 20Examples 16 to 20
Die im Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel) beschriebene, asymmetrisch strukturierte Flachmembran 3 wurde unter den Bedingungen der Beispiele 11 bis 15 entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den Unterschieden funktionalisiert, daß
- – als Modifikator ein Polyethylenimin der Molmasse 750 kg/Mol verwendet und
- – die Supportseite der asymmetrischen Membran behandelt wurde.
- Used as a modifier a polyethyleneimine of molecular weight 750 kg / mol and
- - the support side of the asymmetric membrane has been treated.
Im Gegensatz zu den Beispielen 11 bis 15 wird der Modifikator entsprechend den Trenneigenschaften der Membran praktisch von derselben vollständig zurückgehalten.in the Contrary to Examples 11 to 15, the modifier becomes equivalent the separation properties of the membrane practically completely retained by the same.
Die Trenneigenschaften der Membranen sowie die ermittelten Gehalte der Amin-Gruppen sind in Tabelle 5 zusammengestellt.The Separation properties of the membranes and the determined contents of Amine groups are listed in Table 5.
Diese Daten der Farbstoffadsorption belegen den hohen Funktionalisierungsgrad der erfindungsgemäß erhältlichen Membranen, wobei ein praktisch konstanter Amingehalt bereits nach einer Funktionalisierungszeit von 60 sec. erreicht wird. Die Porencharakteristik der Membran wird durch die Funktionalisierung nur geringfügig verändert, jedoch verändert sich die Permeabilität der Membran als Folge eines vergrößerten Transportwiderstandes der funktionalisierten Supportschicht.These Dye adsorption data confirm the high degree of functionalization the inventively available Membranes, with a practically constant amine content already after a functionalization time of 60 sec. is achieved. The pore characteristic the membrane is only slightly changed by the functionalization, however changed the permeability the membrane as a result of increased transport resistance the functionalized support layer.
Tabelle 5: Table 5:
Tabelle 6 enthält Dateien zum Verhalten dieser Beispielmembranen bei der Pyrogenadsorption für unterschiedliche Ausgangsendotoxingehalte entsprechend den Beispielen der Modifizierung mit dem niedermolekularen Polyethylenimin.table 6 contains Files on the behavior of these example membranes in pyrogen adsorption for different Starting endotoxin levels according to the examples of the modification with the low molecular weight polyethyleneimine.
Diese Daten belegen ein Adsorptionsvermögen dieser erfindungsgemäß erhältlichen Polyimidmembranen unter den für einen Adsorptions-prozeß ungünstigen statischen Bedingungen der Adsorptionsversuche. Die Adsorptionskapazität ist deutlich geringer als in den vorangehend beschriebenen Beispielen und überraschenderweise praktisch unabhängig davon, ob die behandelte oder die unbehandelte Membranoberfläche mit der ET-haltigen Lösung kontaktiert wird. Der Färbetest belegt jedoch eindeutig, daß die Amin-Funktionen asymmetrisch über den Querschnitt verteilt sind und eine höhere Aminaktivität vorliegt. Die spricht für eine Abhängigkeit der Adsorptionskapazität der erfindungsgemäß modifizierten Membranen vom verwendeten Liganden.These Data show an adsorption capacity of this inventively available Polyimide membranes among the for an adsorption process unfavorable static conditions of the Adsorptionsversuche. The adsorption capacity is clear less than in the examples described above and surprisingly practically independent of whether the treated or the untreated membrane surface with the ET-containing solution will be contacted. The dyeing test However, it proves clearly that the Amin functions asymmetrically over are distributed over the cross-section and a higher amine activity is present. The speaks for a dependency the adsorption capacity the invention modified Membranes of the ligand used.
Tabelle 6: Table 6:
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