DE3047832A1

DE3047832A1 - Biomedizinische vorrichtungen

Info

Publication number: DE3047832A1
Application number: DE19803047832
Authority: DE
Inventors: Barton C. 08518 Florence N.J. Case; Marvin T. 08648 Lawrenceville N.J. Tetenbaum
Original assignee: NL Industries Inc
Current assignee: NL Industries Inc
Priority date: 1979-12-26
Filing date: 1980-12-18
Publication date: 1981-09-17
Also published as: ES497769A0; IT8026517A0; IT1212428B; ES8204749A1; AU6430580A; JPS5691757A; FR2472392A1; US4284506A; NL8006885A; GB2067580A; BE886862A

Description

Trennvorrichtungen, die vorteilhaft sind in biomedizinischen Anwendungen, wie der Nierendialyse, Hämodialyse, Hämoultrafiltration, Blutoxygenierung und dergl., sind gut bekannt. Solche Vorrichtungen bestehen im allgemeinen aus mindestens einer Trennmembran oder einem Trennelement, das in einem Gehäuse oder Behälter mit Einlaß- und Auslaßmitteln angeordnet ist. Die Trennmembran kann die Form einer Hohlfaser, eines Films, Schirms und dergl. annehmen und wird gemäß ihrer Fähigkeit ausgewählt, die gewünschte biologisch-medizinische Funktion zu erfüllen.

Während verschiedene Herstellungsmethoden für solche Trennvorrichtungen beschrieben sind, verwenden bestimmte solche Methoden das Einbetten oder Eingießen von Harzen, um die Trennmembranen in dem Gehäuse zu befestigen und das Mischen von Flüssigkeiten zu verhindern, die, wenn notwendig, an jeder Seite der Membran vorbeiströmen.

Die Eignung eines Einbettungsharzes zur Verwendung in einer Trennvorrichtung wird durch eine Anzahl von Kriterien beherrscht, die am besten in Hinsicht auf Trennvorrichtungen beschrieben werden können, die Hohlfasern verwenden.

Solche Vorrichtungen bestehen typischerweise aus einer Mehrzahl von permeablen Hohlfasern, deren Endteile in einem Dichtungsring oder -wulst eingebettet sind und sich hierdurch erstrecken, wobei der Zutritt der Flüssigkeit in das Innere der Fasern gewährleistet wird.

Die Trennelemente werden in typischer Weise in einem Gehäuse

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eingeschlossen, um eine Trennzelle zu bilden, die eine oder mehrere öffnungen besitzt, die den Durchgang einer Flüssigkeit, wie Blut, durch die lasern und einer anderen Flüssigkeit um die Fasern herum erlauben, ohne daß sich die beiden Flüssigkeiten mischen. Das Trennelement kann zwei Dichtungswulste oder einen einzigen Dichtungswulst besitzen, in welch letzterem Fall die Fasern rückwärts verdoppelt sind, so daß alle Enden zusammen endigen. Der allgemeine Aufbau des Trennelements und der Trennzelle ist ähnlich einem Rohr-und-Mantel-Wärmeaustauscher.

Patentschriften bezüglich des Standes der Technik von Hohlfasertrennvorrichtungen schließen ein die US-PSen 2 972 349, 3 228 876, 3 228 877, 3 339 34-1, 3 4-22 088, 3 423 491, 3 503 515 and ? 551 331? auf deren Offenbarungen hier Bezug genommen wird.

Der Dichtungswulst wird typischerweise abgeleitet von einem Kunstharz, das zur Einkapselung der Fasern geeignet ist, um eine Dichtung vorzusehen, die verhindert, daß die Flüssigkeit innerhalb der Hohlfasern sich mit der Flüssigkeit außerhalb der Fasern mischt.

Eine bevorzugte Klasse der Kunstharze, die zur Herstellung der Dichtungswulste geeignet ist, sind flexible Polyurethan bildende Systeme, wie sie in den US-PSen 3 362 962, 3 708 071, 3 722 965, 3 962 094 und 4 03I 012 erläutert werden, auf welche Offenbarungen hier Bezug genommen wird. Ein zentrifugales Gießen, wie es durch die US-PS 3 492 698, auf die hier Bezug genommen wird, offenbart ist, ist eine repräsentative Methode, die zur Herstellung von Dichtungswulsten verwendet wird. Gemäß einer solchen Technik wird eine Haltevorrichtung, die ein in paralleler Konfiguration angeordnetes Faserbündel enthält, in eine zentrifugenähnliche Vorrichtung plaziert, die einen Einbettungsmaterialbehälter mit Eohren, die mit den Endformen verbunden sind, einbringt. Ein geeignetes Harz ist in dem Einbettungsbehälter angeordnet, der bei einer geeigneten Temperatur gehalten wird. Die gesamte Zusammenstellung wird dann

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in Umdrehung gebracht, um das Harz abwärts zu den verbindenden Rohren durch die Zentrifugalkraft zu drücken. Das Harz fließt dabei um und zwischen die Fasern in den Endformen. Die Drehung wird fortgesetzt, bis das Harz geliert. Wenn Polyurethane als Harz verwendet werden, kann die typische Verweilzeit in der Zentrifuge von etwa 1 bis etwa 2 Stdn. bei Raumtemperatur betragen. Wenn die Drehung vollständig ist, wird das mit Harz imprägnierte Faserbündel entfernt und nachgehärtet. Die Endformen werden dann entfernt und die Faserenden durch Abschneiden des Harzwulstes rechtwinklig zu dem Faserbündel geöffnet.

Andere dichtungswulstbildende Techniken beruhen auf der Schwerkraft, um das Harz in eine die Enden der Hohlfasern enthaltende Form zu drücken. Das Harz läßt man gelieren und es wird dann nachgehärtet.

Ungeachtet der speziellen, für die Herstellung des Dichtungswulstes verwendeten Methode besitzen die hier verwendeten typischen Polyurethane ausgedehnte Gel- und Entformungszeiten.

