DE2842835C2

DE2842835C2 - Dialysemembranhohlfadenkette

Info

Publication number: DE2842835C2
Application number: DE19782842835
Authority: DE
Inventors: Gustav 5600 Wuppertal Dünweg; Werner. Dipl.-Chem. Dr. Henne
Original assignee: Akzo GmbH
Current assignee: Akzo Patente 5600 Wuppertal De GmbH
Priority date: 1978-10-02
Filing date: 1978-10-02
Publication date: 1982-07-01
Also published as: DE2842835C3; BE879108A; JPS5549109A; JPS5913884B2; DE2842835A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Dialysemembran aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, in Form eines Hohlfadens, mit durchgehendem Hohlraum.

Aus der Dt-PS 7 36 321 ist ein Hohlfaden aus regenerierter Cellulose, die -ms Cuoxamlösungen regeneriert wurde, mit ekiem durchgehendem Hohlraum bekannt.

Aus der US-PS 32 28 877 ist es bekannt, daß die nach der genannten DE-PS 7 36 321 hergestellten Hohlfaden als Dialysemembran und als Membran zur umgekehrten Osmose geeignet sind.

Aus der US-PS 38 88 771 sind Hohlfäden aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurden, bekannt, die eine definierte Membranstruktur aufweisen und entlang der gesamten Achse der Faser eine gleichmäßige Wandstärke und einen genau kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Außerdem sind die Hohlfaden hoch verstreckt und weisen eine hohe Zugfestigkeit auf. Bei derartig hoch verstreckten Hohlfäden aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurden, findet man als Maß für die Orientierung eine Doppelbrechung Δη von 0,03. Obwohl die durch Verstreckung erzielbare höhere Festigkeit sicherlich wünschenswert wäie, ist sie für die Quellbarkeit der Membran und damit für die Wirksamkeit bei der Dialyse von großem Nachteil.

Bei der Dialyse, beispielsweise bei der Hämodialyse, ist es vorteilhaft, daß Dialysemembranen, in Form von Hohlfasern, zu Bündeln zusammengefaßt sind. Die feinen Hohlfasern bilden Bündel, in denen die Hohlfasern sich leicht verlagern können und neigen dann bei der Zahl von etlichen Tausend Hohlfasern mit einer Fäserdichte von etwa 500 bis 1000 je cm² leicht dazu, sich auf ihrer ganzen Länge fest aneinander zu schmiegen, ähnlich dem Glasplatteneffekt zweier planparalleler Platten.

Durch dieses Aneinanderhaften ist der Zugang der Dialysatflüssigkeit zu den Zwischenräumen zwischen den Hohlfasern erschwert und die Fläche an denen die Hohlfasern aneinanderhaften bleiben für den Stoffaustausch ungenutzt, wodurch die Effektivität des Hohlfadenmoduls verringert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Dialysemembran aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, in Form von Hohlfäden mit durchgehendem Hohlraum so zu gestalten, daß die Hohlfaden sich in ihrer Lage zueinander nicht verlagern können, konstante Anströmungsbedingungen für das

ίο Dialysat erreicht werden und das Aneinanderheften von Hohlfaden weitgehend verhindert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Dialysemembran, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus zwei oder mehreren gemeinsam ersponnenen Hohlfäden, die parallel zu den Fadenachsen miteinander verbunden sind, besteht

Derartige Dialysemembranen lassen sich gut handhaben, wenn die Hohlfaden durch einen Steg miteinander verbunden sind. Jedoch besteht bei sehr großen Stegbreiten die Gefahr eines Auseinanderreißens der Dialysemembran durch mechanische Beanspruchungen.

Deshalb beträgt die Stegbreite vorzugsweise den 1- bis 3fachen der Hohlfaserwandstärke.

Unter der Stegbreite soll der Abstand zweier benachbarter Hohlfaden an der Verbindungsstelle verstanden werden, der über die jeweilige Wandstärke hinausgeht.

ErfindungsgemäOe Dialysemembranen, die aus einer großen Zahl gemeinsam ersponnener und parallel zu den Fadenachsen miteinander verbundener Hohlfäden bestehen, gestatten den Bau rechteckiger Dialysatoren, in denen die üialysemembranen, ähnlich wie bei Schlauch- und/oder Flachmembranen in parallelen, definierten Schichten angeordnet sind und das Dialysat durch die gebildeten Spalte fließt, deren Spaltbreite sehr genau eingehalten werden kann.

