DE2341392A1

DE2341392A1 - Semipermeable membranen, verfahren zu ihrer herstellung und verwendung

Info

Publication number: DE2341392A1
Application number: DE19732341392
Authority: DE
Inventors: Yoshishige Fujii; Kanagawa Kamakura; Haruki Maekawa; Takao Matsushita; Shiga Otsu; Yoshitada Sakai; Kouji Sugita; Hiroshi Tanzawa
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1972-08-16
Filing date: 1973-08-16
Publication date: 1974-03-07
Also published as: GB1415768A; DE2341392C3; FR2196184B1; SE388130B; DE2341392B2; FR2196184A1

Description

Dr. Hans-Heinridi Willrath

Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus Seiffert

PATENTANWÄLTE

D —62 WIESBADEN 13. Aug. 1973 Postfach 1327

Gustav-Freytag-StraSe 25 I/Wh

•S (06121) 3727 20
Telegrammadresse: WILLPATENT

2P-22238

Toray Industries, Inc., 2, Nihonbashi-Muromachi, 2-chome, Chuo-Ku, Tokyo, 103 Japan

Semipermeable Membranen, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung

Prioritäten: Patentanmeldungen Nr. 81 408/72 vom 16. August 1972 und Nr. 18 879/73 vom 17. Februar 1973 in Japan

Die Erfindung betrifft semipermeable Membranen sowie deren Herstellung und Verwendung, insbesondere eine neue transparente, hydrogelartige, semipermeable Membran, die isotaktisches Polymethylmethacrylat und syndiotaktisches Polymethylmethacrylat enthält, sowie deren Herstellung und Verwendung bei der Ultrafiltration und in Dialyseprozessen, insbesondere in Hämodialyseprozessen.

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Semipermeable Membranen sind für niedrigmolekulare Substanzen durchlässig und gegenüber hochmolekularen Substanzen undurchlässig oder nur wenig durchlässig, wenn sie in einer Lösung damit in Kontakt gebracht werden. Trenntechniken unter Verwendung solcher Membranen sind Dialyse, umgekehrte Osmose, Ultrafiltration usw.

Die meisten in starkem Umfange benutzten semipermeablen Membranen beruhen auf hydrophilen Polymeren, wie Cellulosederivaten, beispielsweise Celluloseestern und -äthern, insbesondere Celluloseacetat (siehe z.B. USA-Patentschriften 3 133 132, 3 133 137, 3 170 867, 3 283 042 und 3 290 286). Die vorbekannten semipermeablen Membranen besitzen jedoch nur begrenzte Verwendbarkeit bei vielen Trennprozessen, weil sie Nachteile bezüglich ihrer chemischen Beständigkeit, thermischen Beständigkeit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer besitzen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine neue semipermeable Membran zu schaffen, die besonders gut für Hämodialyse geeignet und aus hydrophoben Polymeren hergestellt ist und die zur Trennung von Bestandteilen einer Lösung benutzt werden kann. Gegenstand der Erfindung ist weiter ein Verfahren zur Herstellung der semipermeablen Membran sowie ein verbessertes Verfahren zur Trennung der Bestandteile einer wäßrigen Lösung unter Benutzung der gewonnenen semipermeablen Membran.

Es wurde gefunden, daß eine semipermeable Membran, die isotaktisches Polymethylmethacrylat und syndiotaktisches Polymethylmethacrylat aufweist, eine Verwendbarkeit als transparentes Hydrogel

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besitzt. Die erhaltene semipermeable Membran kann in form eines dünnen Blattes oder einer hohlen Faser benutzt werden, um Bestandteile einer Lösung zu trennen, beispielsweise unerwünschte Mikrosoluten aus Blut zu entfernen« Eine semipermeable Membran nach der Erfindung wird hergestellt, indem man

a) isotaktisches Polymethylmethacrylat und syndiotaktisches Polymethylmethacrylat in einem Lösungsmittel auflöst, das in der Läge ist, diese Polymeren unter Bildung eines Sols aufzulösen,

b) die Temperatur des Sols ausreichend erniedrigt, um das System in die Gelphase überzuführen und

c) das Lösungsmittel in dem Gel mit Wasser verdrängt, wodurch eine hydrogelartige semipermeable Membran mit hohem Wassergehalt erhalten wird.

