DE19517754C1 - Biocompatible porous hollow polyolefin fibres used as exchange materials and semipermeable membranes - Google Patents
Biocompatible porous hollow polyolefin fibres used as exchange materials and semipermeable membranesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen porösen Hohlfaden, der eine Beschichtung aus einem biokompatiblen Kohlenstoffmaterial aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Hohlfäden. Weiterhin betrifft die Er findung ausgewählte Anwendungen dieser biokompatiblen, porö sen Hohlfäden.The invention relates to a porous hollow thread, the one Coating made of a biocompatible carbon material having. The invention further relates to a method for Production of such hollow threads. Furthermore, he concerns selected applications of these biocompatible, porous hollow threads.
Mikroporöse, offenzellige Hohlfäden sind in der Fachwelt be kannt. Eine besonders wichtige Anwendung betrifft den Ein satz als Austauschermedium zum Gasaustausch, etwa in Oxyge neratoren, zur Filtration, Ultrafiltration und Mikrofiltra tion, etwa in Blutfiltern, zur Dialyse, zur umgekehrten Osmose, zum Wärmetausch und dergleichen. Das Ausmaß der Po rosität und die Abmessungen der Poren sind an diese Anwen dungen angepaßt; typischerweise kann die Porosität 10 bis 50% betragen, und die Poren haben Abmessungen kleiner 1 µm. In diesen Anwendungen kommt die Fadenwand typischerweise in Berührung mit Blut und/oder Plasma. Häufig eingesetzte Fa denmaterialien sind Polyester, Polyethylen und insbesondere Polypropylen. Microporous, open-cell hollow fibers are known in the professional world knows. A particularly important application concerns the one set as an exchange medium for gas exchange, for example in Oxyge generators, for filtration, ultrafiltration and microfiltra tion, for example in blood filters, for dialysis, for the reverse Osmosis, for heat exchange and the like. The extent of the bottom Rosity and the dimensions of the pores are relevant to these applications adaptations; typically the porosity can be 10 to 50%, and the pores have dimensions less than 1 micron. In these applications, the thread wall typically comes in Contact with blood and / or plasma. Frequently used company The materials are polyester, polyethylene and in particular Polypropylene.
Es sind im wesentlichen zwei verschiedene Verfahren zur Her stellung mikroporöser, offenzelliger Hohlfäden aus Polypro pylen bekannt geworden. Nach einer Alternative werden unver streckte Hohlfäden bei einer Temperatur unterhalb 110°C er heblich verstreckt. Diese Reckung schafft poröse Bereiche senkrecht zur Streckrichtung; vergleiche DE-PS 26 30 374. Nach einem weiteren Vorschlag dieser Art erfolgt im Anschluß an die Kalt-Verstreckung zusätzlich eine Heiß-Verstreckung; vergleiche DE-OS 30 03 400. Nach einer anderen Alternative wird ein homogenes, einphasiges Gemisch aus zwei Komponen ten, nämlich einem fadenbildenden Polymer wie etwa Polypro pylen, und aus einer weiteren gegenüber dem Polymer inerten Flüssigkeit, in ein Bad extrudiert, die gebildete Hohlfaden struktur verfestigt und anschließend mit einem Lösungsmittel behandelt, um die Flüssigkeitskomponente herauszulösen. Nach dieser Alternative entstehen die Poren und Mikroporen durch Herauslösen und Entfernen der zweiten Komponente; vergleiche DE-PS 28 33 493. Nach einer abgewandelten Ausführungsform des zuletzt genannten Verfahrens können auch mikroporöse Hohlfäden aus Polyethylen erhalten werden; vergleiche DE-PS 27 18 155.There are essentially two different methods of making them position of microporous, open-cell hollow fibers made of Polypro pylen became known. According to an alternative stretched hollow threads at a temperature below 110 ° C considerably stretched. This stretching creates porous areas perpendicular to the stretching direction; compare DE-PS 26 30 374. Another proposal of this type follows in addition to the cold drawing, a hot drawing; compare DE-OS 30 03 400. According to another alternative becomes a homogeneous, single-phase mixture of two components ten, namely a thread-forming polymer such as Polypro pylene, and from another inert to the polymer Liquid, extruded into a bath, the hollow thread formed solidified structure and then with a solvent treated to remove the liquid component. To This alternative creates the pores and micropores Removing and removing the second component; compare DE-PS 28 33 493. According to a modified embodiment the latter method can also be microporous Hollow filaments obtained from polyethylene; compare DE-PS 27 18 155.
In diesem Zusammenhang beschreibt "Biokompatibilität" die Wechselwirkungen des polymeren Fadenmaterials mit Blut und/ oder Plasma. Im Kontakt mit solchen "fremden" Oberflächen kann Hämolyse auftreten und damit eine Verringerung der Zahl der Erythrozyten, mit der Folge einer verminderten Sauer stoffaufnahme im Blut. Deswegen muß ein höherer Sauerstoff- Partialdruck im extracorporalen System vorgesehen werden, was wiederum die Hämolyse fördert. Weiterhin können sich an der Fadenoberfläche Leukozyten anlagern, die postoperativ zu einer Abnahme der erforderlichen Leukozytenanzahl führen, und damit eine höhere Infektionsanfälligkeit hervorrufen. Weiterhin kann die Fadenoberfläche auch zu einer Aktivierung des Komplement-Komplexes führen mit entsprechenden Auswir kungen auf das Immunsystem und die Blutfaktoren. Schließlich kann die Fadenoberfläche die Gerinnungskaskade aktivieren bis hin zur Bildung und Anlagerung von Fibrinclots und Thromben. Die Fadenoberfläche soll eine möglichst hohe Bio kompatibilität aufweisen, um eine Aktivierung der vorstehend genannten Vorgänge zu hemmen oder völlig zu verhindern. Ins besondere soll die Fadenoberfläche eine hohe Hämokompatibi lität und eine geringe Tendenz zur Thrombenbildung (Anti- Thrombogenität) aufweisen.In this context, "biocompatibility" describes the Interactions of the polymeric thread material with blood and / or plasma. In contact with such "foreign" surfaces hemolysis may occur, reducing the number the erythrocytes, with the consequence of a decreased acid uptake of substances in the blood. Therefore a higher oxygen Partial pressure can be provided in the extracorporeal system, which in turn promotes hemolysis. You can also join accumulate leukocytes on the surface of the thread, which increase after surgery lead to a decrease in the required number of leukocytes, and thus cause a higher susceptibility to infection. Furthermore, the thread surface can also be activated of the complement complex lead with appropriate effects effects on the immune system and blood factors. Finally the thread surface can activate the coagulation cascade to the formation and attachment of fibrin clots and Thrombi. The thread surface should have the highest possible bio have compatibility to activate the above inhibit or completely prevent the aforementioned processes. Ins in particular, the thread surface is said to have a high hemocompatibility lity and a low tendency to form thrombi (anti Thrombogenicity).
Unter den derzeit verfügbaren Materialien ist wohl pyrolyti scher Kohlenstoff eines der Materialien mit den besten bio kompatiblen Eigenschaften. Typischerweise erfordert die Py rolyse von kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial und Abschei dung des so gebildeten pyrolytischen Kohlenstoffs auf einem Substrat hohe Temperaturen von 800 bis 1000°C und mehr. Im plantierbare Produkte dieser Art und Verfahren zu deren Her stellung sind beispielsweise in den U.S. Patentschriften 4,164,045 oder 3,925,334 oder 3,526,005 oder 3,685,059 oder in der britischen Patentschrift 12 26 833 be schrieben. Die meisten Substratmaterialien, insbesondere auf der Basis organischer Kunststoffe werden durch solch hohe Temperaturen geschädigt. Die Europäische Patentschrift EP 0 224 080 B1 und die U.S. Patenschrift 5,370,684 offen baren ein Verfahren zur Herstellung einer Protheseeinrich tung, die eine Trägerschicht aus einem organischen Kunst stoff ("DACRON", "TEFLON") und eine Beschichtung aus einem biokompatiblen Kohlenstoffmaterial aufweist. Als "Prothese einrichtung" kommt beispielsweise auch ein "DACRON"-Faden in Form von chirurgischem Nahtmaterial in Betracht. Die Be schichtung wird bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen durch Zerstäubung einer Kohlenstoff-Fangelektrode bei gege bener Spannung und Strom erzeugt und abgeschieden. Die Dicke der so erzeugten Beschichtung beträgt weniger als 1,0 µm. Dieses Kohlenstoffmaterial soll ein mikrokristal lines Gefüge mit turbostratischer Struktur aufweisen. Das Verfahren ist aufwendig, und dessen Produktivität ver gleichsweise gering. Bei einer unsachgemäßen Berührung läßt sich die außerordentlich dünne Kohlenstoffschicht leicht ab reiben.Among the materials currently available is pyrolyti shear carbon one of the materials with the best bio compatible properties. Typically, the Py requires Rolysis of carbonaceous raw material and waste formation of the pyrolytic carbon thus formed on a Substrate high temperatures of 800 to 1000 ° C and more. In plantable products of this type and processes for their manufacture position are e.g. in the U.S. Patent specifications 4,164,045 or 3,925,334 or 3,526,005 or 3,685,059 or be in British Patent 12 26 833 wrote. Most substrate materials, especially on the base of organic plastics are such high Damaged temperatures. The European patent specification EP 0 224 080 B1 and the U.S. Patent 5,370,684 open a process for the production of a prosthetic device tion, which is a support layer from an organic art fabric ("DACRON", "TEFLON") and a coating of one has biocompatible carbon material. As a "prosthesis device "also includes a" DACRON "thread, for example Form of surgical sutures. The Be stratification occurs at comparatively low temperatures by sputtering a carbon target at voltage and current generated and separated. The fat the coating thus produced is less than 1.0 µm. This carbon material is said to be a microcrystalline Lines have structures with a turbostratic structure. The The process is complex, and its productivity ver equally low. In the event of improper contact the extraordinarily thin carbon layer is slightly removed rub.
Oxygeneratoren, Blutfilter, Dialysatoren und ähnliche Vor richtungen sind zumeist für eine Einmal-Nutzung ausgelegt. In solchen Geräten wird häufig mehr als 1 m² Austauscher fläche auf der Basis von Hohlfäden bereitgestellt. Poröse Hohlfäden dieser Art werden daher in erheblichem Umfang be nötigt. Für die Beschichtung großer Mengen Hohlfäden mit pyrolytischem Kohlenstoff ist das vorstehend referierte Niedertemperatur-Aufstäubungsverfahren zu teuer.Oxygenators, blood filters, dialyzers, and the like directions are mostly designed for single use. In such devices, more than 1 m² of exchanger is often used surface provided on the basis of hollow threads. Porous Hollow threads of this type are therefore used to a considerable extent compelled. For coating large quantities of hollow fibers pyrolytic carbon is the one cited above Low temperature sputtering process too expensive.
Weiterhin ist in den britischen Patentschriften 856,329 oder 801,531 vorgeschlagen worden, die Eigenschaften poly merer Substrate zu verändern, indem auf deren Oberflächen eine Beschichtung aufgepfropft wird. Diese aufgepfropfte Polymerschicht wird mit Hilfe radikalischer Polymerisation aus ethylenisch-ungesättigten Monomeren erzeugt. Die radika lische Polymerisation kann durch ionisierende Strahlung in duziert werden. Typischerweise wird als ethylenisch-ungesät tigtes Monomer Methylacrylat eingesetzt. In einer umfang reichen Aufzählung anderer geeigneter Monomere wird auch Vinylidenchlorid genannt. Mit Hilfe dieser aufgepfropften Beschichtung sollen eine Vielzahl verschiedener Eigenschaf ten erzielbar oder verbesserbar sein, jedoch wird die Erzeu gung einer Beschichtung mit biokompatiblen Eigenschaften nicht angesprochen.Furthermore, in British patents 856,329 or 801,531 have proposed the properties poly merer substrates by changing on their surfaces a coating is grafted on. This grafted on Polymer layer is made with the help of radical polymerization generated from ethylenically unsaturated monomers. The radika Polymerization can be caused by ionizing radiation be reduced. Typically it is considered to be ethylenically unsaturated used monomer methyl acrylate used. To a large extent Enumerating other suitable monomers will also be sufficient Called vinylidene chloride. With the help of this grafted on Coating is said to have a variety of different properties ten can be achieved or improved, but the Erzeu coating with biocompatible properties not addressed.