Die gleichen Polyurethanharze, die bei der Herstellung von Hohlfasertrennvorrichtungen verwendet werden, werden zur Ausführung der gleichen Funktionen in anderen Trennvorrichtungen verwendet, worin eine Trennmembran in einer von den Hohlfasern verschiedenen Konfiguration vorgesehen ist. So sind, obgleich die Konfiguration der Trennmembranen sich in im Handel befindlichen Trennvorrichtungen unterscheiden, die Probleme der verlängerten Härtungszeiten für alle die gleichen.

In vielen Fällen werden bekannte Katalysatoren, die spezifisch die Hydroxyl-Isocyanat-Reaktionsgeschwindigkeit steigern, wie aliphatische und cycloaliphatische tertiäre Amine und lösliche Metallverbindungen, insbesondere Organozinnverbindungen, zur Steigerung der im allgemeinen langsamen Härtungszeit des Polyurethans verwendet.

Die Auswahl eines geeigneten Katalysators zur Verwendung in einem Polyurethansystem, das als Einbettungsharz für eine bio-

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medizinische Vorrichtung vorgesehen ist, wird durch die Anforderung erschwert, daß das Harzsystem nicht-toxisch sein muß. So sind die aliphatischen und cycloaliphatischen tertiären Amine wegen ihrer Toxizität ungeeignet und ihre Verwendung würde eine Gefahr darstellen, daß sie in den Flüssigkeiten zurückbleiben würden, wenn diese durch die Trennvorrichtung während deren Tätigkeit strömen. Obgleich Zinnoktoat als Katalysator verwendet wurde und nicht-toxisch ist, ist es hydrolytisch unstabil und muß zu dem Polyol an Ort und Stelle und nicht während der Verpackung zugegeben werden. Ferriacetylacetonat kann auch als Katalysator verwendet werden, aber es ist toxisch bei Mengen von etwa 0,1 Gew.-% und höher und verleiht dem Polyurethan eine dunkelrote Farbe.

So würde es einen wesentlichen Vorteil darstellen, wenn die Polyurethan bildende Zusammensetzung inhärent eine verminderte Härtungszeit, d.h. Gelzeit, und Nachhärtungszeit selbst in Abwesenheit eines Katalysators auslösen würde. Dies würde die durch die Einbringung von großen Mengen an Katalysatoren, die in der Trennvorrichtung verbleiben können, drohende Gefahr beseitigen.

Die Wahl eines geeigneten Einbettungsharzes bei der Herstellung einer Trennvorrichtung, die für die Verwendung in einer biomedizinischen Anwendung vorgesehen ist, wird weiter durch die Tatsache erschwert, daß ein Harz optimal auch eine Anzahl von anderen wesentlichen Eigenschaften auslösen sollte, wie eine annehmbare, niedere Viskosität, das geeignete Gleichgewicht zwischen Dichte, Flexibilität und Bindungseigenschaften, so daß der vorgesehene Dichtungseffekt erreicht wird, z.B. das Innere der Teile der Hohlfasern, die darin eingebettet sind, ist fähig hermetisch von der äußeren Umgebung abgeschlossen zu werden. Wie vorausgehend beschrieben, muß das Polyurethan auch nicht-toxisch sein. Dies wird erreicht, wenn die Komponenten vollständig gehärtet sind, so daß restliche Reaktionsteilnehmer nicht in den Flüssigkeiten verbleiben, die durch die Trennvorrichtung strömen.

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Das Polyurethan sollte auch zur Vermeidung der Gasentwicklung während der Verfestigung, einer minimalen oder gar keiner Änderung im Volumen während der Härtung und einer minimalen Entwicklung von Wärme beitragen.

Das Erfordernis, daß ein Einbettungsharz eine niedrige Viskosität auslöst, wie das Erfordernis, daß es eine verminderte Härtungszeit auslöst, ist ein hauptsächlich wirtschaftlicher Gesichtspunkt. Eine niedrige Mischviskosität des Polyurethan bildenden Systems würde das Harz fähig machen, wirksam und schnell um und zwischen die Hohlfasern einzudringen, wenn z.B., wie vorausgehend beschrieben, die zentrifugale Gießtechnik verwendet wird. Die Kombination von Eigenschaften, die ein Polyurethan bildendes System von niedriger Härtungszeit und niedriger Viskosität besitzt, würde daher wesentlich die wirtschaftliche Wirksamkeit von Verfahren verbessern, die dieses angewandt bei der Herstellung von Trennvorrichtungen verwenden.

Es ist bekannt, daß Polyurethane durch die Reaktion eines isocyanatterminierten Präpolymeren mit einem von einem Lacton abgeleiteten Polyesterpolyol hergestellt werden können. Von einem Lacton abgeleitete Polyesterpolyole können durch Reaktion eines Lactons mit einem polyfunktionellen Alkohol hergestellt werden. Solche Lactonpolyester sind gut bekannt und in den US-PSen 2 977 585, 3 523 101, 3 591 561, 3 660 357 und 3 663 515 beschrieben, auf welche Offenbarungen hierin Bezug genommen wird, sowie auch die GB-PS 1 076 871» die BE-PS 817 879, die japanische Patentschrift 76-76388 und die DE-AS 1 936 587. Die US-PS 2 977 385 offenbart z.B. Lactonaddukte, die vorteilhaft bei der Herstellung von Polyurethanen als Weichmacher und als Zwischenprodukte zur Herstellung von Elastomeren und Schäumen sind. Die Lactonaddukte werden hergestellt durch Reaktion eines Lactons mit mindestens 6 Kohlenstoffatomen im Ring mit irgendeinem einer Anzahl von Initiatoren. Diese Initiatoren schließen ein monofunktionelle Alkohole, monofunktionelle Amine, Diole und höher funktioneile Alkohole, Polyamine usw. Die Verwendung jedoch von Polyurethanen, hergestellt aus solchen Lactonaddukten als Einbettungsmittel in

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Trennvorrichtungen,wird nicht in einer der vorausgehend angegebenen Patentschriften offenbart.

Die Suche nach Wegen zur Verbesserung der Kostenwirksamkeit von Trennvorrichtungen zur Verwendung in biomedizinischen Anwendungen und Verfahren.zur Herstellung derselben wurde daher fortgesetzt. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem.

In einer Hinsicht betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Trennvorrichtung, die zur Verwendung bei einer biomedizinischen Anwendung geeignet ist, worin mindestens eine Trennmembran in einem Gehäuse in einer Weise befestigt ist, die ausreichend ist, um die ausgewählte biomedizinische Punktion zu erfüllen, mittels einer gehärteten Polyurethanzusammensetzung, die durch Reaktion einer ersten Komponente, umfassend ein WCO-terminiertes Präpolymeres mit einer zweiten Komponente, umfassend mindestens ein Polyol, gebildet wurde.

Die Verbesserung umfaßt die Verwendung des Reaktionsprodukts als Polyurethanzusammensetzung mindestens eines NCü-terminierten Präpolymeren und mindestens eines hydroxylterminierten Lactonpolyesters, umfassend das Reaktionsprodukt von mindestens einem Lacton der allgemeinen Formel

R - CIHCR₀-) C = O

ι / η ι

worin η eine ganze Zahl von 1 bis etwa 10 ist und ß ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff, Alkyl-, Cycloalkyl- und Alkyoxygruppen mit etwa 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen und mindestens eines gesättigten difunktionellen Polyols, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (a) Glykolen der allgemeinen Formel

HO-CH₂-(CR' 2^CH₂-OH

worin η eine ganze Zahl von etwa 0 bis etwa 12 ist und R¹ aus-

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gewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff und einer Alkylgruppe mit etwa 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen, und (b) cycloaliphatischen Polyolen der allgemeinen Formel

-R-Y -R-Y

worin R eine Alkylgruppe mit etwa 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen und Y eine primäre Hydroxylgruppe ist.

In weiterer Hinsicht betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbesserung in dem Verfahren zur Herstellung der vorausgehend angegebenen Trennvorrichtung. Die Verbesserung umfaßt die Reaktion des vorausgehend beschriebenen Lactonpolyesters mit einem NCO-terminierten Präpolymeren.

Die Trennvorrichtung der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zur Herstellung schließt eine ein Zweikomponentenpolyurethan bildende Zusammensetzung ein, die als erste Komponente mindestens ein NCO-terminiertes Präpolymeres und als zweite Komponente mindestens ein von einem Lacton abgeleitetes PoIyesterpolyol umfaßt.

Das NCO-terminierte Präpolymere wird durch das Reaktionsprodukt von mindestens einem polyfunktionellen Alkohol und mindestens einem polyfunktionellen Isocyanat gebildet. Die geeignete Auswahl der Reaktanten, die zur Herstellung des NCO-terminierten Präpolymeren für eine nicht toxische Verwendung in einer biomedizinischen Vorrichtung verwendet wird, ist dem Fachmann auf diesem Gebiet gut bekannt, wenn er sich an die vorausgehend beschriebenen Erfordernisse für das Einbettungsharz .richtet.

Daher schließen repräsentative Beispiele der Polyisocyanate, die bei der Herstellung des NCO-terminierten Präpolymeren verwendet werden können, aromatische Isocyanate, wie sie durch die Di- und Triisocyanate der Benzol- und Naphthalinreihen und Mischungen davon illustriert werden, ein. Beispiele von aromatischen Isocyanaten, die verwendet werden können, schließen ein

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Diphenylmethan-4,4¹-diisocyanat (MDI); Toluol-diisocyanat-(2,4/2,6); Toluol-2,4-diisocyanat; Toluol-2,6-diisocyanat; m-Phenylendiisocyanat; Xenylen-4,4'-diisocyanat; Naphthalin-1,5-diisocyanat; Diphenylen-4,4'-diisocyanat; Diphenylenäther-4,4'-diisocyanat und 4,4' ^"-triphenylmethantriisocyanat. Polymere Isocyanate, wie Polymethylenpolyphenylenpolyisocyanate können verwendet werden, wenn die Abwesenheit von Farbe nicht erforderlich ist. Andere aromatische Diisocyanate, die vorteilhaft sind, schließen niedere alkylsubstituierte Derivate und Alkoxyderivate ein.

Aliphatisch^ Diisocyanate, wie J-

methylcyclohexylisocyanat (IPDI), 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat, Hexamethylen-1,6-diisocyanat und Trimethylhexamethylendiisoc: anat,können auch verwendet werden. Andere aromatische und aliphatische Isocyanate sowie ihre Mischungen können auch bei der Präpolymerherstellung verwendet werden.

Repräsentative Polyole, die zur Reaktion mit den Isocyanaten unter Bildung der NOO-terminierten Präpolymeren verwendet werden, schließen ein Ricinusöl, Polyätherpolyole (d.h. hydroxyterminierte) unter Einschluß der Addukte von Propylenoxyd oder Äthylenoxyd und mindestens einem Polyol, wobei ein Beispiel für das letztere Propylenglykol, Trimethylolpropan, 1,2,6-Hexantriol, Glycerin und Pentaerythrit ist, und PoIytetramethylenätherglykolen.

Handelsgrade von Ricinusöl sind im allgemeinen hierin für die Verwendung bei der Präpolymerbildung geeignet. Ricinusöl ist ein natürlich vorkommendes Triglycerid von Ricinolsäure und enthält daher mindestens drei Hydroxygruppen. Obwohl die Zusammensetzung von Ricinusöl nicht genau definiert werden kann, wird im allgemeinen angenommen, daß seine Estergruppen üblicherweise 80 bis 92 % Ricinolsäure, 5 bis 7 % Linolsäure, 0 biü 9 > ölsäure und 0 bis 1 % Palmitinsäure sind.

Polyolesterderivate, die durch Reaktion von zweiwertigen niederen aliphatischen Polyolen mit aliphatischen Dicarbonsäuren,

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Anhydriden oder Hydroxycarbonsäuren gebildet werden, sind auch für die Herstellung des Präpolymeren geeignet. Repräsentative Beispiele von aliphatischen, zweiwertigen Alkoholen, die zur Herstellung von Polyesterpolyolen geeignet sind, schließen ein Äthylenglykol, Propylenglykol, Hexylenglykol, Diäthylenglykol, Dipropylenglykol und Hexamethylenglykol. Die zur Herstellung der Polyolmonoester geeigneten Carbonsäuren können gesättigt oder ungesättigt sein. Beispiele der Klasse von Hydroxysäuren, die verwendet werden können, schließen ein Ricinolsäure, 12-Hydroxystearinsäure, Hydroxypalmitinsäure, Hydroxypentadecansäure, Hydroxymyristinsäure, Hydroxydocosansäure, Hydroxycerotinsäure usw. Beispiele von aliphatischen Garbonsäuren schließen ein Adipinsäure, Glutarsäure, Pimelinsäure, Malonsäure, Fumarsäure,und dergl.

Die bevorzugten Polyolesterderivate ergeben sich von Ricinolsäure, wie Äthylenglykolmonoricinoleat.

Das Isocyanat und Polyol reagieren typischerweise bei NCO/OH-Äquivalentgewichtsverhältnissen von etwa 2:1 bis etwa 12:1 und vorzugsweise von etwa 4:1 bis etwa 7^;1·

Die bevorzugten NCO-terminierten Präpolymeren umfassen das Reaktionsprodukt einer Mischung von Polyoxypropylenglykol und Ricinusöl mit (1) Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (MDI) oder (2) einer Mischung von MDI mit J-Isocyanatomethyl-J^^-trimethylcyclohexylisocyanat.

Die von einem Lacton abgeleiteten Polyesterpolyole, die als die zweite Polyolkomponente verwendet werden und die die hier beschriebenen unerwarteten Eigenschaften besitzen und der Polyurethanzusammensetzung verleihen, sind die Reaktionsprodukte eines Lactons und eines polyfunktionellen Alkohols.

Das bei der Herstellung des Polyesterpolyols verwendete Lacton kann irgendein Lacton oder eine Kombination von Lactonen sein, die mindestens drei Kohlenstoffatome in dem Lactonring besitzen, und kann durch die folgende allgemeine Formel wiedergegeben

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werden_:

worin η eine ganze Zahl von mindestens 1 ist und typischerweise von etwa 1 bis etwa 10 betragen kann, vorzugsweise von etwa bis etwa 10, und insbesondere von etwa 5 bis etwa 10, R ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff, Alkyl-, Cycloalkyl- und Alkoxyresten mit etwa 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise von etwa 1 bis etwa 3 Kohlenstoffatomen. Vorzugsweise sind mindestens (n+2)R-Gruppen Wasserstoff. Repräsentative Beispiele solcher Substituenten schließen ein Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, Methoxy-, Ä'thoxy- und Cyclohexylrest'..

Das bevorzugte Lacton ist Caprolacton.

Der bei der Herstellung des von einem Lacton abgeleiteten PoIyesterpolyols verwendete polyfunktionelle Alkohol ist auf gesättigte, aliphatisch^ und cycloaliphatische primäre Alkohole beschränkt, die eine Hydroxylfuhktionalität von mindestens 2 besitzen. Solche Alkohole schließen Glykole der Formel ein:

II

worin η eine ganze Zahl ist, die von 0 bis etwa 12 variieren kann; vorzugsweise von etwa 0 bis etwa 8, und insbesondere von etwa 0 bis etwa 4, und R¹ Wasserstoff oder Alkyl mit etwa 1 bis etwa 6, vorzugsweise von etwa 1 bis etwa 3 Kohlenstoffatomen, sein kann.

Repräsentative Beispiele solcher Glykole schließen ein Ä'thylenglykol, 1,4~Butandiol, 1,6-Hexandiol, 1,5-Pentandiol, 1,7-Heptandiol, 1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, Neopentylglykol und dergl.

Die primären, gesättigten cycloaliphatischen Alkohole können durch die folgende Strukturformel wiedergegeben werden:

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'-^γ in

-Y

worin R eine Alkylgruppe mit etwa 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise etwa 1 bis etwa 3 Kohlenstoffatomen, und Y eine primäre Hydroxylgruppe ist.

Beispiele von geeigneten Alkoholen gemäß der Strukturformel III schließen ein 1,4—Cyclohexandimethanol und 1,4-Cyclohexandiäthanol.

Andere geeignete primäre Alkohole schließen diejenigen ein, die eine Funktionalität von größer als zwei besitzen, wie Trimethyloläthan, Trimethylolpropan, Triäthanolpropan und Pentaerythrit .

Die bei der Herstellung des von einem Lacton abgeleiteten Polyesters verwendeten bevorzugten polyfunktionellen Alkohole schließen ein 1,6-Hexandiol, 1,5-Pentandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Trimethyloläthan und Neopentylglykol.

Das bevorzugte von einem Lacton abgeleitete Polyesterpolyol ist das Reaktionsprodukt von Caprolacton und 1,6-Hexandiol.

Das Lacton und der polyfunktionelle Alkohol werden bei einem Molverhältnis von etwa 1:1 bis etwa 1:3 und vorzugsweise von etwa 1:1 bis etwa 1:2 zur Reaktion gebracht.

Verfahren zur Herstellung von Lactonpolyesterpolyolen sind gut bekannt und sind in den US-PSen 2 933 477, 2 933 478, 3 591 561 und 2 914 566 offenbart, auf die bereits vorausgehend Bezug genommen wurde. Die Lactonpolyester der vorliegenden Erfindung können günstigerweise hergestellt werden durch Zusammenmischen mindestens eines Lactons, vorzugsweise Üaprolactons, und mindestens eines polyfunktionellen Alkohols und

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Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur von etwa 160⁰C bis etwa 225⁰C und vorzugsweise von etwa 180⁰C "bis 205°G. Die Reaktanten werden dem Eeaktionsgefäß unter einer Stickstoffatmosphäre zusammen mit einem kleinen Anteil an Toluol zugeführt, das ein Azeotrop bildet, wenn immer Wasser anwesend ist, wobei ein "trockenes" Eeaktiossystem gebildet wird. Nach Kühlen der entstehenden Lösung auf etwa 180⁰C wird ein katalytischer Anteil an Benzoylchlorid zugegeben. Die Lösung wird bei etwa 180 bis 185⁰C während etwa 7 bis 10 Stdn. gehalten, bis die Reaktion vollständig ist, was durch das Verschwinden von Lacton angezeigt wird, was z.B. durch Gaschromatographie gemessen werden kann.

Die Reaktion von Lacton und Polyol kann auch durch p-Toluolsulfonsäure katalysiert werden. Stöchiometrische Anteile von Lacton und Alkohol werden in Gegenwart von etwa 0,5 Gew.-ft> p-Toluolsulfonsäure durch Erhitzen und Rühren bei etwa 125 bin 160⁰C innerhalb etwa 4- bis 6 Stdn. zur Reaktion gebracht. Das gekühlte Produkt wird mit einem gleichen Volumen Chloroform verdünnt und mit 10 %-iger Natriumbicarbonatlösung extrahiert, um den Katalysator zu entfernen. Das Lösungsmittel wird dann abgestreift, z.B. auf einem Drehverdampfer, um eine gute Ausbeute an leicht gelben Polyolen zu erbringen.

Bei der Reaktion von Lacton mit polyfunktionellem Alkohol ist anzunehmen, daß das Polyol den Lactonring öffnet, um ein Addukt zu ergeben, das endständige Hydroxygruppen besitzt, die fähig sind, weitere Lactonringe zu öffnen, wobei mehr und mehr Lacton dem Molekül zugefügt wird.

Das Molekulargewicht der aus der Reaktion des Polyols und Gaprolactons entstehenden Polymeren kann vorteilhafterweise aus der durchschnittlichen Anzahl von Carboxyl- und Hydroxylgruppen in einen gegebenen Anteil an Polyester bestimmt werden. Die Säurezahl (Milligramm KOH pro Gramm Polyester unter Verwendung von Phenolphthalein als Indikator) ist ein Maß für die Anzahl an endständigen Carboxylgruppen in einem Polyester. Die Hydroxylzahl, die ein Maß für die Anzahl von endständigen Hydroxyl-

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gruppen ist und definiert wird in der Angabe von Milligramm KOH pro Gramm Polyester, wird durch Zugabe von Pyridin und Essigsäureanhydrid zu dem Polyester und Titrieren der mit KOH gebildeten Essigsäure bestimmt, wie es in Ind. Eng. Chem., Anal. Ed., Band 16, Seiten 54-1-54-9 und in End. Eng. Chem., Anal.. Ed., Band 17, Seite 394- beschrieben ist. Die Summe der Säure- oder Carboxylzahl und der Hydroxylzahl, bezeichnet als die Reaktionszahl, ist ein Hinweis auf die durchschnittliche Anzahl von endständigen Gruppen, die in dem Polyester anwesend sind und daher folglich ein Hinweis auf die Anzahl von Molekülen in der Masse und auf den Polymerisationsgrad. Ein langkettige Moleküle enthaltender Polyester wird eine relativ niedrige Reaktionszahl besitzen, während ein kurzkettige Moleküle enthaltender Polyester eine relativ hohe Reaktionszahl besitzen wird.

Es ist bevorzugt, die Ausgangslactone und das Polyol und ihre relativen Anteile so auszuwählen, daß Polyester mit einer so niedrig wie möglichen Carboxylzahl gebildet werden, z.B. weniger als etwa 2 und vorzugsweise weniger als etwa 1, und eine Hydroxylzahl zwischen etwa 100- und etwa 600, vorzugsweise zwischen etwa 225 und. etwa 500, so daß das zahlenmittlere Molekulargewicht des Polyesters im Bereich von etwa 200 bis etwa 1000 und vorzugsweise von etwa 200 bis etwa 500 liegen wird.

Das geeignete Molekulargewicht wird ausgewählt, um der Polyurethanzusammensetzung optimale Eigenschaften zu verleihen.

Der Anteil von dem von einem Lacton abgeleiteten Polyesterpolyol, das zu der NCO-terminierten Präpolymerzusammensetzung zugegeben wird, sollte ausreichend sein, um eine Reaktion mit den nach der Herstellung des Präpolymeren verbleibenden freien Isocyanatgruppen zu ergeben, aber vorzugsweise wird ein nicht zu niedriger oder zu großer Überschuß verwendet. Ein zu niedriger Anteil ergibt ein gehärtetes System, das zu hart ist, während übermäßige Anteile eine unerwünschte Weichmacherwirkung ergeben. Der geeignete Anteil an erforderlichem Vernetzungsmittel, um richtig mit dem Präpolymeren zu reagieren, kann leicht durch

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dem Fachmann bekannte Berechnungen bestimmt werden.

Demgemäß wird das NCO-terminierte Präpolymere vorzugsweise mit dem von einem Lacton abgeleiteten Polyesterpolyol bei Gewichtsverhältnissen von etwa 20:80 bis etwa 80:20 und vorzugsweise von etwa 30:70 bis etwa 65:35 gemischt.

Die zur Verwendung in den Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung geeigneten Polyurethane werden vorzugsweise nicht durch Eeaktion eines Lactons, eines Polyols und eines NCO-terminierten Präpolymeren in einer einzigen Stufe hergestellt. Bei einer solchen Reaktion reagieren einige der Hydroxylgruppen des Polyols direkt mit Isocyanatgruppen, wobei sich ein Polyurethan ergibt, das der vorteilhaften Eigenschaften der gemäß der vorliegend'^ Erfindung verwendeten Polyurethane ermangelt.

Polyurethanzusammensetzungen, die wie vorausgehend beschrieben hergestellt sind und das Reaktionsprodukt von mindestens einem NCO-terminierten Präpolymeren und mindestens eines der von dem Lacton abgeleiteten Polyesterpolyolen gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, sind gekennzeichnet durch ein Gleichgewicht an Eigenschaften, die die Zusammensetzungen unerwartet vorteilhaft zur Verwendung als Einbettungsmittel in biomedizinischen, durch die Zentrifugengießmethode hergestellten Vorrichtungen macht.

Wenn das von einem Lacton abgeleitete Polyesterpolyol mit dem NCO-terminierten Präpolymeren gemischt wird, ist die entstehende Zusammensetzung gekennzeichnet durch eine niedrige Mischviskosität, die das leichte Eindringen derselben, wo es gewünscht wird, z.B. zwischen und um die Hohlfasern, beschleunigt .

Die Mischviskosität der Polyurethane ist die Viskosität, wie sie mittels einer Standard-Brookfield-Viskositätsmessung der Mischung des NCO-terminierten Präpolymeren und des Lactonesters bestimmt wird, gemessen 2 Min. nach dem Mischen. Die PoIyurethanzusainmensetzungen nach der vorliegenden Erfindung be-

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sitzen eine Mischviskosität von weniger als etwa 4000 cps, vorzugsweise weniger als etwa 2500 cps und insbesondere weniger als etwa 1000 cps.

Die Reaktionsfälligkeit der das Polyurethan bildenden Zusammensetzung ist auch durch eine verbesserte Gelzeit, Nichtflußzeit und Entformungszeit gekennzeichnet.

Um die Gelzeit zu bestimmen, wird eine Probe (z.B. 50 g) der Präpolymeren/Lacton-abgeleiteten Polyesterpolyolmischung in einen 50 ml Becher eingebracht. Ein runder, hölzener Splint wird verwendet, um die Oberfläche der Mischung zu brechen, und wird dann abgezogen. Das Verfahren des Brechens der Obei:fläche und Abziehens des Splints wird kontinuierlich wiederholt. Die Gelzeit ist der Zeitpunkt, bei dem ein Polymerfaden nicht langer aus der Mischung gezogen wird, sobald der Splint entfernt wird. Die Polyurethan bildenden Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung besitzen Gelzeiten von nicht größer als etwa 60 Min. und typischerweise von etwa 10 bis etwa 60 Min. und insbesondere von etwa 10 bis etwa 20 Min.

Zur Messung der Nichtflußzeit wird der Becher auf seine Seite gelegt, sobald die Mischung polymerisiert. Die Nichtflußzeit ist der Zeitpunkt, bei dem das Polymere nicht absinkt oder abtropft, nachdem der Becher 30 Sek. lang auf seiner Seite gelegen hat. Die Polyurethanzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung besitzen Nichtflußzeiten bei 25°C von etwa 10 bis etwa Min. und vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 30 Min.

Der Polymerpfropfen wird aus dem Becher zur Messung der Entformungszeit entfernt. Bald nach Entfernung aus dem Becher hat das Polymere eine flüssiges Anfühlen und wird eingedrückt, wenn es mit dem Finger gepreßt wird. Die. Entformungszeit ist die Zeit nach dem Mischen, bei der der Polymerpfropfen sich elastisch anfühlt, eher als flüssig, und dem Pingereindringen widersteht. Die Polyurethanzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung besitzen Entformungszeiten bei 25°C von etwa 15 bis etwa 240 Min. und vorzugsweise von etwa 15 bis etwa 30 Min.

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Die niedrige Viskosität und hohe Reaktionsfähigkeit der Polyurethan bildenden Zusammensetzungen, die für die Verwendung in Trennvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, erlauben eine wesentliche Verminderung in der Zeit, die erforderlich ist, um die Vorrichtungen durch die Zentrifugiergießtechnik herzustellen. Weiterhin erfordert wegen der hohen Reaktionsfähigkeit der Lactonpolyester mit dem NCO-terminierten Präpolymeren die Polymerisation,nicht die Verwendung eines Katalysators, um die Trennvorrichtung und das Verfahren zur Herstellung derselben kosteneffizient zu machen. Die gewöhnlich bei der Reaktion eines NCO-terminierten Präpolymeren mit einem Polyol, wie vorausgehend beschrieben, verwendeten Katalysatoren ergeben, wenn sie in einer großen Menge anwesend sind, potentielle Toxi':itätopr ob lerne, wenn das entstehende Polyurethan in Trennvorricrjungen mit biomedizinischer Anwendung verwendet wird. Die Abwesenheit eines Katalysators in dem vorliegenden System beseitigt solche potentiellen Probleme.

Es ist ein weiterer Vorteil der hier beschriebenen Polyurethan bildenden Zusammensetzungen, daß die das Polyurethan bildende Zusammensetzung wesentlich empfänglicher gegenüber der Anwesenheit eines Katalysators infolge ihrer hohen Reaktionsfähigkeit ist als andere Systeme des Standes der Technik. Daher sind, wenn überhaupt ein Katalysator verwendet werden muß, die verwendeten Anteile (z.B. weniger als etwa 2 %, vorzugsweise von etwa O_t2 Jo bis etwa 1 %) zur Ausübung einer wesentlichen katalytischen Wirksamkeit viel geringer als die erforderlichen Anteile durch die üblichen Polyurethansysteme, wobei wesentlich die potentiellen Toxizitätsprobleme vermindert werden.

Geeignete Katalysatoren schließen ein Dibutylzinndilaurat und einen tertiären Aminbeschleuniger, abgeleitet von Ricinolsäure der allgemeinen Formel

H · OH

C-CH₂-CH ^⁰"³

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Die gehärteten Polyurethanzusammensetzungen besitzen annehmbare Härtewerte zur Verwendung in biomedizinischen Trennvorrichtungen. Die Härte des vollständig ausreagierten Polymeren wird nach dem Standardtest ASTM D2240-75 gemessen. Die gehärteten Zusammensetzungen besitzen eine Shore-Härte von 4OA bis 85D und insbesondere von etwa 5OD bis etwa 7OD.

Zusätzlich zu den vorausgehend beschriebenen Eigenschaften ergeben die in den Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung verwendeten Polyurethanzusammensetzungen eine helle Farbe, gute hydrolytische Stabilität, eine Widerstandsfähigkeit gegen niedere Temperatur und sind nicht spröde.

Bei der Herstellung von Hohlfasertrennvorrichtungen, die an die katalytisch Polyurethan bildende Zusammensetzung angepaßt sind, können die Hohlfasern aus einem weiten Bereich von in dem Stand der Technik gut bekannten Polymeren gebildet werden, um für biomedizinische Anwendungen geeignet zu sein. Solche Fasern schließen diejenigen ein, die aus Verbindungen hergestellt werden, die -OH, -NHp und =NH Gruppen enthalten.

Repräsentative Beispiele von solchen Verbindungen schließen ein Zellulose, Zelluloseacetat, Zelluloseäther, Polyamide, Polyacrylamide, Polysulfone, Polyester, Polycarbonate, Polyurethane, Polysaccharide und Proteine im allgemeinen, wie. Casein, Collagen und dergl. Bevorzugte Fasern schließen ein Zellulose und Zelluloseacetat.

Wie vorausgehend beschrieben kann der Dichtungswulst bzw. -ring für Hohlfasertrennvorrichtungen auf eine Anzahl von im Stand der Technik gut bekannten Wegen gebildet werden, wobei die bevorzugte Methode das Zentrifugengießen ist, wie es in der US-PS 3 492 698 erläutert wird.

Im allgemeinen werden Hohlfasern in einem im wesentlichen parallelen .Bündel von etwa 1000 bis 20000 oder mehr Fasern nach einer Anzahl von Methoden hergestellt. Eine solche Methode ist es, eine Faser kontinuierlich Ende an Ende auf einem stab-

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förmigen Dorn mit Festhalteklammern an dem anderen Ende zu wickeln. Die im wesentlichen parallelen Fasern werden dann in eine Haltevorrichtung mit Endformen, wie in der vorausgehend erwähnten US-PS 3 492 698, eingeführt.

Die Polyurethan "bildenden Zusammensetzungen werden typischerweise in zwei Stufen gehärtet. In der ersten Stufe, die hier als Vorhärtung bezeichnet wird, werden sie Temperaturen von etwa 25 "bis etwa 75°C und vorzugsweise von etwa 25 bis etwa 5O⁰C unterworfen. Die Polyurethanzusammensetzung wird als vorgehärtet angesehen, wenn sie "bis zu dem Punkt geliert ist, bei dem sie nicht fließf,ji wird, wie es durch den hier beschriebenen Geltest bestimmt wird. Die Weise, in der das Harz vorgehärtet wird, kann variieren und wird von dem besonderen Apparat abhängen, der zur Herstellung der Hohlfasertrennvorrichtunp; verwendet wird.

Z.B. wird die Haltevorrichtung, die das Faserbündel enthält, in typischer Weise in eine zentrifugenähnliche Vorrichtung cestellt, die ein Einbettungsmaterialreservoir mit Rohren aufweist, die es mit den Endformen verbindet. Die Mischung aus der Lactonpolyesterpolyolkomponente und dem üiCO-terminierten Präpolymer en können gemischt und in das Einbettungsreservoir gestellt v/erden, worin sie bei den vorausgehend beschriebenen Vorhärtungstemperaturen gehalten wird, und die gesamte Zusammenstellung wird dann in Umdrehung gebracht, um eine Kraft von 2 bis 200 g nahezu parallel zu dem Faserbündel auszuüben. Das Harz wird dann abwärts zu den verbindenden Rohren durch die g-ICraft gedruckt und fließt um und zwischen die Fasern zu den Endformen. Die Endformen können gegebenenfalls auch auf die vorausgehend beschriebenen Vorhärtungstemperaturen erhitzt werden. Das Verfahren wird fortgesetzt bis das Reservoir frei von Harz ist. Alternativ kann das Einbettungsmaterial in die Haltevorrichtung bei Raumtemperatur eingeführt werden und in die Endformen gedrückt werden, die auf die vorausgehend beschriebenen Vorhärtungstemperaturen erhitzt werden.

Die Rotation wird fortgesetzt bis das Polyurethan geliert int,

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COPY

d.h. zu einem nichtfließbaren Zustand erstarrt ist.

Die Verwendung der Lactonpolyester erlaubt eine Verminderung in den Zentrifugenzeiten (d.h. Gel- oder Vorhärtungszeiten) auf etwa 5 bis etwa 30 Min., vorzugsweise auf etwa 10 bis etwa 25 Min. (z.B. 20 Min.) bei den vorausgehend beschriebenen Vorhärtungstemperaturen. Höhere Vorhärtungstemperaturen bis zu etwa 75°C erlauben zunehmend kürzere Zentrifugenzeiten. Ein Vorhärten bei Raumtemperatur ist bevorzugt, da dies eine wesentliche Ersparnis im Energie- und Kostenverbrauch durch die Verminderung der Zeit ergibt, während der die Zentrifuge mit Jeder Partie an Hohlfasern in Betrieb ist, im Vergleich mit derjenigen, die erforderlich ist, wenn übliche Polyole verwendet werden.

Nachdem das Polyurethan vorgehärtet (d.h. geliert) ist, wird das Faserbündel entfernt und die Einheit in einen Ofen für die zweite Härtungsstufe, die hier als Nachhärtung bezeichnet wird, eingebracht. Die Nachhärtungstemperaturen können von etwa 25 C bis etwa 75 C, vorzugsweise von etwa 45 bis etwa 65 C (z.B. 50 C) variieren. Die Nachhärtungszeiten, die hier auch als Entformungszeiten bezeichnet werden, können von etwa 30 bis etwa 180 Min. und vorzugsweise von etwa 30 bis etwa 60 Min. bei den vorausgehend beschriebenen Nachhärtungstemperaturen variieren.

Alternativ kann die Vor- und Nachhärtung in einer einzigen Stufe erzielt werden, indem man das Harz bei Temperaturen von etwa 25 bis etwa 75 C innerhalb einer Zeitdauer von etwa 10 bis etwa 180 Min. (z.B. 60 Min.) verbleiben läßt.

Die Endformen werden dann entnommen und 'die eingebetteten Fasern durch einen Schnitt durch' den Dichtungswulst i'echtwinklig zu dem Faserbündel geöffnet. Es ergibt sich ein Bündel, in dem das eingebettete Ende oder Enden eine strukturelle Ganzheit und runde, offene Fasern aufweist.

