DE102011008222A1

DE102011008222A1 - Verfahren zur Herstellung einer Hohlfasermembran

Info

Publication number: DE102011008222A1
Application number: DE102011008222A
Authority: DE
Inventors: Dr. Maurer Matthias
Original assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Current assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date: 2011-01-10
Filing date: 2011-01-10
Publication date: 2012-07-12
Also published as: WO2012095280A1; US20120175299A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Hohlfasermembran, eine Hohlfasermembran, ein Hohlfasermembranbündel sowie eine Vorrichtung zur Herstellung wenigstens einer Hohlfasermembran.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Hohlfasermembran, eine Hohlfasermembran, ein Hohlfasermembranbündel sowie eine Vorrichtung zur Herstellung wenigstens einer Hohlfasermembran.
Bei Blutreinigungsbehandlungen werden Hohlfaserfiltermodule verwendet, die ein Hohlfaserbündel mit einer Vielzahl von Hohlfasermembranen enthalten. Das Modul ist in zwei Kammern unterteilt. Dabei besteht eine Kammer aus der Vielzahl der inneren Volumen der Hohlfasern und den Zuströmbereichen, die Flüssigkeit zu dem Faserinneren führen. Die zweite Kammer beschreibt den Raum, der die Fasern umgibt und von dem Zuströmbereich der ersten Kammer getrennt ist. Aufgabe der Filtermodule ist der Stoffaustausch von Substanzen durch die Membranwandung. Bei Dialyse-, Hämofiltrations- und Hämodiafiltrationsbehandlungen strömt im Normalfall Blut durch das Innere der Hohlfasern. Auf der Gegenseite der Membran in der zweiten Kammer kann sich eine Austauschflüssigkeit befinden wie z. B. eine Dialyselösung.
Der Erfolg einer Blutbehandlung über Filtermodule ist wesentlich von den Leistungsdaten des Filters abhängig. Insbesondere sind darunter die Leistungsdaten der Hohlfasermembran an sich und der zu einem Bündel zusammengefassten Vielzahl von Hohlfasermembranen zu verstehen. Ein Maß für die Stofftrennleistung eines Dialysefilters wird durch die Clearance (K) wiedergegeben.
mit

Q_Bi:: einströmender Blutfluss (blond in);
C_Bi:: Konzentration eines Analyten im einströmenden Blutfluss (concentration in);
C_Bo:: Konzentration des Analyten im ausströmenden Blutfluss (concentration out); und
Q_F:: Filtrationsfluss, konvektiver Flusstrom durch die Membran.

Der Stofftransport durch die Membranwand kann nach verschiedenen Prinzipien von der Blutseite zur Dialysatseite oder aber auch umgekehrt von der Dialysatseite zur Blutseite erfolgen. Im Wesentlichen relevant sind hierbei die Transportphänomene Diffusion und Konvektion. Die treibende Kraft für die Diffusion ist das Bestreben, dass Konzentrationsunterschiede in flüssigen oder gasförmigen Systemen ausgeglichen werden. An diesem Konzentrationsausgleich sind besonders kleine Moleküle beteiligt, da sie eine hohe Teilchenbewegung ausführen. Große Moleküle führen dagegen nur sehr geringe Teilchenbewegungen aus und werden durch Diffusion kaum durch die Membranwand transportiert.
Der transmembrane Transport von mittleren und großen Molekülen kann dagegen durch Konvektion erfolgen. Als Konvektion wird in dem vorliegenden System die durch einen transmembranen Druckgradienten (TMP) erzwungene Strömung durch die Membranwand bezeichnet. Eine Druckdifferenz zwischen Dialysatseite und Blutseite wird durch die Flussrate und die Strömungsrichtung der beiden Flüssigkeitskreisläufe hervorgerufen. Der erste Term in Gleichung 1 beschreibt den diffusiven Transport durch die Membran. Der zweite Term beschreibt den konvektiven Transport.
Der transmembrane Filtratfluss, auch als Ultrafiltrationsrate Q_F bezeichnet, und somit der Flüssigkeitsstrom, der zur Dialysatseite oder Blutseite übertritt, ist nach folgender Beziehung proportional zum TMP: Q_F = UF_coeff·TMP (Gleichung 2) mit

UF_coeff:: Ultrafiltrations-Koeffizient; und
TMP:: transmembraner Druck.