Darüber hinaus ist in World Patent Index, Referate-Nummern 087819 D/06 und 69927 A/39 die Pfropfung von Vinylidenchlorid auf Polyolefinsubstrate beschrieben.In addition, in World Patent Index, unit numbers 087819 D / 06 and 69927 A / 39 the grafting of vinylidene chloride on polyolefin substrates.
Demgegenüber besteht das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem darin, einen porösen Hohlfaden der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, der eine chemisch gebundene Beschichtung aus biokompatiblem Kohlen stoffmaterial aufweist. Weiterhin soll mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren angegeben werden, um derartige bio kompatible Hohlfäden unter vergleichsweise einfachen Verfah rensbedingungen in hoher Produktivität und gleichbleibender Qualität bereitzustellen. Insbesondere soll mit der Erfin dung ein solches Verfahren angegeben werden, das eine Be schichtung aus biokompatiblem Kohlenstoffmaterial liefert, das gegenüber Blut ausgezeichnete Verträglichkeit und eine hohe Thromboresistenz aufweist.In contrast, this is the basis of the present invention technical problem lies in a porous hollow thread to provide the type described above, the one chemically bonded coating made of biocompatible carbon has material. Furthermore, the present Invention a method can be given to such bio compatible hollow threads under comparatively simple procedure conditions in high productivity and more consistent To provide quality. In particular, the Erfin such a method can be specified that a Be supplies layers of biocompatible carbon material, the excellent tolerance to blood and a has high thromboresistance.
Der erfindungsgemäße, poröse und biokompatible Hohlfaden weist eine poröse Hohlfadenstruktur aus einem Polyolefinma terial und eine Beschichtung aus einem biokompatiblen Koh lenstoffmaterial auf. Die Besonderheit besteht darin, daß diese Beschichtung erhältlich ist durchThe porous and biocompatible hollow fiber according to the invention has a porous hollow fiber structure made of a polyolefin material and a coating of a biocompatible Koh lenstoffmaterial on. The peculiarity is that this coating is available through
- - Einbringen eines vorgebildeten porösen Hohlfadens in eine Gasphase aus monomerem Vinylidenchlorid (1,1-Di chlorethylen);- Introducing a pre-formed porous hollow thread in a gas phase from monomeric vinylidene chloride (1,1-Di chlorethylene);
- - Induzierung einer Pfropfpolymerisations-Reaktion und Aufpfropfung einer gleichmäßigen Schicht aus Poly vinylidenchlorid auf dem Hohlfaden; und- inducing a graft polymerization reaction and Grafting a uniform layer of poly vinylidene chloride on the hollow thread; and
- - anschließende Abspaltung und Entfernung von Chlor wasserstoff (Dehydrochlorierung) bis uu einem Rest- Chlorgehalt kleiner 6%, bezogen auf den Chlorgehalt der ursprünglichen Polyvinylidenchlorid-Schicht.- Subsequent elimination and removal of chlorine hydrogen (dehydrochlorination) until a residual Chlorine content less than 6%, based on the chlorine content the original polyvinylidene chloride layer.
Eine so erzeugte Beschichtung weist typischerweise eine Schichtdicke größer als 5 µm auf, ist chemisch an das Fadenmaterial gebunden und besteht im wesentlichen aus einem reinen Kohlenstoffmaterial, das ausgezeichnete biokompatible Eigenschaften aufweist. Die Gasphasen-Pfropfpolymerisation und die anschließende Dehydrochlorierung lassen sich unter solchen Bedingungen durchführen, welche die mechanischen Eigenschaften des Fadenmaterials nicht beeinträchtigen. Auch die Porosität der Fadenstruktur bleibt im wesentlichen er halten. Die Beschichtung ist flexibel und unlösbar mit dem Faden verbunden. Die Beschichtung kann praktisch mit belie biger, einstellbarer Schichtdicke erzeugt werden. Beschrän kungen ergeben sich gegebenenfalls aus einer Abnahme der ur sprünglichen Porosität durch Aufpfropfung der Polyvinyliden chlorid-Schicht.A coating produced in this way typically has one Layer thickness greater than 5 microns is chemically related to that Thread material bound and consists essentially of a pure carbon material, the excellent biocompatible Has properties. The gas phase graft polymerization and the subsequent dehydrochlorination can be under perform such conditions that the mechanical Do not impair the properties of the thread material. Also the porosity of the thread structure remains essentially the same hold. The coating is flexible and insoluble with the Thread connected. The coating can practically with larger, adjustable layer thickness can be generated. Limited kungen result from a decrease in the original original porosity by grafting on the polyvinylidene chloride layer.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dieses porösen, biokompatiblen Hohlfadens. Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeich net durch nachstehende Verfahrensschritte:Another important aspect of the invention relates to a Process for making this porous, biocompatible Hollow thread. The method according to the invention is characterized net through the following process steps:
- - ein vorgebildeter, poröser, aus einem Polyolefinmate rial bestehender Hohlfaden wird in ein dicht ver schließbares Gefäß eingebracht;- A preformed, porous, from a polyolefin mate rial existing hollow thread is sealed in a tight closable vessel introduced;
- - das Gefäß wird mit monomerem gasförmigen Vinyliden chlorid beschickt;- The vessel is filled with monomeric gaseous vinylidene charged with chloride;
- - innerhalb des Gefäßes wird eine Pfropfpolymeriations- Reaktion induziert, um eine gleichmäßige Polyvinyli den-Schicht auf dem Fadenmaterial aufzupfropfen;- A graft polymerization is carried out inside the vessel. Reaction induces an even polyvinyli grafting the layer on the thread material;
- - der ganz oder teilweise mit einer Beschichtung aus Polyvinylidenchlorid versehene Hohlfaden wird Reak tionsbedingungen ausgesetzt, die zu einer Abspaltung und Entfernung von Chlorwasserstoff (Dehydrochlorie rung) führen;- The whole or in part with a coating Hollow thread provided with polyvinylidene chloride becomes reak exposure conditions that lead to a spin-off and removal of hydrogen chloride (dehydrochloria lead);
- - diese Dehydrochlorierung wird wenigstens so lange durchgeführt, bis der Rest-Chlorgehalt der Beschich tung weniger als 6% beträgt, bezogen auf den Chlor gehalt der ursprünglichen Polyvinylidenchlorid- Schicht.- This dehydrochlorination will last at least as long carried out until the residual chlorine content of the coating tion is less than 6%, based on the chlorine content of the original polyvinylidene chloride Layer.
Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung betrifft die Anwendung dieser speziellen Hohlfäden oder Hohlfasern als semipermeable Membran in Oxygeneratoren, Dialysegeräten, Hämokonzentratoren, Blutfiltern, Blutentschäumern, Dialyse filtern und anderen Filtereinrichtungen sowie in weiteren Einrichtungen des extrakorporalen Kreislaufs.Another important aspect of the invention relates to the use of these special hollow threads or hollow fibers as a semipermeable membrane in oxygenators, dialysis machines, Hemoconcentrators, blood filters, blood defoamers, dialysis filter and other filter devices as well as others Extracorporeal circulation devices.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements and developments of the Erfin result from the subclaims.
Zur Erzeugung der erfindungsgemäßen biokompatiblen Hohlfäden kann von herkömmlichen, handelsüblich zugänglichen porösen Hohlfäden ausgegangen werden. Das Fadenmaterial ist typi scherweise ein Polyolefinmaterial. Als geeignete Polyolefine kommen insbesondere Polyethylen und Polypropylen und gegebe nenfalls weitere höhere α-Olefine in Betracht, wobei Poly propylen besonders bevorzugt ist. Unter der Bezeichnung "Polypropylenmaterial" sollen alle in Medizin und Biologie einsetzbaren Polypropylenkunststoffe verstanden werden, ein schließlich Polypropylen-Copolymere mit anderen α-Olefinen, Polypropylen-Homopolymere und Polypropylen-Gemische. Weiter hin sind auch solche modifizierten Polypropylenmaterialien geeignet, deren Molekulargewicht vermindert und in bestimm ten Grenzen eingestellt worden ist, um bestimmte mechanische Eigenschaften zu erzielen. Ein solcher gezielter Abbau des Molekulargewichtes kann bekanntlich durch radikalischen Ab bau mit Peroxid oder dergleichen durchgeführt werden.To produce the biocompatible hollow fibers according to the invention can of conventional, commercially available porous Hollow threads are assumed. The thread material is typical usually a polyolefin material. As suitable polyolefins come especially polyethylene and polypropylene and gelebe if necessary, further higher α-olefins into consideration, poly propylene is particularly preferred. Under the label "Polypropylene material" is said to be all in medicine and biology usable polypropylene plastics are understood finally polypropylene copolymers with other α-olefins, Polypropylene homopolymers and polypropylene blends. Next Such modified polypropylene materials are also out suitable, the molecular weight reduced and in certain ten limits has been set to certain mechanical To achieve properties. Such a targeted breakdown of the Molecular weight can be known by radical Ab construction with peroxide or the like.
Andere, in der Medizin häufig eingesetzte Kunststoffe sind weniger geeignet. Polytetrafluorethylen (TEFLON) würde durch die zur Induzierung der radikalischen Polymerisation vor zugsweise eingesetzte γ-Strahlung zerstört werden. Poly ester, wie etwa DACRON würden durch die Reaktionsbedingungen hydrolisiert werden, die zur Dehydrochlorierung vorgesehen sind.Other plastics commonly used in medicine are less suitable. Polytetrafluoroethylene (TEFLON) would those for inducing radical polymerization γ radiation which is preferably used can be destroyed. Poly esters, such as DACRON, would be affected by the reaction conditions be hydrolyzed, which are intended for dehydrochlorination are.
Als Ausgangsmaterial dienen poröse Hohlfäden, die eine an den Anwendungszweck angepaßte Porosität aufweisen. Typi scherweise soll die Porosität einen Gasaustausch oder einen Stoffaustausch (Dialyse) zwischen zwei Flüssigkeiten gewähr leisten, die durch die Hohlfadenwand voneinander getrennt sind, jedoch soll ein Durchtritt von Flüssigkeit durch die Poren verhindert sein. Typischerweise haben die Poren daher Abmessungen kleiner 1 µm. Die beschichteten Hohlfäden sollen eine Porosität von 10 bis 50%, vorzugsweise von 20 bis 40% aufweisen. Bei der Aufpfropfung von Polyvinylidenchlorid kann eine Verringerung der ursprünglichen Porosität eintre ten, insbesondere wenn mehr als 40 bis 50 Gew.-% Polyvinyli denchlorid aufgepfropft wird, bezogen auf das Gewicht des eingesetzten, porösen Hohlfadens. Vorzugsweise wird als Aus gangsmaterial ein Hohlfaden mit besonders guter Porosität eingesetzt, um dieser Abnahme der Porosität Rechnung zu tra gen. Es bleibt dennoch überraschend, daß auf diesem Wege eine Beschichtung aus biokompatiblem Kohlenstoffmaterial er zeugt werden kann, das die Hämokompatibilität und Anti- Thrombogenität der porösen Hohlfäden deutlich verbessert, ohne deren Porosität zu beseitigen.Porous hollow threads serve as the starting material porosity adapted to the application. Typi The porosity is said to be a gas exchange or a Ensure mass transfer (dialysis) between two liquids afford that separated by the hollow fiber wall are, however, a passage of liquid through the Pores can be prevented. Typically, therefore, the pores have Dimensions smaller than 1 µm. The coated hollow threads are said to a porosity of 10 to 50%, preferably 20 to 40% exhibit. When grafting on polyvinylidene chloride a reduction in the original porosity can occur ten, especially if more than 40 to 50 wt .-% polyvinyli the grafted chloride is based on the weight of the used, porous hollow thread. Preferably, as an off a hollow thread with particularly good porosity used to account for this decrease in porosity It remains surprising, however, that in this way a coating of biocompatible carbon material that hemocompatibility and anti The thrombogenicity of the porous hollow fibers is significantly improved, without removing their porosity.
