DE2145183B2

DE2145183B2 - Verwendung von Mischpolymerisaten auf der Basis von Acrylnitril zur Herstellung von semipermeabler! Membranen zur Dialyse oder Ultrafiltration

Info

Publication number: DE2145183B2
Application number: DE2145183A
Authority: DE
Inventors: Xavier Lyon Marze (Frankreich)
Original assignee: Rhone Poulenc SA
Current assignee: Gambro Industries SAS
Priority date: 1970-09-09
Filing date: 1971-09-09
Publication date: 1974-08-01
Also published as: AT318656B; SE434913B; ES394932A1; CH558195A; IL37669A0; IE35878B1; IL37669A; NO131914B; FR2105502A5; SU795493A3; BE772361A; AT323758B; GB1327990A; DE2145183A1; AU3332171A; SE381471B; NL166857C; CA972094A; AT321248B; SE7501222L

Description

B: 1 bis 80% (zahlenmäßig bezogen auf die zu bindenden Monomeren) eines ionischen oder ionisierbaren Monomeren der allgemeinen Formel

R₁

R,

C =C—A — Y

meabilUät für Wasser unter einem relativen Druck von 2 bar Ober 100 l/Tag · m⁸ aufweisen zur Dialyse oder Ultrafiltration.

2. Verwendung der Mischpolymerisate oder Massen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die daraus hergestellten Membranen eine Verstärkung aufweisen.

3. Verwendung von semipermeablen Membranen nach Anspruch 1, die durch thermische Behandlung eines Films mit Wasser oder einem nicht lösenden wäßrigen Gemisch bei einer Temperatur zwischen 60 und 25O⁰C hergestellt wurden, in einer Vorrichtung zur Fraktionierung von fiuiden Gemischen durch die Dialyse oder Ultrafiltration.

4. Verwendung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in der Wärme gleichzeitig von einer mono- oder biaxialen Reckung begleitet ist, die einen Grad, linear gemessen, zwischen 20 und 1000% aufweist.

in der Y eine gegebenenfalls in Salzform über- »5 führte Sulfonsäure- oder Phosphonsäuregruppe oder eine quaternäre Ammoniumgruppe bedeutet,

R₁, R₂ und R₃, die gleich oder voneinander verschieden sein können, jeweils ein Wasser-Stoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellen, und A eine einfache Valenzbindung

oder eine bifunktionelle reine Kohlenwasserstoffgruppe mit weniger als 12 Kohlenstoffatomen, deren freie Valenzen von einer geradkettigen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten rein aliphatischen Kette oder von einem aromatischen Ring oder von einer gemischten Kette getragen werden, wobei in letzterem Fall eine der freien Valenzen von einem aliphatischen Kohlenstoffatom und die andere freie Valenz von einem aromatischen Kohlenstoffatom getragen wird,
oder eine bifunktionelle Kette mit weniger als 12 Kohlenstoffatomen, die aus aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffgruppen oder aus diesen beiden Typen von Gruppen besteht, die untereinander durch Sauerstoff-oder Schwefelatome oder Carbonyloxy- oder 1-Oxo-2-azaäthylengruppen verbunden sind, wobei die freien Valenzen durch aliphatische oder aromatische Kohlenstoffatome oder diese beiden Arten von Kohlenstoffatomen getragen werden, oder eine Gruppe — O — A'—, in der A' eine Gruppe, wie sie zuvor für A definiert wurde, sein kann, sowie

C: gegebenenfalls weiteren äthylenisch ungesättigten Monomeren,

oder Mischungen der Mischpolymerisate aus AB und gegebenenfalls C, wobei die Anzahl des ionischen oder ionisierbaren Monomeren 1 bis 50% der Gesamtheit der Monomeren beträgt, zur Herstellung von semipermeablen Membranen, wobei die Membranen einen Salz-Zurückhaltegrad unter 1% und eine Per-Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Mischpolymerisaten oder Massen auf der Basis von Acrylnitrilpolymerisaten, die hergestellt worden sind aus:

A: 99 bis 20% (zahlenmäßig bezogen auf die zu bindenden Monomeren) Acrylnitril;

:c = c —α —γ

in der Y eine ger-ebenenfalls in Salzform überführte Sulfonsäure- oder Phosphonsäuregruppe oder eine quaternäre Ammoniumgruppe bedeutet, R₁, R₂ und R₃, die gleich oder voneinander verschieden sein können, jeweils ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellen, und A eine einfache Valenzbindung

oder eine bifunktionelle reine Kohlenwasserstoffgruppe mit weniger als 12 Kohlenstoffatomen, deren freie Valenzen von einer geradkettigen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten rein aliphatischen Kette oder von einem aromatischen Ring oder von einer gemischten Kette getrager werden, wobei in letzterem Fall eine der freien Valenzen von einem aliphatischen Kohlenstoffatom und die andere freie Valenz von einem aromatischen Kohlenstoffatom getragen wird,
oder eine bifunktionelle Kette mit weniger als 12 Kohlenstoffatomen, die aus aliphatischen odei

aromatischen Kohlenwasserstoffgruppen oder aus diesen beiden Typen von Gruppen besteht, die untereinander durch Sauerstoff- oder Schwefelatome oder Carbonyloxy- oder l-Oxo-2-azaäthylengruppen verbunden sind, wobei die freien Valenzen durch aliphatische oder aromatische Kohlenstoffatcme oder diese beiden Arten von Kohlenstoffatomen getragen werden,
oder eine Gruppe — O — A'—, in der A' eine Gruppe, wie sie zuvor für A definiert wurde, sein kann, sowie

C: gegebenenfalls weiteren äthylenisch ungesättigten Monomeren,

oder Mischungen der Mischpolymerisate aus AB >s und gegebenenfalls C, wobei die Anzahl des ionischen oder ionisierbaren Monomeren 1 bis 50 % der Gesamtheit der Monomeren beträgt, zur Herstellung von semipermeabler! Membranen, wobei die Membranen einen Salz-Zurückhaltegrad

unter 1 % und eine Permeabilität für Wasser untei einem relativen Druck von 2 bar über 1001/ Tag < m^s aufweisen zur Dialyse oder Ultrafiltration.

