DE2827100C2 - Cellulose acetate hollow fibers and process for their manufacture - Google Patents
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Description
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die abgekühlten Hohlfasern um 10 bis 15% ihrer Länge kaltverstreckt.5. The method according to claim 4, characterized in that that the cooled hollow fibers are cold-drawn by 10 to 15% of their length.
6. Verwendung der Celluloseacetat-Hohlfasern nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in künstlichen Nieren.6. Use of the cellulose acetate hollow fibers according to any one of claims 1 to 3 in artificial ones Kidneys.
Die Erfindung betrifft semipermeable Hohlfasern aus Celluloseacetat mit einem Innendurchmesser im Bereich von 100 bis 350 μπι und einer Wanddicke im Bereich von bis 60 μηι. Gegenstand der Erfindung ist des weiteren ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Fasern. .The invention relates to semipermeable hollow fibers made of cellulose acetate with an inner diameter in the range from 100 to 350 μm and a wall thickness in the range of up to 60 μm. The invention also relates to a method of making such fibers. .
Fasern der vorstehend beschriebenen Art sowie ein Verfahren zu deren Herstellung durch Mischen von Celluloseacetat, Glycerin und Polyäthylenglykol, Schmelzverspinnen de*! Gemisches zu Hohlfasern, Abkühlen der Hohlfasern, Auslaugen der Hohlfasern zur Entfernung des Polyäthylenglykols und Glycerins und Trocknen der Fasern sind aus der DE-AS 14 94 579 bekannt. In dieser Veröffentlichung ist auch die Verwendung von derartigen Hohlfasern zur Herstellung von durchlässigkeitsselektiven Membranen beschrieben. Die Membranen sollen dabei besonders gut geeignet sein für die Abtrennung von Bestandteilen aus Gasgemischen, Flüssigkeitsgemischen und Lösungen, wobei besonders auf die Abtrennung von Wasserstoff aus Gasmischungen und die Gewinnung von Sauerstoff aus Meerwasser hingewiesen istFibers of the type described above and a process for their production by mixing Cellulose acetate, glycerine and polyethylene glycol, melt spinning de *! Mixture to hollow fibers, Cooling of the hollow fibers, leaching of the hollow fibers to remove the polyethylene glycol and glycerine and drying of the fibers are known from DE-AS 14 94 579. In this publication is also the The use of such hollow fibers for the production of permeability-selective membranes is described. The membranes should be particularly well suited for the separation of constituents Gas mixtures, liquid mixtures and solutions, with particular emphasis on the separation of hydrogen from gas mixtures and the extraction of oxygen from seawater is pointed out
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Celluloseacetat-Hohlfasern zu schaffen, die verbesserte Eigenschaften hinsichtlich ihrer selektiven Permeabilität gegenüber blutlöslichen Bestandteilen aufweisen.The invention is based on the object of cellulose acetate hollow fibers to create the improved properties in terms of their selective permeability against blood-soluble components.
Diese Aufgabe wird durch Celluloseacetat-Hohlfasern der eingangs beschriebenen Art gelöst, die erfindungsgemäß gekennzeichnet sind durch eine selektive Permeabilität der Wand bei einer Hämodialyse für aus Blut zu entfernendes Wasser und Gelöstes mit einem UltraFiltrationskoeffizienten Kufr im Bereich von 1,5 bis 4,6 ml/h/mVmbar und einem Harnstoffkoeffizienten .^Harnstoff im Bereich von 15 χ 10~3 bis 45 χ 10-3 cm/ min.This object is achieved by cellulose acetate hollow fibers of the type described at the outset, which are characterized according to the invention by a selective permeability of the wall during hemodialysis for water to be removed from the blood and dissolved matter with an ultrafiltration coefficient Kufr in the range from 1.5 to 4.6 ml / h / mVmbar and a urea coefficient. ^ Urea in the range of 15 χ 10 -3 to 45 χ 10 -3 cm / min.
Die erfindungsgemäße Faser zeichnet sich gegenüber der bekannten Faser im wesentlichen dadurch aus, daß sie verbesserte Durchlässigkeitseigenschaften in bezug auf andere im Biut gelöste Stoffe, wie beispielsweise Harnstoff, Creatinin, Vitamin B 12 etc, aufweist Das Verhältnis zwischen den Durchlässigkeitskoeffizienten für diese Stoffe und dem Durchlassigkeitskoeffizienten für Wasser (Ultrafiltrationskoeffizient) ist daher bei der erfindungsgemäßen Faser besonders hoch. Von entscheidender Bedeutung ist hierbei der Harnstoffkoeffizient Die erfindungsgemäßen Celluloseacetat-Hohlfasern sind daher für künstliche Nieren besonders geeignetThe fiber according to the invention is distinguished from the known fiber essentially in that it improved permeability properties with respect to other substances dissolved in the blood, such as Urea, creatinine, vitamin B 12 etc, has Das Relationship between the permeability coefficient for these substances and the permeability coefficient for water (ultrafiltration coefficient) is therefore particularly high in the case of the fiber according to the invention. Of decisive importance The importance here is the urea coefficient. The cellulose acetate hollow fibers according to the invention are therefore particularly suitable for artificial kidneys
Ursächlich für dieses hohe Verhältnis ist zum einen die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Faser und zum anderen deren spezielle Behandlung. Wie bereits erwähnt, ist aus der DE-AS 14 94 579 ein Verfahren zur Herstellung von Celluloseacetat-Hohlfasern durch Mischen von Celluloseacetat Glycerin und Polyäthylenglykol, Schmelzverspinnen des Gemisches zu Hohlfasern, Abkühlen der Hohlfasern, Auslaugen der Hohlfasern zur Entfernung des Polyäthylenglykols und Glycerins und Trocknen der Fasern bekannt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich demgegenüber dadurch aus, daß manThe reason for this high ratio is, on the one hand, the composition of the fiber according to the invention and on the other hand their special treatment. As already mentioned, DE-AS 14 94 579 is a Process for the production of cellulose acetate hollow fibers by mixing cellulose acetate and glycerin Polyethylene glycol, melt spinning the mixture into hollow fibers, cooling the hollow fibers, leaching the Hollow fibers for removing the polyethylene glycol and glycerol and drying the fibers are known. That In contrast, the method according to the invention is characterized in that
(1) 41 bis 50 Gew.-% Celluloseacetat, 2 bis 20 Gew.-% Glycerin und 30 bis 57 Gew.-% Polyäthylenglykol mit einem Molekulargewicht von 150 bis 600 vermischt;(1) 41 to 50 wt% cellulose acetate, 2 to 20 wt% Glycerine and 30 to 57% by weight of polyethylene glycol with a molecular weight of 150 to 600 mixed;
(2) die abgekühlten Hohlfasern um etwa 2 bis 20 ihrer Länge kaltverstreckt; und(2) cold drawn the cooled hollow fibers about 2 to 20 of their length; and
(3) die ausgelaugten Fasern wieder mit Glycerin plastifiziert.(3) the leached fibers are plasticized again with glycerine.