Vorzugsweise werden gereckte poröse Hohlfäden eingesetzt. Die durch Reckung erzielte Orientierung der Kohlenstoff ketten erleichtert die Aufbringung einer gleichmäßigen Be schichtung aus biokompatiblem Kohlenstoffmaterial. Vorzugs weise werden für die Gasphasen-Pfropfpolymerisation solche Bedingungen vorgesehen, die zum epitaxialen Aufwachsen der Polyvinylidenchlorid-Schicht auf dem Fadenmaterial führen. Hierbei übernimmt das aufgepfropfte Polyvinylidenchlorid die Struktur des Fadenmaterials.Stretched porous hollow threads are preferably used. The orientation of the carbon obtained by stretching chains facilitate the application of a uniform loading layering made of biocompatible carbon material. Preferential become wise for the gas phase graft polymerization Conditions provided for the epitaxial growth of the Guide the polyvinylidene chloride layer on the thread material. Here, the grafted polyvinylidene chloride takes over Structure of the thread material.
Als Ausgangsmaterial zur Erzeugung der Deckschicht dient mo nomeres Vinylidenchlorid (1,1-Dichlorethylen). Handelsüblich zugängliche, reine, stabilisierte Präparate weisen eine Reinheit größer 99,5% auf. Der Siedepunkt liegt bei 30 bis 32°C. Vor der Anwendung empfiehlt sich eine Entgasungsbe handlung bei vermindertem Druck. Das als Ausgangsmaterial eingesetzte monomere Vinylidenchlorid soll Luft-frei sein.Mo is used as the starting material for creating the top layer monomeric vinylidene chloride (1,1-dichloroethylene). Commercially available accessible, pure, stabilized preparations have a Purity greater than 99.5%. The boiling point is 30 to 32 ° C. A degassing chamber is recommended before use action at reduced pressure. That as the starting material monomeric vinylidene chloride used should be air-free.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einer Gasphase aus monomerem Vinylidenchlorid eine Pfropfpolyme risations-Reaktion induziert, um eine gleichmäßige Polyvi nylidenchlorid-Schicht auf dem vorgegebenen Hohlfaden auf zupfropfen. Dieser Pfropfpolymerisation liegt eine radikali sche Polymerisationsreaktion zugrunde. Diese Pfropfpolyme risation kann auf verschiedenem Wege induziert werden, bei spielsweise mit Hilfe von Laserlichtanregung. Grundsätzlich könnten auch Pfropfpolymerisationsverfahren eingesetzt wer den, die in den vorstehend referierten Britischen Patent schriften 856,329 und 801,531 beschrieben sind; jedoch las sen die Gleichmäßigkeit der aufgepfropften Schicht und die erzielbare Ausbeute zu wünschen übrig. Vorzugsweise ist eine strahlungsinduzierte Pfropfpolymerisation mit Hilfe ionisie render Strahlung vorgesehen, weil so eine chemische Bindung der Beschichtung über kovalente C-C-Bindungen zum Fadenmate rial erzielbar ist, und eine wirksame Beschichtung erhalten werden kann. Als Strahlungsquelle dient vorzugsweise insbe sondere eine Gamma-Strahlenquelle. Gammastrahlen weisen ein hohes Durchdringungsvermögen auf. Die Strahlung kann das Gefäßmaterial (beispielsweise Edelstahl) durchdringen. Be nachbart und im Abstand zur Gamma-Strahlenquelle können meh rere geschlossene Reaktionsgefäße vorgesehen werden, in denen die Pfropfpolymerisations-Reaktion durchgeführt wird. Eine Bestrahlung mit Elektronenstrahlung aus einem Elektro nenbeschleuniger ist weniger zweckmäßig, weil damit nur ver gleichsweise dünne Schichten bestrahlt werden können. Eine geeignete Strahlungsquelle kann beispielsweise mit dem Iso top Co bestückt sein.In the context of the method according to the invention, in a Gas phase from monomeric vinylidene chloride a graft risations response induced to an even polyvi nylidene chloride layer on the given hollow thread graft. This graft polymerization is a radical one based polymerization reaction. This graft polymer Rization can be induced in various ways, at for example with the help of laser light excitation. Basically graft polymerization processes could also be used those described in the British Patent referenced above documents 856,329 and 801,531 are described; however read the uniformity of the grafted layer and the achievable yield left something to be desired. Preferably one is radiation-induced graft polymerization using ionization render radiation provided because such a chemical bond the coating via covalent C-C bonds to the thread mate rial is achievable, and get an effective coating can be. In particular, preferably serves as the radiation source especially a gamma radiation source. Gamma rays indicate high penetration. The radiation can do that Penetrate vessel material (e.g. stainless steel). Be neighboring and at a distance from the gamma radiation source can meh rere closed reaction vessels are provided in which the graft polymerization reaction is carried out. Irradiation with electron beams from an electro NEN accelerator is less useful because it only ver equally thin layers can be irradiated. A suitable radiation source can be, for example, with the Iso top co.
Bei der strahlungsinduzierten Aufpfropfung von Polyvinyli denchlorid auf poröse Hohlfäden aus Polypropylen wird vor zugsweise unter solchen Bedingungen gearbeitet, daß inner halb des Reaktionsgefäßes eine Dosisleistung von 0,1 bis 1,5 W/kg (10 bis 150 Rad/sec) Bestrahlungsgut erzielt wird. Vor zugsweise wird die Strahlungseinwirkung während der gesamten Dauer der Pfropfpolymerisations-Reaktion vorgesehen.In the radiation-induced grafting of polyvinyli The chloride on porous hollow threads made of polypropylene is used preferably worked under such conditions that inner half of the reaction vessel a dose rate of 0.1 to 1.5 W / kg (10 to 150 rad / sec) radiation material is achieved. Before the exposure to radiation during the whole Duration of the graft polymerization reaction provided.
Mit Hilfe dieser strahlungsinduzierten Gasphasen-Pfropf polymerisation kann eine gleichmäßige Polyvinylidenchlorid- Schicht erzeugt und chemisch an das Polyolefinmaterial des Hohlfadens gebunden werden, ohne die mechanischen Eigen schaften des Fadenmaterials substantiell zu beeinträchtigen. Das Polyvinylidenchlorid ist über kovalente C-C-Bindungen an die Kohlenstoffkette des Fadenmaterials gebunden. Die Schichtdicke der aufgepfropften Polyvinylidenchlorid-Schicht kann in weiten Grenzen eingestellt werden.With the help of this radiation-induced gas phase graft polymerization can produce a uniform polyvinylidene chloride Layer created and chemically attached to the polyolefin material Hollow thread can be bound without the mechanical intrinsic affect the properties of the thread material substantially. The polyvinylidene chloride is attached via covalent C-C bonds the carbon chain of the thread material is bound. The Layer thickness of the grafted polyvinylidene chloride layer can be set within wide limits.
Vorzugsweise wird eine solche Menge Polyvinylidenchlorid aufgepfropft, welche die Porosität und die Festigkeit des Ausgangsfadens nur in vertretbarem Ausmaß vermindert, welche jedoch nach der Dehydrochlorierung einen Überzug oder eine Beschichtung aus Kohlenstoffmaterial liefert, welche die Hämokompatibilität und Anti-Thrombogenität deutlich verbes sert, im Vergleich zu unbeschichteten Ausgangsfäden. Er sichtlich kommt es nur auf eine Beschichtung solcher Ab schnitte und "aktiver Stellen" der Fadenoberfläche an, die vom Blut und den aktiven Blutbestandteilen erreichbar sind.Such an amount of polyvinylidene chloride is preferred grafted, which the porosity and strength of the Starting thread reduced only to an acceptable extent, which however, after coating or dehydrochlorination Coating of carbon material, which provides the Haemocompatibility and anti-thrombogenicity clearly improved sert, compared to uncoated starting threads. He obviously it only comes down to a coating of such Ab cuts and "active spots" on the thread surface that are accessible from the blood and the active blood components.
Die vorstehend genannte strahlungsinduzierte Pfropfpolymeri sation wird vorzugsweise in einer ruhenden Gasphase aus Vi nylidenchlorid durchgeführt. Es ist weiterhin zweckmäßig, den Ausgangs-Hohlfaden bezüglich der Strahlungsquelle zu be wegen. Im Falle von Wickeln aus ausgewickelten porösen Hohl fäden können solche Wickel kontinuierlich um ihre Achse ro tiert werden. Weiterhin werden eher milde Reaktionsbedingun gen und statt dessen eher eine längere Reaktionsdauer vorge sehen. Bei der Pfropfpolymerisation soll die Bildung einer flüssigen Vinylidenchlorid-Phase auf und/oder an dem Faden material vermieden werden. Dies würde zu ungleichmäßigen Produkten führen. Der Monomerdruck wird vorzugsweise bei etwa 500 bis 700 mbar gehalten. Das monomere Vinylidenchlorid kondensiert bei etwa 20°C. Das Fadenmaterial und das Mate rial der Reaktorwand wird vorzugsweise auf höherer Tempera tur gehalten. Besonders bevorzugt ist eine Temperatur von 25 bis 50°C für die Fadenwickel und für die Reaktorwand. Die Pfropfpolymerisation verläuft exotherm und bei längerer Dauer könnte ein Anstieg der Fadentemperatur bis auf etwa 40°C auftreten. Andererseits soll die Fadentemperatur vor zugsweise nicht über 30 bis 40°C hinaus ansteigen. Die Do sisleistung der Strahlung wird entsprechend eingestellt (vorzugsweise 0,1 bis 1,5 W/kg Bestrahlungsgut, wie oben ausgeführt). Anstelle einer höheren Dosisleistung wird eher eine längere Reaktionsdauer vorgesehen. Vorzugsweise wird die strahlungsinduzierte Pfropfpolymerisation ununterbrochen über eine Dauer von wenigstens 20 Stunden durchgeführt; auch eine Dauer von 30 bis 40 Stunden ist in der Praxis nicht un gewöhnlich. Vorzugsweise erfolgt die Strahlungseinwirkung während der gesamten Dauer der Gasphasen-Pfropfpolymerisa tion.The radiation-induced graft polymer mentioned above tion is preferably in a quiescent gas phase from Vi performed nylidene chloride. It is still advisable the output hollow filament with respect to the radiation source because of. In the case of wrapped porous hollow such coils can ro continuously around their axis be animals. Furthermore, mild reaction conditions become gene and instead a longer reaction time see. In graft polymerization, the formation of a liquid vinylidene chloride phase on and / or on the thread material to be avoided. This would become uneven Products. The monomer pressure is preferably at kept about 500 to 700 mbar. The monomeric vinylidene chloride condenses at around 20 ° C. The thread material and the mate rial of the reactor wall is preferably at a higher temperature held. A temperature of 25 is particularly preferred up to 50 ° C for the thread winding and for the reactor wall. The Graft polymerization is exothermic and longer Duration could increase the thread temperature up to about 40 ° C occur. On the other hand, the thread temperature should be above preferably do not rise above 30 to 40 ° C. Thu The radiation power is set accordingly (preferably 0.1 to 1.5 W / kg of radiation, as above executed). Instead of a higher dose rate, sooner a longer reaction time is provided. Preferably the radiation-induced graft polymerization continuously carried out over a period of at least 20 hours; also a duration of 30 to 40 hours is not uncommon in practice usually. The radiation exposure is preferably effected throughout the duration of the gas phase graft polymer tion.