Unter einer Membran mit Ultrafiltereigenschaften versteht man eine Membran, die einerseits für Bestandteile mit geringen Abmessungen, insbesondere Lösungsmittelmoleküle, durchlässig ist und andererseits Bestandteile, insbesondere Moleküle, mit größeren Abmessungen zurückhalten kann, wobei die Grenze des Molekulargewichts, das die filtrierbaren Bestandteile von den nichtfiltrierbaren Bestandteilen unterscheidet, über etwa 500 liegt.

Mit Ultrafiltration bezeichnet man eine Filtration, bei der die Grenze des Molekulargewichts, das die filtrierbaren Elemente von den nichtfiltrierbaren Elementen unterscheidet, über etwa 500 beträgt.

Mit Salz-Zurückhaltegrad einer Membran (ausgedrückt in Prozent) bezeichnet man die Zahl

100

NaCl-Konzentration einer Lösung nach Permeation NaCl-Konzentration der der Permeation unterzogenen Lösung

In entsprechender Weise kann man den Zurückhaltegrad für Makromoleküle in Lösung definieren.

Mit Permeabilität einer Membran für Wasser unter einem gegebenen relativen Druck bezeichnet man den Durchsatz des Wassers, das uurch eine Membran hindurchgeht, deren eine Seite :ich in Kontakt mit dem Wasser befindet, wobei der zu beiden Seiten der Membran herrschende Druckunterschied gleich dem gegebenen relativen Druck ist. Die Permeabilität wird üblicherweise entweder in l/Tag · m² oder in kg/Tag· m² ausgedrückt.

Der Gehalt an ionischem Monomeren zur erfindungsgemäßen Verwendung beträgt vorzugsweise zwischen 2 und 15% der in der Gesamtheit der Membran gebundenen Monomeren. Die Dicke der erhaltenen Membranen beträgt im allgemeinen unter 300 μ und vorzugsweise unter 100 μ. Sie liegt außerdem im allgemeinen über 0,5 μ.

Die sauren Gruppen der ionischen Comonomeren von Acrylnitril können in Form von verschiedensten Salzen, vorzugsweise jedoch in Form der Natrium-, Kalium- und Ammoniumsalze, vorliegen.

Unter den quaternären Ammoniumgruppen, die Y darstellen kann, eignen sich die Reste der Formeln

— Ν®—R₅ · Χ^θ

N® — R₄ ·

Ν®,

Χ^θ

in denen X^- ein anorganisches oder organisches Anion ist, dessen Natur für die Erfindung nicht charakteristisch ist und das nach den üblichen Ionenaustauschtechniken durch ein anderes Anion ersetzt werden kann, wobei man unter den üblichsten Anioner

3& die Halogenide, Nitrate, Sulfate, Sulfite, Phosphats und Sulfonate nennen kann, und R₄, R₅ und R₁ ein- oder mehrwertige organische Reste sind, wöbe zumindest zwei dieser Reste gegebenenfalls zusammer einen einzigen zwei- oder dreiwertigen Rest darsteller können und wobei die Atome, die freie Valenzer tragen, Kohlenstoffatome sind und wobei die Rests R₄, R₃ und R_e, falls sie mehrwertige Reste sind, ihn verschiedenen Enden an ein und demselben Stickstoff atom oder an verschiedenen Stickstoffatomen, di< verschiedenen makromolekularen Ketten angehören gebunden haben, wobei ein und dasselbe Stickstoff atom nur Einfachbindungen oder höchstens eini einzige intracyclische Doppelbindung trägt; als bevor zugte einwertige Reste R₄, R₅ und R₆ sind die ge gebenenfalls substituierten Alkylreste mit 1 bis 4 Koh lenstoffatomen, wie beispielsweise die Methyl-, Äthy!- Propyl-, Butyl- und /J-Hydroxyäthylreste, geeignet al mehrwertige Reste sind die Alkylen-, Alkenylen-Alkantriyl-, Alkentriyl-, Alkylyliden- und Alkenylyli

So denreste, die homologen Reste, die von Heteroatome!) wie beispielsweise O, N oder S, unterbrochen oder mi solchen Atomen verbunden sind oder schließlich Al kano- oder Alkenobrücken aufweisen, anwendbar unter diesen zwei- oder dreiwertigen Resten verwende man vorzugsweise Reste mit 4 bis 10 Kohlenstoff atomen.

Als ionische Monomere, die in ein und demselbei Copolymeren mit Acrylnitril vorhanden sein können sind die folgenden verwendbar:

a) Unter den Monomeren mit Sulfonsäuregruppen Vinylsulfonsäure, Allylsulfonsäure, Methallylsul fonsäure, Styrolsulfonsäuren, Methyl-, Dimethyl und Äthylstyrolsulfonsäuren, Vinyloxybenzolsul fonsäuren, Allyloxy- und Methallyloxybenzol sulfonsäuren, Allyloxy- und Methallyloxyäthy! sulfonsäuren, sowie die Salze dieser verschiedene Säuren.

b) Unter den Monomeren mit Pbosphonsäuregruppen:

Vinylpbosphonsäure, Vinylbenzolphosphansäure und deren Salze,

c) Unter den Monomeren mit quaternären Ammoniuragruppen:

2-Vinyl- und 4-Viny|-H-alkylpyridiniumsaJze mit einem Alkylrest rait I bis 4 Kohlenstoffatomen, N-AIIy)- und N-Methajlylpyridiniumsalze, N-Al-IyI- und N-MethallyltrialkylamiRoniumsaJze, \vobei die Alkyireste insgesamt weniger als 13 Kohlenstoffatoroe aufweisen, Vinyl-N-a.lkylpicoliniumsalze mit einem AIkylres,t mit 1 bis 4 Kohlen-Stoffatomen, insbesondere S-VinyW-methyl-N-alkylpyridiniumsalze, Vinyl-N-aJkyllutidiniumsalze mit einem Alkylrest mjt 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, insbesondere Vinyl-N-alkyl-2,4-dimefhy!- pyridiniumsalze, 0- und p-(Vinylphenyl)-trialkylammoniumsalze mit Alkylresten mit insgesamt weniger als 13 Kohlenstoffatomen. Vinyl-N-alkylmorpholiniumsaize mit einem Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Salze von 2-(Trialkylammonium)-äthylacrylaten und -rnethacrylaten, wobei die Alkyireste insgesamt weniger als 13 Kohlenstoffatome aufweisen, und Salze der ?·5 Acrylamide und Methacrylamide, die den oben genannten Acrylaten und Methacrylaten entsprechen.