Das zur Bildung der semlpermeablen Membran nach der Erfindung benutzte Polymermaterial ist ein sogenannter Stereokomplex aus isotaktischem Polymethylmethacrylat (nachstehend bezeichnet als PMMA) und syndiotaktischem PMMA. Eine Lösung, worin Isotaktisches PMMA und syndiotaktisches PMMA zusammen vorliegen, zeigt einen thermisch reversiblen Phasenübergang infolge der Wechselwirkung der beiden Arten von Polymerstrukturen. Ein Lösungssystem, das isotaktisches PMMA, syndiotaktisches PMMA und ein organischen Lösungsmittel enthält, wird auf einen Punkt abgekühlt, wo die Solphase durch physikalische Vernetzung der Molekülketten in eine Gelphase übergeht» Dann wird das gesamte darin vorhandene organische Lösungsmittel mit Wasser verdrängt, indem man das Gel mit Wasser in Berührung bringt, was zu der fertigen

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hydrogelartigen semipermeablen Membran mit hohem Wassergehalt, gewöhnlich 10 bis 90 Gewichts-%, und hoher Durchsichtigkeit führt.

Die Membran ist vorzugsweise 10 bis 100 Ai dick und kann in Form eines dünnen Bogens oder eines Filmes oder auch in Form eines Rohres oder einer hohlen Faser hergestellt werden. Eine bevorzugte hohle Faser würde einen Außendurchmesser von etwa 25 bis 800 Ax haben. Die Taktizitäten von bei der Erfindung verwendeten Polymeren können aus einem "Triad", d.h. aus der strukturellen Konfiguration irgendwelcher drei benachbarter Monomereinheiten längs den Molekülketten des Polymers unter Benutzung des Kernmagnetresonanzspektrums ermittelt werden. Die bevorzugten PMMA-Materialien, die bei der Erfindung zu benutzen sind, entsprechen den folgenden Gleichungen, worin I der Prozentsatz an isotaktischen Triadstrukturen, S der Prozentsatz an syndiotaktischen Triadstrukturen und H der Prozentsatz von heterotaktischen Triadstrukturen ist:

o,i < l/s < ίο (vorzugsweise 0,2 < I/S < 5) I + S > H

Andere Monomere können benutzt werden, solange als im Polymermaterial vorhandene PMMA-Komponenten den obigen Gleichungen entsprechen und die Lösung des Polymermaterials Sol-Gelphasenübergänge zeigt.Brauchbares PMMA hat auch vorzugsweise ein Molekulargewicht von mehr als 100.000.

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Die nach der Erfindung benutzten Lösungsmittel werden gewöhnlich unter organischen Lösungsmitteln mit einem LÖslichkeitsparameter zwischen 8,5 und 13 ausgewählt. Besonders hevorzugt sind organische Lösungsmittel, die mit Wasser verträglich sind und einen Löslichkeitsparameter zwischen 9 und 13 besitzen. Beispiele der gewöhnlich brauchbaren organischen Lösungsmittel sind Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Acetonitril, Essigsäure, Aceton, Methyläthy!keton, Tetrahydrofuran, Nitromethan, Acrylnitril und deren Gemische. Bei der Auflösung enthält die Lösung isotaktisches PMMA und syndiotaktisches PMMA vorzugsweise zu etwa 5 bis 50 Gewichts-% der Polymeren. Diese werden üblicherweise bei einer Temperatur von etwa 50 bis 12O° C aufgelöst.

Das Sol kann zu jedem gewünschten Körper beliebiger Gestalt oder geeigneter Konstruktion zur Verwendung in den Dialyseprozessen, wie zu einem Film, einer Rohrform oder einer hohlen Faser verformt werden. Dieses Sol wird in eine geeignete Form eingebracht oder gegossen, und diese Form wird dann auf ausreichende Temperatur gekühlt, um das Sol in ein Gel umzuformen, wobei die Gelstruktur erhärtet. Das im Gel vorhandene Lösungsmittel wird dann mit Wasser verdrängt, indem man das Gel mit Wasser in Kontakt bringt und so die Hydrogelmembran herstellt.

Beispielsweise wird ein Film oder eine dünne Blattmembran her-

gestellt, indem man die Polymerlösung auf einen Träger, z.B. eine Glasplatte oder eine Metallplatte, gießt, dann abkühlt und bei niedriger Temperatur mit oder ohne diesen Träger in Wasser eintaucht. Die Membran kann auch dadurch hergestellt werden,

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" ff —

daß man das Sol in ein Koagulierbad oder ein Gas bei niedriger Temperatur aus einer Düse oder einem Schlitz auspreßt, wobei Gelierung eintritt, und darauf das Gel mit Wasser behandelt.