Bei dieser Gasphasen-Pfropfpolymerisation dringt das mono mere Vinylidenchlorid in das Fadenmaterial ein. Es erfolgt eine chemische Bindung und Verankerung des gebildeten Poly vinylidenchlorids innerhalb des Fadens. Überraschender weise wird dabei die vorhandene Porosität im Ausgangsfaden nicht beseitigt zumindest nicht vollständig beseitigt. Wei terhin wächst das Polyvinylidenchlorid gleichmäßig auf den glatten Abschnitten der Fadenoberfläche auf und bildet dort eine gleichmäßige und dichte Schicht. Vorzugsweise werden solche Bedingungen gewählt, damit die Struktur der Polyvi nylidenchlorid-Schicht der Fadenstruktur entspricht (epitax iales Aufwachsen). Diese Strukturhomologie ist wünschens wert, um später eine orientierte Kohlenstoffschicht zu er zielen. Das Aufwachsen der Polyvinylidenchlorid-Schicht ist nicht durch inhärente Faktoren begrenzt und könnte nach Be lieben fortgesetzt werden, solange eine ausreichend Porosi tät und Festigkeit des Hohlfadens erhalten bleibt.In this gas phase graft polymerization, the mono penetrates mere vinylidene chloride in the thread material. It takes place chemical bonding and anchoring of the poly formed vinylidene chloride within the thread. More surprising The existing porosity in the starting thread becomes wise not eliminated at least not completely eliminated. Wei then the polyvinylidene chloride grows evenly on the smooth sections of the thread surface and forms there an even and dense layer. Preferably be such conditions are chosen so that the structure of the Polyvi nylidene chloride layer corresponds to the thread structure (epitax ial growing up). This structural homology is desirable worth it to later create an oriented carbon layer aim. The growth of the polyvinylidene chloride layer is not limited by inherent factors and, according to Be love to continue as long as there is enough porosi The strength and strength of the hollow thread is retained.
Alle diese Reaktionsbedingungen zielen darauf hin, unter milden Bedingungen eine gleichmäßige Polyvinylidenchlorid- Schicht zu erhalten, die chemisch an das Fadenmaterial ge bunden ist, ohne den Ausgangsfaden zu schädigen. Unter diesen Bedingungen können auch Wickel aus Polypropylen hohlfäden behandelt werden.All of these reaction conditions are aimed at a mild polyvinylidene chloride Obtain layer that chemically ge to the thread material tied without damaging the starting thread. Under These conditions can also be wrapped in polypropylene hollow threads are treated.
Auf poröse Hohlfäden aus Polypropylen kann unter diesen Be dingungen der strahlungsinduzierten Gasphasen-Pfropfpolyme risation vorzugsweise auf 1 Gew.-Teil Fadenmaterial 0,1 bis 1,2 Gew.-Teile Polyvinylidenchlorid aufgepfropft werden, besonders bevorzugt werden auf 1 Gew.-Teil Fadenmaterial 0,4 bis 0,6 Gew.-Teile Polyvinylidenchlorid aufgepfropft. Auf einen Fadenwickel mit 100 Gew.-Teilen Polypropylen- Hohlfäden werden unter diesen Bedingungen vorzugsweise 40 bis 60 Gew.-Teile Polyvinylidenchlorid aufgepfropft, so daß dieser Fadenwickel nach der Aufpfropfung ein Gewicht von 140 bis 160 Gew.-Teilen aufweist. Erforderlich ist ledig lich eine solche Menge Polyvinylidenchlorid, die nach der Dehydrochlorierung eine Deckschicht aus biokompatiblem Kohlenstoffmaterial liefert, welche die Hämokompatibilität hier insbesondere im Hinblick auf Hämolyse, Anlagerung von Leukozyten, Aktivierung des Komplement-Komplexes und Akti vierung der Gerinnungskaskade bis hin zur Thrombenbildung, dieser beschichteten Hohlfäden wesentlich verbessert im Vergleich zu bekannten Hohlfäden aus Polypropylen. Ande rerseits soll die Beschichtung so gering wie möglich ge halten werden, solange die gewünschte Hämokompatibilität gewährleistet ist, um die Porosität der Ausgangsfasern und die mechanischen Eigenschaften der beschichteten Hohlfäden nicht unnötig zu beeinträchtigen.Porous hollow filaments made of polypropylene can be used under these conditions of the radiation-induced gas-phase graft polymers rization preferably to 1 part by weight of thread material 0.1 to 1.2 parts by weight of polyvinylidene chloride are grafted on, per 1 part by weight of thread material are particularly preferred Grafted on 0.4 to 0.6 parts by weight of polyvinylidene chloride. On a thread wrap with 100 parts by weight of polypropylene Hollow threads preferably become 40 under these conditions grafted to 60 parts by weight of polyvinylidene chloride, so that this thread wrap after grafting a weight of 140 to 160 parts by weight. Single is required Lich such an amount of polyvinylidene chloride, which after the Dehydrochlorination is a top layer made of biocompatible Carbon material that provides hemocompatibility here especially with regard to hemolysis, accumulation of Leukocytes, activation of the complement complex and acti crossing of the coagulation cascade up to thrombus formation, this coated hollow filaments significantly improved in Comparison to known hollow threads made of polypropylene. Ande on the other hand, the coating should be as low as possible will last as long as the desired hemocompatibility is guaranteed to the porosity of the output fibers and the mechanical properties of the coated hollow fibers not interfere unnecessarily.
Unter Beachtung dieser Randbedingungen wird vorzugsweise eine Aufpfropfung von etwa 40 bis 60 Gew.-Teile Polyvinyli denchlorid auf 100 Gew.-Teile Hohlfadenmaterial aus Poly propylen vorgesehen. Nach einer weitgehend erschöpfenden Dehydrochlorierung verbleiben somit auf 100 Gew.-Teilen Hohlfadenmaterial etwa 10 bis 15 Gew.-Teile Kohlenstoffma terial. Anders ausgedrückt enthält der unter diesen Bedin gungen hergestellte, beschichtete Hohlfaden etwa 9 bis 13 Gew.-% Kohlenstoffmaterial, bezogen auf das Gesamtgewicht des beschichteten Hohlfadens.Taking these boundary conditions into account is preferred a graft of about 40 to 60 parts by weight of polyvinyli denchloride per 100 parts by weight hollow fiber material made of poly propylene provided. After a largely exhausting Dehydrochlorination thus remain per 100 parts by weight Hollow thread material about 10 to 15 parts by weight of carbon material. In other words, it contains these conditions Coated thread produced around 9 to 13 % By weight of carbon material, based on the total weight of the coated hollow thread.
Aus der so erzeugten Polyvinylidenchlorid-Schicht muß Chlor wasserstoff (HCl) weitestgehend vollständig abgespalten und entfernt werden (Dehydrochlorierung), um diese Polyvinyli denchlorid-Schicht in eine Schicht aus biokompatiblem Koh lenstoffmaterial umzuwandeln. Weiterhin müssen Dehydrochlo rierungsbedingungen gewählt werden, welche das Fadenmaterial und hier insbesondere dessen Festigkeitseigenschaften mög lichst wenig beeinträchtigen.Chlorine must be removed from the polyvinylidene chloride layer Hydrogen (HCl) largely completely split off and removed (dehydrochlorination) to this polyvinyli the chloride layer into a layer of biocompatible Koh convert material. Furthermore, dehydrochlo ration conditions are selected, which the thread material and here in particular its strength properties possible affect little.
Es ist möglich, diese Dehydrochlorierung mit Hilfe von me tallischem Natrium und/oder Natriumamid in flüssigem Ammo niak durchzuführen. Im Labormaßstab läßt sich diese Umset zung grundsätzlich durchführen, erfordert jedoch lange Reak tionszeiten von 100 Stunden und mehr und das Arbeiten unter hohem Druck (50 bar und mehr) im Autoklaven. Für eine ge werbliche oder industrielle Anwendung erscheint die Produk tivität zu gering; ferner muß nicht umgesetztes Natriumamid zersetzt und entfernt werden, beispielsweise mit erheblichen Mengen Methanol. It is possible to do this dehydrochlorination with the help of me metallic sodium and / or sodium amide in liquid ammo perform niak. This implementation can be done on a laboratory scale Basically, it takes a long time to react times of 100 hours and more and working under high pressure (50 bar and more) in the autoclave. For a ge the product appears for commercial or industrial use activity too low; furthermore, unreacted sodium amide decomposed and removed, for example with considerable Amounts of methanol.
Es ist weiterhin möglich, diese Dehydrochlorierung mit gas förmigem Ammoniak in der Gasphase durchzuführen. Gute Ergeb nisse wurden jedoch nur an recht kleinen Proben erhalten. Eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit erfordert Tempe raturen oberhalb 100°C. Andererseits soll die Substrattempe ratur, insbesondere bei Polypropylen-Hohlfäden 100 bis 120°C nicht übersteigen. Die Dehydrochlorierung verläuft exotherm. Bei Arbeiten in der Gasphase ist die Möglichkeit einer Wärmeabführung begrenzt, und es kann leicht eine Überhitzung der Hohlfäden eintreten. Weiterhin kann beim Arbeiten in der Gasphase das bei der Dehydrochlorierung anfallende Ammonium chlorid (NH₄Cl) nicht einfach entfernt werden.It is still possible to gas this dehydrochlorination form ammonia in the gas phase. Good results However, nits were only obtained on very small samples. Sufficient reaction speed requires tempe temperatures above 100 ° C. On the other hand, the substrate temperature temperature, especially for polypropylene hollow threads 100 to 120 ° C. do not exceed. The dehydrochlorination is exothermic. When working in the gas phase, the possibility is one Heat dissipation is limited and it can easily cause overheating of hollow fibers enter. Furthermore, when working in the Gaseous phase is the ammonium produced during dehydrochlorination chloride (NH₄Cl) cannot be easily removed.
Vorzugsweise ist vorgesehen, diese Dehydrochlorierung in heißer wäßriger alkalischer Lösung durchzuführen. Vorzugs weise wird ein Wickel aus Polypropylen-Hohlfäden, die mit der aufgepfropften Polyvinylidenchlorid-Schicht versehen sind, in diese heiße wäßrige alkalische Lösung eingebracht und wenigstens für mehrere Stunden innerhalb dieser Lösung gehalten. Alternativ kann diese heiße wäßrige alkalische Lösung durch einen Reaktionsraum gepumpt werden, in dem sich der mit der aufgepfropften Polyvinylidenchlorid-Schicht ver sehene Fadenwickel befindet.It is preferably provided that this dehydrochlorination perform hot aqueous alkaline solution. Preferential wise is a wrap made of polypropylene hollow threads with the grafted polyvinylidene chloride layer are introduced into this hot aqueous alkaline solution and at least for several hours within this solution held. Alternatively, this can be hot aqueous alkaline Solution can be pumped through a reaction space in which the ver with the grafted polyvinylidene chloride layer see thread winding.
Vorzugsweise wird unterhalb der Siedetemperatur der wäßrigen Lösung gearbeitet. Eine Arbeitstemperatur von etwa 80 bis 100°C hat sich gut bewährt und ist vorzugsweise vorge sehen. Beim Arbeiten unterhalb 100°C kann eine Beschädigung des Fadenmaterials sicher verhindert werden. Der Siedepunkt der Lösung verhindert eine höhere Fadentemperatur. Ferner weist Wasser eine hohe Wärmekapazität auf. Beim Arbeiten in wäßriger Lösung kann eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit erzielt und eingestellt werden, weil die anfallende Wärme leicht abgeführt werden kann. Das bei der Dehydrochlorierung gebildete Ammoniumchlorid löst sich leicht in wäßriger Lö sung und kann so leicht entfernt werden. Preferably, the boiling point of the aqueous Solution worked. A working temperature of around 80 up to 100 ° C has proven itself and is preferred see. Damage can occur when working below 100 ° C of the thread material can be safely prevented. The boiling point the solution prevents a higher thread temperature. Further water has a high heat capacity. When working in aqueous solution may have a higher reaction rate achieved and adjusted because of the heat generated can be easily removed. That with dehydrochlorination The ammonium chloride formed dissolves easily in aqueous solution solution and can be easily removed.
