DE2340661A1 - Membraneinheiten mit selektiver permeabilitaet und daraus hergestellte osmotische zellen - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl. - Jno. F. Τ*:ιο;:μανϊ% Z J 4 U b b I

Dipl.-Img. H". Vi ick^Ai.n, Dipl.-Phys. Dr. K. Finckii Dipl.-Ing. F. Λ.^/ειckmann, Dipl.-Chem. B. Hubek

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTIACH S60S20

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Case 16,111~F
H/Ba/bgr

THE DOW CHEMICAL COMPANY

2030 Abbott Road, Midland, Michigan USA

Membraneinheiten mit selektiver Permeabilität und daraus

hergestellte osmotische Zellen

Hohlfaser-Abtrennvorrichtungen für die Dialyse, Ultrafiltration, umgekehrte Osmose, Hämodialyse, Hämoultrafiltration und die Blutoxygenierung sind bekannt. In bekannten Herstellungsverfahren besteht das erhaltene Abtrennelement üblicherweise aus zahlreichen feinen Hohlfasern, deren Endbereiche in einen Rohrboden eingebettet sind und deren offene Faserenden in die Vorderseite eines weiteren Rohrbodens münden, der einen freien Flüssigkeitszutritt in das Innere der Fasern gestattet. Die Abtrennelemente sind in einen Rohrmantel eingeschlossen und bilden so eine Abtrennzelle mit einem oder mehreren Flüssigkeitszutritten, wobei ein Flüssigkeitsstrom durch die Fasern fließt und ein anderer die Fasern umfließt, ohne sich mit der ersten Flüssigkeit zu mischen.

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Das Abtrennelement kann zwei Rohrboden oder einen einzigen ^f Rohrboden aufweisen; im letzteren Fall sind die Fasern unk gebogen, so daß alle Enden zusammenliegen. Der Aufbau des Abtrennelements bzw. der Abtrennzelle ist im wesentlichen dem von Röhren-Wärmeaustauschern ähnlich.

Ein geeignetes Rohrbodenmaterial muß einerseits gut mit den Fasern verkleben, andererseits darf es diese nicht deformieren. Ferner soll es leicht handhabbar und zu einer festen Einheit verarbeitbar sein. Schließlich muß es für biologische Anwendungen ungiftig sein.

Bekannte Kunstharze zur Herstellung derartiger Rohrboden sind z.B. Polyolefine, mit Wachs gestreckte Polyolefine, Polyolefin-Copolymerisate, Polyamide, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Siliconkautschuke und Epoxyharze. All diese Kunstharze sind jedoch in der einen oder anderen Hinsicht mit Nachteilen behaftet, so daß derzeit kein breit anv/endbares Rohrbodenmaterial, insbesondere für medizinische Zwecke, zur Verfügung steht.

Die Erfindung betrifft eine Membraneinheit mit selektiver Permeabilität, verbesserter Strukturfestigkeit und runden offenen Fasern, die sich zur Anwendung in osmotischen Zellen bei überosmotischen Drücken eignen und die aus einer Vielzahl kontinuierlicher Hohlfasersegmente besteht, deren Enden in die Vorderseite mindestens eines Kunstharz-Rohrbodens eingebettet sind. Die Rohrboden der erfindungsgemäßen Membraneinheit bestehen aus dem in Abwesenheit von Katalysatoren erhaltenen Umsetzungsprodukt eines Prepolymerisats mit Isocyanatendgruppen und Rizinusöl bzw. einem davon abgeleiteten Derivat mit höherer Funktionalität.

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Das Isocyanatprepolymerisat wird üblicherweise dadurch hergestellt, daß man Rizinusöl bzw. ein Rizinusölderivat mit höherer Funktionalität mit mindestens 1 Mol eines difunktionellen Isocyanats pro Hydroxylgruppe des Rizinusöls umsetzt. Das erhaltene Prepolymerisat enthält mindestens eine freie Isocyanatgruppe für jede Hydroxylgruppe des eingesetzten Rizinusöls zusätzlich zu einem gegebenenfalls eingesetzten Diisocyanatüberschuss.

Geeignete Diisocyanate sind z.B. Toluoldiisocyanat (sowohl' das reine 2,4-Isomere als auch die gemischten 2,4- und 2,6-Isomeren) und Diphenylmethandiisocyanat, wobei Toluoldiisocyanat bevozugt ist.

Das Rizinusöl wird üblicherweise in Handelsqualitäten eingesetzt. Rizinusöl ist ein natürlich vorkommendes Triglycerid von nicht genau bekannter Zusammensetzung. Seine Estergruppierungen leiten sich jedoch im allgemeinen zu 80 bis 92% von Rizinoleinsäure, zu ^ bis 7% von Linoleinsäure, zu 0 bis 9% von Oleinsäure und zu 0 bis 1% von Palmitlnsäure ab.

Der Polyolvernetzer ist ebenfalls auf Basis von Rizinusöl. Man kann zwar reines Rizinusöl einsetzen, jedoch ist in diesem Fall das gehärtete System meist zu weich. Vorzugsweise verwendet man daher von Rizinusöl abgeleitete Materialien mit höherer Funktionalität. Geeignete Materialien sind z.B. Tetraricinoleinsäure-pentaerythritester oder Monorizinoleinsäure-pentaerythritester, wobei der letztere bevorzugt ist.