Bei jeder der möglichen Methoden zum Gießen der Polymerlösung ist es möglich, die Temperatur bis unter den Sol-Gelphasenübergangspunkt zu senken. Diese Temperatur oder der Schmelzpunkt des Gels ist abhängig von den Eigenschaften des PMMA und des benutzten Lösungsmittels sowie der Konzentration, liegt aber gewöhnlich im Bereich von etwa 3O bis 9O° C. Bei Temperaturen in der Nähe des Schmelzpunktes des Gels tritt Gelierung ein. Vorzugsweise vermindert man jedoch die Temperatur auf mindestens 5° unterhalb des Schmelzpunktes des Geles. Gewöhnlich ist es besonders vorteilhaft, die Gelierung unter Benutzung von Wasser von O bis 5° C durchzuführen.

Der gelierte Gegenstand wird mit Wasser behandelt, wodurch die Gelstruktur fixiert und das im Gel vorhandene Lösungsmittel durch Wasser ersetzt wird. Die Wasserbehandlung wird vorzugsweise durchgeführt, indem man zunächst das Gel in Wasser eintaucht, worin mit dem Polymer verträglichere Bestandteile, wie dasselbe organische Lösungsmittel, wie es zur Herstellung der Polymerlösung benutzt wurde, enthalten sind, und es dann nur in Wasser eintaucht. Die erhaltene hydrogelartige semipermeable Membran hält eine beträchtliche Wassermenge zurück und zeigt hohe Transparenz, gute Festigkeit und verbesserte Permeabilität.

Eines der Merkmale einer Membran nach der Erfindung besteht darin, daß die Molekulargewichtsgrenze der Membran innerhalb eines weiten Bereiches schwanken kann. Diese Molekulargewichts-

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grenze bedeutet den Molekulargewichtswert, bei dem 50 % der Moleküle in Kontakt mit der Membran gegen einen Durchgang durch die Membran zurückgestoßen werden. Diese Molekulargrenze entspricht hauptsächlich dem Wassergehalt des Geles. Deshalb können viele Membranarten mit verschiedenen Grundmolekulargewichtswerten dadurch hergestellt werden, daß man Membranen mit verschiedenen Wassergehaltswerten herstellt.

Der Wassergehalt einer Membran nach der Erfindung kann mittels der folgenden bevorzugten Methoden verändert werden:

1. Man verändert die Konzentration der Polymeren in der Lösung, da ein Anstieg in der Polymerkonzentratlon eine Abnahme im Wassergehalt hervorruft.

2. Man verändert das Verhältnis der Taktizitäten der Polymeren und die Geliertemperatur.

3. Man unterzieht die Membran einer Wärmebehandlung in Wasser oder sonstigem Nichtlösungsmittel.

4. Man unterzieht das Gel einer teilweise Desolvierung vor der Was serverdrängung.

Andere Merkmale einer Membran nach der Erfindung sind folgende:

1. Sehr hohes Ultrafiltrationsverhältnis,

2. gute Leistungsfähigkeit, bei der Dialyse von gelöstem Stoff,

3. biologische Inaktivität,

4. fehlende Absorptionsfähigkeit für wasserlösliche Verbindungen und

5. mäßige mechanische Eigenschaften.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Membran in Form einer hohlen Faser hergestellt. Infol-

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gedessen wird nachstehend diese Ausführungsform im einzelnen beschrieben. Die bevorzugte Methode zur Herstellung der hohlen Faser besteht darin, daß man die Polymerlösung bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Gels aus einer Spinndüse in ein strömendes Gas auspreßt, wodurch das Polymer unter Abkühlung geliert wird, und anschließend bringt man das Gel in ein gekühltes Koagulierbad, worauf in einem anschließenden Arbeitsgang das Wasser die Lösungsmittel im koagulierenden Gel der hohlen Faser ersetzt.