Als alkalische Reagentien können herkömmliche Basen und Salze eingesetzt werden, wie etwa die Hydroxide von Na trium und Kalium oder die Carbonate und Bicarbonate der Alkalimetalle und Erdalkalimetalle. Beim Arbeiten in wäßriger NaOH- oder KOH-Lösung empfiehlt sich die Zugabe eines Phasen-Transfer-Katalysators wie Tetrabutylammoniumbromid [(CH₃-CH₂-CH₂-CH₂)₄N]Br.Conventional bases and Salts are used, such as the hydroxides of Na trium and potassium or the carbonates and bicarbonates of Alkali metals and alkaline earth metals. When working in watery The addition of a NaOH or KOH solution is recommended Phase transfer catalyst such as tetrabutylammonium bromide [(CH₃-CH₂-CH₂-CH₂) ₄N] Br.
Besonders bevorzugt wird als Dehydrochlorierungsmittel eine heiße konzentrierte wäßrige Ammoniaklösung eingesetzt. Gut geeignet ist eine Ammoniakkonzentration von 20 bis 35 Gew.-%. Vorzugsweise wird mit der handelsüblich zugänglichen wäßrigen Ammoniaklösung (Ammoniumhydroxid) mit einer Ammo niakkonzentration von 25 Gew.-% gearbeitet. Vorzugsweise wird mit einer bei der jeweiligen Temperatur gesättigten wäßrigen Ammoniaklösung und unter einem entsprechenden Ammoniaküberdruck gearbeitet. Beispielsweise kann unter einem Ammoniaküberdruck bis zu etwa 6 bis 8 bar gearbeitet werden. Besonders gute Ergebnisse wurden beispielsweise unter nachfolgenden Bedingungen erhalten:A dehydrochlorinating agent is particularly preferred hot concentrated aqueous ammonia solution used. Well an ammonia concentration of 20 to 35 is suitable % By weight. Preferably, the commercially available aqueous ammonia solution (ammonium hydroxide) with an ammo worked niak concentration of 25 wt .-%. Preferably is saturated with one at the respective temperature aqueous ammonia solution and under an appropriate Ammonia pressure worked. For example, under an ammonia pressure up to about 6 to 8 bar worked will. For example, particularly good results have been obtained received under the following conditions:
- - einer Ammoniakkonzentration in der heißen wäßrigen Lösung von etwa 25 Gew.-%,- An ammonia concentration in the hot aqueous Solution of about 25% by weight,
- - einer Arbeitstemperatur von etwa 96°C und- a working temperature of about 96 ° C and
- - einem Ammoniaküberdruck von etwa 6 bar.- An ammonia pressure of about 6 bar.
Die Dehydrochlorierung wird solange durchgeführt, bis der Rest-Chlorgehalt des beschichteten Hohlfadens auf weniger als 6% abgesenkt ist, bezogen auf den Chlorgehalt des auf gepfropften Polyvinylidenchlorids. Unter den genannten ver gleichsweise milden Dehydrochlorierungsbedingungen ist hier für eine Dauer von wenigstens 20 Stunden erforderlich. Je nach Anwendungsfall kann die Dehydrochlorierung auch für eine Dauer von etwa 30 bis 40 Stunden durchgeführt werden.The dehydrochlorination is carried out until the Residual chlorine content of the coated hollow thread to less than 6%, based on the chlorine content of the grafted polyvinylidene chloride. Among the ver equally mild dehydrochlorination conditions are here required for a period of at least 20 hours. Each Depending on the application, dehydrochlorination can also be used for a duration of about 30 to 40 hours.
Vorzugsweise wird die Dehydrochlorierung so lange durchge führt, bis der Rest-Chlorgehalt des beschichteten Hohlfadens auf weniger als 3%, insbesondere weniger als 2% abgesenkt ist, bezogen auf den Chlorgehalt des aufgepfropften Poly vinylidenchlorids. Das strukturell gebundene Chlor, d. h. das in den Polyvinylidenchlorid-Rückständen der Beschichtung enthaltene Chlor kann beispielsweise mittels Infrarotspek troskopie anhand einer Bande bei etwa 1050 cm-1 erfaßt wer den. Bei einem Restgehalt an strukturell gebundenem Chlor von weniger als 2% wird eine Beschichtung aus im wesentlichen reinem Kohlenstoffmaterial mit hervorragenden biokompatib len Eigenschaften erhalten.The dehydrochlorination is preferably carried out until the residual chlorine content of the coated hollow thread is reduced to less than 3%, in particular less than 2%, based on the chlorine content of the grafted polyvinylidene chloride. The structurally bound chlorine, ie the chlorine contained in the polyvinylidene chloride residues of the coating, can be detected, for example, by means of infrared spectroscopy using a band at approximately 1050 cm -1 . With a residual structural chlorine content of less than 2%, a coating of essentially pure carbon material with excellent biocompatible properties is obtained.
Das aufgepfropfte Polyvinylidenchlorid liefert nach der De hydrochlorierung ein Kohlenstoffmaterial, das eine Dichte von etwa 1,8 g/cm³ aufweist. Die spektroskopischen Unter suchungen bestätigen im IR-Spektrum Absorptionen bei 2180 cm-1 und eine breite Bande bei etwa 1600 cm-1. Die Ab sorption bei 2180 cm-1 wird der Valenzschwingung der C≡C- Dreifachbindung in linearen konjugierten Carbinstrukturen zugeordnet. Die Absorption bei 1600 cm-1 wird konjugierten C=C-Doppelbindungen zugeordnet. Aus alledem schließen die Erfinder - ohne daran gebunden zu sein - auf eine orientier te Carbinstruktur in dem Kohlenstoffmaterial, das nach der weitgehenden Dehydrochlorierung erhalten wird.After the hydrochlorination, the grafted-on polyvinylidene chloride provides a carbon material which has a density of about 1.8 g / cm 3. The spectroscopic investigations confirm absorptions at 2180 cm -1 and a broad band at about 1600 cm -1 in the IR spectrum. The absorption at 2180 cm -1 is assigned to the valence vibration of the C≡C triple bond in linear conjugated carbine structures. The absorption at 1600 cm -1 is assigned to conjugated C = C double bonds. From all of this, the inventors conclude, without being bound by it, an oriented carbine structure in the carbon material obtained after extensive dehydrochlorination.
Typischerweise macht der Anteil an diesem Kohlenstoffmate rial etwa 5 bis 20 Gew.-% des Gesamtgewichtes des beschich teten Polypropylen-Hohlfadens aus; d. h. der fertige Faden mit biokompatibler Kohlenstoffbeschichtung besteht zu 80 bis 95 Gew.-% aus Polypropylen und zu 20 bis 5 Gew.-% aus dem Kohlenstoffmaterial, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Fadens.Typically, the proportion of this makes carbon mate rial about 5 to 20 wt .-% of the total weight of the coating made of polypropylene hollow thread; d. H. the finished thread with biocompatible carbon coating is 80 to 95% by weight of polypropylene and 20 to 5% by weight of the Carbon material, based on the total weight of thread.
Im Anschluß an die Dehydrochlorierung wird der beschichtete Hohlfaden ausdauernd gewaschen, vorzugsweise mit heißem Was ser, um insbesondere auch Ammoniumchlorid zu entfernen. Der Gehalt an Ammoniumchlorid kann im Infrarotspektrum anhand einer Bande bei etwa 1400 cm-1 erfaßt werden. Vorzugsweise soll der Gehalt an Ammoniumchlorid auf weniger als 0,1 Gew.-% abgesenkt werden, bezogen auf das Gewicht des be schichteten Hohlfadens. Zu diesem Zweck gut geeignet ist eine mehrstündige Waschbehandlung mit heißem Wasser, das eine Temperatur von etwa 80 bis 90°C aufweist.Following the dehydrochlorination, the coated hollow thread is washed continuously, preferably with hot water, in order in particular to remove ammonium chloride. The ammonium chloride content can be detected in the infrared spectrum using a band at approximately 1400 cm -1 . The ammonium chloride content should preferably be reduced to less than 0.1% by weight, based on the weight of the coated hollow thread. A wash treatment with hot water that has a temperature of about 80 to 90 ° C. for several hours is well suited for this purpose.
Im Anschluß an eine solche Waschbehandlung kann eine Wärme behandlung vorgesehen werden, die eine Thermofixierung der Fadenstruktur bewirkt und restliche Spuren an Ammoniumchlo rid durch Sublimation beseitigt. Eine solche Wärmebehandlung wird vorzugsweise im Vakuum-Thermoschrank unter ein Vakuum kleiner 0,1 mbar durchgeführt, wobei ohne Unterbrechung ab gepumpt wird. Eine solche Thermofixierung der zu einem Wic kel aufgewickelten beschichteten Hohlfäden kann beispiels weise bei 135°C für eine Dauer von etwa 1,5 Stunden im Va kuum durchgeführt werden. Mit Hilfe einer solchen Wärmebe handlung können auch Spuren von Ammoniumchlorid durch Sub limation beseitigt werden.Following such a washing treatment, heat can be applied treatment are provided, the thermosetting of the Thread structure causes and residual traces of ammonium chloride rid eliminated by sublimation. Such a heat treatment is preferably placed in a vacuum thermal cabinet under a vacuum less than 0.1 mbar carried out without interruption is pumped. Such heat fixation to a wic kel wound coated hollow fibers can for example wise at 135 ° C for about 1.5 hours in Va be carried out in a vacuum. With the help of such a heat can also traces of ammonium chloride by sub Limation be eliminated.
Zur Herstellung in einem gewerblichen oder industriellem Um fang werden die porösen, endlosen Hohlfasern vorzugsweise unter kontrollierten Bedingungen auf einem perforierten Wicklungsträger (Hülse, Patrone, Kartusche) aufgewickelt, und in Form dieser Wickel in den Reaktor zur Durchführung der strahlungsinduzierten Gasphasen-Pfropfpolymerisation und danach in den Reaktor zur Dehydrochlorierung in konzentrier ter heißer wäßriger Ammoniaklösung eingebracht. Die Reak tion erfolgt durch den Wickel hindurch und erfaßt das gesam te aufgewickelte Endlosmaterial. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn die Stärke der Wicklung auf dem perforierten Wick lungsträger eine Schichtdicke von etwa 10 bis 20 mm nicht übersteigt, und/oder wenn die Dichte der Wicklung zwischen etwa 0,40 und 0,60 g/cm³ gehalten wird. Unter diesen Bedin gungen wird eine gute Durchdringung des gesamten Endlosmate rials erzielt. In einen Reaktor zur strahlungsinduzierten Gasphasen-Pfropfpolymerisation können mehrere Wickel einge setzt und gleichzeitig behandelt werden. Zur Dehydrochlorie rung wird vorzugsweise jeder Wickel in ein eigenes Reak tionsgefäß eingesetzt, um eine gute Durchspülung der aufge wickelten Fadenmasse zu erzielen. Hier können jedoch mehrere Reaktionsgefäße parallel nebeneinander zu einer Batterie zu sammengefaßt sein, durch welche das heiße alkalische Dehy drochlorierungsmittel hindurch gepumpt wird. Trotz der ver gleichsweise langen Behandlungszeiten kann so eine hohe Pro duktivität erzielt werden.For production in a commercial or industrial environment The porous, endless hollow fibers are preferred under controlled conditions on a perforated Winding carrier (sleeve, cartridge, cartridge) wound up, and in the form of this wrap in the reactor to carry out radiation-induced gas-phase graft polymerization and then concentrated in the dehydrochlorination reactor ter hot aqueous ammonia solution introduced. The Reak tion takes place through the winding and covers the whole te wound endless material. For this it is advisable if the thickness of the winding on the perforated wick not a layer thickness of about 10 to 20 mm exceeds, and / or if the density of the winding between about 0.40 and 0.60 g / cm³ is maintained. Under these conditions Good penetration of the entire endless mat is required rials achieved. In a reactor for radiation induced Gaseous phase graft polymerization can incorporate multiple coils sets and be treated at the same time. For dehydrochloria each winding is preferably in its own reac tion vessel used for a good flushing of the up to achieve wound thread mass. Here, however, several can Reaction tubes parallel to each other to form a battery be summarized, through which the hot alkaline dehy drochloring agent is pumped through. Despite the ver equally long treatment times can be a high pro productivity can be achieved.