Die in den erfindungsgemäß verwendeten Mischpolymerisaten gegebenenfalls enthaltenen äthylenisch ungesättigten Monomeren sind Butadien und Styrol, Vinyl- und Vinylidenchlorid, die Vinyläther, ungesättigte Ketone, wie Butenon, Phenylvinykketon und Methylisopropenylketon, Vinylester von Carbonsäuren, wie das Formiat, Acetat, Propionat, die Butyrate und das Benzoat, Alkyl-, Cycloalkyl- oder Arylester von ungesättigten aliphatischen Mono- oder Pol} ;arbonsäuren, wie i't Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butyl- und /J-Hydroxyäthylacrylate, -methacrylate, -maleate, -fumarate, -citraconatc, -mesaconate, -itaconate und -aconitate, und Acrylamid und Methacrylamid und deren N-substituierte Derivate.

Außerdem können die Copolymeren von Acryänitri und ionischem Monomeren gegebenenfalls, jedoch nicht vorzugsweise, vernetzt sein, beispielsweise durch Divinylderivate.

Wenn die beider erfindungsgehäßen Verwendung crhaltenen Membranen im wesentlichen aus Gemischen von zumindest zwei Copolymeren von Acrylnitrl bestehen, so können diese Gemische aus mehreren Copolymeren von Acrylnitril und ionischen Mc nomeren oder aus zumindest einem Copolymeren von Acrylnitril und ionischem Monomeren einerseits und andererseits zumindest einem Copolymeren von Acrylnitril und äthylenisch ungesättigten Monomeren bestehen.

In diesen verschiedenen Mischungstypen kann oder können das oder die Copolymeren von Acrylnitril und ionischem Monomeren bis zu 80 Mojprozent öo ionisches Monomeres enthalten, wobei der Gesamtgehalt des Gemisches an ionischem Monomeren jedoch unter 50 Molprozent liegt, wie oben bereits angegebeii wurde.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der vorstehend definierten Membranen, die durch thermische Behandlungeines Films mit Wasser oder einem nichtlösenden wäßrigen Gemisch bei einer Temperatur zwischen 60 und 250^J C hergestellt wurden, in eine Vorrichtung zur Fraktionierung von fluiden Ge mischen cJurch die Dialyse oder Ultrafiltration.

Die als Ausgangsmaterial verwendbaren hompgenei Filme, die zumindest ein Mischpolymerisat' voi Acrylnitril und ionischem Monomeren enthalten haben die gleiche chemische Natur wie die daraui erhältlichen Membranen, dje oben beschrieben wurden Es sind dies bekannte Produkte, die einen nich unbedeutenden Salz-Zurückhaltegrad und eine gering« Permeabilität für Wasser, selbst unter erhöht« Drucken, haben. Sie können einen restlichen Antei Lösungsmittel enthalten, doch sind sie ohne be sonderen Träger behancjelbar. Sie werden im all gemeinen durch einfaches Gießen einer Lösung de; Mischpolymerisats oder des Gemisches von Misch· polymerisaten auf eine starre Unterlage und Ver dampfen des Lösungsmittels hergestellt. An diese Arbeitsgänge kann sich gegebenenfalls eine Ver netzung, beispielsweise mit dihalogenierten Mitteln wenn das Acrylnitrilp^ymere aminiert ist, odei Divinylverbindungen, anschl.eßen.

Wenn man bei der Folge der Arbeitsgänge eine verstärkte Membran erhalten will sollte der Ausgangsfilm selbst verstärkt sein, was man leicht erreicht, indem man das obengenannte Gießen auf einen Verstärkungsträger vornimmt, beispielsweise ein Gewebe oder Gitter.

Die Mischpolymerisate von Acrylnitril und ionischem Monomeren, die zur Bildung der Filme verwendei werden, die dazu bestimmt sind, mit warmem Wassei behandelt zu werden, haben im allgemeinen eine spezifische Viskosität (gemessen bei 25⁰C in Lösung mit 2 g/l in Dimethylformamid) zwischen 0,1 und 3, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 (diese Werte gelten vor einer Vernetzung, falls man eine solche durchführt, und vor dem Misschen, falls man Gemische herstellt).

Als Literaturstellen, in denen die Herstellung γοη Mischpolymerisaten von Acrylnitril und ionischen oder nichtionischen Monomeren oder der entsprechenden Filme beschrieben ist, kann man die folgenden nennen: Britische Patentschrift 823 345, französische Patentschriften 1 446 001 und 1 267 240, USA.-Patentschriften 2 601251, 2 617 781, 2 662 875, 2 691 640, 2 837 500, 2 840 550,2 883 370 und 2 941 969, Fresenius, Z. Anal. Chem., 238, 432 bis 441 (1968), Ho üben— Weyl, Methoden der Organischen Chemie, 14/1, S. 998 bis 1009, Encyclopedia of polymer science and technology, I, 374 bis 444 (1964; Interscience Publishers).

Die Temperatur des Wassers oder des wäßrigen Gemisches zur Behandlung der Filme beträgt zwischen 60 und 25O^1-C, vorzugsweise zwischen 80 und 190° C, wie es oben bereits angegbeben wurde. Die höheren Temperaturen werden im allgemeinen zur Behandlung der Filne mit einem geringen Gehalt an ionischem Monomeren verwendet. Umgekehrt werden die tieferen Temperaturen zur Behandlung der Filme, die einen hohen Gehalt an ionischem Monomeren besitzen, angewendet. So führt man für Filme mit einem Gehalt von weniger als 5 Molprozent Gruppierungen, die einem copolymerisierten ionischen Monomeren entsprechen, oie Behandlung mit Wasser vorzugsweise bei einer Temperatur über 105⁰C durch und umgekehrt.

Das Wasser oder die wäßrigen Gemische, die verwendet werden, können in Dampfphase vorliegen.