Die bei der Erfindung zu benutzende Spinndüse ist von üblicher Art. Sie besitzt eine ringförmige Auspreßöffnung und darin ein Innenrohr, das mit der Ringöffnung koaxial ausgerichtet ist. Durch das Innenrohr kann ein geeignetes Strömungsmittel in die hohle Faser eingedrückt werden. Die Spinndüse ist vorzugsweise abwärts gerichtet, so daß die Hohlfaser senkrecht in das Koagulierbad absinken kann. Die Temperatur, bei der die Lösung des Polymergemisches versponnen wird, liegt gewöhnlich 5 C oder 30° C höher als der Schmelzpunkt des Gels in der Lösung.

Wenn die zur hohlen Faser geformte ausgepreßte Lösung mit einem Gaströmungsmittel in Kontakt gebracht und dadurch die Gelierung hervorgerufen wird, besteht das Gas gewöhnlich aus Luft und den Lösungsmitteldämpfen einer Koagulierflüssigkeit, obgleich auch andere inerte Gase anstelle von Luft oder der Dämpfe benutzt werden können. Die Temperatur des Dampfes soll mindestens 20° niedriger sein als der Schmelzpunkt des Geles, und eine viel niedrigere Temperatur wird bevorzugt, um das hohle Faserhydrogel durchsichtig oder durchscheinend zu machen. Es ist auch vor-

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teilhaft und günstig für den Abstand bei der Behandlung durch das Kühlgas, daß dieser etwa 10 bis 200 cm, vorzugsweise 20 bis 50 cm beträgt.

Wenn die Koagulierung unter Benutzung einer gekühlten Koagulierflüssigkeit durchgeführt wird, kann diese Flüssigkeit auf einer Temperatur unterhalb 20° C gehalten werden. Die Koagulierflüssigkeit besteht aus einem Nichtlösungsmittel für das Polymer oder einer Lösung des Nichtlösungsmittels, die im wesentlichen dasselbe Lösungsmittel wie die Polymerlösung enthält. In zweckmäßigen Fällen kann das Lösungsmittel für das Polymer unter wasserlöslichen Lösungsmitteln ausgewählt werden, und das Nichtlösungsmittel besteht aus Wasser.

Bei einer üblichen Methode zur Herstellung von Hohlfasern kann der strömende Dampf oder die Koagulierflüssigkeit in die durch eine Spinndüse gebildete hohle Faser durch das in der Ringöffnung zentrierte Innenrohr eingedrückt oder angesaugt werden. Der Dampf wird häufig in die schmelzversponnene hohle Faser eingeblasen, während eine Koagulierflüssigkeit häufig im Falle von Lösungsverspinnung genommen wird. Hohlfasern nach der Erfindung können jedoch nicht dadurch hergestellt werden, daß man eine Koagulierflüssigkeit eindüst, obgleich die Erfindung Lösungsverspinnung umfaßt, weil die Transparenz und die Semipermeabilität der Hohlfasermembran verloren geht,wenn eine zur Hohlfaser geformte Lösung mit einer Koagulierflüssigkeit in Berührung gebracht wird, bevor Gelierung durch Abkühlung erreicht ist.

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/ο

Die bevorzugte Einspritz- oder Eindüsflüssigkeit besteht aus einer Lösung im wesentlichen desselben Lösungsmittels, wie es in der Polymerlösung enthalten ist, und einer Menge eines Lösungsmittels aus der Gruppe Glycerin, Äthylenglycol, Diäthylenglycol, Triäthylenglycol und anderen Polyolen. Die Menge dieses Lösungsmittels in der Einspritzflüssigkeit hat einen bezeichnenden Einfluß auf die Fähigkeit zur Verspinnung und auf die Permeabilität der gemäß der Erfindung hergestellten Hohlfaser. Im allgemeinen ist eine bessere Spinnfähigkeit und angemessene Permeabilität zu beobachten, wenn ein Polyol der Lösung zugesetzt wird, so daß die Konzentration darin 1 bis 50 Gewichts-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gewichts-% beträgt. Eine solche Einspritzlösung hat geringere Koagulierwirkung auf die Polymerlösung, und die gewünschte Transparenz und/oder Opaleszenz der Hohlfasermembran kann erreicht werden. Natürlich kann man auch ein strömendes Gas bei der Erfindung verwenden, ohne die Transparenz zu vermindern und/oder die Semipermeabilität herabzusetzen, die aus der gleichförmigen Wanddicke und dem Faserdurchmesser der Hohlfaser erfolgt, um so die derart versponnene Faser der Hohlfaser unterlegen zu machen, die nach der vorstehenden Methode unter Benutzung einer Einspritzflüssigkeit hergestellt wurde.