Es wird deutlich, dass der Filtratfluss umso größer ist, je größer der Ultrafiltrationskoeffizient UF_coeff bzw. TMP ist. UF_coeff ist dabei ein Maß für eine auf die Oberfläche bezogene Permeabilität der Membran und er steigt mit der Anzahl der Poren, der Membranoberfläche und der Größe der Poren.
Eine Steigerung des konvektiven Anteils der Clearance und damit der Clearance selbst kann nach Gleichung 2 durch Erhöhung des Ultrafiltrationskoeffizienten oder des transmembranen Drucks erfolgen. Der transmembrane Druck kann durch Flussrestriktionen entweder auf der Blutseite oder auf der Dialysatseite erfolgen, wie dies beispielsweise die DE 10 2007 009 208 A1 offenbart. Hierbei können z. B. Barrieren in die Strömungspassagen der jeweiligen Flusspassagen eingebaut werden, wie dies beispielsweise in Ronco, C., Kidney International, Vol. 54 (1998), pp. 979 und der US 5,730,712 beschrieben ist.
Auch eine Verringerung des Faserdurchmessers führt bei gleich bleibenden Flüssen des Bluts und des Dialysats zu einer Erhöhung des transmembranen Drucks, was in Ronco, C., Kidney International, Vol. 58 (2000), pp. 809, beschrieben ist.
Der Steigerung des TMP sind jedoch Grenzen gesetzt. Bei einem zu großen Druckunterschied zwischen Blut und Dialysatseite ist mit Hämolyse zu rechnen. Solche Ereignisse müssen maschinenseitig während einer Blutbehandlung überwacht werden, da der Transport von Hämolysefragmenten in den Patienten zu lebensgefährlichen Situationen führen kann. Im Zweifelsfall muss die Behandlung abgebrochen werden. Darüber hinaus könnten auch maschinenseitig Probleme durch zu hohe Drücke auftreten, da Maschinen- oder Disposableteile des extrakorporalen Kreislaufs einem erhöhten Verschleiß unterliegen.
Alternativ kann die Clearance über eine Steigerung der Ultrafiltration erfolgen. Der Ultrafiltrationskoeffizient ist direkt mit der Porosität verbunden. Die Porosität gibt an, wie groß der Anteil der Porenoberfläche an der Membranoberfläche ist. Lysaght findet in „Hemodialysis membranes in transition" (Lysagth, Contrib. Nephrol. Vol. 61, (1988), pp. 1–17), dass die Ultrafiltrationsrate ungefähr proportional zur vierten Potenz des mittleren Porenradius ist. Eine Erhöhung der Porosität führt somit über Gleichung 2 zu einer Steigerung der Clearance.
Generelle Informationen zur Herstellung von Hohlfasermembranen über Phaseninversion findet sich in Mulder, „Basic Principles of Membrane Technology", 2nd edition, Kluwer (1996).
Aus dem Stand der Technik sind ferner mehrere Verfahren zur Herstellung von Hohlfasermembranen bzw. deren Verstreckung bekannt.
Die US 5,910,357 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Verstreckung einer Membran aus einem shape memory Material wie z. B. Polyurethan. Die hydraulische Permeabilität ist im verstreckten Zustand höher als im ungestreckten Zustand. Die Verstreckung dient der Auflösung von Verblockungen.
Die JP 2004-313359 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlfasermembran, wobei die Hohlfaser in einem Prozessschritt unter Vorspannung gebracht wird.
Die JP 2002-301241 A beschreibt die Herstellung einer Hohlfasermembran, wobei die Hohlfaser in einem Prozessschritt um bis zu 50% verstreckt wird. Bevorzugte Materialien sind kristalline Polymere wie z. B. Polyethylen (PE).
Die WO 2010/090174 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Hohlfasermembranen unter Verstreckung der gesponnenen Hohlfasern zur Stabilisierung der Porenstruktur.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass die Filtrationsleistung einer Membran erhöht und vorzugsweise eine Steigerung der Porosität der Membran erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass bei einem Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Hohlfasermembran wenigstens die folgenden Schritte umfasst sind:

– Bereitstellen einer Spinnmasse;
– Extrudieren der Spinnmasse zur Erzeugung wenigstens eines Spinnfadens durch wenigstens eine Spinndüse mit wenigstens einem zyklischen Extrusionsspalt mit einer Extrusionsrate, die mit einer ersten Abzugsgeschwindigkeit des wenigstens einen Spinnfadens korreliert;
– Transportieren der aus dem wenigstens einen Spinnfaden erhaltenen wenigstens einen Hohlfasermembran mit der ersten Abzugsgeschwindigkeit; und
– Verstrecken der wenigstens einen Hohlfasermembran durch wenigstens ein Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran, das eine zweite, höhere Abzugsgeschwindigkeit um 0,5% bis 50%, insbesondere 5% bis 30%, bevorzugt 5% bis 20%, besonders bevorzugt 5% bis 10% verglichen mit der ersten Abzugsgeschwindigkeit bewirkt.

Die Möglichkeit des Verstreckens durch eine Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit ist eine besonders vorteilhafte Möglichkeit der Verstreckung der wenigstens einen Hohlfasermembran. Durch die Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit um 0,5% bis 50% kann eine in etwa gleich große Verstreckung der Hohlfasermembran, also ebenfalls um 0,5% bis 50% erreicht werden. Der Extrusionsspalt kann ein im Querschnitt zyklischer Extrusionsspalt sein. Darunter ist zu verstehen, dass der Extrusionsspalt im Querschnitt senkrecht zur Extrusionsrichtung der Spinnmasse kreisförmig oder in abgewandelter Form ringförmig vorliegt. Unter zyklischen Extrusionsspalten ist auch zu verstehen, dass die Extrusionsspalte im Querschnitt sternförmig oval oder unregelmäßig oval deformiert vorliegen können. Wesentlich ist, dass durch einen sogenannten zyklischen Extrusionsspalt ein hohler Spinnmassenstrang extrudiert werden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass die Spinnmasse ein hydrophobes Polymer mit Schwefel in der Hauptkette und ein hydrophiles Polymer umfasst.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 3. Danach ist vorgesehen, dass bei einem Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Hohlfasermembran wenigstens die folgenden Schritte umfasst sind:

– Bereitstellen einer Spinnmasse, wobei die Spinnmasse ein hydrophobes Polymer mit Schwefel in der Hauptkette und ein hydrophiles Polymer umfasst;
– Extrudieren der Spinnmasse zur Erzeugung wenigstens eines Spinnfadens durch wenigstens eine Spinndüse mit wenigstens einem Extrusionsspalt, wobei aus dem wenigstens einen Spinnfaden wenigstens eine Hohlfasermembran erhalten wird; und
– Verstrecken der wenigstens einen Hohlfasermembran durch wenigstens ein Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran, das eine Verstreckung der Hohlfasermembran um 0,5% bis 50%, insbesondere 5% bis 30%, bevorzugt 5% bis 20%, besonders bevorzugt 5% bis 10% bewirkt.