7 8

Es ist jedoch zu bevorzugen, sie in flüssiger Phase Widerstandes gegen den Durchgang von Bestandteilen

zu verwenden. Ls sei bemerkt, daß die Behandlung mit niedrigem Molekulargewicht und insbesondere

über 100⁰C erfordern kann, unter Druck zu arbeiten, von Wasser und ihrer Fähigkeit, die Bestandteile mit

wenn man Wasser oder ein wäßriges flüssiges Gemisch höherem Molekulargewicht zurückzuhalten, besonders

verwenden will, doch ist der Druck, abgesehen von 5 zur Verwendung in Vorrichtungen zur Fraktionierung

dieser Wirkung auf die physikalische Natur des von fliiiden Gemischen durch die Dialyse oder Ultra-

Behandlungsmittcls, kein kritischer Faktor bei der filtration geeignet.

Herstellung der Membranen. Die erfindungsgemäß verwendeten Membranen Der Wassergehalt der verwendbaren wäßrigen Gc- können in jeder beliebigen an sich bekannten Vormische liegt im allgemeinen über 50 Gewichtsprozent, io richtung zur Ultrafiltration oder Dialyse eingesetzt vorzugsweise über 90%. Das Wasser kann mit werden.

organischen Lösungsmitteln oder anorganischen oder Insbesondere kann man Apparaturen verwenden,

organischen Elektrolyten gemischt sein. Vorzugsweise bei denen semipermeable Membranen ebener oder

verwendet man chemisch neutrale und insbesondere konischer Form oder in Form von Schläuchen,

nichtbasische Gemische, um keinen chemischen An- 15 Spiralen oder Bändern eingesetzt werden,

griff des Acrylnitrilcopolymeren zu bewirken. Ein Zur Technologie der Ultrafiltrationsapparaturen

pH-Wert von 6 bis 8 eignet sich im allgemeinen. wird insbesondere auf die folgenden Veröffentlichungen

Die Behandking des Films mit Wasser oder dem hingewiesen: französische Patentschriften I 2i!2 995,

wäßrigen Gemisch erfolgt im allgemeinen durch ein- L 512 555, t 583 221, 1429 635 und 2 001 558, USA.-

faches Eintauchen in das wäßrige Behandliingsbad. 20 Patentschriften 3 341 024 und 3 131 143, kanadische

Man kann kontinuierlich oder diskontinuierlich Patentschrift 819 509 und deutsche Patentschrift

arbeiten. Das Bad kann gegenüber dem Film unbeweg- 2 119 906.

lieh sein. Es kann auch bewegt oder in Zirkulation Zur Technologie der Dialyseapparaturen wird insversetzt werden. Wenn man kontinuierlich arbeitet, besondere auf die folgenden Veröffentlichungen hinist es vorteilhaft, den Film kontinuierlich durch das 25 gewiesen: Ind. Eng. Chem., 54 (6). 20 bis 28 (1962), Behandliingsbad zu führen. Die Behandlungsdauer französische Patentschriften 1 527 944, 1 528 430, beträgt im allgemeinen 5 Sekunden bis 2 Stunden, 1397 297 297- 1464 722, 1518 607 und 1597 874, doch gibt es keine kritische obere Grenze für die «Membranes technology and Economics (Auflage 1967) Behandlungsdauer. In der Praxis stellt man keine von R. N. Ri ekles, K. i r k — O t h m e r, Encymerkliche Entwicklung der Eigenschaften der Mem- 30 clopediiaof chemical technology, 5, 1 bis 20 (1. Auflage) branen fest, wenn man die Behandlung über 24 Stunden und 7, 1 bis 21 (2. Auflage), USA.-Patentschrift verlängert. 3 186 917 und deutsche Patentschriften 1 245 322 und

Es ist vorteilhaft, nach Erreichen der Maximal- 1921201.

temperatur der Behandlung mit Wasser die in ihrem Unter den Dialysevorrichtungen, bei denen die

Behandliingsbad eingetauchte Membran auf Zimmer- 35 Membranen verwendet werden können, kann man

temperatur zurückzubringen. Diese Arbeitsweise führt auch die künstlichen Nieren nennen, die die Reinigung

zur Herstellung von Membranen mit besserer Lei- des Bluts und insbesondere die Entfernung von

stungsfähigkeit. Harnstoff ermöglichen, sowie die Apparaturen zur

Die Wärmebehandlung kann gleichzeitig von einer Entfernung von Ascites-Flüssigkeit.
mono- oder biaxialen Reckung begleitet sein. Dieses 40 Die Membranen können auch bei der Dialyse ohne Recken hat im allgemeinen den Zweck und den Vorteil, Verwendung einer besonderen Apparatur verwendet die Wärmebehandlung bei niedrigerer Temperatur unter werden. Hierzu schließt man die zu dialysierende Gewinnung von Membranen mit guter Leistungs- Lösung in einen geschlossenen Beutel ein, der aus der fähigkeit durchführen zu können. Es ermöglicht Dialysemembran besteht, und taucht diesen Beutel in außerdem, eine Verbesserung der mechanischen 45 ein Diialysebad, d. h. eine Lösung mit niedriger Eigenschaften zu erzielen. Der lineare Reckungsgrad Konzentration an Produkten mit niedrigem Molebeträgt iiii allgemeinen zwischen 20 und 1000%, kulargeiwicht.

vorzugsweise zwischen 50 und 500%. Es sei bemerkt, Die Uultrafillration und die Dialyse mit erfindungs-

daß man die Wärmebehandlung und das Recken auf gemäß verwendbaren Membranen erstreckt sich i.jf

einmal oder dagegen in mehreren Stufen vornehmen 50 zahlreiche praktische Anwendungsbereiche. Unter

kann. Man kann schließlich den gereckten Mem- diesen Anwendungen kann man insbesondere die

branen eine bessere Maßbeständigkeit verleihen, indem Konzentratton von Flüssigkeiten der Nahrungsmittel-

man eine Relaxation durch Belassen der Membran industrie, wie beispielsweise Milch, Molke, Butter-

ohne Dehnungsbeanspruchung in einem wäßrigen Bad milch, Fruchtsäften und Fleischsäften, die Konzen-

bei einer vorzugsweise niedrigeren Temperatur als 55 tration von makromolekularen Produkten, die in der

derjenigen der Wärmebehandlung durchführt. pharmazeutischen Industrie verwendet werden, wie