Zur Verarbeitung mit dem erfindungsgemäßen Rohrbodenmaterial eignen sich z.B. Fasern aus Cellulose, Celluloseacetat, Polyolefinen, wie Polyäthylen und Polypropylen, Siliconkautschuken, Polyamiden, Polyacrylamiden, Polysulfonen, Polyestern, Polycarbonaten, Polyvinylchlorid, Polyurethanen, Celluloseäthern, Polysacchariden und Eiweißstoffen, wie

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Casein und Kollagen.

Der Rohrboden kann auf beliebige Weise hergestellt werden, z.B. durch Schleuderguß, üblicherweise verarbeitet man eine Hohlfasermembran, z.B. Polyäthylen, zu einem im wesentlichen parallelen Bündel aus 1000 bis 20.000 Hohlfasem , indem man eine Faser kontinuierlich Ende an Ende auf einen Dornstab mit Halteklammern an beiden Enden aufwickelt. Die praktisch parallelen Fasern werden dann in eine Haltevorrichtung mit Endformen eingelegt. Die das Faserbündel enthaltende Haltevorrichtung wird anschließend in eine zentrifugenartige Vorrichtung eingebracht, die einen durch Röhren mit den Endformen verbundenen Behälter für eine Vergußmasse aufweist. Das Polyurethanharz, z.B. ein Toluoldiisocyanat/ Monorizinoleinsäüre-pentaerythritester-System wird gemischt und in den Vergußmassenbehälter eingebracht, wo es bei Temperaturen von 25 bis 90°C, vorzugsweise 70°C, gehalten wird. Anschließend läßt man die gesamte Einheit bei 20 bis 50 "g" praktisch parallel zum Faserbündel rotieren. Das Kunstharz fließt unter Einwirkung der Schwerkraft durch die Verbindungsschläuche und umfließt die Fasern in den Endformen. Das Verfahren wird solange durchgeführt, bis kein Kunstharz mehr im Behälter ist. Außerdem laßt man die Vorrichtung solange rotieren, bis das Polyurethan geliert. Anschließend entfernt man das Bündel und bringt es zur Nachhärtung in einen Ofen ein. Hierbei empfiehlt sich eine Behandlung von 12 Stunden bei 50°C bis 1,5 Stunden bei 100°C, jedoch ist eine etwa 4stündige Behandlung bei 70⁰C bevorzugt. Hierauf werden die Endformen entfernt und die eingebetteten Fasern durch Schneiden des Rohrbodens senkrecht zum Faserbündel geöffnet. Hierbei erhält man ein Bündel, dessen eingebettete Faserenden einen runden offenen Querschnitt und gute Strukturfestigkeit besitzen.

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Die Toxizität wurde folgendermaßen bestimmt: Bei toxikologischen Untersuch / ein Polyurethanen müssen diese in der Form vorliegen, in der sie später auch verwendet werden sollen. Zur Toxizitätsermittlung wurden daher Rohrbodenschnitte eingesetzt, die übliche Fasermengen enthielten. Die anfänglichen toxikologischen Studien beruhten auf analytischen Methoden ohne Berücksichtigung von biologischen Tests. Diese Tests sind für mit Blut in Berührung kommende Kunststoffe in "U.S. Pharmacopeia XVIII" S. 929-930 beschrieben. Die Tests sehen eine Extraktion der Probe mit Wasser bei 70 C und eine anschließende Analyse des Extrakts auf nicht flüchtige Rückstände, Schwermetalle und titrierbare Substanzen vor. In allen Fällen erfüllten die Polyurethane der Erfindung die gestellten Normen weit.

Eine Reihe von Gewebe-Toxizitätstests wurde daneben nach der in "U.S. Pharmacopeia XVII", S. 926, beschriebenen Methode durchgeführt. Hierbei wurden Proben von Rohrbodenschnitten extrahiert und die Extrakte in Versuchstiere injiziert. Eine weitere Probe eines nicht extrahierten Rohrbodens wurde ferner in den Nackenmuskel eines Kaninchens implantiert. Mit Ausnahme einer zu wenig gehärteten Probe (4 Stunden bei 50°C). erfüllten alle Proben die Testanforderungen.

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Claims (4)

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   — D ~

   Patentansprüche ;

   Membraneinheit mit selektiver Permeabilität aus mehreren kontinuierlichen Hohlfasersegmenten, deren Enden in die Vorderseite mindestens eines Kunstharz-Rohrbodens eingebettet sind/ dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Rohrböden aus einem in Abwesenheit von Katalysatoren erhaltenen Umsetzungsprodukt eines Prepolymerisats mit Isocyanatendgruppen und Rizinusöl bzw. dessen höherfunktionellen Derivaten bestehen.
2. 2. Membraneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prepolymerisat das Reaktionsprodukt von Toluoldiisocyanat oder Diphenylmethandiisocyanat und Rizinusöl ist, wobei die Ausgangsverbindungen in einem Verhältnis eingesetzt wurden, daß auf jede Hydroxylgruppe des Rizinusöls eine Isocyanatendgruppe kommt.
3. 3. Membraneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Rizinusölderivat der Mono- oder Tetrarizinoleinsäure-pentaerythritester eingesetzt wurde.
4. 4. Osmotische Zellen für überosmotische Drücke, dadurch gekennzeichnet» daß si^ Membraneinheiten nach den Ansprüchen 1 bis 3 aufweisen.

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