Es gibt Anzeichen dafür, daß beim Aufpfropfen von Polyviny lidenchlorid auf einen endlosen Hohlfaden die Länge dieses Hohlfadens zunimmt. Die Ursachen werden derzeit noch nicht völlig verstanden und scheinen mit dem Grad der Porosität und mit der Struktur der Mikroporen zusammenzuhängen. (Bei der Aufpfropfung von Polyvinylidenchlorid auf verstreckte Vollfäden aus Polypropylen tritt eine solche Längenzunahme nicht auf.) Bei einer Aufpfropfung von 60 Gew.-Teile Polyvi nylidenchlorid auf 100 Gew.-Teile Polypropylen-Hohlfaden wurde beispielsweise eine Längenzunahme von etwa 8% beob achtet, bezogen auf gegebene Längenabschnitte der Ausgangs fäden. Dies macht den Wickel lockerer und loser. In diesem Falle ist es empfehlenswert, im Anschluß an die Gasphasen- Pfropfpolymerisation die beschichteten Hohlfäden umzuspulen und unter kontrollierten Bedingungen auf einen neuen Wick lungsträger aufzuwickeln, um wiederum eine Dichte des Wic kels einzustellen, die für die nachfolgende Dehydrochlorie rung in flüssiger Phase gut geeignet ist. Die heiße wäßrige Lösung kann kontinuierlich durch den perforierten Wick lungsträger und die aufgewickelte Schicht hindurch gepumpt werden. There are indications that when grafting polyviny lidenchloride on an endless hollow fiber the length of this Hollow thread increases. The causes are not yet fully understood and seem with the degree of porosity and related to the structure of the micropores. (At the grafting of polyvinylidene chloride on stretched Solid threads made of polypropylene experience such an increase in length not.) With a grafting of 60 parts by weight of Polyvi nylidene chloride per 100 parts by weight of polypropylene hollow thread For example, a length increase of about 8% was observed pays attention to given length sections of the output threads. This makes the wrap looser and looser. In this It is advisable to use the gas phase Graft polymerization to rewind the coated hollow fibers and under controlled conditions on a new wick winding carrier in order to in turn a density of the wic kels set for subsequent dehydrochloria tion in the liquid phase is well suited. The hot watery one Solution can flow continuously through the perforated wick lung carrier and pumped through the wound layer will.
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung ohne diese einzuschränken.The following examples serve for further explanation the invention without restricting it.
Dieses Vergleichsbeispiel dient zur allgemeinen Erläuterung dieser neuartigen Technologie zur Aufbringung einer Kohlen stoffschicht am Umfang eines Vollfadens aus Polypropylen.This comparative example serves for general explanation this new technology for applying a coal layer of fabric on the circumference of a solid thread made of polypropylene.
Als Ausgangsmaterial dient ein aus 36 orientierten Einzelfä den aus Polypropylen bestehendes Garn mit einer längenbezo genen Masse von 8 tex. Dieser Ausgangsfaden wird für die Durchführung der erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen auf eine zylindrische perforierte Patrone aus korrosionsfestem Stahl umgespult (Länge 185 mm, Außendurchmesser 30 mm). Es werden solche Wicklungsbedingungen vorgesehen, die zu einer Wicklungsstärke von etwa 14 mm und zu einer Dicke der Wick lung von etwa 0,50 bis 0,55 g/cm³ führen. Unter diesen Be dingungen befinden sich auf jedem Wickel etwa 170 bis 180 g Garn.One of 36 orientated single cases serves as the starting material the polypropylene yarn with a length reference mass of 8 tex. This starting thread is for the Implementation of the measures provided according to the invention a cylindrical perforated cartridge made of corrosion-resistant Steel rewound (length 185 mm, outer diameter 30 mm). It such winding conditions are provided that lead to a Winding thickness of about 14 mm and to a thickness of the wick lead from about 0.50 to 0.55 g / cm³. Among these be Conditions are around 170 to 180 g on each wrap Yarn.
Die strahlungsinduzierte Gasphasen-Pfropfpolymerisation wird durch direkte Einwirkung von gasförmigem Vinylidenchlorid auf den Wickel durchgeführt. Hierzu wird der Wickel in einen verschließbaren und evakuierbaren Reaktor eingesetzt, an den über ein Absperrventil ein Gefäß angeschlossen ist, in das flüssiges, monomeres Vinylidenchlorid einbringbar ist. Nach dem Einsetzen mehrerer Spulen in den Reaktor wird der Reak tor verschlossen und bis auf einen Restdruck von etwa 10 mbar evakuiert. Das vorher unter Vakuum entgaste, flüssi ge Vinylidenchlorid wird in das Zuführgefäß eingesaugt. Die eingebrachte Menge Vinylidenchlorid richtet sich nach der Gesamtmenge des zu beschichtenden Garns und der gewünschten Schichtdicke. Das in das Zuführgefäß eingebrachte Vinyliden chlorid wird dort nochmals entgast. Danach wird das Absperr ventil geöffnet, und in dem Reaktor bei Raumtemperatur eine Gasphase aus monomerem Vinylidenchlorid gebildet. Die Tempe ratur des Reaktors wird bei etwa 30°C gehalten. Der Dampf druck des monomeren Vinylidenchlorids wird zwischen etwa 500 und 700 mbar gehalten. Die Kondensation von flüssigen Mono meren am Substrat soll verhindert werden. Mit Hilfe einer Strahlungsquelle, die mit dem radioaktiven Isotop Co bestückt ist, wird die Bestrahlung durchgeführt. Hierzu wird der Reaktor in einen geschützten Raum eingebracht, in den die Strahlungsquelle aus einer geschützten Position einge bracht werden kann. Beispielsweise wird die Strahlungsquelle aus einem tiefen Loch im Boden des Raumes angehoben, damit die Gamma-Strahlung den Reaktor durchfluten kann. Innerhalb des Reaktors wird eine Dosisleistung von etwa 0,15 W/kg Be strahlungsgut eingestellt (etwa 15 Rad/sec). Die Bestrah lung wird während der gesamten Pfropfpolymerisation durchge führt. Die Rotationsgeschwindigkeit der Wickel wird an die Dosisleistung angepaßt. Zu Beginn der Reaktion weist das Mo nomer im Zuführgefäß eine Temperatur von etwa 17 bis 20°C auf. Wegen der bei der Polymerisation frei werdenden Wärme erhöht sich die Temperatur im Laufe der Reaktion auf etwa 35 bis 45°C. Die Fadentemperatur soll 40°C nicht übersteigen. Um unter diesen Bedingungen etwa 65 bis 80 Gew.-Teile Poly vinylidenchlorid auf 100 Gew.-Teile Polypropylen-Garn auf zupfropfen, ist eine Reaktionsdauer von etwa 30 bis 35 Stunden erforderlich. Das Ende der Reaktion ist nach dem Druckabfall im System erreicht, der durch den Verbrauch des Monomers verursacht wird. Nach Ende der Reaktion werden die restlichen Monomerdämpfe über eine mit flüssigem Stickstoff gekühlte Falle abgepumpt, und der Reaktor daraufhin mit Luft durchgeblasen. Die Spulen mit dem beschichteten Garn werden aus dem Reaktor entnommen.The radiation-induced gas phase graft polymerization is by direct action of gaseous vinylidene chloride performed on the wrap. For this purpose, the wrap is in a closable and evacuable reactor used to a vessel is connected via a shut-off valve into which liquid, monomeric vinylidene chloride can be introduced. To inserting several coils into the reactor becomes the reac gate closed and up to a residual pressure of about 10 mbar evacuated. The previously degassed under vacuum, liquid Ge vinylidene chloride is sucked into the feed vessel. The The amount of vinylidene chloride introduced depends on the Total amount of yarn to be coated and the desired amount Layer thickness. The vinylidene introduced into the feed vessel chloride is degassed again there. Then the barrier valve opened, and one in the reactor at room temperature Gas phase formed from monomeric vinylidene chloride. The tempe rature of the reactor is kept at about 30 ° C. The steam Pressure of the monomeric vinylidene chloride is between about 500 and kept 700 mbar. The condensation of liquid mono meres on the substrate should be prevented. With the help of a Radiation source associated with the radioactive isotope Co the radiation is carried out. To do this the reactor is placed in a protected space in which the radiation source turned on from a protected position can be brought. For example, the radiation source raised from a deep hole in the floor of the room so that the gamma radiation can flood the reactor. Within the reactor has a dose rate of about 0.15 W / kg Be radiation set (about 15 rad / sec). The irradiated is carried out throughout the graft polymerization leads. The speed of rotation of the winding is related to the Adjusted dose rate. At the beginning of the reaction, the Mo nomer in the feed vessel a temperature of about 17 to 20 ° C. on. Because of the heat released during the polymerization the temperature rises to about 35 in the course of the reaction up to 45 ° C. The thread temperature should not exceed 40 ° C. Under these conditions, about 65 to 80 parts by weight of poly vinylidene chloride per 100 parts by weight of polypropylene yarn grafting is a reaction time of about 30 to 35 Hours required. The end of the reaction is after Pressure drop in the system achieved by the consumption of the Monomers is caused. After the reaction has ended, the remaining monomer vapors over one with liquid nitrogen pumped cooled trap, and then the reactor with air blown through. The bobbins with the coated yarn are removed from the reactor.
Die beschichteten Garne werden erneut auf eine perforierte Patrone umgespult, um wiederum Wickel mit einer geeigneten Dichte für die nachfolgende Dehydrochlorierung zu erhalten. The coated yarns are again perforated Cartridge rewound to turn with a suitable wrap Obtain density for the subsequent dehydrochlorination.
Zur Dehydrochlorierung wird heiße 25%-ige Ammoniaklösung durch den perforierten Wicklungsträger und den auf dem Wicklungsträger befindlichen Wickel gepumpt. Dieser Prozeß wird mit Hilfe der Temperatur- und Druckunterschiede im Zu führungsgefäß und im Auffangbehälter geregelt. Jeder Wickel wird in einen separaten Reaktor eingesetzt. Die gesamte An lage umfaßt mehrere parallel miteinander verbundene Reak toren. Vor Beginn der Reaktion wird die ganze Anlage bis auf einen Restdruck von etwa 0,1 mbar evakuiert. Anschließend wird die Ammoniaklösung in das Zuführungsgefäß gepumpt und auf die vorgegebene Temperatur erwärmt. Die Lösung wird aus dem Zuführungsgefäß über die Wickel in einen Auffangbehälter und anschließend aus dem Auffangbehälter über den Wickel in das Zuführungsgefäß gepumpt. Im wesentlichen wird bei einer Temperatur von 96°C, bei einer Ammoniakkonzentration von 25% und unter einem Druck der Ammoniakdämpfe von etwa 6 bar gearbeitet. Unter diesen Bedingungen wird die Dehydrochlo rierung etwa 35 Stunden lang durchgeführt. Anschließend werden die dehydrochlorierten Fäden mit heißem Wasser ge waschen, um das als Nebenprodukt gebildete Ammoniumchlorid zu entfernen. Zum Abwaschen wird heißes destilliertes Wasser von 80 bis 95°C 5 Stunden lang durch die Wickel gepreßt.Hot 25% ammonia solution is used for dehydrochlorination through the perforated winding carrier and the on the Winding carrier located pumped. This process is with the help of temperature and pressure differences in the zu guide vessel and regulated in the collecting container. Every wrap is used in a separate reactor. The entire An layer comprises several react connected in parallel goals. Before the start of the reaction, the whole plant is up to evacuated a residual pressure of about 0.1 mbar. Subsequently the ammonia solution is pumped into the feed vessel and heated to the specified temperature. The solution is out the feed vessel over the coils into a collecting container and then from the container over the wrap in the feed vessel is pumped. Essentially, one Temperature of 96 ° C, with an ammonia concentration of 25% and under a pressure of the ammonia vapors of about 6 bar worked. Under these conditions, the dehydrochlo for about 35 hours. Subsequently the dehydrochlorinated threads are washed with hot water wash to by-product ammonium chloride to remove. For washing up, use hot distilled water from 80 to 95 ° C for 5 hours through the winding.