Bei einem bevorzugten Verfahren werden die abgekühlten Hohlfasern um etwa 10 bis 15% ihrer Länge kaltverstrecktIn a preferred method, the cooled hollow fibers become about 10 to 15% of their size Cold drawn length
Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigtThe invention will now be explained in more detail with reference to the drawing
F i g. 1 ein Dreikomponentendiagramm, in dem die Mengenverhältnisse der drei Komponenten im Schmelzspinngemisch durch den schraffierten Bereich A, B, Cund D wiedergegeben sind; undF i g. 1 is a three-component diagram in which the proportions of the three components in the melt spinning mixture are shown by the hatched areas A, B, C and D; and
F i g. 2 eine schematische Darstellung des Ablaufs der einzelnen Verfahrensschritte.F i g. 2 shows a schematic representation of the sequence of the individual process steps.
Das zum Schmelzspinnen verwendete Gemisch besteht aus 41 bis 50 Gew.-% Celluloseacetat, 2 bis 20 Gew.-% Glycerin und dem Rest auf 100 Gew.-°/o aus Polyäthylenglykol eines Molekulargewichts von 150 bis 600. Wie in F i g. 1 gezeigt, liegt diese Familie von Gemischen in dem Bereich, der durch die Extremwerte jeder der drei Komponenten, die das Gebiet A, B, Q D The mixture used for melt spinning consists of 41 to 50% by weight of cellulose acetate, 2 to 20% by weight of glycerol and the remainder to 100% by weight of polyethylene glycol with a molecular weight of 150 to 600. As in FIG. As shown in Fig. 1, this family of mixtures lies in the area defined by the extreme values of each of the three components that make up the area A, B, QD
bilden, begrenzt wird. Jedes der spezifischen Gemische, das aus einer Menge von jeder der drei Komponenten in dem Bereich A, B, Q D der Fig. 1 besteht, ist zum Schmelzspinnen zu Hohlfasern oder Kapillarfasern geeignet Nach dem Kühlen, Auslaugen des Glykols und Glycerins mit Wasser können di^se Fasern mit ausgezeichnetem Erfolg in künstlichen Nieren üblicher Bauweise eingesetzt werden. Bevorzugte Gemische, die besonders gut zur Optimierung der Betriebseigenschaften der Di&lyse geeignet sind, liegen in Fig. 1 in dem Bereich, der von Buchstaben E, F, G und H eingeschlossen wird.form, is limited. Each of the specific mixtures, which consists of an amount of each of the three components in the area A, B, QD of FIG. 1, is suitable for melt spinning into hollow fibers or capillary fibers se fibers are used with excellent success in artificial kidneys of conventional construction. Preferred mixtures, which are particularly well suited for optimizing the operating properties of the dialysis, are in the range enclosed by the letters E, F, G and H in FIG.
Die drei Komponenten Celluloseacetat, Äthylenglykol und Glycerin sind jeder für sich nicht neu in Membranen, und Celluloseacetat ist auch schon mit υ einem Polyol, wie einem Glykol, in Gemischen, die auch einen Weichmacher oder ein Lösungsmittel, z. B. vom Sulfolanlyp gemäß US-PS 35 32 527, enthalten, vereint worden (DE-AS 14 94 579). Es war aber nicht bekannt daß Glycerin, ein Nicht-Lösungsmittel für Celiuloseacetat bei Raumtemperatur in Verbindung mit Polyäthylenglykolen ausgewählt niedrigen Molekulargewichts verwendet werden kann, um starke Hohlfasern herzustellen, welche modifizierte Permeabilitätseigenschaften relativ zu Celluloseacetatfasern haben, die in Gegenwart eines Sulfolans erhalten worden sind. Ebenso war es nicht bekannt daß bestimmte Mengen des Glycerins in solchen Gemischen eine Modifizierung der Durchlässigkeitseigenschaften der gelösten Substanzen niedrigen Molekulargewichts durch die Faserwand relativ zur Durchlässigkeit gegenüber Wasser durch die gleiche Wand bewirken wurden.The three components cellulose acetate, ethylene glycol and glycerine are by themselves not new to membranes, and cellulose acetate is already with υ a polyol, such as a glycol, in mixtures that too a plasticizer or a solvent, e.g. B. from Sulfolanlyp according to US-PS 35 32 527, contained, united been (DE-AS 14 94 579). It was not known, however, that glycerin, a non-solvent for cellulose acetate low molecular weight selected at room temperature in conjunction with polyethylene glycols can be used to make strong hollow fibers that have modified permeability properties relative to cellulose acetate fibers obtained in the presence of a sulfolane. Likewise, it was not known that certain amounts of the glycerine in such mixtures caused a modification the permeability properties of the low molecular weight solutes through the fiber wall relative to the permeability to water through the same wall.
Die Bezeichnung Celluloseacetat wie sie hier in der Beschreibung und in den Ansprüchen gebraucht wird, bedeutet Celluloseacetat Cellulosediacetat wie es im Handel erhältlich ist ist erfindungsgemäß geeignet und wird bevorzugt obwohl auch Mengen an Monoacetat und Triacetat anwesend sein können, z. B. bis zu etwa 25%; üblicherweise sind in dem im Handel· erhältlichen Cellulosediacetat kleinere Mengen enthalten.The term cellulose acetate as it is used here in the description and in the claims, Cellulose acetate means cellulose diacetate as it is im Commercially available is suitable according to the invention and is preferred although amounts of monoacetate are also used and triacetate may be present, e.g. B. up to about 25%; are usually commercially available Cellulose diacetate contain minor amounts.
Wenn Celluloseacetat in einem Lösungsmittel, wie Dimethylsulfoxid, Sulfolan, Triäthylenglykol oder einem anderen Glykol niedrigen Molekulargewichts, das bei Raumtemperatur flüssig ist gelöst und durch eine übliche Spinndüse zu einem Faserkabel versponnen wird, neigen die einzelnen Fasern dazu, aneinanderzukleben, wenn sie auf eine Spule aufgewickelt werden. Solche Fasern, selbst wenn sie unter den Gelpunkt gekühlt und zu festen Fasern gehärtet sind, halten eine Menge Lösungsmittel zurück, was anscheinend die Oberflächenbereiche ausreichend weich hält, um das Verkleben während des Aufspulens zu verursachen. Bisher war es notwendig, das Lösungsmittel aus den gesponnenen und abgekühlten Fasern vor dem Aufspulen auszulaugen; für diesen Zweck wurde ein heißes Wasserbad benutzt. Es ist jedoch gefunden worden, daß die unmittelbare Überführung der Hohl-Kapillarfaser nach dem Kühlen in ein Auslaugbad Fascrpulsierung verursacht, was zu ungleichmäßigen Wandstärken und ungleichmäßigen Innendurchmessern führt Es ist nun gefunden worden, daß das Faserverkleben oder Verschmelzen ohne Auslaugen vor dem Aufspulen vermieden werden kann, wenn ein niedermolekulares Glykol als Lösungsmittel für das Celluloseacetat benutzt wird, modifiziert mit den oben angegebenen Mengen Glycerin. Anscheinend setzt das Glycerin den Oberflächenerweichungseffekt des Glykols herab, und die Fasern können aufgewickelt und sogar gerecht und auf Spulen unter Spannung aufgewickelt werden, ohne daß die Gefahr des Verklebens oder Verschweißens besteht Die erhaltenen gesponnenen Fasern besitzen gleichmäßigere Wandstärken und Innendurchmesser und können bei Raumtemperatur auf Spulen für den späteren Gebrauch in künstlichen Nieren unbegrenzt gelagert werden.When cellulose acetate in a solvent such as dimethyl sulfoxide, sulfolane, triethylene glycol or a another low molecular weight glycol that is liquid at room temperature and dissolved by a conventional spinneret is spun into a fiber tow, the individual fibers tend to stick to each other, when they are wound on a spool. Such fibers even if they are below the gel point Chilled and hardened into solid fibers hold back a lot of solvent, which is what appears to be the Keeps surface areas soft enough to cause sticking during winding. Previously it was necessary to remove the solvent from the spun and cooled fibers prior to winding leach out; a hot water bath was used for this purpose. However, it has been found that the immediate transfer of the hollow capillary fiber after cooling into a leaching bath fiber pulsing causing uneven wall thicknesses and uneven inside diameters It is now it has been found that the fibers stick or fuse together without leaching prior to winding can be avoided if a low molecular weight glycol is used as a solvent for the cellulose acetate is modified with the amounts of glycerine given above. Apparently the glycerin sets the surface softening effect of the glycol, and the fibers can be wound and even just and wound on spools under tension without that there is a risk of sticking or welding. The spun fibers obtained have more uniform properties Wall thickness and inner diameter and can be used at room temperature on spools for later Can be stored indefinitely for use in artificial kidneys.