Die bei der erfindungsgemäßen Verwendung er- beispielsweise Lösungen oder Suspensionen gewisser

haltenen Membranen und insbesondere die Mem- Antibiotica, Viren, Bakterien, Proteinen und Enzymen,

branen, wie sie nach dem oben beschriebenen Ver- die Konzentration und/oder die Reinigung von L,atizes

fahren hergestellt sind, werden vorteilhafterweise in 60 und Emulsionen von natürlichen oder synthetischen

feuchtem Zustand aufbewahrt. Sie können auch in Polymeren, die Trennung von Aminosäuren, Steroiden,

trockenem Zustand aufbewahrt werden, wenn man sie Zuckern, Hormonen und Alkaloiden aus Gemischen

mit einem hydroskopischen Plastifizierungsmittel im- mit Verbindungen mit höherem Molekulargewicht,

prägniert, beispielsweise durch vorübergehendes Ein- die Reinigung von Blut, Plasma oder Serum, die

tauchen in Glycerin oder ein Gemisch Wasser/ 65 Reinigung von Abwässern und die Sterilisation von

Glycerin. Wasser, nennen.

Die bei der erfindungsgemäßen Verwendung er- Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erhaltenen Membranen sind auf Grund ihres geringen läuterung der Erfindung.

10

Beispiele L bis 16

Man stellt eine Reihe von Membranen her. wobei man nach der folgenden allgemeinen Arbeitsweise arbeitet (die besonderen Bedingungen sind in der nachfolgenden Tabelle I angegeben).

Ein Copolymeres aus Acrylnitril, einem ionischen Monomeren und gegebenenfalls einem dritten Monomeren wird ein Dimethylformamid (DMF) so gelöst, daß die angegebene Konzentration erhalten wird.

Diese Lösung wird auf eine Glasplatte derart gegossen, daß ein flüssiger Film von 0,5 mm Dicke trhalten wird, der anschließend in einem belüfteten Trockenschrank bei 6O⁰C während der angegebenen Zeitspanne getrocknet wird. Der trockene Film wird von seiner Unterlage abgelöst und einer Behandlung mit heißem Wasser unterzogen. Zur Durchführung dieser Behandlung taucht man den trockenen Film in einen Behälter, der Wasser enthält, und bringt das Ganze auf die angegebene Maximaltemperatur, die 10 Minuten aufrechterhalten wird. (Für die Beispiele, bei denen diese Temperatur 100°C übersteigt, wird das das Wasser und den Film enthaltende Gefäß verschlossen und so unter autogenem Druck gehalten). Man bricht anschließend das Erhitzen ab und läßt das Gefäß bis auf Zimmertemperatur abkühlen, wobei man die Membran ständig in dem Wasser in dem Gef.ß eingetaucht läßt.

Alle so hergestellten Membranen weisen einen Salz-Zurückhaltegrad von 0 auf.

Man mißt außerdem die Permeabilität für Wasser in folgender Weise:

12 cm² Membran werden auf eine poröse Platte aus Sintermetall aufgebracht. Man bringt Wasser mit der freien Seite der Membran unter Anwendung eines Drucks von 2 bar in Kontakt. Man mißt die Wassermenge, die durch die Membran hindurchgegangen ist. Dieser Durchsatz, ausgedrückt in l/m² · Tag, ist die Permeabilität der Membran für Wasser.

ίο Besondere Angaben für gewisse Beispiele:

Beispiel 13

Das verwendete Polymere ist ein Gemisch von zwei Copolymeren in Gewichtsmengenanteilen von 43 zu 57. Das erste Copolymere ist ein Copolymeres von Acrylninril und Natriummethallylsulfonat in Gewichtsmengenanteilen von 82 zu 18. Das zweite Copolymere ist ein Copolymeres von Acrylnitril und Styrol in Gewichtsmengenanteilen von 85 zu 15.

B e i s ρ i e 1 14

Das verwendete Polymere ist ein Gemisch gleicher

Gewichtsmengen von zwei Copolymeren. Das eine

ist. ein Copolymeres von Acrylnitril und Natrium-

methallylsulfonat in Gewichtsmengenantcilcn con 85 zu 15.

Beispiel 15

Das verwendete Polymergemisch unlcrschcidci sich von dem von Beispiel 14 nur dadurch, daß das Hutylacryliit durch die gleiche Gewichtsmenge Vm\ Ihenzoat ersetzt ist.

Tabelle 11	Art des Polymeren	ι j	3.52	^:! I	Beispiel ⁴I⁵I⁶I	I	6,35	7 16	92	7
_c ,_ Natriummethallyl-								4S
Ü ü sulfonat	2,094		3,71	5,74
g -S Kaliumvinyloxybenzol-							480
g -3 sulfonat								3.40
g g Natriumvinylsulfonat .
oof N-Methyl-4-vinyl-
^J 2 'S pyridiniumsulfat ....
•S'g'i Methylmethacrylat ....
~ « °° Butylacrylat
ν «j i: Vinylbenzoat
£_öi .5 Vinylidenchlorid
"δ ϊ; Ö Acrylamid
S oi < styrol		1,039			1.026	0 96?
Spezifische Viskosität (gemessen bei
25" C mit 2 s/l in DMF)	0,Sl 2	8	0.743	0.980	1 f\
Konzentration der Copolymerlösung		67			IU 52	10 24
(Pipwichtsnro/entl	9		8 5	in
Trockenzeit im Ofen in Stunden ..	42	147	(J .,+J 42	lu 45	104	10 94
Maximaltemperatur des Behand		65			80
lungswassers in ° C	180		146	113		146
Dicke der Membran in α	45	350	55	50	300	fvfl
Permeabilität für Wasser unter 2 bar						\J\J
in I/Taet · m^	230		520	650		800
		130
Reißfestigkeit der Membran in kg/		48
cm²(gemessen bei 23 ° C in feuchtem
7nstand^
Bruchdehnung in Prozent

:.6O

Su 4S

i 140

! ss

j 130 i 31

Il 12

— (Fortsetzung) --

Art des Polymeren

10 Beispiel
I 13

I

15

C .C
<U O

Ut l~

E
ο ο

(JO

1
ill

Au f O <u υ

S3<

Natriummethaliylsu'fonat

Kaliumvinyloxybenzolsulfonat

Natriumvinylsulfonnt . .