Die Querschnittsfläche von jedem der durchgehenden Hohlräume der erfindungsgemäßen Dialysemembran kann 0,6 · 10-^J bis 0,8 mm² und die Wandstärke 1 bis ΙΟΟμπι, zweckmäßig 5 bis 50 um betragen. Bei diesen Abmessungen lassen sich ausreichende Austauschflächen auf relativ kleinem Raum verwirklichen. Obwohl beispielsweise 3 untereinander verbundene Hohlfäden gemäß der Erfindung in ihrer Dialysewirkung keineswegs beeinträchtigt sind, sollen die erfindungsgemäßen Dialysemembranen bei 4 oder mehreren gemeinsam ersponnener und parallel zu den Fadenachsen miteinander verbundener Hohlfäden vorzugsweise so gestaltet werden, daß die Hohlfäden in einer Reihe angeordnet sind, um eine Beeinträchtigung der Diaiysewirksamkeit zu vermeiden.

Um die Austauschfläche im Verhältnis zum Blutvolumen zu vergrößern, weicht in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der innere Hohlraumquerschnitt von der Kreisform ab. Er kann beispielsweise elliptisch, nierenförmig oder abgeflacht gestaltet sein. Abgesehen davon, daß bei gleichem Blutvolumen bei solchen Dialysemembranen die Austauschfläche erheblich vergrößert ist und damit schon aus diesem Grunde die Effektivität des Metabolitaustausches wesentlich verbessert wurde, ergibt sich aufgrund der geringeren Blutfilmdicke in einer derartigen Diaiysemembran eine weitere Verbesserung in der Wirksamkeit bei der Dialyse.

Hergestellt werden die erfindungsgemäßen Hohlfäden durch Koagulation einer aus einer Hohlfadendüse extrudierten Cellulose-Cuoxamlösung in verdünnte Natronlauge, wobei die Spinnlösung zur möglichst

weitgehenden Vermeidung der Verstreckung und Orientierung unmittelbar nach Verlassen der Spinndüse in das Koagulationsbad geleitet wird. Zur Ausbildung des durchgehenden Hohlraumes wird durch die zentrale Bohrung in bekannter Weise eine hohlraumbildende Flüssigkeit geleitet, beispielsweise Halogenkohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffe und Ester, wobei Isopropylmyristat sich als vorteilhaft erwiesen hat. Es hat sich aber auch gezeigt, daß Wasser und wäßrige Lösungen, beispielsweise Lösungen von Carboxymethylccllulosesalzen hervorragend als hohlraumbildende Flüssigkeiten geeignet sind.

Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Hohlfadenform wird durch Verwendung einer Hohlfadcndüse mit entsprechend angeordneten Spinnschlitzen und zentralen Bohrungen für die Zuführung der hohJraumbildenden Flüssigkeit erreicht.

In den Fig. 1 bis 5 sind Querschnitte verschiedener Ausfühningsformen der erfindungsgemäßen Dialysemembran dargestellt. 1 ist die aus Cellulose, die aus Cuoxamlösung regeneriert wurde, bestehende Membranwand der Hohlfaser 2.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt einer aus iiwei kreisförmigen, durch einen Steg verbundener Hohlfäden bestehenden Dialysemembran.

Fig.2 zeigt den Querschnitt einer aus zwei Hohlfäden bestehenden Dialysemembran, die durch einen gemeinsamen Abschnitt der Wand miteinander verbunden sind, mit von der Kreisform abweichenden Hohlraumquerschnitten.

F i g. 3 zeigt den Querschnitt einer aus drei Hohlfaden bestehenden Dialysemembran mit kreisförmigen Hohlraumquerschnitten.

Fig.4 zeigt eine Dialysemembran aus einer Vielzahl in einer Reihe angeordneter und durch Stege miteinander verbundener kreisförmiger Hohlfaden.

F i g. 5 zeigt eine ähnliche aus eine. Vielzahl in einer Reihe angeordneter, mit Stegen verbundener Hohlfaden bestehende Dialysemembran mit elliptischen Hohlraumquerschnitt.