Der Extrusionsspalt kann ein zyklischer Extrusionsspalt sein.
Es konnte beispielsweise bei Referenz-Versuchen festgestellt werden, dass durch eine Verstreckung um 5% eine deutliche Erhöhung der Natrium-Clearance um ca. 2,8%, nämlich von ca. 278 ml/min auf ca. 286 ml/min, und eine deutliche Erhöhung der Inulin-Clearance um ca. 3,8%, nämlich von ca. 132 ml/min auf ca. 137 ml/min erreicht werden konnte. Die Messung der Clearancewerte erfolgt nach Methoden, die dem Fachmann bekannt sind. Sie kann z. B. nach der Norm DIN EN 1283 erfolgen.
Es ist denkbar, dass das hydrophobe Polymer mit Schwefel in der Hauptkette Polysulfon (PSU) und/oder Polyethersulfon (PES) ist und/oder umfasst und/oder dass das hydrophile Polymer Polyvinylpyrrolidon (PVP) ist und/oder umfasst.
Beispielsweise kann eine Hohlfasermembran aus Spinnmassen bestehend aus oder umfassend Polysulfon (PSU) und Polyvinylpyrrolidon (PVP) hergestellt werden. In der Vergangenheit wurde festgestellt, dass bei derartigen Hohlfasermembranen Verblockungen der Poren der Hohlfasermembran durch Komponenten der Spinnmassen auftreten können. Insbesondere können derartige Verblockungen auftreten, wenn ein sogenanntes Phaseninversionsspinnverfahren verwendet wird. Infolge der Verstreckung der Hohlfasermembran, insbesondere durch das bzw. die Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran, die eine Verstreckung der Hohlfasermembran um 0,5% bis 50%, insbesondere 5% bis 30%, bevorzugt 5% bis 20%, besonders bevorzugt 5% bis 10% bewirkt bzw. bewirken bzw. eine zweite, höhere Abzugsgeschwindigkeit um 0,5% bis 50%, insbesondere 5% bis 30%, bevorzugt 5% bis 20%, besonders bevorzugt 5% bis 10% verglichen mit der ersten Abzugsgeschwindigkeit bewirkt bzw. bewirken, werden solche Verblockungen degradiert und die Permeabilität entsprechend erhöht.
Vorteilhafterweise kann das Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Hohlfasermembran auch hier ein Phaseninversionsspinnverfahren sein.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Verfahren weiter wenigstens die folgenden Schritte umfasst:

– Bereitstellen wenigstens eines Fällmittels;
– Koextrudieren des Fällmittels durch eine Extrusionsöffnung, die von dem Extrusionsspalt der Spinnmasselösung umgeben ist; und
– Koagulieren des wenigstens einen Spinnfadens in einem Fällbad zu einer Hohlfasermembran.