Gemäß der Erfindung können Fasern mit einem Durchmesser von 25 bis 800/1 leicht versponnen werden, und solche Fasern zeigen überlegene DurchgangsSelektivität, insbesondere hohe Permeabilität für Wasser und andere Substanzen kleinen Molekulargewichts ähnlich wie sie die Blattmembranen zeigen. Zu anderen Kennzei-

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chen gehören Gleichförmigkeit der Wanddicke und des Außendurchmessers, auch ist die Gestalt des Querschnittes gleichmäßig rund. Ferner hat die Faser eine hohe Berstfestigkeit, und die Gestalt der Hohlfaser verändert sich kaum beim Replastizierprozeß bzw. bei der Montage auf dem Strömungsmitteltrenngerät. Diese Eigenschaften sind sehr günstig für die Verwendung bei der Hämodialyse, ultrafiltration, umgekehrten Osmose und für Trennprozesse.

Beim Dialysebetrieb unter Benutzung einer Membran nach der Erfindung fließt die zu dialysierende Flüssigkeit längs der einen Membranseite,und beim Kontakt hiermit gehen die dialysierbaren Bestandteile der Flüssigkeit durch die Membran in dem Lösungsmittel in Berührung mit der anderen Membranseite. Bei der Hämodialyse ist dieses Lösungsmittel gewöhnlich eine wäßrige Lösung von Salz und Glucose, deren Konzentrationen so gewählt sind, daß im Blut die gewünschte Salzkonzentration erzielt wird, sowie gewisse Mikrosoluten, z.B. Harnstoff, Credtinin und dergleichen, aufgelöst werden. Die dialysierte Flüssigkeit wird getrennt von dem Dialysat aufgefangen.

Beispiel 1

Eine Mischung von 5 Teilen syn-PMMA-1 und 1 Teil iso-PMMA-1 wurde in 34 Teilen Dimethylsulfoxid (DMSO) bei 120° C aufgelöst, wobei das syn-PMMA-1 aus syndiotaktischem Polymethylmethacrylat bestand, das durch ein gewöhnliches Radikalpolymerisationsverfahren erhalten war und ein Molekulargewicht von 660.000 besaß, und iso-PMMA-1 aus isotaktischem Polymethylmethacrylat

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bestand, das durch ein Grignard-Verfahren erhalten war und ein Molekulargewicht von 1.45Ο.ΟΟΟ besaß. Die Taktizität dieses PMMA-Geraisches ausgedrückt durch Triaden war folgende:

I = 27 % S = 45 % H = 28 %

Die Viskosität der DMSO-Lösung des PMMA betrug IO Poise. Wenn die Lösung abgekühlt wurde, bildete sich ein Gel. Die Sol-Gelübergangstemperatur betrug 70° C, und es wurde festgestellt, daß der Sol-Gelübergang reversibel war.

.Die Lösung wurde bei 12Ο C auf eine Glasplatte gegossen, wobei sich ein dünner Film einer Dicke von 125 Ax bildete, und wurde dann auf Zimmertemperatur abgekühlt, bis die Gelierung des Filmes vollständig war. Dieser dünne Gelfilm wurde dann in ein Eiswasserbad von O° C eingetaucht, wodurch das DMSO im Gelfilm aufgrund wechselweiser Diffusion durch Wasser verdrängt und die Hydrogelstruktur von PMMA gebildet wurde. Der auf diese Weise erhaltene Hydrogelfilm wurde mehrmals mit Wasser gewaschen und dann in Wasser bzw. in Luft nach einer Glycerinbehandlung gelagert.

Der Hydrogelfilm hat einen Wassergehalt von 73 %, war vollkommen durchsichtig und zeigte ausgezeichnete Eigenschaften zur Verwendung als permselektive Membran. Tabelle I zeigt die beobachteten Werte der Permeabilität in Wasser und Gelöstes für eine 0,5 %-ige wäßrige Natriumchloridlösung bei 30° C. In der Tabelle bedeutet PMMA-Hydrogel die Membran nach der Erfindung

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und Cuprophan, dessen Werte zum Vergleich angegeben sind, ist eine übliche Handelsmembran hergestellt aus regenerierter Cellulose.