N-Methyl-4-vinylpyridiniumsulfat ...

Methylmethacrylat ....

Butylacrylat

Vinylbenzoat

Vinylidenchlorid

Acrylamid

^^-^ Styrol

Spezifische Viskosität (gemessen bei 25° C mit 2 g/l in DMF)

Konzentration der Copolymerlösung (Gewichtsprozent)

Trockenzeit im Ofen in Stunden ..

Maximaltemperatur des Behandlungswasser in ^C

Dicke der Membran in μ

Permeabilität für Wasser unter 2 bar in l/Tag · m²

Reißfestigkeit der Membran in kg/ cm² (gemessen bei 23° C in

feuchtem Zustand)

3,33

4,28

4,51

0,62

10 48

140 45

800

100 41

10 40

146 60

570

6,21

0,374

10 70 2,58

7,97

0,926

10

72

147
90

2900

147 145
90 80

2900 1800

90
41

3,36

4,75

72

3,90

3,45

10

24

145
70

1500

3.91

5,08

2,99

10

24

145
70

2600

0,63

7
21

120 30

360

Beispiele 17 bis

Die in den Beispielen 1 bis 16 hergestellten Membranen werden einerseits bei Uultrafütrationsarbeitsgängen (A) und andererseits bei Dialysearbeitsgängen (B) verwendet.
(A) 12 cm² Membran weiden auf einer porösen Platte

35

40 aus Sintermetall angebracht. Man bringt mit der freien Seite dieser Membranen eine wäßrige Lösung eines makromolekularen Produkts in Kontakt, wobei man einen Druck von 2 bar anwendet. Man mißt den Ultrafiltratdurchsatz in l/Tag · m², sowie den Zurückhaltegrad, ausgedrückt in Prozent, d. h. ·

Ii Konzentration des Ultrafiltrats an Makromolekülen

10t) · j 1 — —'

Konzentration der Anfangslösung an Makromolekülen

Tabelle II Beispiel

17

19	20	21	5
3	3	4	9
5,85	0	9	Rinder
Pepsin	Dextran	Rinder	albumin
		albumin	70 000
36 000	10 000	70000	10
0,5	4	10	300
520	520	720	98 5
70	50	98

Verwendete Membran, hergestellt nach Beispiel

Ultrafiltration

Art der der Ultrafiltration unterzogenen Ausfangslösung

Konzentration an NaCl in g/l

Natur des Makromoleküls

Durchschnittliches Molekulargewicht des

Makromoleküls

Konzentration an Makromolekül in g/l

Erhaltene Ergebnisse

Ultrafiltratdurchsatz in l/Tag ■ m²

Zurückhaltegrad in Prozent

Dialyse

Dialysegeschwindigkeit in Minuten

Rinderalbumin

70000 70 10

Riiideralbumin

350 100

520 100

Rinderalbumin

70000 10

480 100

(Fortsetzung)

24	25	26	Beispiel 27	28	2y
6	6	7	8	8	8
5,85 Lysozym 15 000 0,5	0 Dextran 10000 4	9 Rinder albumin 70000 10	9 Rinder- albumin 70000 10	0 Dextran 40000 4	0 Dextran 10000 4
480 100	480 40	760 100	600 100	600 50	600 28
			58

Verwendete Membran, hergestellt nach Beispiel

Ultrafiltration

Art der der Ultrafiltration unterzogenen Ausgangslösung

Konzentration an NaCl in g/l

Natur des Makromoleküls

Durchschnittliches Molekulargewicht des

Makromoleküls

Konzentration an Makromolekül in g/l ..

Erhaltene Ergebnisse

Ultrafiltratdurchsatz in l/Tag · m²

Zurückhaltegrad in Prozent

Dialyse

Diaiysegeschwindigkeit in Minuten

Rinderalbumin 70000

Tabelle III

Verwendete Membran, hergestellt nach Beispiel

Ultrafiltration

Art der der Ultrafiltration unterzogenen Ausgangslösung

Konzentration an NaCl in g/l

Natur des Makromoleküls

Durchschnittliches Molekulargewicht des

Makromoleküls

Konzentration an Makromolekül in g/l ..

Erhaltene Ergebnisse

Ultrafiltratdurchsatz in l/Tag · m²

Zurückhaltegrad in Prozent

31	10	32	33	34	13	35	14	36	37	16
9	11	12	9	9	15	■)
Rinder	9	9	Rinder-	Rinder	9	Rinder
albumin	Rinder	Rinder	albumin	albumin	Rinder	albumin
70 000	albumin	albumin	70 000	70 000	albumin	70 000
10	70 000	70 000	10	10	70 000	10
480	10	10	1000	1000	10	360
99	720	1000	96	93	: 330	WO
90	90	90

In den vorstehenden Tabellen II und III ist die Art der der Ultrafiltration unterzogenen Anfangslösung sowie der Ultrafiltratdurchsatz und der Zurück- haltegrad des Makromoleküls angegeben.

(B) Eine Dialysezelle wird in zwei Kammern unterteilt, die voneinander durch eine Membran mit einer Oberfläche von 10 cm³ getrennt sind. Die erste Kammer wird im geschlossenen Kreis von 100cm³ einer wäßrigen Lösung durchströmt, die je Liter 9 g NaCl, 1 g Thioharnstoff und 10 g Rinderalbumin (Molekulargewicht: etwa 70 000) enthält. Diese Lösung, die im folgenden mit »synthetisches Blut« bezeichnet wird, zirkuliert in der Kammer mit einem Durchsatz von 1 I/Stunde. Die zweite Kammer wird in geschlossenem Kreis von 100 cm³ einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 10 g/l NaCl durchströmt, die fm folgenden »Dialysebad« genannt wird. Diese Lösung zirkuliert in der Kammer mit einem Durchsatz von 0,9 l/Stunde.

