DE2842836A1

DE2842836A1 - Profilierte dialysemembranhohlfaeden

Info

Publication number: DE2842836A1
Application number: DE19782842836
Authority: DE
Inventors: Gustav Duenweg; Werner Dipl Chem Dr Henne
Original assignee: Akzo GmbH
Current assignee: Akzo GmbH
Priority date: 1978-10-02
Filing date: 1978-10-02
Publication date: 1980-04-17

Description

Profilierte Dialysemembranhohlfäden
Die Erfindung betrifft eine Dialysemembran aus Cellulose, die aus Cucxamlösungen regeneriert wurde, in Form eines Hohlfadens, mit durchgehendem Hohlraum.
Aus der DE-PS 736321 ist ein Hohlfaden aus regenerierter Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, mit einem durchgehendem Hohlraum bekannt.
Aus der US-PS 32 28 877 ist es bekannt, daß die nach der genannten DE-PS 736 321 hergestellten Hohlfäden 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 wurde, 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 Hohlfäden hoch verstreckt, und weisen eine hohe Zugfestigkeit auf. Bei derartig hoch verstreckten Hohlfäden aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, findet man als Maß für die Orientierung eine Doppelbrechung a n von 0,03. Obwohl die durch Verstreckung erzielbare höhere Festigkeit sicherlich wünschenswert wäre, 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 erforderlich, daß die Membranwände von den Dialyseflüssigkeitenvollständig und ohne Behinderung umspült werden. Werden Dialysemer#ranen, in Form von Hohlfasern, die zu Bündeln zusammengefaßt sind, eingesetzt, so neigen Hohlfasern mit genau kreisförmigem Querschnitt in einem Bündel aus etlichen Tausend Hohlfasern mit einer Faserdichte von etwa 500 bis 1.000 je cm2 leicht dazu, sich auf ihrer ganzen Länge fest aneinander zu schmiegen, ähnlich dem Glasplattenaffekt zweier planparalleler Platten.
Durch dieses Aneinanderhaften ist der Zugang der Dialysatflüssigkeit zu den Zwischenräumen zwischen den Hohlfasern erschwert und die Flächen an denen die Hohlfasern aneinanderhaften, bleiben für den Stoffaustausch ungenutzt, wodurch die Effektivität des Hohlfadenmoduls verringert wird.
Die Effektivität einer Dialysemembran hängt bei der Hämodialyse von dem Verhältnis Austauschfläche zum Volumen und von der Konzentrationsdifferenz zwischen den Membranwandseiten ab.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Dialysemembran aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, in Form eines Hohlfadens mit durchgehendem Hohlraum so zu gestalten, daß das Aneinanderhaften der Hohlfäden weitgehend verhindert und die Effektivität der Dialyse erhöht wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine solche Dialysemembran, deren Querschnitt senkrecht zur Fadenachse profiliert ausgebildet ist. Die Profile treten bevorzugt um das 1 bis 3-fache der Wandstärke der Hohlfäden hervor. Die Wandstärke der erfindungsgemäßen Hohlfaser beträgt in an sich bekannter Weise 1 bis 100/um, vorzugsweise 5 bis 50 um. Der Innendurchmesser der Hohlfäden beträgt 10 bis 1000/um. Vorzugsweise beträgt er 20 bis 600/um.
Im allgemeinen ist der innere Hohlraumquerschnitt kreisförmig ausgebildet, weil ein solcher Fadenquerschnitt beim Spinnen von Cellulosecuoxamlösungen weniger Schwierigkeiten bereitet.
Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Dialysemembran läßt sich jedoch noch wesentlich erhöhen, wenn der innere Hohlraumquerschnitt elliptisch ausgebildet ist. Dadurch wird die Austauschfläche bei gleichem Blutvolumen bei den erfindungsgemäßen Dialysemembranen erheblich vergrößert, und schon aus diesem Grunde die Effektivität des Metabolitaustausches wesentlich verbessert. Aufgrund der geringeren Blutfilmdicke in der erfindungsgemäßen Dialysemembran ergibt sich eine weitere Verbesserung in der Wirksamkeit bei der Dialyse.
der von kreisrunden Dialysefäden bekannte Effekt des Aneinanderhaftens der Fäden wurde nicht mehr beobachtet.
Hergestellt werden die erfindungsgemäßen Hohl fäden durch Koagulation einer aus einer Hohlfadenduse extrudierten Cellulose-Cuoxamlösung in verdünnter Natronlauge, wobei die Spinnlösung zur möglichst weitgehenden Vermeidung der Verstreckung und Orientierung unmittelbar nach Verlassen der Spinndüse in das Koagulationsbal 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 also auch gezeigt, daß Wasser und wässrige Lösungen, beispielsweise Lösungen von Carboxymethylcellulosesalzen hervorragend als hohiraumbildende Flüssigkeiten geeignet sind.
Die Ausbildung der erffndungsgemaßen Hohlfadenform wird durch Verwendung einer Hohifadendüse mit entsprechendem Profil der Spinnschlitze und einer zentralen Bohrung für die Zuführung der hohiraumbildenden Flüssigkeit erreicht. Um die gewünscht Form zu erreichen, wird das Profil an der Spinndüse stärker ausgebildet, als es dem Profil entspricht, das den Querschnitt des Hohifadens bilden soll.
Auch für die erfindungsgemäße Dialysemembran ist es möglich, die Wand des Hohifadens zwei- oder mehrschichtig auszubilden, wie es im einzelnen in den deutschen Patentanmeldungen P 26 27 858, P 27 05 735 und P 27 05 733 beschrieben ist, um die Lecksicherheit zu erhöhen oder um eine Oberflächenschicht zu erhalten, die chemisch modifizierte Cellulose enthält, oder um in der Membranwand Adsorbentien einzulagern.
In den Figuren 1 bis 5 sind einige Möglichkeiten der Ausbildung des Profils bei den erfindungsgemäßen Dialysemembranen dargestellt. 1 ist jeweils die aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, bestehende Membranwand der Hohlfaser 2 dargestellt als Querschnitt senkrecht zur Fadenachse.
In Figur 1 ist eine Hohlfaser mit kreisförmigem Hohlraumquerschnitt gezeigt, die zwei symmetrisch angeordnete längslaufende Rippen aufweist.
In Figur 2 ist eine Hohlfaser mit kreisförmigen Hohlraumquerschnitt gezeigt, die vier symmetrisch angeordnete längslaufende Rippen aufweist.
In Figur 3 ist eine Hohlfaser mit kreisförmigem Hohlraumquerschnitt gezeigt, die das Profil eines dreizackigen Sterns aufweist.
In Figur 4 ist eine Hohlfaser mit kreisförmigem Hohlraumquerschnitt gezeigt, die das Profil eines fünfzackigen Sterns aufweist.
In Figur 5 ist eine Hohlfaser mit elliptischem Hohlraumquerschnitt dargestellt, die zwei symmetrisch an den Endpunkten der großen Achse der Ellipse längs des Hohl fadens verlaufende Rippen aufweist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der folgenden Beispiele erläutert.
Beispiel 1 - Herstellung einer erfindungsgemäßen Dialysemembran Aus einer Hohlfadendüse, deren Spinnschlitz an zwei gegenüberliegenden Seiten symmetrisch nach außen erweitert wa#r, wobei die Länge der Erweiterung dem 3-fachen der Spinnschlitzbreite und die Breite der Erweiterung etwa dem 1,5-fachen der Spinnschlitzbreite entsprach wurde eine Cuoxam-Celluloselösung ausgepreßt. Der Cellulosegehalt der Cuoxam-Celluloselösung betrug 9,2 %. Durch die Innenbohrung der Hohlfadensüse, deren Durchmesser dem 3-fachen der Spinnschlitzbreite entsprach, wurde als hohlraumbildende Flüssigkeit Isopropylmyristat gepreßt.
Die extrudierte Spinnlösung wurde unmittelbar in ein Koagulationsbad, das 130 g/l Natriumhydroxid, 10 g/l Ammoniak und 5 g/l Kupfer enthielt, extrudiert.
Der zum Normanncellulosekomplex umgewandelte Faden wurde durch die üblichen Bäder zur Nachbehandlung geführt und schließlich in üblicher Weise getrocknet.
Der Hohlfaden hatte einen Innendurchmesser von 215/um, eine Wandstärke von 16 um und wies an zwei gegenüberliegenden Seiten der Außenwand je einen rippenartigen Vorsprung in der Breite der Hohlfadenwandstärke und einer Länge von der 1,5-fachen Wandstärke auf. Der Innenquerschnitt war kreisförmig.
Der Hohlfaden hatte eine Zugfestigkeit,gemessen bei 50% Luft-2 feuchtigkeit und 23 tC, von 22 . 103 cN/mm und eine Dehnung von 26%. Die Doppelbrechung d n betrug 0,015.
Beispiel 2 - Verwendung der erfindungegemäßen Dialysemembran zur Hämodialyse.
Die hohe Effektivität bei der Hämodialyse der erfindungsgemäßen nach Beispiel 1 hergestellten Dialysemembran zeigen die folgenden Ergebnisse bei Dialysetests.
Bündel von 6000 dieser profilierten Dialysehohlfäden zeigten einen äußerst lockeren Aufbau, auch in nassem Zustand. Sie wurden in einen Hohlfadentestdialysator eingebaut und unter Standardisierten Bedingungen geprüft.
2 Bei einem Lösungsfluß von 200 ml/min . m2 und einem Dialysatfluß von 500 ml/min . m2 wurden folgende Ergebnisse erzielt.
Ultrafiltrationsrate 2,7 ml/h m2 . mm Hg.
Harnstoffclearance 139 ml/min und Vitamin B12-Clearance 28 ml/min.

Claims

Patentansprüche 1. Dialysemembran aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, in Form eines Hohlfadens mit durchgehendem Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt senkrecht zur Fadenachse profiliert ausgebildet ist.
2. Dialysemembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlfaden längs der Fadenachse außen ein oder mehrere rippenartige Verdickungen aufweist.
3. Dialysemembran nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Hohlfadens außen ein Profil aufweist, das einem drei- oder mehrzackigem Stern entspricht.
4. Dialysemenbran nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumquerschnitt kreisförmig ist.
5. Dialysemembran nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumquerschnitt elliptisch ist.
6. Dialysemembran nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlfaden aus zwei oder mehreren fest aneinanderhaftenden, selbsthaftenden permeablen Schichten aus regenerierter Cellulose besteht.
7. Dialysemembran nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht des Hohlfadens 1 bis 95 Gew.-% Adsorbentien enthält.