	Tabelle I	Cuprophan
Permeabilitäts		6,4 χ ΙΟ"¹
koeffizient	PMMA-Hydrogel	8,8 χ 1O~⁷
Pl Cg-Wsek.)	4,7 χ 10~¹²
P2 (cir^Sek.""¹)	3,2 χ 1O"⁶

Die Werte von Pl, Wasserpermeabilitätskoeffizient,und von P2, Permeabilitätskoeffizient für Gelöstes, sind durch die folgen den Gleichungen definiert:

Jv = P^ Js = P

Wenn Jv der Gesamtvolumenfluß ist, ist Js der Fluß des Gelösten, &P ist der Druck durch die Membran, &C die Differenz in der Konzentration beim Durchgang durch die Membran und /t ist die Membrandicke.

Aus Tabelle I ist klar ersichtlich, daß die Permeabilität der PMMA-Hydrogelmembran, die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt ist, ausgezeichnet im Vergleich zu Cuprophan ist. Der Molekulargewichtsgrenzwert der Membran nach der Erfindung war 40.000, und die Membran wies Rinderblutserumalbumin vollständig ab.

Die Zerreißfestigkeit am Bruchpunkt und die Enddehnung der Mem-

bran nach der Erfindung waren 50 kg/cm bzw. 40 %.

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if

Die Membran war brauchbar für Hämodialyse, Blutfiltration, Ultrafiltration und Trennung von waserlösliehen Makromolekülen.

Beispiel 2

Verschiedene Membransorten mit unterschiedlichen Hydrogelstrukttiren wurden durch Veränderung der Polymerkonzentration der DMSO-Lösung gefertigt. Das Verfahren zur Herstellung einer Membran dieser Beispiele war dasselbe wie in Beispiel 1 mit Ausnahme der benutzten Polymerkonzentration. Die Auswertungsergebnisse für Permeabilität finden sich in der folgenden Tabelle:

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Tabelle II

Permeabilitätswerte und Molekulargewichtsgrenzwerte für verschiedene PMMA-Hydrogelmembranen

	Probe	Polymerkonzentration	Pl Wasser	Ρ2 NaCl	P2 Harnstoff	Molekulargewichtsgrenz
	Nr.	der Lösung in %	— 1 3 g cm Sek.	2 —1 cm Sek.	cm Sek."	wert (MG χ 10~³)
	101	15	(χ ίο"⁶)	(X 10~⁶)	(x 10"⁶)	24
*■» CD			4,7	3,2	3,0
CO	102	20				20
CO	103	30	2,0	2,9	2,9	13
O	104	35	1,2	2,8	2,8	9
_-i CD	105	40	0,44	2,3	2,0	5
IO		0,29	1,0	1,1

- ψ-

ΊΟ

Beispiel 3

5 Teile einer 30 %-igen Lösung von syn-PMMA (mittleres Molekulargewicht 1,3 χ 10 ) polymerisiert nach einer Radikalmethode in Dimethylsulfoxid (DMSO und 1 Teil einer 30 %-igen Lösung von iso-PMMA (mittleres Molekulargewicht 4,2 χ 10 ) in DMSO wurden bei 120° C ausreichend miteinander vermischt. Die Gesamttaktizitäten des PMMA dieser Lösung waren:

I = 30 % S = 44 % H= 26 %

Die Viskosität dieser Lösung betrug 20 Poise bei 120° C. Der Gelpunkt dieser Lösung lag bei 75° σ.

Die Lösung wurde auf eine bei 90° C gehaltene Glasplatte gegossen, und die so gebildeten Blattmembranen wurden rasch auf Umgebungstemperatur abgekühlt und die Gelierung durchgeführt. Die gelierte Blattmembran wurde dann in kaltes Wasser eingetaucht und das Lösungsmittel darin durch reines Wasser ersetzt. Die Dicke dieser Membran betrug 30 Ax, der Wassergehalt 56 Gewichts-% bezogen auf die feuchte Membran und der als 50 % Ab-

4 stoßwerte definierte Molekulargewichtsgrenzwert war 1,5 χ 10 .

Wenn man diese Membran auf dem Kültypdialysator einsetzte, worin

die wirksame Membranfläche 1000 cm betrug, und Plasma mit Zusatz von Harnstoff und Creatin bei einer Plasmaflußrate von 70 ml/Min., einer Dialysatflußrate von 120 ml/Min, und einem Druckgefälle über die Membran von 100 mm Hg dialysierte, wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:

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Ultrafiltrationsrate 90 ml/Min.