Man mißt die Dialysegeschwindigkeit, indem man die Zeit in Minuten bestimmt, nachher die Thi' -.arnstoffkonzentration in dem Dialysebad 0,1 g/l betrag!:. Diese Zeitspanne ist in Tabelle H für gewisse Membranen angegeben.

Beispiel 38

Man konzentriert Milch in einer Ultrafiltrationszc'Ie mit zwei Kammern, die durch eine gemäß Beispiel 3 hergestellte Membran mit einer Nutzoberfläche von 465 cm² getrennt sind. In der ersten Kammer herrscht ein relativer Druck (gegenüber der zweiten Kammer) von 3 bar. Die Membran wird durch eine starre Frittenplatte aus Polyäthylen abgestützt. Es wird eino Zirkulation der Milch zwischen dieser Kammer und einem Lagerbehälter vorgenommen. Die Zirkulationsgeschwindigkeit an der Stelle der Membran beträgt 85 cm/Sekunde, und die Gesamtmasse der zirkulierenden Milch beträgt zu Beginn 8,015 kg.

Die gesamten Arbeitsgänge, die bei einer Temperatur von -f4^QC vorgenommen werden, werden ll'/s Stunden fortgesetzt. Man gewinnt in der zweiten Kammer 4,007 kg Ultrafiltrat, das im wesentlichen Wasser, Mineralsalze, Lactose und nbhtproteinische stickstoffhaltige Bestandteile enthält. Diese Ultrafiltratmenge entspricht einem Durchsatz von 180 kg/Tag · m². Die in der ersten Kammer erhaltene Milch wurde so auf die Hälfte konzentriert.

Beispiel 39

Man wiederholt das Beispiel 38 mit folgenden Abänderungen :

Die Ziikulationsgeschwindigkeit der Milch in der ersten Kammer beträgt 1 m/Sekunde; die Temperatur beträgt +45³C; der relative Druck zwischen den beiden Kammern beträgt 6 bar.

Nach II¹/, Stunden gewinnt man 6,835 kg Ultrafiltrat, was einem Durchsatz von 307 kg/Tag m² entspricht. Die in der ersten Kammer erhaltene Milch wurde auf etwa ein Siebtel konzentriert.

B e i s ρ i e 1 40 ohne irgendeiner Spannung ausgesetzt zu sein. Er tritt aus diesem Bad mit einer Geschwindigkeit von 100 cm/Minute aus und durchläuft dann ein Glycerinbad (Wasser/Glycerin-Gemisch in Gewichtsmengenanteilen von 20 zu 80) über eine Strecke von 2 m.

Dann wird er durch Führen zwischen zwei Walzen abgepreßt, so daß überschüssiges Glycerin entfernt wird.

Man erhält so eine Membran von 30 μ Dicke. Sie

ίο weist eine Permeabilität für Wasser unter 2 bar von 860 l/Tag · m² auf und kann in trockenem Zustand aufbewahrt werden.

Ihr Zurückhaltegrad beträgt 100% für Rinderalbumin (Molekulargewicht: 70 000) und Ovalbumin (Molekulargewicht: 45 000). Ihr Zurückhaltegrad für Dextran (Molekulargewicht: 40 000) beträgt nur 53%.

B e i s ρ i e 1 e 42 bis 44

:o Man wiederholt Beispiel 41, wobei man den Reckungsgrad variiert. Man erhält die folgenden Ersebnisse:

Ma.. wiederholt den Dialyseversuch von Beispiel 18, wobei man die »synthetisches Blut« genannte Lösung durch Ochsenblut ersetzt, zu dem man 1 g/l Thioharnstoff sowie 25 Volumenprozent (der Prozentsatz ist auf das Blut bezogen) einer Lösung, die aus 1,66 g Citronensäure, 0,6 g Natriumhydroxyd, 3 g Glucose und Wasser in der Restmenge, um 100 cm³ Lösung zu erhalten, besteht, zusetzt.

Die Dialysegeschwindigkeit (ausgedrückt in Minuten nach der oben angegebenen Definition) beträgt 91 Minuten.

Beispiel 41

40

In ein Glasreaktionsgefäß bringt man 330 g eines Acrylnitril/Natriummethallylsulfonat-Copolymeren mit relativen Gewichtsmengenanteilen von 91 zu 9, dessen spezifische Viskosität (gemessen bei 25⁰C in Lösung mit 2 g/l in DMF) 1 beträet, und 1600 cm³ DMF sin.

Das Gemisch wird eine Stunde bei 20³C und dann 4 Stunden bei 90⁰C gerührt. Man entfernt dann gegebenenfalls gelöste Gase, indem man das Reaktionsgefäß 30 Minuten unter vermindertem Druck (100 mm Hg) bringt. Die Viskosität der Lösung beträgt dann bei 23³C etwa 200 P.

Diese Lösung wird kontinuierlich auf ein endloses Band mit einer Breite von 17 cm aus rostfreiem Stahl gegossen, das mit einer Geschwindigkeit von 50 cm/ Minute läuft. Man bringt auf diese Weise einen flüssigen Film von 0,2 mm Dicke auf. Das Band läuft dann durch einen belüfteten Ofen von 1,2 m Länge, der auf 15O⁰C gebracht ist, und wird dann auf 20⁰C abgekühlt. Man befeuchtet den Film aus Acrylnitrilcopolymerem durch Führen gegen ein mit Wasser getränktes Gewebe und löst ihn von dem Stahlband, das ihn trägt, ab. Dieser Film wird dann über eine Strecke von 10 cm durch ein Wasserbad von 90°C geführt und mit einer Geschwindigkeit von 140 cm/ Minute herausgeführt, was einem Reckungsgrad von 180% entspricht. Der gereckte Film durchläuft dann ein Wasserbad von 75"C über eine Strecke von 2 m,

	42	Beispiele 43	44
Reckungsgrad in % ... Permeabilität für Wasser unter 2 bar (I/Tag · m²) Rinderalbumin Molekulargewicht: 70 000	165 505 100	135 360 100	100 216 100
₀ Ovalbumin Molekularsewicht: - 45 000 ...T	100	100	100
2 Pepsin 22 Molekulargewicht: 1 36 000	>90 >90	>90 >90	100 100
% Lysozym 3 Molekulargewicht: ^N 15 000	74	78	85
Dextran Molekulargewicht: 40 000

Beispiel 45

Man stellt eine Membran wie in Beispiel 41, jedoch mit einem Reckungsgrad von 185%, her.