Glycerin modifiziert offenbar auch die Gelierung des Celluloseacetat während des Kühlens in der Weise, daß die resultierende Porosität der Faserwand verändert wird. Wenn Glycerin im Gemisch anwesend ist wird eine gelierte Faser erhalten, die genügend fest ist um ihre Integrität sowie die Gleichförmigkeit ihrer Wandstärke und ihres Innendurchmessers während des Dehnens oder Kaltstreckens unmittelbar nach der Gelierung oder Verfestigung beizubehalten. Überraschenderweise wird durch das Kaltstrecken außerdem die Faserwandporosität so modifiziert, daß im Blut gelöste Substanzen niederen Molekulargewichts schneller aus dem in der Faser strömenden Blut durch die Wand zur außerhalb der Faser strömenden Dialysatlösung wandern. Eine wesentliche Verbesserung (Erhöhung) der Durchlässigkeit von im Blut Glöstem, & h. gelösten Substanzen eines Molekulargewichts bis zu etwa 1400, wie Harnstoff, Creatinin, Harnsäure usw. bis einschließlich Vitamin B 12, wird erreicht ohne daß die Fähigkeit der Faser für den Transport des Wassers durch die gleiche Wand ansteigt Obwohl der Mechanismus dieser Änderung als das Ergebnis des Kaltverstrekkens nicht ganz geklärt ist ist gefunden worden, daß der Grad des Kaltverstreckens und die Menge Glyzerin, die in dem Schmelzspinngemisch anwesend ist in Wechselbeziehung zueinander stehen und voneinander abhängig sind. Allgemein gesagt wenn ein Schmelzspinngemisch, bestehend aus Celluloseacetat gelöst in einem Polyäthylenglykol eines Molekulargewichts im Bereich von 150 bis 600 und mindestens 2 Gew.-% Glycerin, verwendet wird, findet ein gewisser Anstieg der Durchlässigkeit von im Blut Gelöstem statt wenn das Kaltverstrecken bis zu 20% der Länge der gesponnenen Fasern ausgedehnt wird. Der Anstieg setzt sich mit steigendem Glyceringehalt fort, das Verhältnis ist aber nicht linear. Mit Mengen von Glycerin im Schmelzspinngemisch zwischen 3 bis 10 Gew.-% und Celluloseacetat zwischen 42 und 47 Gew.-% und dem Rest Polyäthylenglykol findet eine Verbesserung des Verhältnisses der Durchlässigkeiten von im Blut Gelöstem zu Wasser statt, wenn der Grad des Kaltverstreckens bis zu 15% der Faserlänge ansteigt, und bei 43 bis 45% Celluloseacetat werden ausgezeichnete Ergebnisse bei einem Kaltverstrecken um 10% erhalten. Die maximale Verbesserung des Verhältnisses der Durchlässigkeiten von im Blut Gelöstem zu Wasser wird mit Gemischen erhalten, die aus dem bevorzugten Bereich E, F, G, //in F i g. 1 ausgewählt sind, und der optimale Grad des Kaltverstreckens kann für ein bestimmtes Gemisch durch einige einfache Tests ermittelt werden.Glycerine apparently also modifies the gelation of the cellulose acetate during cooling in such a way that the resulting porosity of the fiber wall is changed. When glycerin is present in the mixture, a gelled fiber is obtained which is sufficiently strong to maintain its integrity and the uniformity of its wall thickness and inner diameter during stretching or cold drawing immediately after gelling or solidification. Surprisingly, the cold stretching also modifies the fiber wall porosity in such a way that substances of low molecular weight dissolved in the blood migrate more quickly from the blood flowing in the fiber through the wall to the dialysate solution flowing outside the fiber. A substantial improvement (increase) in the permeability of that dissolved in the blood, & h. solutes of molecular weight up to about 1400, such as urea, creatinine, uric acid, etc. up to and including vitamin B 12, is achieved without increasing the ability of the fiber to transport water through the same wall. Although the mechanism of this change is the result of the Cold drawing has not been fully understood, it has been found that the degree of cold drawing and the amount of glycerin present in the melt spinning mixture are interrelated and interdependent. Generally speaking, if a melt spinning mixture consisting of cellulose acetate dissolved in a polyethylene glycol with a molecular weight in the range from 150 to 600 and at least 2% by weight glycerol is used, a certain increase in the permeability of the blood dissolved takes place when the cold drawing is up to 20% % of the length of the spun fibers is stretched. The increase continues with increasing glycerol content, but the relationship is not linear. With quantities of glycerin in the melt spinning mixture between 3 to 10 wt .-% and cellulose acetate between 42 and 47 wt .-% and the remainder polyethylene glycol, an improvement in the ratio of the permeability of dissolved in blood to water takes place when the degree of cold drawing up to 15% fiber length increases and at 43 to 45% cellulose acetate excellent results are obtained at 10% cold draw. The maximum improvement in the ratio of the permeabilities of dissolved solids in the blood to water is obtained with mixtures derived from the preferred range E, F, G, // in FIG. 1 are selected and the optimal degree of cold stretch for a given blend can be determined by a few simple tests.
In F i g. 2 sind die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgeführt Die kaltverstreckten Fasern können gelagert werden, oder eine Vielzahl von Kabeln kann beispielsweise in Faserbündeln von 3000 bis 30 000 Fasern zur Verwendung in künstlichen Nieren verdichtet werden. Die Fasern in dem verdichteten Bündel werden durch einen Auslaugbehälter geleitet, um das Glykol und das Glycerin zu entfernen und ein Bündel semipermeabler Hohlfasern zu bilden. Das ausgelaugte Bündel wird dann mit einer Glycerin-Wasser-Lösung wieder weichgemacht, über-In Fig. 2 are the individual steps of the invention Process listed The cold drawn fibers can be stored, or a variety of For example, cables can be in fiber bundles of 3,000 to 30,000 fibers for use in man-made Kidneys are compressed. The fibers in the compacted bundle are drained through a leach tank to remove the glycol and glycerin and a bundle of semi-permeable hollow fibers to build. The leached bundle is then softened again with a glycerine-water solution,
" schüssiges Glycerin wird entfernt, und die Fasern werden getrocknet."Excess glycerin is removed and the fibers are dried.
Die Herstellung des Schmelzspinngemisches kann nach irgendeiner geeigneten Weise unter Benutzung üblicher Mischvorrichtungen erfolgen. Wesentlich ist, daß ausreichend gut gemischt wird, so daß eine innige gleichmäßige Mischung erhalten wird. So wird z.B. trockenes Celluloseacetat-Pulver mit einer abgewogenen Menge Polyäthylenglykol und Glycerin in einem Hobartmischer hoher Scherkraft vermischt. Das ge- ίο mischte Material wird weiter homogenisiert und durch Einspeisen in einen geheizten Doppelschneckenextruder mit gegensinnig rotierenden Schnecken weitergemischt Das geschmolzene Extrudat wird dann durch eine Spinndüse gepreßt, z. B. eine io- bis 32-Lochdüse \5 mit Gaszuführung zum Einblasen von Gas in den Kern des Extrudats. Ein für diesen Zweck bevorzugtes Gas ist Stickstoff, aber andere Gase können ebensogut eingesetzt werden, einschließlich Kohlendioxid, Luft oder ein anderes unschädliches Gas. Das aus der Spinndüse austretende Extrudat wird dann gekühlt, z. B. durch Zwangsluftkühlung variierenden Drucks und/ oder Temperatur, um Gelbildung und Verfestigung des Extrudats zu festen selbsttragenden Fasern zu bewirken. Typischerweise haben die Fasern Kapillargröße, d.h. Innendurchmesser im Bereich von 150 bis 300 μΐη und eine Wandstärke im Bereich von 20 bis 50 μίτι.The preparation of the melt spinning mixture can be carried out in any suitable manner using conventional mixing devices. It is essential that the mixture is sufficiently well mixed so that an intimate, uniform mixture is obtained. For example, dry cellulose acetate powder is mixed with a weighed amount of polyethylene glycol and glycerine in a high-shear Hobart mixer. The mixed material is further homogenized and further mixed by feeding it into a heated twin-screw extruder with counter-rotating screws. B. an IO to 32-hole nozzle \ 5 with gas feed for blowing gas into the core of the extrudate. A preferred gas for this purpose is nitrogen, but other gases can be used as well, including carbon dioxide, air, or another harmless gas. The extrudate emerging from the spinneret is then cooled, e.g. B. by forced air cooling of varying pressure and / or temperature to cause gelation and solidification of the extrudate into solid self-supporting fibers. The fibers typically have a capillary size, ie an internal diameter in the range from 150 to 300 μm and a wall thickness in the range from 20 to 50 μm.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die kurze Zeitspanne unmittelbar nachdem das Extrudat aus den Spinndüsen ausgetreten ist außerordentlich wichtig im Hinblick auf das Erreichen der gewünschten Permeabilität der fertigen Faser. Während dieser Zeitspanne wird die Porosität und somit die Permeabilität der resultierenden Faser bestimmt als eine gemeinsame Funktion der Kühlgeschwindigkeit und des Kaltverstreckens, dem die Fasern unterworfen werden. Für ein bestimmtes Schmelzspinngemisch wird die Porosität bei einem gegebenen Spannungsgrad der Faser durch drastisches Kühlen der geschmolzenen Faser erhöht, im Vergleich zu einer weniger drastischen Kühlung und einer langsameren Gelierung des Extrudats zu Fasern. Erhöhte Porosität, die aus solchem Abschrecken resultiert, beeinflußt normalerweise die Fähigkeit der Faser zum Transport von Wasser und kann, wenn nötig, Verwendung finden, um die Ultrafiltrationsgeschwindigkeit der Faser vorzuwählen oder zu modifizieren, wenn sie zur Hämodialyse verwendet wird. Durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der auf Raumtemperatur befindlichen Luft durch das Extrudat kann man kleine Modifikationen in der Porosität der fertigen faser bewirken. Ein gleicher Effekt kann durch Senken der Temperatur des Kühlmediums erzielt werden. Durch Einregulieren der Strömungsgeschwindigkeit der Luft und Senken der Temperatur lassen sich optimale Bedingungen erreichen. Es wird bevorzugt, Luft auf Raumtemperatur zur Kühlung zu benutzen; es sind wirtschaftlich befriedigende Ergebnisse erhalten worden, ohne daß unter Raumtemperatur gekühlt wurde.In the method of the invention, the short period of time is immediately after the extrudate from the Spinning nozzles leaked is extremely important in terms of achieving the desired permeability of the finished fiber. During this period of time, the porosity and thus the permeability of the resulting Fiber determined as a joint function of cooling rate and cold drawing, to which the fibers are subjected. For a given melt spinning mixture, the porosity is a the given degree of tension of the fiber is increased by drastically cooling the molten fiber, in comparison less drastic cooling and slower gelation of the extrudate into fibers. Increased porosity resulting from such quenching usually affects the ability of the Fiber is used to transport water and can, if necessary, be used to increase the speed of ultrafiltration Select or modify the fiber when it is used for hemodialysis. By Increasing the flow rate of the air at room temperature through the extrudate you can make small modifications in the porosity of the finished fiber. The same effect can be achieved Lowering the temperature of the cooling medium can be achieved. By regulating the flow rate the air and lowering the temperature, optimal conditions can be achieved. It is preferred Use air at room temperature for cooling; economically satisfactory results are obtained without cooling below room temperature.
Das Kaltverstrecken wird in befriedigender Weise dadurch bewirkt daß man die extrudierten und verfestigten Fasern über eine Reihe von Walzen oder voneinander beabstandete Walzenreihen, wie Godet-Walzen, laufen läßt Der gewünschte Streckgrad kann durch Steuern der Umlaufgeschwindigkeit der zweiten Walze oder der zweiten Gruppe von Walzen in Laufrichtung der Fasern erhalten werden. Gewöhnlich wird eine gute Korrelation zwischen dem Grad des Kaltverstreckens und dem Festlegen oder Bemessen der Rotationsgeschwindigkeit des abstromseitigen Walzensatzes erreicht, so daß es für eine speziell gewünschte prozentuale Kaltverstreckung nur notwendig ist, die Rotationsgeschwindigkeit des abstromseitigen Walzensatzes relativ zu dem aufstromseitigen Walzensatz genau zu steuern. Aufnehmen oder Aufspulen der kaltverstreckten Fasern auf Spulen oder Haspeln kann mit im Handel erhältlichen Aufwickelvorrichtungen, wie den Leesona-Aufwickelvorrichtungen, vorgenommen werden, wobei darauf zu achten ist, daß die Fasern während des Aufnehmens etwas gespannt sind.The cold stretching is satisfactorily effected by the extruded and solidified fibers over a series of rollers or spaced-apart rows of rollers, such as godet rollers, The desired degree of stretching can be achieved by controlling the speed of rotation of the second Roller or the second group of rollers are obtained in the direction of the fibers. Usually there will be a good correlation between the degree of cold stretching and the setting or dimensioning the speed of rotation of the downstream roller set, making it suitable for a specially Desired percentage cold stretching is only necessary, the rotational speed of the downstream Roller set to precisely control relative to the upstream roller set. Record or Winding up of the cold-drawn fibers on bobbins or reels can be done with commercially available winding devices, such as the Leesona winders, taking care that the fibers are somewhat taut during the pick-up.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgernäßen Verfahrens wird eine Vie!?ahl von Kaltreckspulen oder -rollen angebracht um eine Vielzahl von Faserkabeln durch eine übliche Sammelvorrichtung zu führen und ein konsolidiertes Bündel zu bilden. Danach wird dieses Faserbündel zur Entfernung des Glyzerins und des Polyäthylenglykols ausgelaugt Die Auslaugbehandlung kann mit üblichen Mitteln vorgenommen werden, z. B. durch Hindurchführen des Faserbündels durch ein Bad des ausgewählten Lösungsmittels oder durch halbkontinuierliches Eintauchen der Spulen oder Rollen in ein solches Lösungsmittel. Das Auslaug-Lösungsmittel kann irgendeines sein, das ein gutes Lösungsmittel für den Weichmacher und das Glyzerin ist, nicht aber für Celluloseacetat Bevorzugt wird Wasser. Wäßrige Lösungen, Alkohole und Gemische davon sind mit Erfolg eingesetzt worden, z. B. Methanol, Äthanol, Propanol und Gemische davon, verdünnte wäßrige Lösungen von Natriumsulfat Magnesiumsulfat und Natriumchlorid. Das Auslaugen kann bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur vorgenommen werden. Empfohlen werden erhöhte Temperaturen bis zu beispielsweise 80 bis 900C. Vorzugsweise wird ein erstes und ein zweites Auslaugbad verwendet Das erste bei höherer Temperatur als Raumtemperatur, vorzugsweise bei 80 bis 90° C für 5 bis 30 see, und das zweite Bad bei Raumtemperatur für 1 bis 10 min, vorzugsweise 2 bis 4 min. Als Anhaltspunkt für die Auswahl der optimalen ersten Auslaugtemperatur zur Erzeugung von Fasern der gewünschten Wassertransportgeschwindigkeit kann folgendes festgehalten werden: Wenn der Gehalt an Celluloseacetat zwischen 41 und 50 Gew.-°/o steigt, sinkt die Wassertransportgeschwindigkeit bezogen auf Cellulosefasern, auf eine kleinere Geschwindigkeit ab, wenn die Auslaugtemperatur von 20 auf 80° C erhöht wird. Steigende Auslaugtemperaturen zwischen etwa 50 und 80° C führen zur Erhöhung der Permeabilität der Fasern gegenüber Harnstoff, Creatinin und anderen gelösten Stoffen niedrigen Molekulargewichts, einschließlich Vitamin B 12.In a preferred embodiment of the method according to the invention, a large number of cold stretching spools or rolls are attached in order to guide a large number of fiber cables through a conventional collecting device and to form a consolidated bundle. This fiber bundle is then leached to remove the glycerine and the polyethylene glycol. The leaching treatment can be carried out using conventional means, e.g. By passing the fiber bundle through a bath of the selected solvent or by semi-continuously dipping the spools or rollers in such a solvent. The leach solvent can be any that are good solvents for the plasticizer and glycerin, but not for cellulose acetate. Preferably, water is. Aqueous solutions, alcohols and mixtures thereof have been used with success, e.g. B. methanol, ethanol, propanol and mixtures thereof, dilute aqueous solutions of sodium sulfate, magnesium sulfate and sodium chloride. The leaching can be carried out at room temperature or at an elevated temperature. Elevated temperatures are recommended up to for example 80 to 90 0 C. Preferably, a first and a second leach uses the first at a higher temperature than room temperature, preferably lake at 80 to 90 ° C for 5 to 30, and the second bath at room temperature for 1 to 10 minutes, preferably 2 to 4 minutes The following can be stated as a guide for the selection of the optimal first leaching temperature for producing fibers of the desired water transport rate: If the cellulose acetate content rises between 41 and 50% by weight, it falls the water transport speed related to cellulose fibers decreases to a lower speed when the leaching temperature is increased from 20 to 80 ° C. Increasing leaching temperatures between about 50 and 80 ° C increase the permeability of the fibers to urea, creatinine and other low molecular weight solutes, including vitamin B 12.
Nachdem die Fasern ausgelaugt worden sind und lie gewünschte Permeabilität dabei hergestellt wurde, erfordert die Überführung der Fasern in einen trockenen Zustand wieder eine Weichmachung mit Glycerin. Das Wiederweichmachen wird vorzugsweise mit einer Wasser-GIycerin-Lösung vorgenommen, die etwa 30 bis 60 Gew.-% Glycerin enthält Gute Ergebnisse werden mit einer 50%igen wäßrigen Glycerinlösung erhalten.After the fibers have been leached and the desired permeability has been established, the transfer of the fibers to a dry state requires a softening again Glycerin. The re-softening is preferably carried out with a water-glycerin solution which contains about 30 to 60 wt .-% glycerol Good results are achieved with a 50% aqueous Glycerin solution obtained.
Wenn die Glycerinkonzentration der Wiederweichmachungslösung unter etwa 50% liegt wird der Wassertransport herabgesetzt Wie in F i g. 2 gezeigt können die Fasern nach dem Wiederweichmachen durch Hindurchführen durch einen üblichen Trocken-When the glycerin concentration of the replasticizer solution is below about 50%, the water transport is reduced As in FIG. 2 shown the fibers can be re-softened by passing them through a conventional drying
ofen oder eine andere Trockenvorrichtung, wie Vakuumtrockenvorrichtungen, getrocknet werden. Wenn gewünscht, kann ein Teil des Glycerins durch Wegblasen mit Preßluft entfernt werden, wozu man das Faserbündel durch oder an einem Satz von sich gegenüberstehenden Luftbürsten vorbeiführt bei Drükken und Temperaturen, die zur Herabsetzung des Glyceringehaltes geeignet sind. Wenn der Glyceringehalt durch Trocknen oder Vakuum oder Erhöhung des Druckes des Luftstromes von etwa 0,07 auf etwa 0,42 bar reduziert wird, findet eine Herabsetzung des Wassertransportvermögens und des Transportvermögens für im Blut Gelöstes statt Beispielhaft gute Trocknungsbedingungen sind etwa 40 bis 800C und 1 bis δ min. Bei längerem Trocknen über 60°C nimmt die Transportgeschwindigkeit von im Blut Gelöstem ab, und deshalb sollten niedrigere Temperaturen Verwendung finden, um das Verhältnis der Durchlässigkeiten von im Blut Gelöstem und Wasser während der Hämodialyse zu optimieren.oven or other drying device such as vacuum drying devices. If desired, part of the glycerol can be removed by blowing it away with compressed air, for which purpose the fiber bundle is passed through or past a set of opposing air brushes at pressures and temperatures which are suitable for reducing the glycerol content. If the glycerol content is reduced from about 0.07 to about 0.42 bar by drying or vacuum or by increasing the pressure of the air stream, the water transport capacity and the transport capacity for substances dissolved in the blood are reduced. Examples of good drying conditions are around 40 to 80 ° C and 1 to δ min With longer drying times above 60 ° C., the transport speed of dissolved solids decreases, and therefore lower temperatures should be used in order to optimize the ratio of the permeabilities of dissolved solids and water during hemodialysis.
Die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellten Celluloseacetat-Hohlfasern besitzen ein Verhältnis der Durchlässigkeiten gegenüber Wasser und gegenüber im Blut Gelöstem, welches sich von dem der bekannten Celluloseacetat-Hohlfasern unterscheidet Die Wassertransportpermeabilität wird ausgedrückt als Ultrafiltrations-Koeffizient, Kufr, und liegt im Bereich von 1,5 bis 4,6 ml/h/m2/mbar Druckdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Membranwand. Der Kufr-Koeffizient ist eine Zahl, die für die Fähigkeit der semipermeablen Faser Wasser pro Einheit des Druckgradienten über dem wirksamen Membranbereich passieren zu lassen, repräsentativ ist Der wirksame Membranbereich ist der freiliegende Teil des Oberflächenbereiches der semipermeablen Wand der Hohlfasern, der in Kontakt mit der Flüssigkeit steht und durch den der Wassertransport stattfinden kann, z. B. pro m2 oder einem anderen ausgewählten Flächenbereich.The cellulose acetate hollow fibers produced by the method described above have a ratio of the permeability to water and to that dissolved in the blood, which differs from that of the known cellulose acetate hollow fibers.The water transport permeability is expressed as the ultrafiltration coefficient, Kufr, and is in the range of 1 , 5 to 4.6 ml / h / m 2 / mbar pressure difference between the opposite sides of the membrane wall. The Kufr coefficient is a number representative of the ability of the semipermeable fiber to allow water to pass per unit of pressure gradient across the effective membrane area Liquid is and through which the water transport can take place, z. B. per m 2 or some other selected area.
Die Permeabilität für im Blut Gelöstes wird durch den Dialysekoeffizienten Km der Membran ausgedrückt Der Dialysekoeffizient Km ist eine Zahl, die repräsentativ ist für die Fähigkeit der semipermeablen Celluloseacetatfasern, in einer Flüssigkeit auf der einen Seite der semipermeablen Wand der Faser Gelöstes abzutrennen und diese Komponente zu einer anderen Flüssigkeit zu transportieren, mit der die entgegengesetzte Seite der gleichen Wandfläche in Kontakt steht Für die vorliegenden Fasern liegt der Membran-Koeffizient für Harnstoff /^harnstoff im Bereich von 0,015 bis 0,045 cm pro Minute; der Membran-Koeffizient für Crcaiinin trcaünin im Bereich von 0,013 bis 0,027 cm pro Minute und der Membran-Koeffizient für Vitamin B 12 K^2 im Bereich von 0,002 bis 0,005 cm pro Minute. Das Verhältnis des Dialyse-Koeffizienten der Membran Km zum Ultrafiltrations-Koeffizienten Kufr liegt über 3,9:1 bezogen auf die angegebenen Bereiche und Einheiten.The permeability for dissolved solids in the blood is expressed by the dialysis coefficient Km of the membrane.The dialysis coefficient Km is a number that is representative of the ability of the semipermeable cellulose acetate fibers to separate solids in a liquid on one side of the semipermeable wall of the fiber and this component to become one to transport another liquid with which the opposite side of the same wall surface is in contact. For the present fibers, the membrane coefficient for urea / ^ urea is in the range of 0.015 to 0.045 cm per minute; the membrane coefficient for crcainin trcaünin in the range from 0.013 to 0.027 cm per minute and the membrane coefficient for vitamin B 12 K ^ 2 in the range from 0.002 to 0.005 cm per minute. The ratio of the dialysis coefficient of the membrane Km to the ultrafiltration coefficient Kufr is over 3.9: 1 based on the specified ranges and units.
Für die Hämodialyse weist das bevorzugte Material die folgenden Koeffizienten auf: Kufr von 23 bis 3,8 ml/h/m2/mbar, /^harnstoff über 0,020 cm/min und Khaknxtoff/Kufr über 6,5 :1. Solche Fasern machen den Bau künstlicher Nieren möglich, was im Vergleich zur Verwendung der bekannten semipermeablen Cellulosefasem die Zeit, die für eine Hämodialyse erforderlich ist wesentlich verkürzt, Flexibilität schafft und eine leichte Regulierung während der Dialyse ermöglicht Bezogen auf solche künstlichen Nieren,For hemodialysis, the preferred material has the following coefficients: Kufr from 23 to 3.8 ml / h / m 2 / mbar, / ^ urea over 0.020 cm / min and Khaknxtoff / Kufr over 6.5: 1. Such fibers make the construction of artificial kidneys possible, which in comparison to the use of the known semipermeable cellulose fibers significantly shortens the time required for hemodialysis, creates flexibility and enables easy regulation during dialysis. welche beispielsweise einen Kufr unter 0,8 ml/h/m2/ mbar aufweisen, wenn sie bei Raumtemperatur betrieben werden, ist die Geschwindigkeit der Wasserentfernung aus Blut, das mit künstlichen Nieren unter Verwendung der neuartigen Celluloseacetatfasern dialysiert wird, unter gleichen Arbeitsbedingungen 2 bis 6mal so groß. Obwohl ein Kufr über etwa 4,6 den Ersatz eines Teils des entfernten Wassers erforderlich machen kann, bevor die Behandlung den vorgewählten Wasserwhich, for example, have a Kufr below 0.8 ml / h / m 2 / mbar when operated at room temperature, the rate of water removal from blood dialyzed with artificial kidneys using the new cellulose acetate fibers under the same working conditions is 2 to 6 times as big. Although a kufr above about 4.6 may require the replacement of some of the removed water before treating the preselected water gehalt am Ende der Hämodialyse erreicht hat, bringt eine höhere Wasserentfernungsgeschwindigkeit gewisse Vorteile bezüglich einer leichteren und flexibleren Regulierung während der Dialyse mit sich. Darüber hinaus machen künstliche Nieren mit derartigenlevel at the end of hemodialysis a higher water removal rate has certain advantages over a lighter and more flexible one Regulation during dialysis with it. They also make artificial kidneys with such Celluloseacetatfasern eine schnellere Entfernung der im Blut gelösten Stoffe, wie Harnstoff, Creatinin, Harnsäure usw, möglich. Künstliche Nieren mit 1 m2 wirksamer Oberfläche der neuartigen Celluloseacetatfasern mit Koeffizienten in dem oben angegebenen BereichCellulose acetate fibers enable faster removal of substances dissolved in the blood, such as urea, creatinine, uric acid, etc. Artificial kidneys with 1 m 2 effective surface of the new cellulose acetate fibers with coefficients in the range given above schaffen eine Harnstoffreinigung im Bereich von etwa 100 bis etwa 165 ml pro Minute, eine Creatininreinigung im Bereich von etwa 80 bis 135 ml pro Minute und eine B-12-Reinigung im Bereich von etwa 15 bis etwa 45 ml pro Minute.create a urea cleanse in the range of about 100 to about 165 ml per minute, a creatinine cleanse in the range of about 80 to 135 ml per minute and a B-12 purge in the range of about 15 to about 45 ml per minute.
Durch die Erfindung ist ein Bereich von Spinngemischen und variablen Verarbeitungsparametern vorgeschlagen worden, was es relativ leicht macht, Celluloseacetatfasern vorzuwählen und herzustellen, die einen optimalen Kufr und Km haben, und solche Fasern fürA range of spin mixes and variable processing parameters have been proposed by the invention which make it relatively easy to select and manufacture cellulose acetate fibers having optimal Kufr and Km , and such fibers for künstliche Nieren zu verwenden, die bestimmten Anforderungen genügen. Unter Verwendung bestimmter Gemische und Wählen geeigneter Verarbeitungsbedingungen ist es verhältnismäßig einfach, Celluloseacetatfasern herzustellen, die gleichzeitig bestimmteto use artificial kidneys that meet certain requirements. Using certain blends and choosing suitable processing conditions, it is relatively easy to manufacture cellulose acetate fibers which at the same time make certain Wassertransportgeschwindigkeiten und Transportgeschwindigkeiten für Gelöstes innerhalb der oben angegebenen Bereich haben. So sind die neuartigen Fasern ein geeignetes Mittel zur leichten und geeigneten Herstellung einer Familie von künstlichen Nieren,Water transport speeds and transport speeds for solutes within the above specified area. Thus, the novel fibers are a suitable means for easily and conveniently manufacturing a family of artificial kidneys, die geregelte und vorgewählte Geschwindigkeiten für die Entfernung von Wasser und Gelöstem während der Dialyse aufweisen.the regulated and preselected speeds for the removal of water and solutes during the Have dialysis.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen im einzelnen erläutertThe invention is explained in detail below on the basis of examples
Es wurden Celluloseacetatfasern unter Verwendung verschiedener Schmelzspinngemische hergestellt Das erste Gemisch enthielt 43 Gew.-% Celluloseacetat,Cellulose acetate fibers were made using various melt spinning mixtures first mixture contained 43 wt .-% cellulose acetate, 50 Gew.-°/o Polyäthylenglykol eines Molekulargewichts von etwa 400 und 7 Gew.-% Glycerin, und das zweite Gemisch enthielt 43 Gew.-% Celluloseacetat 39 Gew.-% Polyäthylenglykol eines Molekulargewichtes von etwa 400 und 18 Gew.-% Glycerin. Bei allen zwei50% by weight polyethylene glycol of molecular weight from about 400 and 7 weight percent glycerin, and the second The mixture contained 43% by weight of cellulose acetate and 39% by weight of polyethylene glycol of one molecular weight from about 400 and 18 wt% glycerin. With both of them Schmelzspinngemischen wurde das gleiche Celluloseacetatmaterial verwendet, dieses Celluloseacetat hat einen Acetylgehalt von etwa 393%, bestimmt nach ASTM-Methode D-871-72, und eine Kugelfallviskosität von 17 bis 35 Sekunden, bestimmt nach ASTM-MethodeThe same cellulose acetate material was used as the same cellulose acetate material that cellulose acetate has an acetyl content of about 393%, determined according to ASTM method D-871-72, and a falling ball viscosity of 17 to 35 seconds, determined by the ASTM method D-1343. Das Polyäthylenglykol in den zwei Gemischen war PEG E 400, USP-Grade, und das Glycerin war ebenfalls ein USP-Grade-ProduktD-1343. The polyethylene glycol in the two blends was PEG E 400, USP grade, and the glycerin was also a USP grade product
Jedes Gemisch wurde durch sorgfältiges Vermischen des pulverförmigen Celluloseacetats mit dem PolyäthyEach mixture was made by carefully mixing the powdered cellulose acetate with the polyethy lenglykol und dem Glycerin in einem Standard-Labor- mischer (ein Hobart-Mischer) hergestellt, wobei die flüssigen Bestandteile langsam zugegeben wurden, während der Mischer lief. Nachdem eine gleichmäßigelenglycol and glycerine in a standard laboratory mixer (a Hobart mixer) made with the liquid ingredients slowly added, while the mixer was running. Having an even
ίοίο
Mischung hergestellt worden war, wurde diese in die Einfüllöffnung eines heißen Extruders übergeführt, dessen Temperatur auf etwa 2000C gehalten wurde. Die extrudierte Masse wurde durch eine Mehrlochspinndüse gedrückt, die so ausgestaltet war, daß durch die Mitte jedes Spinnloches Luft eingeleitet wird, so daß Hohlfasern entstehen.Mixture was prepared, it was converted into the filling opening of a hot extruder, the temperature was maintained at about 200 0 C. The extruded mass was forced through a multi-hole spinning nozzle which was designed so that air is introduced through the center of each spinning hole, so that hollow fibers are formed.
Von jedem Gemisch wurden drei Faserspulen durch Variieren der Aufnahmebedingungen zwischen Spinndüsen und Spule hergestellt. Die erste Faserspule, ohne Kaltformen oder -verstrecken, wurde erhalten, indem die Fasern durch Luft zu einem ersten und einem zweiten Satz von mit gleicher Geschwindigkeit rotierenden Walzen geführt wurden. Eine zweite Faserspule wurde erhalten, indem die Fasern über zwei !5 Walzensätze geführt wurden, wobei die Drehgeschwindigkeit der Walzen des zweiten Satzes um 10% höher war als die des ersten Satzes. Eine dritte Faserspule wurde erhalten, indem die Fasern über zwei Walzensätze geführt wurden, wobei die Drehgeschwindigkeit der Walzen des zweiten Satzes um 20% höher war als die des ersten Satzes. Die so hergestellten Faserspulen wurden zur Bestimmung der Wasser- und Harnstoffpermeabilitätkoeffizienten in einer Labortestapparatur geprüft Die Testapparatur bestand aus einem Flüssigkeitsbehälter mit einem Magnetrührer und einem Dialysiertestbecher mit einem Magnetrührer, einer oberen Verschlußplatte mit Druckarmaturen und Anschlüssen zur Aufnahme der Enden der vergossenen Hülsen, die an jedes Ende eines Faserbündels angefügt waren, von denen jedes etwa 160 bis 192 Fasern enthielt Das Faserbündel wurde U-förmig gebogen und in den Becher eingesetzt und mit der Verschlußplatte verbunden. Eine Hülse wurde durch eine Flüssigkeitsleitung an eine Pumpe angeschlossen, welche durch eine Leitung mit dem Behälter verbunden war. Die andere Hülse war durch eine Zuführleitung mit dem Behälter verbunden, so daß die Flüssigkeit vom Behälter unter kontrolliertem Druck durch die Lumen der Fasern im Dialysebecher gepumpt werden konnte. Der Becher war auch mit Dialysat-Einlaß- und -Ausiaßverbindungen versehen, und während des Testes wurden die Fasern in eine umgebende gerührte Menge von entweder Wasser für den KuFR-Tsst oder Wasser-Harnstofflösung für dieThree fiber bobbins were produced from each mixture by varying the take-up conditions between spinnerets and bobbins. The first coil of fiber, without cold forming or drawing, was obtained by air passing the fibers to first and second sets of rollers rotating at the same speed. A second spool of fiber was obtained by passing the fibers over two sets of 5 rolls, the speed of rotation of the rolls of the second set being 10% faster than that of the first set. A third spool of fiber was obtained by passing the fibers over two sets of rollers, the rotation speed of the rollers of the second set being 20% faster than that of the first set. The fiber coils produced in this way were tested in a laboratory test apparatus to determine the water and urea permeability coefficients The ends of a fiber bundle each containing about 160 to 192 fibers were attached. The fiber bundle was bent into a U-shape and inserted into the cup and connected to the closure plate. A sleeve was connected by a liquid line to a pump which was connected to the container by a line. The other sleeve was connected to the container by a supply line so that the liquid from the container could be pumped under controlled pressure through the lumens of the fibers in the dialysis cup. The beaker was also provided with dialysate inlet and outlet connections, and during the test the fibers were placed in an ambient stirred amount of either water for the KuFR-Tsst or water-urea solution for the
Der Koeffizient Kufr wurde durch Pumpen des Wassers unter Druck durch die Fasern und Messen der Zunahme des Wasservolumens außerhalb der Fasern im Dialysebecher bestimmt Die Tests wurden bei 21° C durchgeführt Kufr wurde dann für jeden Test unter » Verwendung der in Tabelle I genauer angegebenen Fasern in ml/mVh/mbar Druckdifferenz berechnet wie in Tabelle II gezeigtThe coefficient Kufr was determined by pumping the water under pressure through the fibers and measuring the increase in the volume of water outside the fibers in the dialysis cup. The tests were carried out at 21 ° C. Kufr was then used for each test using the fibers specified in Table I in ml / mVh / mbar pressure difference calculated as shown in Table II
Der Harnstoff-Koeffizient ^harnstoff wurde bestimmt durch Vorsehen einer Wassermenge im Zuführbehälter und Pumpen des Wassers durch die Faserlumen. Die Wassermenge, die die Fasern im Dialysebecher umgab, war ursprünglich eine Wasser-Harnstoff-Lösung. Es wurden Messungen durchgeführt, um die Harnstoffkonzentration in der umlaufenden Flüssigkeit in Zeitabständen zu bestimmen.The urea coefficient ^ urea was determined by providing an amount of water in the Feed tank and pumping the water through the fiber lumens. The amount of water that the fibers in the The dialysis cup was originally a water-urea solution. Measurements were taken to determine the urea concentration in the circulating liquid at time intervals.
Die Tests wurden bei 2ΓC durchgeführt, und über der Faserwandfläche bestand keine Druckdifferenz während der Tests.The tests were carried out at 2ΓC, and above that There was no pressure differential across the fiber wall surface during the tests.
Der Harnstoff-Koeffizient /^harnstoff wurde unter Berücksichtigung der Differenz in den Harnstoff-Konzentrationen im Zuführbehälter und im Dialysebecher an der Außenseite der Fasern als eine Funktion der Zeit und der Faserfläche nach der folgenden Gleichung berechnetThe urea coefficient / ^ urea was below Consideration of the difference in the urea concentrations in the feed container and in the dialysis cup on the outside of the fibers as a function of time and the fiber area according to the following equation calculated
worin bedeutet:where means:
N die Durchflußmenge durch die Membran in Mol pro Minute, N is the flow rate through the membrane in moles per minute,
Ci die Harnstoff-Konzentration zu Beginn, C2 die Harnstoff-Konzentration am Ende oder dieCi the urea concentration at the beginning, C 2 the urea concentration at the end or the
gemessene Konzentration und A der Bereich der Faserwand oder Membran zwischen den beiden Lösungen.measured concentration and A the area of the fiber wall or membrane between the two solutions.
In einem Zweikammersystem ohne eine Druckdifferenz oder resultierender Ultrafiltration kann der Transport des Harnstoffs durch die Membran über ein Zeitintervall f integriert werden, um nachstehende Gleichung zu erhalten:In a two-chamber system without a pressure difference or resulting ultrafiltration, the Transport of the urea through the membrane over a time interval f can be integrated as follows To get equation:
(C1-C2)'(C 1 -C 2 ) '
in der bedeuten:in which:
·[■· [■
k1 k 1
Λ ^HARNSTOFF " ' , Λ ^ UREA "' ,
Vi das Volumen in der Lösung im Zuführbehälter und V2 das Volumen der Lösung im Dialysebecher.Vi is the volume in the solution in the feed container and V 2 is the volume of the solution in the dialysis cup.
In diesen Tests waren die Volumina Vi und V2 und das Gebiet A Konstante, so daß eine Auftragung der Werte auf jeder Seite der integrierten Gleichung eine Gerade ergibt aus deren Neigung /(^harnstoff in cm/Minute berechnet werden kann. Die so erhaltenen Werte für die sechs Faserposten sind in Tabelle II mit ^harnstoff cm/Minute χ 10~3 angegeben.In these tests, the volumes Vi and V 2 and the region A were constant, so that a plot of the values on each side of the integrated equation yields a straight line from the inclination / (^ urea in cm / minute can be calculated. The values thus obtained for the six fiber gobs are given in Table II as urea cm / minute χ 10 -3 .
Gew.-%Wt%
μιημιη
μιημιη
μηιμηι
μιημιη
μπιμπι
μιημιη
μιημιη
Gemisch Nr. 1
43% Polymer (CA-400-25)Mixture No. 1
43% polymer (CA-400-25)
50% Weichmacher (PEG-E-400)50% plasticizer (PEG-E-400)
7% Weichmacher (Glycerin)7% plasticizer (glycerine)
Gemisch Nr. 2Mixture No. 2
43% Polymer (CA-400-25)43% polymer (CA-400-25)
39% Weichmacher (PEG-E-400)39% plasticizer (PEG-E-400)
18% Weichmacher (Glycerin)18% plasticizer (glycerine)
185185
37,537.5
193193
273273
40,040.0
274274
39,539.5
174174
39,539.5
213213
282282
34,534.5
297297
36,536.5
K)K)
ml/h/m2/mbarml / h / m 2 / mbar
cm/min v cm / min v
X 10"3 KuFR X 10 " 3 KuFR
ml/h/m2/mbarml / h / m 2 / mbar
cm/min v cm / min v
X 10"3 KuFR X 10 " 3 KuFR
ml/h/m2/mbar20% stretched
ml / h / m 2 / mbar
cm/min v
χ 10"3 KuFR ^ UREA ^ UREA P.
cm / min v
χ 10 " 3 KuFR
(CA^OO-25)43% polymer
(CA ^ OO-25)
(PEG-E-400)
7% Weichmacher
(Glycerin)
Gemisch Nr. 250% plasticizer
(PEG-E-400)
7% plasticizer
(Glycerine)
Mixture No. 2
(CA-400-25)43% polymer
(CA-400-25)
(PEG-E-400)39% plasticizer
(PEG-E-400)
(Glycerin)18% plasticizer
(Glycerine)
3 O
3
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