Harnstoffdialysierung 39 ml/Min.

Creatindialysierung . 31 ml/Min.

Zum Vergleich wurde eine Cellophanmembran, wie sie üblicherweise für Hämodialyse benutzt wird, auf demselben Dialysator angebracht und die Dialyse unter denselben Bedingungen durchgeführt, wobei folgende Ergebnisse erhalten wurden: .

Ultrafiltrationsrate 12 ml/Min.

Harnstoffdialysierung 14 ml/Min.

Creatindialysierung 11 ml/Min.

Beispiel 4

Es wurde eine Polymerlösung hergestellt, indem man 205,3 g

4 syn-PMMA vom mittleren Molekulargewicht von 44 χ 10 und 41,2 g

4 iso-PMMA eines mittleren Molekulargewichts von 111 χ 10 in 876 g DMSO bei 120° C 20 Stunden lang auflöste. Eine Spinndüse mit einer Ringöffnung eines Innendurchmessers von 2,0 mm, in die ein Rohr mit einem Außendurchmesser von l_r6 mm koaxial ausgerichtet ragte, wurde in Luft von Umgebungstemperatur 28 mm oberhalb eines Wasserkoagulierbades von 25° C in senkrecht ausgerichteter Achse justiert. Xm Zulaufgefäß der Spinnmaschine wurde eine vorbereitete Polymerlösung auf 120° C gehalten, und der Durchgang der Polymerlösung aus dem Zulaufgefäß zur Spinndüse wurde auf 85 C gehalten. Die Polymerlösung wurde aus der Spinndüse senkrecht abwärts mit einer Rate von 1,35 cm /Min. ausgepreßt, und gleichzeitig wurde eine Mischung von DMSO mit Glycerin im Gewichtsverhältnis von 80 : 20 durch das zentrische

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- yf -

Rohr der Spinndüse in die ausgepreßte Polymer lösung mit einer Rate von 1,55 cm /Min. eingedrückt. Nach dem Durchgang von der Spinndüse durch die Luft, die die ausgepreßte Polymerlösung* abkühlte, wanderte die Hohlfaser aus der gelierten Lösung senkrecht durch das Koagulierbad über einen Abstand von etwa 1 m abwärts. Darauf wurde sie aus diesem Bad mit einer Geschwindigkeit von 15 m/Min, entfernt, die größer als ihre Strangverpreßrate war, so daß der Außendurchmesser der fertigen Hohlfaser kleiner war als derjenige des Strangpreßlings. Nach kontinuierlichem Waschen mit reinem Wasser im Durchgang durch mehrere Waschbäder erhielt man dann eine opalisierende hydrogelartige Hohlfaser nach der Erfindung.

Ein 30 cm langes Bündel aus 30 nach der vorstehenden Methode hergestellten Hohlfasern wurde in einem U-förmigen Glas montiert, indem man den Raum zwischen und ringsum die Pasern an beiden Enden des U-Rohres mit einem Epoxyharz versiegelte. Die Enden der Hohlfasern ragten etwas über die Versiegelung hinaus und wurden offen gehalten.

Die Fähigkeit zur Permeierung von Wasser oder sonstigen Substan zen wurde mit diesem U-Rohrgerät gemessen, indem man durch das Innere der Fasern Wasser unter konstantem Fluß und konstantem Druck durch eine am einen Ende des Fassrbündels angebrachte Pas sung leitete. Die Ultrafiltrationsrate betrug bei diesem Versuch etwa 1,7 χ 10~ ml/h.mm Hg und 10 cm Faser, und die Albumin abweisung betrug $3,0 %. Der Molekulargrenzwert, der als Wert des Molekulargewichts von 50 % Abweisung definiert 1st, wurde auch zu etwa 4500 bis 5000 gemessen. Diese Werte zeigten, daß

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die gemäß der Erfindung hergestellte Hohlfaser ±» anderen permselektiven Membranen bei der Permeabilität von Waser und sonstigen niedermolekularen Substanzen stark überlegen war.

Beispiel 5

Beispiel 4 wurde mit folgenden Abänderungen wiederholt:

a) Die Konzentration der Polymerlösung betrug 18 % und das Lösungspolymer bestand aus demselben Polymer wie in Beispiel

b) Das Verhältnis von syn-PMMA zu iso-PMMA betrug 4:1.

c) Die Einspritzflüssigkeit war eine Mischung von DMSO mit Glycerin im Gewichtsverhältnis von 95 : 5.

d) Die Koagulierflüssigkeit bestand aus einer wäßrigen DMSO-Lösung mit einer DMSO-Konzentration von 40 %.