Es ist ferner möglich, dass das Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran Transportrollen umfasst, die gegenüber der Abzugsgeschwindigkeit des Spinnfadens eine erhöhte Abzugsgeschwindigkeit herbeiführen.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran wenigstens einen Lockenwickler umfasst, der eine wellenförmige Prägung der Hohlfasermembran bewirkt und dabei eine gegenüber der Abzugsgeschwindigkeit des Spinnfadens erhöhte Abzugsgeschwindigkeit herbeiführt. Ein derartiger Lockenwickler kann dabei beispielsweise wenigstens zwei gezahnte Lockenwicklerrollen aufweisen, die beispielsweise jeweils einen Durchmesser von ca. 60–80 mm, vorteilhafterweise ca. 70 mm haben können. In vorteilhafter Ausgestaltung weist jede Lockenwicklerrolle ca. 25–35 Zähne, vorteilhafterweise ca. 30 Zähne auf. Die Lockenwicklerrollen sind vorzugsweise baugleich ausgeführt.
Des Weiteren ist möglich, dass das Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran wenigstens eine Gleitstange umfasst, über die die Hohlfasermembran aus ihrer Transportrichtung abgelenkt wird. So ist es beispielsweise möglich, mittels feststehender Stahlstäbe, z. B. im Bereich nach dem Lockenwickler oder jedenfalls vor einem Aufwickelmittel für die Hohlfasermembranen wie einer Haspel, benachbarte Spuren von Hohlfasermembranen umzulenken. Vorzugsweise erfolgt eine Umlenkung von benachbarten Spuren 3 Hohlfasermembranen. Hierdurch wird eine Weglängendifferenz Δl erzeugt, welche vorteilhafterweise λ/3 der z. B. mittels des Lockenwicklers erzeugten wellenförmigen Prägung der Hohlfasermembranen mit der Wellenlänge λ entspricht. Beispielsweise wird zwischen Spur 1 und Spur 2 eine Weglängendifferenz von λ/3 erzeugt, zwischen Spur 1 und Spur 2 eine Weglängendifferenz von 2·λ/3 erzeugt. Zwischen Spur 1 und Spur 4 liegt sodann kein Versatz und die möglichen weiteren Spuren folgen den gleichen, vorstehenden Gesetzmäßigkeiten. Beispielsweise kann allein hierdurch eine Erhöhung der Natriumclearance um zusätzliche 4 ml/min erreicht werden, was nicht unerheblich ist.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Hohlfasermembran mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Danach ist vorgesehen, dass eine Hohlfasermembran mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist und/oder die Hohlfasermembranmerkmale nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist. Eine Hohlfasermembran mit den Hohlfasermembranmerkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 kann beispielsweise mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt sein und beispielsweise eine um 0,5% bis 50%, insbesondere 5% bis 30%, bevorzugt 5% bis 20%, besonders bevorzugt 5% bis 10% verstreckte Hohlfasermembran sein und/oder eine wellenförmig geprägte Hohlfasermembran sein.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Hohlfasermembranbündel mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Danach ist vorgesehen, dass ein Hohlfasermembranbündel aus Hohlfasermembranen mit einem Verfahren nach der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt wird und/oder aus Hohlfasermembranen gemäß Anspruch 9 besteht. Insbesondere soll das Hohlfasermembranbündel ausschließlich aus Hohlfasermembranen gemäß Anspruch 9 bestehen.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung wenigstens einer Hohlfasermembran mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Danach ist vorgesehen, dass eine Vorrichtung zur Herstellung wenigstens einer Hohlfasermembran derart ausgeführt ist, dass mittels der Vorrichtung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführbar und/oder mittels der Vorrichtung eine Hohlfasermembran nach Anspruch 9 herstellbar und/oder mittels der Vorrichtung ein Hohlfasermembranbündel nach Anspruch 10 herstellbar ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung wenigstens eine Spinnzone aufweist, in der ein Extrudieren der Spinnmasse durch wenigstens eine Spinndüse mit wenigstens einem Extrusionsspalt mit einer Extrusionsrate, die mit einer Abzugsgeschwindigkeit des Spinnfadens korreliert, durchführbar ist. Der Extrusionsspalt kann ein zyklischer Extrusionsspalt sein.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass in der Spinnzone ein Bereitstellen eines Fällmittels und ein Koextrudieren des Fällmittels durch eine Extrusionsöffnung, die von dem Extrusionsspalt der Spinnmasselösung umgeben ist, durchführbar ist.
Darüber hinaus ist möglich, dass wenigstens ein Spülbad vorgesehen ist und/oder dass wenigstens ein Fällbad vorgesehen ist, innerhalb dessen und/oder mittels dessen ein Koagulieren des Spinnfadens zu einer Hohlfasermembran durchführbar ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Spülbad nachfolgend der Spinnzone angeordnet ist.
Es ist denkbar, dass wenigstens eine Trockenzone vorgesehen ist, mittels derer und/oder in der die wenigstens eine Hohlfasermembran trockenbar ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Trockenzone nachfolgend des wenigstens einen Spülbades angeordnet ist und/oder dass ein bis sechs Trockenkammern vorgesehen sind.
Des Weiteren ist möglich, dass wenigstens ein Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran vorgesehen ist.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran Transportrollen umfasst, mittels derer eine gegenüber der Abzugsgeschwindigkeit des Spinnfadens erhöhte Abzugsgeschwindigkeit herbeiführbar ist.
Ferner ist denkbar, dass das Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran wenigstens einen Lockenwickler umfasst, mittels dessen eine wellenförmige Prägung der Hohlfasermembran bewirkbar und dabei eine gegenüber der Abzugsgeschwindigkeit des Spinnfadens erhöhte Abzugsgeschwindigkeit herbeiführbar ist.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran wenigstens eine Gleitstange umfasst, mittels derer die Hohlfasermembran aus ihrer Transportrichtung ablenkbar ist.
Es ist weiter möglich, dass nach dem Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran wenigstens ein Aufwickelmittel, insbesondere wenigstens eine Haspel vorgesehen ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen:
1: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung einer Hohlfasermembran;
2: eine schematische Ansicht der Hohlfasermembranverstreckung;
3: eine schematische Ansicht einer Lockenwicklerrolle; und
4: eine schematische Ansicht des Verlaufes der Hohlfasermembran zwischen den Zähnen des Lockenwicklers.
1 zeigt in schematischer Ansicht eine Vorrichtung 10 zur Herstellung wenigstens einer Hohlfasermembran 20, wobei hier mehrere Hohlfasermembranen 20 zu einem Hohlfasermembranbündelstrang 30 zusammengeführt werden. 1 zeigt ein Schema. Es können auch nur einer oder eine Mehrzahl von Fäden bzw. Spinnfäden 13 versponnen werden.
Dabei wird in der Spinnzone der Vorrichtung 10 eine Spinnmasse S mit einer Geschwindigkeit V_Spinn durch den Spinnblock mit wenigstens einer Spinndüse 11, im gezeigten Fall genau drei Spinndüsen, durch den Extrusionsspalten 12 extrudiert. Dabei korreliert die Extrusionsrate der ersten Abzugsgeschwindigkeit V₁ der Spinnfäden 13. Bei dem hier gezeigten Spinnverfahren handelt es sich vorteilhafterweise um ein sogenanntes Phaseninversionsspinnverfahren.
Die Spinnmasse S umfasst ein hydrophobes Polymer mit Schwefel in der Hauptkette und ein hydrophiles Polymer. Hier besteht die Spinnmasse S insbesondere aus Polysulfon (PSU) und Polyvinylpyrrolidon (PVP).
Es wird hierbei auch ein Fällmittel bereitgestellt und dieses Fällmittel durch Extrusionsöffnungen, die von den Extrusionsspalten der Spinnmasselösung umgeben sind, koextrudiert. Die Spinnfäden 13 werden zu einem sogenannten, nicht im Detail dargestellten Fällbad geführt, wo die Spinnfäden 13 zu Hohlfasermembranen 20 koaguliert werden und dann mit dieser ersten Abzugsgeschwindigkeit V1 mittels der Transportrollen 14 und 15 in die Spülzone 16 transportiert und durch die Spülbäder 17 geführt werden.
Sodann werden die Hohlfasermembranen 20 in die Trockenzone 25 mit den Trockenkammern TK1 bis TK6 weitergeleitet, in denen die Hohlfasermembranen 20 getrocknet, aber auch um 5% bis 10%, hier auch 10% bis 20% verstreckt werden.
Wie dies aus 2 hervorgeht, durchlaufen die Hohlfasermembranen 20 in der letzten Trockenkammer TK6 den Lockenwickler 40 mit Lockenwicklerrollen 42 und 44, die baugleich aufgebaut sind. Die beiden Rollen 50 und 52 befinden sich dabei bereits außerhalb der Trockenkammer TK6.
Auf der letzten Rolle 65 vor dem Lockenwickler 40 beträgt die Abzugsgeschwindigkeit beispielsweise 410 mm/s und nach dem Lockenwickler ca. 415 mm/s. Die Hohlfasermembranen 20 werden also bereits unabhängig vom Lockenwickler 40 durch die Rollen 26 und 27 um ca. 1% gereckt.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Lockenwicklerrolle 42, 44 mit 30 Zähnen. 4 zeigt den schematischen Verlauf der Hohlfasermembran 20 zwischen den Zähnen der Lockenwicklerrollen 42 und 44, wobei das Bezugszeichen d den Abstand d zwischen zwei benachbarten Zahnspitzen 45 bezeichnet.
In dem Lockenwickler 40, der Bestandteil des Mittels zum Verstrecken der Hohlfasermembranen 20 ist, wird eine wellenförmige Prägung der Hohlfasermembranen 20 bewirkt und dabei eine gegenüber der Abzugsgeschwindigkeit V₁ des Spinnfadens 13 erhöhte Abzugsgeschwindigkeit V₂ herbeiführt. Durch die Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit V₂ um 0,5% bis 50% verglichen mit der Abzugsgeschwindigkeit V₁ kann eine in etwa gleich große Verstreckung der Hohlfasermembranen 20, also ebenfalls um 0,5% bis 50% erreicht werden. Hier kann beispielsweise eine Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit V₂ um 5%, aber auch bis zu 10% bzw. 20% vorliegen.
Nach dem Lockenwickler 40 werden die Hohlfasermembranen 20 über Gleitstangen 60 geführt. So werden benachbarte Spuren von Hohlfasermembranen 20 umgelenkt. Hier erfolgt eine Umlenkung von benachbarten Spuren 3 Hohlfasermembranen. Hierdurch wird eine Weglängendifferenz Δl erzeugt, welche vorteilhafterweise λ/3 der mittels des Lockenwicklers erzeugten wellenförmigen Prägung der Hohlfasermembran 20 mit der Wellenlänge λ entspricht. Dabei wird zwischen Spur 1 und Spur 2 eine Weglängendifferenz von λ/3 erzeugt und zwischen Spur 1 und Spur 2 eine Weglängendifferenz von 2·λ/3 erzeugt. Zwischen Spur 1 und Spur 4 liegt sodann kein Versatz und die möglichen weiteren Spuren folgen den gleichen, vorstehenden Gesetzmäßigkeiten.
Danach wird der aus den Hohlfasermembranen 20 bestehende Hohlfaserbündelstrang 30 zu einer Haspel 70 geführt, um diesen aufzuwickeln und gleichmäßig zu Hohlfaserbündeln ablängen zu können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007009208 A1 [0008]
US 5730712 [0008]
US 5910357 [0014]
JP 2004-313359 A [0015]
JP 2002-301241 A [0016]
WO 2010/090174 [0017]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Ronco, C., Kidney International, Vol. 54 (1998), pp. 979 [0008]
Ronco, C., Kidney International, Vol. 58 (2000), pp. 809 [0009]
„Hemodialysis membranes in transition” (Lysagth, Contrib. Nephrol. Vol. 61, (1988), pp. 1–17) [0011]
Mulder, „Basic Principles of Membrane Technology”, 2nd edition, Kluwer (1996) [0012]
Norm DIN EN 1283 [0024]

Claims

Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Hohlfasermembran (20) umfassend wenigstens die folgenden Schritte: – Bereitstellen einer Spinnmasse (S); – Extrudieren der Spinnmasse (S) zur Erzeugung wenigstens eines Spinnfadens (13) durch wenigstens eine Spinndüse (11) mit wenigstens einem Extrusionsspalt (12) mit einer Extrusionsrate (V_Spinn), die mit einer ersten Abzugsgeschwindigkeit (V₁) des wenigstens einen Spinnfadens (13) korreliert; – Transportieren der aus dem wenigstens einen Spinnfaden (13) erhaltenen wenigstens einen Hohlfasermembran (20) mit der ersten Abzugsgeschwindigkeit (V₁); und – Verstrecken der wenigstens einen Hohlfasermembran (20) durch wenigstens ein Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran (20), das eine zweite, höhere Abzugsgeschwindigkeit (V₂) um 0,5% bis 50%, insbesondere 5% bis 30%, bevorzugt 5% bis 20%, besonders bevorzugt 5% bis 10% verglichen mit der ersten Abzugsgeschwindigkeit (V₁) bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnmasse (S) ein hydrophobes Polymer mit Schwefel in der Hauptkette und ein hydrophiles Polymer umfasst.
Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Hohlfasermembran (20) umfassend wenigstens die folgenden Schritte: – Bereitstellen einer Spinnmasse (S), wobei die Spinnmasse (S) ein hydrophobes Polymer mit Schwefel in der Hauptkette und ein hydrophiles Polymer umfasst; – Extrudieren der Spinnmasse (S) zur Erzeugung wenigstens eines Spinnfadens (13) durch wenigstens eine Spinndüse (11) mit wenigstens einem Extrusionsspalt (12), wobei aus dem wenigstens einen Spinnfaden (S) wenigstens eine Hohlfasermembran (20) erhalten wird; und – Verstrecken der wenigstens einen Hohlfasermembran (20) durch wenigstens ein Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran (20), das eine Verstreckung der Hohlfasermembran (20) um 0,5% bis 50%, insbesondere 5% bis 30%, bevorzugt 5% bis 20%, besonders bevorzugt 5% bis 10% bewirkt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrophobe Polymer mit Schwefel in der Hauptkette Polysulfon (PSU) und/oder Polyethersulfon (PES) ist und/oder umfasst und/oder dass das hydrophile Polymer Polyvinylpyrrolidon (PVP) ist und/oder umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter wenigstens die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen wenigstens eines Fällmittels; – Koextrudieren des Fällmittels durch eine Extrusionsöffnung, die von dem Extrusionsspalt (12) der Spinnmasselösung umgeben ist; und – Koagulieren des wenigstens einen Spinnfadens (13) in einem Fallbad zu einer Hohlfasermembran (20).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran (20) Transportrollen umfasst, die eine gegenüber der Abzugsgeschwindigkeit des Spinnfadens (13) erhöhte Abzugsgeschwindigkeit herbeiführen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran (20) wenigstens einen Lockenwickler (40) umfasst, der eine wellenförmige Prägung der Hohlfasermembran (20) bewirkt und dabei eine gegenüber der Abzugsgeschwindigkeit (V₁) des Spinnfadens (13) erhöhte Abzugsgeschwindigkeit (V₂) herbeiführt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran (20) wenigstens eine Gleitstange (60) umfasst, über die die Hohlfasermembran (20) aus ihrer Transportrichtung abgelenkt wird.
Hohlfasermembran (20) hergestellt mit einem Verfahren nach der vorhergehenden Ansprüche und/oder aufweisend die Hohlfasermembranmerkmale nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Hohlfasermembranbündel aus Hohlfasermembranen (20) hergestellt mit einem Verfahren nach der Ansprüche 1 bis 8 und/oder bestehend, insbesondere ausschließlich bestehend, aus Hohlfasermembranen (20) gemäß Anspruch 9.
Vorrichtung (10) zur Herstellung wenigstens einer Hohlfasermembran (20), wobei mittels der Vorrichtung (10) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführbar und/oder mittels der Vorrichtung (10) eine Hohlfasermembran (20) nach Anspruch 9 herstellbar und/oder mittels der Vorrichtung (10) ein Hohlfasermembranbündel nach Anspruch 10 herstellbar ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) wenigstens eine Spinnzone aufweist, in der ein Extrudieren der Spinnmasse (S) durch wenigstens eine Spinndüse (11) mit wenigstens einem Extrusionsspalt (12) mit einer Extrusionsrate (V_Spinn), die mit einer Abzugsgeschwindigkeit (V₁) des Spinnfadens (13) korreliert, durchführbar ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Spinnzone ein Bereitstellen eines Fällmittels und ein Koextrudieren des Fällmittels durch eine Extrusionsöffnung, die von dem Extrusionsspalt (12) der Spinnmasselösung umgeben ist, durchführbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Spülbad (17) vorgesehen ist und/oder dass wenigstens ein Fällbad vorgesehen ist, innerhalb dessen und/oder mittels dessen ein Koagulieren des Spinnfadens (13) zu einer Hohlfasermembran (20) durchführbar ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülbad (17) nachfolgend der Spinnzone angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Trockenzone (25) vorgesehen ist, mittels derer und/oder in der die wenigstens eine Hohlfasermembran (20) trockenbar ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenzone nachfolgend des wenigstens einen Spülbades (17) angeordnet ist und/oder dass ein bis sechs Trockenkammern (TK1, TK2, TK3, TK4, TK5, TK6) vorgesehen sind.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran (20) vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran (20) Transportrollen umfasst, mittels derer eine gegenüber der Abzugsgeschwindigkeit (V₁) des Spinnfadens (13) erhöhte Abzugsgeschwindigkeit (V₂) herbeiführbar ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran (20) wenigstens einen Lockenwickler (40) umfasst, mittels dessen eine wellenförmige Prägung der Hohlfasermembran (20) bewirkbar und dabei eine gegenüber der Abzugsgeschwindigkeit (V₁) des Spinnfadens (13) erhöhte Abzugsgeschwindigkeit (V₂) herbeiführbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran (20) wenigstens eine Gleitstange (60) umfasst, mittels derer die Hohlfasermembran (20) aus ihrer Transportrichtung ablenkbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Mittel zum Verstrecken der Hohlfasermembran (20) wenigstens ein Aufwickelmittel (70), insbesondere wenigstens eine Haspel (70) vorgesehen ist.