Man verwendet diese Membran bei der Ultrafiltration von Flußwasser (Rhone; Entnahme stromab von der Stadt Lyon), das Fäkal-Streptokokken und Bakterien »Escherichia coli« enthält. Der Druckunterschied zwischen der ersten und der zweiten Kammer der Ultrafiltrationsapparatur beträgt 2 bar. In der ersten Kammer zirkuliert das Flußwasser an der Oberfläche der Membran mit einer Geschwindigkeit von 115 cm/Sekunde. Man gewinnt ein Permeat von trinkbarem Wasser in einer Menge von 1150 l/Tag-m^a. Der trinkbare Charakter dieses Wassers wird durch bakteriologische Prüfungen bestimmt, die das vollständige Fehlen der zuvor genannten Bakterien zeigen.

Beispiel 46

Die Membran von Beispiel 41 wird dazu verwendet, 3,5 I Molke mit einem Gehalt an Trockenextrakt von

65 g/l und einer Konzentration an Lactose von 50 g/l und an Proteinen von 7,6 g/l einer Ultrafiltration zu unterziehen.

Der Druckunterschied zwischen den beiden Ultrafiltralionskarnmern beträgt 2,5 bar. Die Zirkulationsgeschwindigkeit der Molke in der ersten Kammer an der Oberfläche der Membran beträgt 50 cm/Sekunde.

Man setzt die Ultrafiltration fort, bis 3,2501 Ultrafiltrat erhalten sind. Dieses letztere enthält je Liter 59 g Trockenextrakt, 50 g Lactose und 0,7 g Proteine. Das Konzentrat (abgezogen aus der ersten Kammer) besitzt einen Gehalt an Trockenextrakt von 168 g/l und eine Konzentration an Lactose von 48 g/l und an Proteinen von 96 g/l.

Beispiel 47

Man wiederholt das Beispiel 46, wobei man die Membran von Beispiel 44 verwendet.

Man erhält ein Ultrafiltrat mit einem Gehalt an Trockenextrakt von 56 g/l und einer Konzentration an Lactose von 50 g/l, das keine Proteine enthält, Das Konzentrat besitzt einen Gehalt an Trockenextrakt von 155 g/l und eine Konzentration an Lactose von 58 g/l und an Proteinen von 93 g/l.

Beispiel 48

71 g eines Acrylnitril/Natriumraethallylsulfonat-Copolymeren mit relativen Gewichtsmengenanteilan von 91 zu 9, dessen spezifische Viskosität 0,979 beträgt,

179 g eines Acrylnitril/Natriummethallylsulfonat-Copolymeren mit relativen Gewichtsmengenanteilen von 89 zu 11, dessen spezifische Viskosität 1,123 beträgt, und

1200 cm³ Dimethylformamid,
ao Der Reckungsgrad beträgt 186%.

Eine Dialysezelle, die bei 37°C gehalten wird, wird in zwei Kammern geteilt, wobei diese voneinander durch 625 cm² der wie oben beschrieben hergestellten Membran getrennt sind.

Die erste Kammer der genannten Dialysezelle wird von Menschenblut in geschlossenem Kreislauf mit einem Durchsatz von 12,5 cm³ je Minute durchströmt; das Gesamtvolumen des zirkulierenden Blutes beträgt

ίο IJ ], und das Blut enthält 1,5 g/l Harnstoff und 0,15 g/l Kreatinin.

In der zweiten Kammer zirkuliert ein Dialysebad, welches dieselbe Salzzusammensetzung hat wie das Blut. Man beobachtet eine Vei-minderung um die Hälfte der Konzentrationen in dem Blut nach 1 Stunde 40 Minuten für den Harnstoff und nach 2 Stunden 25 Minuten für das Kreatinin.

Man nimmt bei 37^CC eine Ultrafiltration von msnschlichem Blut in einer Apparatur vom Filterpressentyp mit acht Kammern vor, von denen jede eine Membran von 125 cm² Oberfläche enthält, die gemsß Beispiel 41 hergestellt ist.

Das Blut zirkuliert in der Apparatur im Kontakt mit den Membranen mit einem Durchsatz von 0,2 l/Minute. Der Druckunterschied zwischen den Kammern zu beiden Seiten der Membranen beträgt 300 mm Hg. Nach 8stündigem Betrieb beträgt die Konzentration des Ultrafiltrats an Proteinen 0,27 g/l, und der Haematokritwert des Blutes, das zirkuliert, hat sich nicht merklich verändert. Der Durchsatz des Ultrafiltrats beträgt 0,4 l/Stunde.

Beispiel 49

Man stellt eine Membran wie im Beispiel 41 her, jedoch unter Berücksichtigung folgender Änderungen: man gibt in das Reaktionsgefäß

Beispiel 50

Man entnimmt dem Peritoneum eines Cirrhosekranken Ascites-Flüssigkeit, welche 20 g/l Proteine enthält. Diese Ascites-Flüssigkeit wird in eine Ultrafiltrationsapparatur mit 11 Elementarkammern gebracht, die hintereinander mit insgesamt 1450 cm² Membran versehen sind, die wie in Beispiel 49 beschrieben hergestellt wurde, jedoch einen Verstreckungsgrad von 182% aufweist. Der Druckunterschied von dem einen Teil dieser Membranen zum nächsten beträgt 200 mm Hg (Überdruck auf der Seite, wo die Ascites-Flüssigkeit eingeleitet wird).

Die Ascites-Flüssigkeit durchströmt die Membranen, wo sie sich durch Ultrafiltration konzentriert, und wird in eine Vene des Patienten wieder injiziert. Man beobachtet einen Durchsatz von 0,6 l/Stunde an Permeat (Ultrafiltrat), während die konzentrierte Ascites-Flüssigkeit dem Patienten mit einem Durchsatz von 0,3 I/Stunde wieder injizier- wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von Mischpolymerisaten oder S Massen auf der Basis von Acrylnitrilpolymerisaten, die hergestellt worden sind aus: