DE2904430C2

DE2904430C2 - Adsorptionsmittel zur Verwendung in künstlichen Organen

Info

Publication number: DE2904430C2
Application number: DE2904430A
Authority: DE
Inventors: Kuniaki Tokyo Hino; Yasushi Tokyo Nishimura; Yoshio Tokyo Okada; Yasuo Iruma Saitama Uehara; Kazuhiro Ichihara Chiba Watanabe
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1978-02-06
Filing date: 1979-02-06
Publication date: 1983-05-11
Also published as: NL7900894A; ES477363A1; IT7919928A0; GB2017068B; BR7900716A; JPS54105897A; GB2017068A; NL178227C; SU1088649A3; US4221695A; DE2904430A1; JPS639869B2; CA1108108A; IT1110254B; FR2416040A1; FR2416040B1

Description

1) Verformen eines Gemisches aus

a) 40 bis 94,9Gew.-% Pech mit einem Erweichungspunkt von 50 bis 350⁰C, einem Kohlenstoffgehalt von 80 bis 97%, einem

Wasserstoff/Kohlenstoff-Atomverhältnis von 03 bis 2,0 und einem Gehalt an Nitrobenzol-unlöslichem Material von weniger als 60 Gdw.-Vo,

b) 5 bis 50 Gew.-% wenigstens einer aromatischen Verbindung, d ; mit dem Pech mischbar ist und aus Benzol, Toluol, Xylol, Naphthalin, Methylnaphthalin, Dimethylnaphthalin, Anthrazen, 9,10-Benzphenanthren, Diphenyl, Diphenylmethan, Diphenyläther oder Alkylderivaten davon besteht, und

c) 0,1 bis 10 Gew.-°/o wenigstens eines kettenförmigen Kohlenwasserstoffpolymeren oder -copolymeren mit Molekulargewichten unter 500 000 aus der Gruppe Polyäthylen, Polypropylen, Polybutadien, Polystyrol sowie der Copolymeren von Äthylen und Vinylacetat,

zu Kügelchen,

2) Entfernen der aromatischen Verbindung aus den Kügelchen,

3) Unschmelzbarmachen der Kügelchen und

4) ihr Aktivieren durch Carbonisieren.

2. Adsorptionsmitel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bioverträgliche Substanz aus Albumin, Gelatine, Nitrozellulose, Zelluloseacetat, Polyhydroxyäthylmethacrylat oder Derivaten dieser Stoffe besteht.

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Die Erfindung betrifft bioverträgliche Adsorptionsmittel zur Verwendung in künstlichen Organen, wie künstlichen Nieren, künstlichen Lebern oder dgl., bestehend aus Aktivkohlekügelchen, welchs durch Zerteilen pechhalliger organischer Stoffe unter Ausbildung von Kügelchen, Überführen in den nicht schmelzbaren Zustand und Carbonisieren hergestellt und mit einem bioverträglichen Stoff versehen sind,

Patienten, die ihre renalen oder hepatischen Funktionen eingebüßt haben, leiden an verschiedenen physiologischen Störungen, die durch die Ansammlung von Toxinen in ihrem Organismus aufgrund des Versagens der normalen Organfunktion verursacht werden. Die Anzahl solcher Patienten nimmt von Jahr zu fahr zu. Unter diesen Umständen muß demnach der Aufgabe, Ersatzvorrichtungen zu entwickeln, die die Funktionen der verlorenen Organe erfüllen und diese Tojrine aus dem Organismus ausscheiden, grundsätzliche Bedeutung beigemessen werden.

Unter den bisher vorgeschlagenen künstlichen Nieren haben bisher die nach dem Prinzip der Toxinentfernung durch Blutdialyse arbeitenden die verbreitetste Anerkennung gefunden. Diese künstlichen Nieren vom Blutdialysetyp weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Dialyse von Blut sehr zeitraubend ist und die Ausrüstung viel Platz braucht. Sie sind deshalb für die Patienten nicht unbedingt ganz zufriedenstellend. In den letzten Jahren wurden Forschungsarbeiten zur Entwicklung künstlicher Nieren vom Adsorptionstyp begonnen, mit dem Zie!, diesen Nachteil auszuschließen.

Als eine modifizierte Version der künstlichen Niere ist jetzt ein Leberhii^system, das die Entgiftungsfunktion der Leber teilweise erfüllen soll, in der Entwicklung begriffen. Bezüglich der für künstliche Organe vom Adsorptionstyp zur Verwendung kommenden Adsorptionsmittel haben Aktivkohlekugeln wachsende Aufmerksamkeit gefunden, da sie Eigenschaften besitzen, die diejenigen der üblichen gepreßten oder pelletisierten Aktivkohlen übertreffen. Die JA-OS 1 48 291/1976 beschreibt zum Beispiel Aktivkohlekugeln, die man durch Formung eines Pechs auf Rohölbasis in Kugelform, wiederholtes Waschen der Kugeln nach verschiedenen Methoden und hierbei möglichst sorgfältige Entfernung der Anteile, die andernfalls Kohlestaub entstehen ließen, von den Kugeln und danach Immobilisierung des an der Aktivkohleoberfläche haftenden feinen Kohlestaubes mit Pyroxylin und dergleichen an der Aktivkohleoberfläche, erhält Daneben beschreibt die JA-OS 1 51 693/1976 Aktivkohlekugeln, die mit einem filmbildenden Stoff beschichtet sind, beispielsweise mit Pyroxylin, Polypropylen oder einem Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Copolymeren, mit dem Ziel, die Beständigkeit der Kugeln zu vergrößern und Schwierigkeiten zu vermeiden, die sich aus freiem Kohlestaub und Verbrennungsasche ergeben. Ferner werden diese Kugeln unmittelbar vor ihrer tatsächlichen Verwendung zur Blutreinigung außerdem mit Albumin und dergleichen beschichtet, um die Adhäsion und Koagulation von Blutbestandteilen an der Kugeloberfläche zu verhindern.

Beispiele der klinisch experimentellen Anwendung solcher beschichteter Atkivkohle als Adsorptionsmittel in künstlichen Organen finden sich in der Literatur, einschließlich der Berichte von Chang T. M. S. et. al., Trans. Amer. Soc. Artif. Int. Organs (1973) 314 und 16 (1970) 141 bis 149, Odaka et al., Jinkö Zoki (künstliehe Organe), Band 5, Nr. 3, Seiten 171 bis 176 (1976) und Mito et al., Jinko Zoki, Band 6, Nr. 3, Seiten 110 bis 118 (1977). Die klinischen Experimente wurden praktisch mit Patienten an verschiedenen Forschungseinrichtungen und Krankenhäusern in Japan sowie in anderen Ländern durchgeführt. Im wesentlichen sind alle für diesen Zweck verwendeten Adsorptionsmittel Aktivkohlekugeln auf Erdölbasis.

Wie aus den bereits genannten froheren Veröffentlichungen ersichtlich ist, sind die üblichen Aktivkohlekugeln auf Erdölbasis leider nicht völlig frei von Kohlestaub, der im Verlauf der Aktivkohleberstellung seinen Weg in die Materialien findet, sowie von Kohlestaub, der sich bildet,- wenn geformte Kugeln Wasch- und anderen Behandlungen unterzogen werden. Wenn diese Aktivkohlekugeln jedoch als Adsorptionsmittel in künstlichen Organen verwendet werden sollen, durch welche Blut direkt geleitet wird, so ist es ein unverzichtbares Erfordernis, daß die Kugeln mit einem filmbildenden Stoff beschichtet werden, so daß die andernfalls mögliche Freisetzung von Kohlestaub von der Kugeloberfläche ausgeschlossen und die Adhäsion von BlutbestandteUen an der Kugeloberfljlche verhindertwerden.

Nun ist jedoch das Aufbringen eines filmbildenden Stoffs auf die Oberfläche des Adsorptionsmittels nicht wünschenswert, da der aufgebrachte Stoff die Adsorptionsgeschwindigkeit der Materialien verringert, die am Adsorptionsmittel adsorbiert werden sollen, und die Molekülgröße dieser Materialien begrenzt Bei der Entwicklung von Adsorptionsmitteln für künstliche Organe aus nach üblichen Verfahren erhaltenen Aktivkohleerzeugnissen werden deshalb Anstrengungen bei der Suche eines filmbildenden Stoffes oder einem Beschichtungsverfahren unternommen, welches die Freisetzung von Kohlestaub wirksam verhindert, ohne die Adsorptionskapazität zu verringern.

Beispielsweise ist man an der Erforschung der Doppelbeschichtung unter Verwendung von verschiedenen filmbildenden Stoffen, der Mehrschichtbeschichtung unter Verwendung ein und desselben filmbildenden Stoffes und der voluminösen Beschichtung unter Verwendung nur eines filmbildenden Stoffes.

Bei den nach den oben erwähnten Beschichtungsverfahren erhaltenen Aktivkohleerzeugnissen muß man den aus dem filmbildenden Stoff erzeugten Schichten eine genügend große Dicke geben, daß der Ausschluß der Freisetzung von Kohlestaub völlig sichergestellt ist, wobei dies selbst in einem Ausmaß geschehen kann, daß die Adsorptionseigenschaften der Adsorptionsmittel, besonders bezüglich der zu adsorbierenden Stoffe mit verhältnismäßig hohen Molekulargewichten, verschlechtert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung von Adsorptionsmitteln zur Verwendung in künstlichen Organen, bestehend aus Aktivkohlekügelchen, die mit einem bioverträglichen Stoff versehen sind, nur in äußerst geringem Ausmaß Kohlestaub freisetzen, eine hohe Festigkeit aufweisen und ausgezeichnete Adsorptionseigenschaften für Stoffe mit mittleren bis hohen Molekulargewichten aufweisen und biologisch verträglich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Adsorptionsmittel gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird durch die beigefügte Zeichnung näher erläutert, welche die Beziehung zwischen dem Molekulargewicht und den Adsorptionskoeffizienten der verschiedenen Aktivkohlekügelchen wiedergibt.

Die Aktivkohlekügelchen werden in der Weise hergestellt, daß die Komponenten a) und b) des Gemisches aufgeschmolzen und gründlich vermischt werden, und zwar vorzugsweise im Bereich von 150 bis 250° C, worauf die Komponente c) zugesetzt wird. Dann wird die erhaltene geschmolzene Mischung in Wasser eingegossen, das ein Suspensionshilfsmittel enthält, und bei einer Temperatur von 50 bis 200"C, erforderlichenfalls in einem Autoklaven, gehalten und dispergiert, wodurch Kugelförmige Teilchen erzeugt werden, aus denen dann durch Extraktion das Lösungsmittel b) entfernt wird.

Das Unschmelzbarmachen der Kügelchen wird vorzugsweise in Luft durchgeführt, wobei man allmählich von Raumtemperatur beginnend aufheizt und die Behandlung bei einer Temperatur von unter 400° C

ίο abschließt. Die unschmelzbar gemachten Kügejchen werden dann in einer Stickstoff- oder Dampfatmosphäre erhitzt und verkohlt und bei 900 bis 1000^CC aktiviert Dabei erhält man kugelförmige und nur sehr gering staubende Aktivkohlekügelchen mit einer hohen Festigkeit

Das eingesetzte Pech weist vorzugsweise einen Erweichungspunkt von 150 bis 250°C auf. Dabei ist unter dem Begriff »Erweichungspunkt« die Temperatur zu verstehen, bei welcher ein Kolben eines KOKA-Fließprüfgerätes, das mit 1 g Probr beschickt ist, bei seiner Abwärtsbewegung, die beim Erhitzen der Probe mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 6°C/min unter einer Belastung von 10 kg/cm² stattfindet, zu einem ersten Halt kommt

Der Begriff »Gehalt an Nitrobenzol-uniöslichem Material« definiert einen gewichtsprozentualen Anteil an unlöslichem Material, das verbleibt wenn 1 g pulverisiertes Pech zu 100 ml Nitrobenzol gegeben und bei 40° C gelöst wird.

Gewöhnlich können alle bei Erdöl-Crackverfahren anfallenden Peche oder aus Kohle hergestellte Peche eingesetzt werden.

Die so erzeugten Aktivkohlekugeln sind echte Kugeln mit den folgenden physikalischen Eigenschaften: Teilchendurchmesser 0,1 bis 1,5 mm, Teilchendichte 0,5 bis 1,5 g/ml, spezifische Oberfläche 800 bis 1600 m²/g, Porenvolumen, gemessen im Bereich von weniger als 1 χ 10-⁸m Porenradius, nicht weniger als 0.3 ml/j und weniger als 0,5 ml/g bei Messung im Bereich von 1 χ 10'⁸m bis 1 χ 10-⁵m Porenradius. Der Aschegehalt der Aktivkohle liegt unter 0,5 Gew.-%.

Die nach dem oben beschriebenen Verfahren erhaltenen Aktivkohlekugeln sind in eine.n solchen Grad frei von Kohlestaubbildung, wie er bisher mit nach den üblichen Verfahren erhaltenen Aktivkohlekugeln nicht erreicht wurde. Sie können daher vorteilhaft in einem Adsorptionsmittel in künstlichen Organen verwendet werden, und zwar ohne schwierige Behandlung, die andernfalls für die Aktivkohle zur Entfernung von Kohlestaub erforderlich wäre.

Man erhält indem man einfach die Aktivkohlekugeln zur Adsorption eines bioverträglichen Stoffes bringt oder ihre Oberfläche mit einem bio-verträglichen Stoff (filmbildenden Stoff) beschichtet ein Adsorptionsmittel für künstliche Orgsne, daß keine Möglichkeit zur Kohlestaubbildung hat und ein bemerkenswert hohes Adsorptionsvermögen für Substanzen mit Molekulargewichten von mehr als etwa 3000 aufweist.
Die Adsorption ljs bio-verträglichen Stoffes an den Aktivkohlekugeln erreicht man durch Eintauchen der Aktivkohlekugeln in die wäßrige Lösung einer biologischen Komponente (Blutbestandteil), wie etwa Albumin, oder Heparin, Isolieren der feuchten Kugeln aus der Lösung und Trocknen der Kugeln. Werden die Aktivkohlekugeln, an dinen die biologische Komponente, wie oben beschrieben, abgeschieden wurde, als Adsorptionsmittel in einem künstlichen Organ verwendet und läßt man Blut durch das Adsomtionsmittel

fließen, dann werden Blut und die am Adsorptionsmittel abgeschiedene biologische Komponente in der Nachbarschaft der Oberfläche der Aktivkohlekugeln in einem Gleichgewichtszustand gehalten und die Aktivkohle verhält sich infolgedessen so, als wäre sie ein Teil des vitalen Systems. Das Adsorptionsmittel weist daher eine ausgezeichnete biologische Kompatibilität auf.

Die Beschichtung der Oberfläche der Aktivkohlekugeln mit einem bio-verträglichen Stoff wird erreicht, indem man einen bio-kompatiblen, filmbildenden Stoff, vorzugsweise Albumin. Gelatine, Pyroxylin, Zelluloseacetat oder Polyhydroxyäthylmethacrylat (das nötigenfalls vorher einer Quervernetzungsbehandlung unterworfen wird) gleichmäßig auf die Aktivkohlekugeloberfläche aufbringt, und zwar durch Anwendung des Phasenseparationsverfahrens, des Eintauchverfahrens oder eine andere geeignete Behandlung. Die Aktivkohlekugeln weisen ideale Oberflächenbeschichtungsbedingungen für die Beschichtung mit einem filmbildenden Stoff zusätzlich zur oben Dereits erwähnten fehlenden Kohlestaubbildung auf. Bei der Beschichtungsbehandlung haben diese Aktivkohlekugeln daher den Vorteil, daß sie durch eine einfache Behandlung gleichmäßig mit einem dünnen Film beschichtet werden können, ohne daß die Verwendung einer so großen Menge des filmbildenden Stoffs wie bisher nötig wäre. Die so erzielte Beschichtung vergrößert die Festigkeit der einzelnen Aktivkohlekugeln, ohne daß die Adsorptionseigenschaften der Kugeln bezüglich der Stoffe mit mittleren bis hohen Molekulargewichten nachteilig beeinflußt werden. Das Aufbringen des bio-kompatiblen Stoffs auf die Kugeln wird vorteilhafter durch Adsorption als durch Beschichtung bewerkstelligt, da die erstere Methode im Vergleich zur letzteren praktisch keine Verringerung der Adsorptionseigenschaft der Kügelchen selbst zur Folge hat.

Wie oben beschrieben, wird das erfindungsgemäße Adsorptionsmittel hergestellt, indem man einfach die neuentwickelten Aktivkohlekugeln eine kompatible Substanz direkt adsorbieren läßt oder sie in einem geringen Ausmaß mit dem Stoff beschichtet. Infolgedessen zeigt das erfindungsgemäße Adsorptionsmittel das volle Adsorptionsvermögen, das den Aktivkohlekugeln eigen ist und erfüllt aufgrund seiner Bio-Kompatibilität gleichzeitig vollständig seinen Zweck in einem künstlichen Organ.

Die folgenden Beispiele erläuiern die Erfindung.

Beispiel 1

1. In einem Autoklav mit einem Innenvolumen von 1 Liter wurden 300 g aus dem Erdöl-Crackverfahren erhaltenes Pech mit 100 g Naphthalin und 2Gew.-% Polyäthylen, bezogen auf das Pech, unter 2stündigem ständigen Rühren bei 180⁰C zur homogenen Lösung gemischt Das erhaltene Pechgemisch wurde in Wasser gegossen, das 0,5 Gew.-% Polyvinylalkohol enthielt und vorher auf 160⁰C erhitzt worden war, und darin durch 20minütiges Rühren bei einer Geschwindigkeit von 1200 Upm dispergiert, so daß das Pech zu kleinen, kugelförmigen Teilchen geformt wurde. Dann wurde das das dispergierte Pechgemisch enthaltende Wasser im Ganzen gekühlt und man erhielt verfestigte Pechkugeln. Die Kugeln wurden entwässert, mit η-Hexan zur Entfernung von Naphthalin extrudiert, dann in ein Wirbeibett überführt, das durch einen forcierten Luftstrom gebildet wurde, und schließlich von Raumtemperatur in einer Heizgeschwindigkeit von 30°C/Stunde auf eine Tempeatur von 300⁰C erhitzt, so daß unschmelzbar gemachte Pechkugeln erhalten wurden. Daraufhin wurden die Kugeln durch Erhitzen auf 900°C in Dampf verkohlt, dann bei 900⁰C gehalten und schließlich mit Wasser gewaschen, so daß man τ Aktivkohlekugeln erhielt.

2. In 500 ml destilliertem Wasser wurden 100 g der in (1.) erhaltenen Aktivkohlekugeln dispergiert. Dann wurden in einer Ultraschallwellen-Waschvorrichtung die dispergierten Kugeln mit Hilfe von Ultraschallwellen etwa 30 Minuten gewaschen und danach in ein Edelstahlsieb gebracht und mit fließendem Wasser gewaschen. Diese Kügelchen wurden in 200 ml eines Äthanol-Wasser-Gemisches (80:20), das 0,1 Gew.-% Polyhydroxyäthylmethacrylat enthielt, dispergiert.

υ Dann gab man zu der Dispersion allmählich 600 ml destilliertes Wasser und konnte so das Polyhydroxyäthylmethacrylat als unabhängige Phase isolieren, wodurch die erste Beschichtung der Kügelchen mit Polyhydroxyäthylmethacrylat bewirkt wurde. Die beschichteten Kugeln wurden auf ein Edelstahlsieb überführt, mit destilliertem Wasser zur Entfernung des überschüssigen Beschichtungsmaterials gewaschen und getrocknet, so daß man mit Polyhydroxyäthylmethacrylat beschichtete, staubfreie Aktivkohlekugeln erhielt.

Beispiel 2

In 500 ml destilliertem Wasser >■ urden 100 g der im Beispiel f (1.) erhaltenen Aktivkohlekugeln dispergiert. Dann wurden die dispergierten Kugeln mit Hilfe von

in Ultraschallwellen etwa 30 Minuten in der gleichen Ultraschallwellen-Vorrichtung, wie sie im Beispiel 1 (2.) benutzt wurde, gewaschen, danach in ein Edelstahlsieb gebracht und mit fließendem Wasser gewaschen.

Die Kügelchen wurden in eine wäßrige l%ige

S5 Albumin-Lösung etwa 2 Stunden eingetaucht, so daß Albumin an den Kügelchen adsorbiert wurde. Die Kugeln wurden durch Dekantieren der wäßrigen Albumin-Lösung isoliert und dann getrocknet, so daß man Albumin-behandelte staubfreie Aktivkohlekugeln erhielt.

Vergleichsbeispiel 1

Zu 500 ml destilliertem Wasser wurden 100 g übliche Aktivkohlekugeln (hergestellt nach dem in den JA-AS 18 879/1975 und 76/1967 beschriebenen Verfahren) gegeben. Die Kugeln im Wasser wurden in einer Ultraschallwellen-Waschvorrichtung 30 Minuten gewaschen. Dann wurden sie von der Waschflüssigkeit isoliert, wieder in 500 ml frisches destilliertes Wasser gegeben und der gleichen Waschbehandlung wie 7-λόγ unterzogen. In ähnlicher Weise wurden die Kugeln einer dritten Waschbehandlung unterzogen. Nach Entfernung der dritten Waschflüssigkeit wurden die gereinigten, herkömmlichen Aktivkohlekugeln mit fließendem Wasser gewaschen. Die so gereinigten Kugeln waren noch nicht vollständig kohlestaubfrei.

Danach wurden die gereinigten herkömmlichen Aktivkohlekugeln in 200 ml eines Äthanol-Wasser-Gemisches (80 :20), das 0,2 Gew.-% Polyhydroxyäthylmethacrylat enthielt, dispergiert Zu der Dispersion wurden 600 ml destilliertes Wasser zugesetzt, um eine Phasentrennung zu erreichen. Die Kugeln wurden dann auf ein Edelstahlsieb überführt und dort entwässert und getrocknet Die getrockneten Aktivkohlekugeln wurden wiederum in 200 mi eines Äthanol-Wasser-Gemisches (80:20), das 1 Gew.-% Polyhydroxyläthylmethacrylat enthielt, dispergiert Zu der Dispersion wurden dann ml destilliertes Wasser gegeben, um die Phasentren-

nung zu bewirken. Die Kugeln wurden danach auf einem Edelstahlsieb entwässert und getrocknet.

Vergleichsbeispiel 2

In 200 ml destilliertem Wasser wurden 100 g herkömmlicher Aktivkohlekugeln (gleiches Material wie im Vergleichsbeispiel l)dispergiert. Die Kugeln wurden 30 Minuten mit einer Ultraschallwellen-Waschvorrichtung gewaschen, dann aus der Waschflüssigkeit isoliert. Das Waschen der Kugeln in 500 ml destilliertem Wasser wurde insgesamt dreimal durchgeführt. Nach Entfernung der dritten Waschflüssigkeit wurden die Kugeln auf ein Edelstahlsieb überführt und unter fließendem destilliertem Wasser gewaschen.

Danach wurden die gereinigten Aktivkohlekugeln in 200 ml Äthanol-Wasser-Gemisch (80:20), das 0,2 Gew.-% Polyhydroxyäthylmethacrylat enthielt, dispergiert. Zur Dispersion wurden 600 ml destilliertes Wasser gegeben, so daß die Phasentrennung bewirkt wurde. Dann wurden die Kugeln auf ein Edelstahlsieb überführt, dort entwässert und getrocknet. Die Kugeln wurden wiederum in 200 ml Äthanol-Wasser-Gemisch (80 :20), das 1 Gew.-% Polyhydroxymethacrylat enthielt, dispergiert, gefolgt von Zugabe von 600 ml destilliertem Wasser zur Phasentrennung. Die wurden dann auf ein Edelstahlsieb überführt, entwässert und getrocknet. Zur weiteren Entfernung von Kohlestaub Tabelle I wurden die Aktivkohlekugeln einer ähnlichen Beschichtungsbehandlung unter Verwendung eines Äthanol-Wasser-Mediums (80 :20), das 3 Gew.-°/o Polyhydroxyäthylmethacrylat enthielt, unterzogen, so daß man staubfreie Aktivkohlekugeln erhielt. Die Ergebnisse der mit den gemäß der Beschreibung in den Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 erhaltenen Aktivkohlekugeln durchgeführten Versuche sind in der Tabelle III gezeigt.

Versuch 1

Eine 10 g Probe der durch Waschen oder Oberflächenbehandlung in den Beispielen 1 und 2 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 erhaltenen Aktivkohlekugeln wurde jeweils eingewogen. Die Probe wurde in einem 200 mm-Erlenmeyer-Kolben zusammen mit 150 ml destilliertem Wasser, das vorher durch einen 0,45 μπι-Membranfilter filtriert worden war, gegeben und 60 Minuten mit einem Minirüttler bei 130 Upm geschüttelt. 100 ml der im Kolben erhaltenen Flüssigkeit wurden dann durch ein 0,3 μΐη-Membranfilter geleitet, um freien Kohlestaub aus der Flüssigkeit zu sammeln. Der auf dem Filter gesammelte Kohlestaub ist auf den beiliegenden Fotografien gezeigt Man zählte diejenigen freien Kohlestoffteilchen in der Dispersion mit einem Durchmesser über 1,2 μια. Die Ergebnisse sind in der Tabelle I gezeigt

Die Fotografien zeigen die Beschaffenheit von Kohlestäuben, die aus den verschiedenen Aktivkohlekugeln freigesetzt und auf den Membranfiltern gesammelt wurden. Fotografie A 1 gibt den Waschrückstand der gereinigten Kügelchen, Fotografie A 2 den Waschrückstand der ersten Behandlung von Kügelchen mit einem Äthanol-Wasser-Medium (80:20), das 0,1 Gew.-% Polyhydroxyäthylmethacrylat enthielt, wieder. Die Fotografie A 3 gibt den Waschrückstand der Behandlung von Kügelchen mit einer wäßrigen, 1 Gew.-%igen Albuminlösung wieder. Fotografie BX zeigt den Waschrückstand der Reinigung herkömmlicher Aktivkohlekugeln, Fjtografie B 2 den Waschrückstand der ersten Behandlung herkömmlicher Aktivkohlekugeln mit einem Äthanol-Wasser-Medium (80:20), das 0,2 Gew.-% Polyhydroxyäthylmethacrylat enthielt, Fotografie B 3 den Waschrückstand der zweiten Behandlung herkömmlicher Aktivkohlekugeln mit einem Äthanol-Wasser-Medium (80:20), das 1 Gew.-% Polyhydroxyäthylmethacrylat enthielt, welche der ersten Behandlung mit einem Äthanol-Wasser-Medium (80 : 20), das 0,2 Gew.-% Polyhydroxyäthylmethacrylat enthielt, folgte. Die Fotografie 54 zeigt den Waschrückstand der dritten Behandlung herkömmlicher Aktivkohlekugeln mit einem Äthanol-Wasser-Medium (80 :20), das 3% Polyhydroxyäthylmethacrylat enthielt, die der ersten Behandlung mit einem Äthanol-Wasser-Medium (80 :20), das 0,2 Gew.-% Polyhydroxyäthylmethacrylat enthielt, und der zweiten Behandlung mit einem Äthanol-Wasser-Medium (80 :20), das 1 Gew.-°/o Polyhydroxyäthylmethacrylat enthielt, folgte.

30 Beschichtete Aktivkohlekugeln aus Beispiel 1

Beschichtete Aktivkohlekugeln aus Beispiel 2

Beschichtete herkömmliche Aktivkohlekugeln aus Vergleichsbeispiel 1 ■»ο Beschichtete herkömmliche Aktivkohlekugeln aus Vergleichsbeispiel 2

Anzahl freier

Kohlestaubteilchen

(Teilchen/ml)

praktisch keine Teilchen

100 bis 300

Obis 20

Versuch 2

Proben mit einem Gewicht von 2,0 g wurden jeweils von den Kügelchen, die man durch Waschen von Aktivkohlekugeln im Schritt (1) von Beispiel 1 erhielt und den durch die Adsorptionsbehandlung oder

so Beschichtung in Beispie! 1 (2.), Beispiel 2, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 erhaltenen Aktivkohlekug:ln wurden eingewogen. Diese Proben wurden jeweils separat in 200 ml Phosphat-Pufferlösungen von verschiedenen Stoffen mit verschiedenen Molekularge wichten (Harnstoff, Harnstoffsäure, Creatmin, Rot-102, Vitamin Bi₂, Inulin und Cytochrom) (5 bis 20 mg/dl) gegeben, zur Adsorption 3 Stunden geschüttelt, und aus den Lösungen entfernt Die verbleibenden Lösungen wurden zur Bestimmung der Konzentration der von den Kugeln adsorbierten Stoffe und dann der Adsorptionskoeffizienten auf der Basis der folgenden Formel analysiert

Adsorptionskoeffizient

{[(Konzentration vor der Adsorption) - (Konzentration nach Adsorption)]/

(Konzentration vor Adsorption)} x 100 (%)

Diese Ergebnisse sind in der beigefügten Zeichnung gezeigt. Aus dieser ist klar ersichtlich, daß

1. praktisch keine Differenz zwischen den Adsorptionseigenschaften der Kügelchen und den in Beispiel 2 erhaltenen Aktivkohlekugeln besteht;

2. bei Kügelchen, die praktisch keine Möglichkeit der Staubfreisetzung aufweisen, die nach dem Vorgehen von Beispiel 2 durchgeführte Beschichtungsbehandlung nur eine geringe Verringerung der Adsorptionseigenschaft der Kugeln zur Folge hat;

3. herkömmliche Aktivkohlekugeln in ihren Adsorptionseigenschaften merklich verringert werden, wenn sie in einem Ausmaß beschichtet werden, das zum völligen Ausschluß d>.r Staubfreisetzung ausreicht.

Die Kügelchen zeigen bei Verwendung als Adsorptionsmittel in künstlichen Organen eine im Vergleich mit den herkömmlichen Aktivkohlekugeln merklich verbes

Tabelle II

serte Adsorptiorvseigenschaft. Die Adsorptionswirkung ist besonders bemerkenswert hinsichtlich der Stoffe mit mittleren oder höheren Molekulargewichten.

Versuch 3

Proben von je 5 g wurden von oberflächenbehandelten Aktivkohlekugeln aus Beispiel 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 1 genommen. Jede Probe wurde in

ίο eine Glassäule gegeben, dann wurden 50 ml Kaninchenblut, das 5 Einheiten Heparin pro ml enthielt, in einer Geschwindigkeit von 20 ml/min über 30 Minuten durch die beschickte Säule geführt. Dann wurde der Blutstrom durch die Säule unterbrochen und das Blut aus der Säule entfernt. Die Probe wurde mit 200 ml physiologischer Kochsalzlösung gewaschen und im Stickstoffstron. getrocknet. Die getrockneten Aktivkohlekugeln wurden untersucht, um die Adhäsion von Blutplättchen und korpuskularen Biuibesianuieiieri zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in Tabelle Il gezeigt.

Adhäsion	Adhäsion von
von Blut-	korpuskularen
plättchen	Blutbestand
	teilen

Aktivkohlekugeln aus
Beispiel 1 (2.)
Aktivkohlekugeln aus
Beispiel 2

Aktivkohlekugeln aus
Vergleichsbeispiel 1

Anmerkung:

-: keine Adhäsion, + : Adhäsion.

Herstellungsbeispiele für Aktivkohlen
Herstellung des Pech-Ausgangsmaterials

Das Pech-Ausgangsmaterial A erhielt man durch Einsprühen von Rohöl aus Ceria in Dampf, der auf 2000⁰C erhitzt war, so daß es in einer Kontaktzeit von 0,005 Sekunden thermisch gecrackt wurde, Destillieren der nach raschem Abkühlen des gecrackten Öls erhaltenen teerähnlichen Substanz und Sammeln der Fraktionen mit Siedepunkten unter 430⁰C, die man bei Normaldruck berechnete. Dieses Pech hatte einen Erweichungspunkt von 201⁰C, einen Gehalt an Nitrobenzol-unlöslichem Material von 37%, einen Kohlenstoffgehalt von 95% und ein Wasserstoff/Kohlenstoff-Atomverhältnis von 034.

Pech-Ausgangsmaterial B erhielt man durch Destillieren eines als Sekundärprodukt beim Äthylen-Cracken anfallenden Rückstandsöls zur Entfernung von Fraktionen mit Siedepunkten unter 540⁰C aus dem öl, es hatte einen Erweichungspunkt von 225° C einen Gehalt an Nitrobenzol-unlöslichem Material von 21%, einen Kohlenstoffgehalt von 94% und ein Wasserstoff/Kohlenstoff-Atomverhältnis von 0,61.

Herstellung von Aktivkohle

Je 300 g der so erhaltenen Peche, 100 g Naphthalin und jedes der in Tabelle I angegebenen Polymermaterialien, die in einer Menge von 0 bis 10Gew.-%, bezogen auf das Pech, verwendet wurden, wurden in einen 1 !-Autoklaven gegeben, gemischt und unter 2-stündigem Rühren bei 180° C geschmolzen oder verflüssigt Das Gemisch wurde in in einem Autoklaven auf 160° C erhitztes Wasser, das 0,5 Gew.-% Polyvinylalkohol enthielt, gegossen und zur Umwandlung in Kugelform 20 Minuten bei 1200 Upm dispergiert, gefolgt von Abkühlen des Systems, so daß man Pechkugeln erhielt Das Wasser wurde entfernt und das Naphthalin in den Kugeln mit η-Hexan extrahiert Die Kugeln wurden dann in ein Wirbelbett gegeben, in dem sie von Raumtemperatur bei einer Heizgeschwmdigkeit von 30° C pro Stunde auf 300⁰C erhitzt wurden, so daß sie unschmelzbare Pechkugeln ergaben. Danach wurden die Kugeln zur Verkohlung in einer GasatmosphSre, die aus 50 VoL-% Stickstoff, 47 Vol.-% Dampf und 3 VoL-% Sauerstoff bestand, auf 900⁰C erhitzt und bei dieser Temperatur gehalten, so daß man kugelförmige Aktivkohle erhielt

Tabelle III Beispiele Vergleichsbeispiele

Handelsüblicher Kohle A

Handelsüblicher Kohle B

Pech-Ausgangsmaterial A

auf

Kohlebasis

auf

Kokos-

nuß-

schalen-

basis

Zugesetztes Polymer-

Poly

Athylen-

Poly

-

—

_

material

äthylen

butadien

styrol

vinyl-

äthylen

propylen

Copoly-

meres

Menge des Polymeren

0,5

3,0

7,0

1,0

3,0

1,0

3,0

0

_

(Gew.-%, bezogen auf

Pech)

Charakteristische Eigen

schaften der Kohle

Jod-Adsorption (mg/g)

960

1080

1020

960

1040

960

1100

1050

1080

1130

980

1100

Karamel-Entfärbung (%)

70

83

88

72

89

82

93

79

82

91

92

80

Dichte (g/ml)

0,57

0,55

0,52

0,57

0,52

0,58

0,51

0,57

0,59

0,56

0,45

0,48

Spez. Oberfläche (m²/g)

1000

1150

1060

1010

1050

1000

1100

1150

1200

950

ll.V)

Staubtest A (Gew.-%)

nicht

0,18

0,10

4,7

2,5

bestimm

bar

Staubtest B (%)

85

89

94

82

83

79

96

83

2

19

**o

Festigkeit (%)

98,0

99,0

98,6

98,2

97,6

96,4

99,2

98,6

95,2

94,9

84,1

85,6

Die charakteristischen Eigenschaften de«' Aktivkohle in der Tabelle wurden bestimmt wie folgt:

Bestimmungsverfahren

Jod-Adsorption:

Bestimmt nach dem in JIS K-1474 (Japan) vorgeschriebenen Verfahren

Karamel-Entfärbung:

Bestimmt nach dem in JIS K-1412 vorgeschriebenen Verfahren

Oberfläche:

Bestimmt nach dem Stickstoffadsorptionsverfahren

Staubtest A:

10 g einer Probe und 50 ml destilliertes Wasser wurden in einen Glasbehälter mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Höhe von 80 mm gegeben und bei einer Amplitude von 40 mm bei 250 Upm 30 Minuten geschüttelt Die erhaltene Suspension wurde zur Filtration durch ein 100 mesh-Sieb geleite und mit frischem destillierten Wasser gewaschen. Das Filtrat wurde zur Trockne eingedampft, dann wurde die Menge des erhaltenen feinen Staubes gemessen.

Staubtest B:

5 g Aktivkohle wurden in einem 200 ml-Erlenmeyer-Kolben gegeben, wozu man 50 ml destilliertes Wasser gab. Nach Entgasen wurde der Kolben

s dicht verstöpselt und ähnlich wie bei der obigen Methode A geschüttelt. Sofort nach dem Schütteln wurde eine Probe der überstehenden Flüssigkeit entnommen und ihre Lichtdurchlässigkeit mit Hilfe eines Spektrofotometers bei einer Wellenlänge von

ίο 660 nm bestimmt

Festigkeit:

Bestimmt nach dem Verfahren in JIS K-1474

** Beim Staubtest B fand man für die beiden handelsüblichen Kohlearten große Mengen Kohlestaub, und man verwendete 0,5 g jeder Probe zur Durchführung, konnte jedoch wenig oder keine Lichtdurchlässigkeit feststellen.
Jede der erfindungsgemäßen Aktivkohlen, die man gemäß der Vorschrift in den Herstellungsbeispielen für Aktivkohle erhalten hatte, zeigte günstige Testergebnisse, die den mit den Aktivkohlen der Beispiele 1 und 2 erhaltenen praktisch gleich sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Adsorptionsmittel zur Verwendung in künstlichen Organen bestehend aus Aktivkohlekügelchen, welche durch Zerteilen pechhaltiger organischer Stoffe unter Ausbildung von Kügelchen, Überführen in den nicht schmelzbaren Zustand und Carbonisieren hergestellt und mit einem bioverträglichen Stoff versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kügelchen aus Aktivkohle mit einem Durchmesser von 0,1 bis 1,5 mm, einer Teilchendichte von 0,5 bis 1,5 g/mL einer spezifischen Oberfläche von 800 bis 1600 qm/g, mit einem Mikroporenvolurnen von mehr als 0,3 ml/g, gemessen im Bereich des Mikroporenradius unter 1 χ 10-⁸m, und von unter 0,5 ml/g, gemessen im Bereich des Mikroporenradius zwischen 1 χ 10-⁸In und 1 χ 10-%i, und mit einem Aschegehali, unterhalb 0,5 Gew.-% bestehen und eine auf der Oberfläche der Kügelchen absorbierte oder aufgeschichtete bioverträgliche Substanz aufweisen, wobei die Aktivkohlekügelchen hergestellt sind durch