Beispiel 1

Herstellung der erfindungsgemäßen Dialysemembran

Aus einer Hohlfadendüse für 24 miteinander verbundene Hoh'fäden, deren Spinnschli ze nebeneinander angeordnet sind, wobei der Abstand von Spinnschlitz zu Spinnschlitz jeweils einem Drittel des Spinnschlitz durchmesser entspricht, und die Spinnschlitze über Verbindungsschlitze, deren Breite ²Iy der Spinnschlitzbreite entspricht, miteinander in Verbindung stehen, wurde eine Cuoxam-Celluloselösung mit 9,1 Gew-% Cellulose zu Hohlfaden versponnen. Die Spinndüsen enthielten jeweils für jeden Hohlfaden Innenbohrungen, durch die Isopropylmyristat als hohlraumbildende Flüssigkeit gepreßt wurde und die eine lichte Weite von einem Viertel des Spinnschlitzdurchmessers hatten.
Das extrudierte Band aus 24 Hohlfäden, deren

ίο Außenwände über durchlaufende Stege jeweils mit dem Nachbarfaden verbunden und die in einer Reihe angeordnet waren, wurde in ein Fällbad geleitet, welches 180 g/l Natriumhydroxid, 16 g/I Ammoniak und 4 g/l Kupfer enthielt. Hier wurde es in den Normanncellulosekomplex umgewandelt und in üblicher Weise über Leitorgane durch die üblichen Wasch- und Nachbehandlungsbäder geführt, auf einem Trommeltrockner getrocknet und auf einer Scheibenspule aufgewickelt. Das erhaltene Hohlfadenband war etwa 10 mm breit und enthielt 24 Hohlfaden von 250 μπι Durchmesser mit einer Wandstärke von 18 μίτι, die über Stege von 50 μιη verbunden waren und deren Stärke Car Wandstärke von 18 μιη entsprach. Die Doppelbrechung betrug Δη = 0,013.

Beispiel 2

Verwendung der erfindungsgemäßen Dialysemembr?n zur Hämodialyse

Ein aus den erfindungsgemäßen Hohlfäden aufgebauter Testdialysator zeigte aufgrund der geometrischen Ordnung, in der die Hohlfäden angeordnet sind, trotz der durch die Stege verminderten Austauschfläche eine etwas gesteigerte Leistung gegenüber bekannten Dialysehohlfadenmembraneri, wie aus den nachfolgenden Ergebnissen hervorgeht.

Verglichen wurden die nach Beispiel 1 hergestellten erfindungsgemäßen Dialysemembranen mit Hohlfadenmodulen, die übliche Dialysehohlfäden aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert war, enthielten, mit einem Innendurchmesser von 250 μίτι und 18 μιη Wandstärke. Der Lösungsfluß betrug 200 ml/min · m², der Dialysatfluß 500 ml/min ■ m².

Die Ultrafiltrationsrate betrug bei erfindungsgemä-Ben Dialysemembranen 2,6 ml/h m² · mm Hg, die Harnstoffclearance 149 ml/min und die Vitamin B12-Clearance 27 ml/min. Demgegenüber wurden bei üblichen Dialysehohlfäden eine Ultrafiltrationsrate von 2,3 ml/ h m² · mm Hg, eine Harnstoffclearance von 133 ml/min und eine Vitamin B12-Clearance von 24 ml/min erzielt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dialysemembran aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, in Form von Hohlfaden mit durchgehendem Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei oder mehreren gemeinsam ersponnenen Hohlfäden, die parallel zu den Fadenachsen miteinander verbunden sind, besteht

2. Dialysemembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfaden durch einen Steg miteinander verbunden sind.

3. Dialysemembran nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegbreite dem 1-bis 3fachen der Hohlfadenwandstärke entspricht

4. Dialysemembran nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus vier oder mehreren gemeinsam ersponnenen Hohlfaden, die parallel zu der Fadenachse in einer Reihe miteinander verbunden sind, besteht

5. Dialys°membran nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Hohlraumquerschnitt von der Kreisform abweicht und elliptisch, nierenförmig oder abgeflacht gestaltet ist.