Anschließend wird eine Thermofixierung der dehydrochlorier ten und gewaschenen Fäden vorgenommen, um im Verlauf der nachfolgenden Verwendung (etwa bei Sterilisierungsmaßnahmen) einen Wärmeschrumpf der Fäden zu verhindern und um Spuren von Ammoniumchlorid vollständig zu entfernen (Sublimation). Zur Thermofixierung werden die Wickel wenigstens 1,5 Stunden lang in einem Vakuum-Trockenschrank unter einem Vakuum klei ner 0,1 mbar bei einer Temperatur von etwa 135°C gehalten.Subsequently, the dehydrochlorination is heat-set th and washed threads made in the course of subsequent use (e.g. for sterilization measures) prevent heat shrinkage of the threads and traces to be completely removed from ammonium chloride (sublimation). The wraps are heat-set for at least 1.5 hours long in a vacuum drying cabinet under a vacuum ner 0.1 mbar kept at a temperature of about 135 ° C.
Nach der Thermofixierung kann an Fadenproben der Restgehalt an strukturellem Chlor und an Ammoniumchlorid bestimmt wer den. Unter "strukturellem" Chlor wird das in Polyvinyliden chlorid-Rückständen enthaltene, chemisch gebundene Chlor verstanden. Dieses chemisch gebundene Chlor absorbiert im Infrarotspektrum bei etwa 1050 cm-1; das Ammoniumchlorid absorbiert bei etwa 1400 cm-1. Unter diesen Bedingungen wer den Wickel mit Garnen erhalten, die weniger als 2% struktu relles Chlor enthalten, bezogen auf den Chlorgehalt der ur sprünglichen Polyvinylidenchlorid-Schicht, sowie Wickel, die weniger als 0,1% Ammoniumchlorid enthalten, bezogen auf das Gewicht der beschichteten Garne.After heat setting, the residual content of structural chlorine and ammonium chloride can be determined on thread samples. "Structural" chlorine is understood to mean the chemically bound chlorine contained in polyvinylidene chloride residues. This chemically bound chlorine absorbs in the infrared spectrum at around 1050 cm -1 ; the ammonium chloride absorbs at around 1400 cm -1 . Under these conditions who receive the package with yarns containing less than 2% structural chlorine, based on the chlorine content of the original polyvinylidene chloride layer, and packages containing less than 0.1% ammonium chloride, based on the weight of the coated Yarns.
Anschließend können die beschichteten Garne auf Standard spulen umgespult werden, die für die Lieferung an den Wei terverarbeiter vorgesehen sind. Bei dieser Umspulung wird vorzugsweise eine kreuzweise Wicklung vorgesehen. Die Fa denmasse soll 250 g nicht übersteigen.The coated yarns can then be made to standard coils are rewound for delivery to Wei processors are provided. With this rewinding preferably a crosswise winding is provided. The company the mass should not exceed 250 g.
Als Ausgangsmaterial dienen endlose, poröse Hohlfasern aus Polypropylen, die von HOECHST CELLANESE CORPORATION unter den Handelsbezeichnungen "CELLGARD X 10 240" (Porosität 30%) bzw. "CELLGARD X 20 240" (Porosität 40%) vertrieben werden. Nach der Spezifikation des Herstellers weisen diese Hohlfasern einen Außendurchmesser von 300 µm, einen Innen durchmesser von 240 µm und eine Wandstärke von 30 µm auf. Die Porosität beträgt 30% bzw. 40%, bestimmt nach der U.S.-Norm ASTM D-2873. Die Poren haben Abmessungen (Länge × Breite) von etwa 0,15 µm×0,05 µm. Diese endlosen Hohlfa sern werden in Mengen von etwa 1 bis 10 g auf perforierte Titanpatronen aufgewickelt und in dieser Form in einen Reaktor eingebracht, der für strahlungschemische Untersu chungen ausgelegt ist. An den Reaktor ist ein Gefäß ange schlossen, in dem sich monomeres, flüssiges Vinyliden chlorid befindet. Das Monomer wird durch Vakuumbehand lung entgast. Der Reaktor ist in das Strahlungsfeld einer Gamma-Strahlungsquelle einbringbar, die mit dem Isotop Co bestückt ist. Innerhalb des Reaktors beträgt die Leistung etwa 1,4 W/kg Bestrahlungsgut (etwa 140 Rad/sec). Die Bestrahlung wird während der gesamten Gasphasen-Pfropfpoly merisation durchgeführt. Die Temperatur des Reaktors wird bei 30°C gehalten; das flüssige Monomer wird mit einer Tem peratur von 28°C in den Reaktor eingespeist.Endless, porous hollow fibers are used as the starting material Polypropylene manufactured by HOECHST CELLANESE CORPORATION the trade names "CELLGARD X 10 240" (porosity 30%) or "CELLGARD X 20 240" (porosity 40%) will. According to the manufacturer's specification, these indicate Hollow fibers with an outside diameter of 300 µm, an inside diameter of 240 µm and a wall thickness of 30 µm. The porosity is 30% or 40%, determined according to the U.S. standard ASTM D-2873. The pores have dimensions (length × Width) of about 0.15 µm × 0.05 µm. This endless Hohlfa Serums are perforated in amounts of about 1 to 10 g Titanium cartridges wound up and in this form in one Reactor introduced, which for radiation chemical investigation is designed. A vessel is attached to the reactor closed, in which monomeric, liquid vinylidene chloride is located. The monomer is treated by vacuum vented. The reactor is in the radiation field Gamma radiation source can be introduced, which is associated with the isotope Co is equipped. The power inside the reactor is about 1.4 W / kg of radiation (about 140 rad / sec). The Irradiation is used throughout the gas phase graft poly merization carried out. The temperature of the reactor will kept at 30 ° C; the liquid monomer is with a tem temperature of 28 ° C fed into the reactor.
In bestimmten Zeitabschnitten wird der Reaktor geöffnet. Die Proben werden herausgenommen und gewogen, um die Menge an aufgepfropftem Polyvinylidenchlorid zu bestimmen. Mit Fig. 1 ist die auf den Hohlfaden mit der Porosität 30% aufge pfropfte Menge Polyvinylidenchlorid in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Die Fig. 2 zeigt eine ähnliche Darstellung für den Hohlfaden mit der Porosität 40%. Die aufgepfropfte Menge Polyvinylidenchlorid ist in Gewichts-Prozent angege ben, bezogen auf das Gewicht des Ausgangsfadens. Ersichtlich besteht bis zur Aufpfropfung von etwa 50 Gew.-% Polyvinyli denchlorid eine im wesentlichen lineare Abhängigkeit von der Behandlungsdauer. Der gesamte Kurvenverlauf läßt sich mit einem Polynom zweiter Ordnung beschreiben.The reactor is opened at certain intervals. The samples are removed and weighed to determine the amount of grafted polyvinylidene chloride. With FIG. 1, up the hollow fiber with a porosity of 30% grafted polyvinylidene amount is shown as a function of time. Fig. 2 shows a similar representation for the hollow thread with the porosity 40%. The grafted amount of polyvinylidene chloride is given in percent by weight, based on the weight of the starting thread. It can be seen that there is an essentially linear dependence on the duration of treatment up to the grafting of about 50% by weight of polyvinylidene chloride. The entire course of the curve can be described with a second-order polynomial.
Bei diesen Aufpfropfversuchen wurde die gegenüber der Be handlung von Vollfäden aus Polypropylen überraschende Beob achtung gemacht, daß die Fadenlänge zunimmt. Dies führt da zu, daß die Dichte der Wickelung lockerer oder loser wird und daß sich freie Wicklungen "verdrehen". Die Zunahme der Fadenlänge während der Aufpfropfung wurde auch experimentell bestimmt. Die Ergebnisse sind mit Fig. 3 dargestellt. Die gestrichelte Linie betrifft den Hohlfaden mit der Porosität 30%; die ununterbrochene Linie betrifft den Hohlfaden mit der Porosität 40%. Ersichtlich tritt bis zur Aufpfropfung von etwa 60 Gew.-% Polyvinylidenchlorid eine Zunahme der Fa denlänge um etwa 8% auf. Obwohl diese Erscheinung noch nicht vollständig verstanden wird, vermuten die Erfinder, daß das gasförmige Vinylidenchlorid auch in die Risse und Poren eindringt, welche die Porosität begründen, und daß die Aufpfropfung zur Spreizung der Fadenschichten in Längsrich tung des Fadens führt.In these grafting experiments, the surprising observation that the thread length increases is made compared to the treatment of solid polypropylene threads. This leads to the fact that the density of the winding becomes looser or looser and that free windings "twist". The increase in thread length during grafting was also determined experimentally. The results are shown in FIG. 3. The dashed line relates to the hollow thread with the porosity 30%; the continuous line concerns the hollow thread with a porosity of 40%. Obviously, up to about 60% by weight of polyvinylidene chloride, the thread length increases by about 8%. Although this phenomenon is not yet fully understood, the inventors suspect that the gaseous vinylidene chloride also penetrates into the cracks and pores that cause the porosity, and that the grafting leads to the spreading of the thread layers in the longitudinal direction of the thread.
An den verschiedenen, so erhaltenen Proben mit aufgepfropf tem Polyvinylidenchlorid wird eine weitestgehend erschöpfen de Dehydrochlorierung durchgeführt, um das Polyvinyliden chlorid in ein Kohlenstoffmaterial umzuwandeln. Hierzu wer den die Proben 30 Stunden lang in einer konzentrierten wäßrigen Ammoniaklösung gehalten, die eine Ammoniakkonzentra tion von 25% aufweist. Nach dieser Dehydrochlorierung be trägt der Gehalt an verbliebenem, "strukturellem" Chlor weniger als 6 Gew.-%, bezogen auf den Chlorgehalt des Poly vinylidenchlorids.Grafted on to the various samples thus obtained polyvinylidene chloride will largely exhaust one de Dehydrochlorination carried out to the polyvinylidene convert chloride to a carbon material. About who samples in a concentrated aqueous solution for 30 hours Ammonia solution, which has an ammonia concentration tion of 25%. After this dehydrochlorination carries the content of remaining "structural" chlorine less than 6 wt .-%, based on the chlorine content of the poly vinylidene chloride.
An den Ausgangsfäden, an den Fäden mit aufgepfropftem Poly vinylidenchlorid und an den nach der Dehydrochlorierung er haltenen Fäden werden die Abmessungen mit den im Labor vor handenen Hilfsmitteln bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle dargestellt. On the starting threads, on the threads with grafted poly vinylidene chloride and to the after dehydrochlorination The threads held are the dimensions with those in the laboratory existing tools determined. The results are in the shown in the table below.
Ersichtlich haben Aufpfropfung und Dehydrochlorierung keine signifikanten Auswirkungen auf die Fadenparameter.Obviously, grafting and dehydrochlorination have none significant effects on the thread parameters.
Weiterhin wurde abgeschätzt, wie weit die Aufpfropfung und die Dehydrochlorierung die ursprünglich gegebene Porosität der Hohlfäden verändert hat. Diese Abschätzung erfolgte mit telbar durch Bestimmung der Gasdurchlässigkeit. Hierzu wur den jeweils 6 Fadenmuster, die eine Länge von 15 cm aufwei sen, in ein Glasrohr eingebracht und geringfügig gedehnt. Auf der einen Seite wurden die Fadenenden mit einem Klebe mittel druckdicht verschlossen. Die anderen Fadenenden wur den druckdicht an ein Gefäß angeschlossen, in dem ein Über druck von etwa 200 bis 260 bar gegenüber dem Atmosphären druck herrscht. Unter jeweils gleichen Bedingungen wurde die Abnahme des Druckes im Druckgefäß geprüft, die unter diesen Bedingungen lediglich durch Durchtritt von Gas durch die Wand der Hohlfäden erfolgen konnte. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind mit Fig. 4 dargestellt. Ersichtlich nimmt die so ermittelte Gasdurchlässigkeit mit zunehmender Menge an aufgepfropftem Polyvinylidenchlorid ab. Weiterhin ist die Abnahme am Ausgangsfaden mit der Porosität 30% größer als am Ausgangsfaden mit der Porosität 40%.It was also estimated to what extent the grafting and dehydrochlorination changed the originally given porosity of the hollow fibers. This estimate was made indirectly by determining the gas permeability. For this purpose, each 6 thread patterns, which have a length of 15 cm, were placed in a glass tube and slightly stretched. On one side, the thread ends were closed with a medium pressure-tight adhesive. The other thread ends were connected pressure-tight to a vessel in which there was an overpressure of about 200 to 260 bar compared to the atmospheric pressure. The decrease in pressure in the pressure vessel was checked under the same conditions, which under these conditions could only be achieved by the passage of gas through the wall of the hollow fibers. The results obtained are shown in FIG. 4. The gas permeability thus determined decreases with increasing amount of grafted polyvinylidene chloride. Furthermore, the decrease in the starting thread with the porosity is 30% greater than in the starting thread with the porosity 40%.
Diese Ergebnisse bestätigen, daß der Ausgangs-Hohlfaden mit einer Porosität von 40% auch nach der Aufpfropfung von 50 bis 60 Gew.-% Polyvinylidenchlorid, bezogen auf das Aus gangsgewicht des Fadens, noch etwa 60% der Gasdurchlässig keit des Ausgangsfadens (= 100%) aufweist. Damit ist der Nachweis erbracht, daß die Aufpfropfung von Polyvinyliden chlorid und die Umwandlung von Polyvinylidenchlorid in ein Kohlenstoffmaterial die ursprüngliche Porosität nicht völlig beseitigt. These results confirm that the starting hollow thread with a porosity of 40% even after the grafting of 50 up to 60 wt .-% polyvinylidene chloride, based on the Aus thread weight, still about 60% of the gas permeable speed of the starting thread (= 100%). So that's the Evidence has been provided that the grafting of polyvinylidene chloride and the conversion of polyvinylidene chloride into one Carbon material does not completely replace the original porosity eliminated.
Durch geeignete Auswahl der Ausgangsfäden mit möglichst hoher Porosität und durch geeignete Auswahl der Pfropfbe dingungen lassen sich Hohlfäden erzeugen, die weiterhin eine ausreichende Porosität aufweisen und die dennoch eine fest haftende Beschichtung aus einem biokompatiblen Kohlenstoff material aufweisen, das die hämokompatiblen Eigenschaften deutlich verbessert gegenüber den nicht-behandelten Aus gangsfäden.By suitable selection of the starting threads with as possible high porosity and by suitable selection of the graft conditions can be hollow threads that continue to be have sufficient porosity and yet a solid adhesive coating made of a biocompatible carbon Have material that has the hemocompatible properties significantly improved compared to the untreated out thread.
Auch erste Versuche zur Bestimmung der Änderung der mechani schen Festigkeit insbesondere Bruchdehnung führen zu dem Er gebnis, daß es wohl nicht empfehlenswert ist, wesentlich mehr als 60 Gew.-% Polyvinylidenchlorid auf die Ausgangs fäden aufzupfropfen.Also first attempts to determine the change in mechani strength, especially elongation at break, lead to the Er result that it is probably not recommended, essential more than 60 wt .-% polyvinylidene chloride on the starting grafting threads.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen porösen Hohlfäden, die mit einer Beschichtung aus biokompatiblem Kohlenstoffmaterial versehen sind. Typischerweise besitzen diese beschichteten Hohlfäden eine Porosität von 10 bis 50%, insbesondere von 20 bis 30% und werden als Austauschermaterialien und/oder als semipermeable Membran in Vorrichtungen eingesetzt, die außerhalb des menschlichen Körpers mit Blut und/oder Plasma in Berührung kommen. Zu solchen Vorrichtungen gehören bei spielsweise Oxygeneratoren, Dialysegeräte, verschiedenste Fil ter und Wärmetauscher. Je nach Anwendungszweck weisen die Hohlfäden angepaßte Durchmesser, Wandstärken und Porositäten auf. Geeignete, als Substrate für die erfindungsgemäße Be schichtung dienende poröse Hohlfäden aus Polypropylen sind handelsüblich zugänglich. Bei der Auswahl der Hohlfäden ist darauf zu achten, daß die Maßnahmen zur Aufbringung einer Beschichtung aus biokompatiblem Kohlenstoffmaterial die ur sprünglich vorhandene Porosität um etwa 10 bis 20% vermin dern kann. Ohne darauf beschränkt zu sein, sind bevorzugte Anwendungen dieser Art in den Ansprüchen 36 bis 42 aufge führt. In diesen Anwendungen können die Hohlfäden in Form einzelner Fäden, als Matten oder als Wickel eingesetzt werden. Häufig werden Austauschflächen von etwa 0,3 bis 3,0 m² benötigt. Hierzu sind etwa 6000 bis 400 000 Stück Hohlfäden erforderlich. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Hohlfäden in solchen Vorrichtungen vermindert die Anforde rungen an die Heparinisierung des Blutes und vermindert die Schädigung von Blutbestandteilen beim Hindurchpumpen des Blutes durch solche Vorrichtungen.Another important aspect of the invention relates to Use of the porous hollow threads according to the invention, with a coating of biocompatible carbon material are provided. Typically they have coated Hollow threads have a porosity of 10 to 50%, especially of 20 to 30% and are used as exchange materials and / or used as a semipermeable membrane in devices that outside the human body with blood and / or plasma come into contact. Such devices include for example oxygen generators, dialysis machines, various fil ter and heat exchanger. Depending on the application, the Hollow threads adapted to diameter, wall thickness and porosity on. Suitable as substrates for the Be layering porous hollow threads made of polypropylene commercially available. When choosing the hollow thread is to ensure that the measures for applying a Coating made of biocompatible carbon material originally reduced porosity by about 10 to 20% who can. Without being limited, are preferred Applications of this type set out in claims 36 to 42 leads. In these applications, the hollow filaments can be in shape individual threads, used as mats or as wraps will. Exchange areas of around 0.3 to 3.0 m² required. There are about 6000 to 400,000 of them Hollow threads required. The use of the invention Hollow threads in such devices reduce the requirement heparinization of the blood and reduces the Damage to blood components when pumping the Blood from such devices.
Claims (42)
- - Einbringen des vorgebildeten, porösen Hohlfadens in eine Gasphase aus monomerem Vinylidenchlorid (1,1- Dichlorethylen);
- - Induzierung einer Pfropfpolymerisations-Reaktion und Aufpfropfung einer gleichmäßigen Schicht aus Polyvinylidenchlorid auf dem Hohlfaden; und
- - Abspaltung und Entfernung von Chlorwasserstoff (Dehydrochlorierung) bis zu einem Rest-Chlorgehalt kleiner 6%, bezogen auf den Chlorgehalt der ur sprünglichen Polyvinylidenchlorid-Schicht.
- - Introducing the pre-formed, porous hollow thread into a gas phase made of monomeric vinylidene chloride (1,1-dichloroethylene);
- Inducing a graft polymerization reaction and grafting a uniform layer of polyvinylidene chloride onto the hollow fiber; and
- - Elimination and removal of hydrogen chloride (dehydrochlorination) to a residual chlorine content of less than 6%, based on the chlorine content of the original polyvinylidene chloride layer.
eine strahlungsinduzierte Gasphasen-Pfropfpolymerisation über einen längeren Zeitraum von wenigstens 20 Stunden erfolgt ist; und
die Strahlungseinwirkung während der gesamten Gasphasen- Pfropfpolymerisation erfolgt ist.4. Biocompatible, porous hollow thread according to claim 2 or 3, characterized in that
radiation-induced gas phase graft polymerization has taken place over a longer period of at least 20 hours; and
the exposure to radiation has occurred during the entire gas phase graft polymerization.
die Beschichtung aus Kohlenstoffmaterial besteht, das eine Dichte von etwa 1,8 g/cm³ aufweist; und
das Gewicht des Kohlenstoffmaterials 5 bis 20 Gew.-% des Gesamtgewichtes des beschichteten Hohlfadens ausmacht.9. Biocompatible, porous hollow thread according to one of claims 1 to 8, characterized in that the hollow thread material is polypropylene;
the coating is made of carbon material having a density of about 1.8 g / cm³; and
the weight of the carbon material makes up 5 to 20% by weight of the total weight of the coated hollow thread.
- - ein vorgebildeter aus einem Polyolefinmaterial bestehender poröser Hohlfaden wird in ein dicht verschließbares Gefäß eingebracht;
- - das Gefäß wird mit monomerem gasförmigen Vinyli denchlorid (1,1-Dichlorethylen) beschickt;
- - innerhalb des Gefäßes wird eine Pfropfpolymerisa tions-Reaktion induziert, um eine gleichmäßige Polyvinylidenchlorid-Schicht auf dem Fadenmaterial aufzupfropfen;
- - der ganz oder teilweise mit einer Beschichtung aus Polyvinylidenchlorid versehene Hohlfaden wird Reaktionsbedingungen ausgesetzt, die zu einer Ab spaltung und Entfernung von Chlorwasserstoff (De hydrochlorierung) führen;
- - diese Dehydrochlorierung wird wenigstens so lange durchgeführt, bis der Rest-Chlorgehalt der Beschich tung weniger als 6% beträgt, bezogen auf den Chlor gehalt der ursprünglichen Polyvinylidenchlorid- Schicht.
- - A pre-formed porous hollow thread consisting of a polyolefin material is introduced into a tightly closable vessel;
- - The vessel is charged with monomeric gaseous vinylidene chloride (1,1-dichlorethylene);
- - A graft polymerization reaction is induced inside the vessel in order to graft a uniform layer of polyvinylidene chloride onto the thread material;
- - The hollow thread, which is wholly or partly provided with a coating of polyvinylidene chloride, is exposed to reaction conditions which lead to cleavage and removal of hydrogen chloride (dehydrochlorination);
- - This dehydrochlorination is carried out at least until the residual chlorine content of the coating is less than 6%, based on the chlorine content of the original polyvinylidene chloride layer.
die strahlungsinduzierte Gasphasen-Pfropfpolymerisation über eine Dauer von wenigstens 20 Stunden durchgeführt wird; und
die Strahlungseinwirkung während der gesamten Gasphasen- Pfropfpolymerisation durchgeführt wird.18. The method according to any one of claims 11 to 17, characterized in that
the radiation-induced gas phase graft polymerization is carried out for at least 20 hours; and
the radiation exposure is carried out during the entire gas phase graft polymerization.
der endlose poröse Hohlfaden auf einen perforierten Wicklungsträger (Hülse, Patrone, Kartusche) aufgewickelt ist, und
die Gasphasen-Pfropfpolymerisation und die Dehydrochlo rierung an solchen Wickeln durchgeführt wird.30. The method according to any one of claims 10 to 29, characterized in that
the endless porous hollow thread is wound on a perforated winding support (sleeve, cartridge, cartridge), and
the gas phase graft polymerization and the dehydrochlorination is carried out on such coils.
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