Ein Bündel aus 20OO Hohlfasern, die nach der vorstehenden Me-r thode hergestellt waren und einen Außendurchmesser von 330 /u, eine Wanddicke von 40 Ai und eine Schnittlänge von 20 cm hatten, wurden in PMMA-Leitung eingebaut und mit Epoxyharz in dem Raum zwischen und rings um die Fasern an beiden Enden abgedichtet, wobei dafür gesorgt wurde, daß kein Epoxyharz Eintritt in die Fasern erlangen konnte, indem man die Faserenden mit Vasilin verschloß.

Die Fähigkeit zur Perraiierung von Wasser und anderen Substanzen wurde mit diesem Gerät geraessen, und die erhaltene ültrafiltrationsrate von Wasser betrug 1,6 l/h bei 100 mm Hg Druckabfall über die Membran. Albumin wurde mit einer Rate von 85 % abgewie-

4 sen, und der Molekülargewichtsgrenzwert betrug etwa 2,3 χ 10 ,

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Claims

Patentansprüche

1. Semipermeable Hydrogelmembran enthaltend isotaktisches Polymethylmethacrylat und syndiotaktisches Polymethylmethacrylat.

2. Membran nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Gestalt eines dünnen Blattes.

3. Membran nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Form einer Hohlfaser.

4. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt 10 bis 90 Gewichts-% beträgt.

5. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktizität des Gemisches von isotaktischem Polymethylmethacrylat und syndiot'aktischem Polymethylmethacrylat innerhalb des Bereiches von 0,1 < I.S < 10 und I + S>H liegt, wobei I der Prozentsatz der isotaktischen;Strukturen ausgedrückt durch Triaden und S der Prozentsatz an syndiotaktischen Strukturen ausgedrückt durch Triaden ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer semipermeablen Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) isotaktisches Polymethylmethacrylat und syndiotaktisches Polymethylmethacrylat in einem Lösungsmittel mit Fähigkeit zur Auflösung der Polymeren zu einem Sol auflöst,

b) die Temperatur des Sols auf eine ausreichende Temperatur senkt, um das System in ein Gel überzuführen und

c) das Lösungsmittel innerhalb des Geles durch Wasser verdrängt, indem man das Gel mit Wasser in Kontakt kommen läßt.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtkonzentration an Polymeren in dem Sol innerhalb des Bereiches von 5 bis 50 Gewichts-% liegt.

8. Verfahren zur Herstellung einer semipermeablen Hydrogelmerabran in Hohlfaserform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung des Polymethylmethacrylatgemisches aus einer Spinndüse auspreßt, die aus einer ringförmigen Auspreßöffnung und einem koaxial darin ausgerichteten Innenrohr besteht, und ein Strömungsmittel quantitativ durch das Innenrohr in die Hohlfaser bei ihrer Auspressung eindrückt, darauf die Hohlfaser in ein aus den Dämpfen des Lösungsmittels einer Koagulierflüssigkeit oder aus Luft oder sonstigem Gas bestehendes gasförmiges Kühlmittel und durch dieses Gas hindurch auf einen Abstand von mindestens 10 cm leitet, die Paser durch Abkühlung geliert und anschließend die Hohlfaser mit einem Nichtlösungsmittel für die Polymeren, das mit dem Polymerlösungsmittel mischbar ist und aus Wasser bei einem wasserlöslichen Lösungsmittel besteht, oder mit einer Lösung von Nichtlösungsmittel und dem Polymerlösungsmittel koaguliert und dann schließlich das Polymerlösungsmittel in der Hohlfaser durch Wasser ersetzt,

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das eingedrückte Strömungsmittel aus einem ersten Lösungsmittel, das praktisch dasselbe Lösungsmittel wie das Polymerlösungsmittel ist, und einem zweiten Lösungsmittel bestehend aus Glycerin, Äthylenglycol, Diäthylenglycol, Triäthylenglycol oder sonstigen Polyolen besteht.

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10. Verwendung einer Membran aus transparentem Hydrogel enthaltend isotaktisches Polymethylmethacrylat und syndiotaktisches Polymethylmethacrylat als semipermeable Membran bei der Hämodialyse.

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