Obwohl die vorliegende Beschreibung in erster Linie auf Hohl-

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fasertrennvorrichtungen gerichtet ist, die die hier "beschriebene Polyurethan "bildende Zusammensetzung verwenden, bezieht sich die Erfindung auch auf die Verwendung der vorerwähnten Zusammensetzung in Verbindung mit den vorausgehend beschriebenen Härtungsteniperaturen und -zeiten in jeder Trennvorrichtung, die für biomedizinische Anwendungen verwendet werden soll, und wobei das Einbetten einer Trennmembran in ein nicht toxisches Einbettungsharz erforderlich ist. Der Ausdruck Trennmembran, wie er hier verwendet wird, charakterisiert die Konfigurationen, in die eine Substanz gebracht werden kann, um die Punktion der Auswahl, Filtrierung oder Trennung eines Materials von einem Medium, das es enthält, zu erfüllen und schließt solche Konfigurationen, zusätzlich zu Hohlfasern, wie Filme, Siebe, Schäume, Schwäjime und dergl. , ein.

Solche Trennvorrichtungen schließen diejenigen ein, die als Bluttransfusionsfilter verwendet werden können, wie als Tiefenfilter, Schirmfilter und Kombinationen von Tiefen- und Schirrafiltern. Beim Typ des Tiefenfilters ist Blut, das durch die Zwischenräume des Filters fließt, einer großen Fremdoberfläche ausgesetzt und Mikroaggregate in dem Blut (z.B. Blättchen, weiße Zellen und mattiertes Fibrin) werden durch Adhäsion an das Filtriermedium entfernt. Filter von Schirmtyp bewirken die Filtrierung durch Sieben, d.h. durch einen mechanisch hindernden Durchgang von Teilchen, die größer als die Schirmporengröße sind. Die Filter vom Kombinationstyp kombinieren die Filtrierungsweisen sowohl des Tiefen- als auch des Schirmfilters. Repräsentative Trennmembranen, die bei solchen Bluttransfusionsvorrichtungen verwendet werden können, schließen diejenigen ein, die aus Dacron-Wolle, Polyesternetzwerk, Polyurethanschwamm und -schaum, .Nylonwolle und dergl. hergestellt sind. Jede dieser Trennmembranen kann in einem Filtergehäuse unter Verwendung der hier beschriebenen Polyurethan bildenden Zusammensetzungen befestigt werden.

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_₂₇_ 3Ü47832

Eine andere breite Gruppe von Trennvorrichtungen, die Trennmembranen verwendet, die mit den vorausgehend beschriebenen Polyurethanen eingebettet oder eingeschlossen werden können, sind solche, die permeable oder selektiv permeable Filme verwenden. Die Identität der Zusammensetzung solcher Filme wird in Übereinstimmung mit den gut bekannten Erfordernissen für ihre Fähigkeit, eine gewünschte Funktion, wie die Blutoxygenierung, Nierendialyse und dergl., durchzuführen, ausgewählt. Solche typischen Vorrichtungen umfassen eine Mehrzahl von Membranen (z.B. Filme), die in einem Abstandsverhältnis gegeneinander .angebracht sind, z.B. in einer im wesentlichen parallelen,, gefalteten, konzentrischen oder spiralförmigen Oberfläche-zu-Oberfläche-Anordnung, um so sowohl eine erste Gruppe von Flußvolumen (z.B. um den Blutfluß zu ermöglichen) als auch eine zweite Gruppe von Flußvolumen (z.B. um den Fluß einer zu behandelnden Flüssigkeit zu ermöglichen) zu definieren. Die Glieder der zweiten Gruppe von Flußvolumen sind in einem alternierenden Verhältnis mit den Gliedern der ersten Gruppe angeordnet. Jedes Flußvolumen enthält Membranabstandsmittel, z.B. einen gewobenen Schirm, um die Membranen zu tragen, die die beiden Gruppen an Flußvolumen festsetzen.

Mittel sind vorgesehen zur gleichzeitigen Abgrenzung der Peripherie jedes dieser Flußvolumen und zur Verbindung benachbarter Membranzusammenstellungen und der Abstandsmittel, die dazwischen vorhanden sind, um gasdichte, periphere Wände zu bilden. Bei der vorliegenden Erfindung umfassen solche Mittel das vorausgehend beschriebene Polyurethan. Die Techniken zur Verwendung des Einbettungsharzes in solche Vorrichtungen sind im Stande der Technik gut bekannt.

Mittel sind auch vorgesehen zum separaten Zugang und Austritt aus der ersten und zweiten Gruppe an Flußvolumen. Die Zutrittsund Austrittsmittel, die typischerweise die Form von diskontinuierlichen Kanälen annehmen, bringen mindestens zwei benachbarte Flußvolumen derselben Gruppe in Flußkommunikation. Die gesamte Zusammenstellung ist angebracht in oder umgrenzt ein Gehäuse mit einem Beschickungseinlaß und einem Beschickungs-

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ORIGINAL INSPECTED

auslaß in Flußverbindung mit den Eintritts- bzw. Austrittsmitteln jeder Gruppe an Flußvolumen.

Repräsentative Patentschriften, die solche Trennvorrichtungen beschreiben, schließen die US-PSen 3 879 293, 3 907 687 und 3 925 037 ein, auf deren Offenbarung hier Bezug genommen wird.

Die Erfindung wird zusätzlich in Verbindung mit dem folgenden Beispiel erläutert. Alle Teile und Prozentangaben in den Ansprüchen und der sonstigen Beschreibung beziehen sich auf das Gewicht, außer es ist etwas anderes angegeben.

Beispiel 1

Die folgenden LCO-terminierten Präpolymeren wurden in folgender Weise hergestellt.

Präpolymeres A

Eine Mischung von 204- g Polyoxypropylenglykol mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 400, 205 g Ricinusöl, 614 g Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (MDI) und 181 g 3-Isocyanatomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexylisocyanat (IPDI) wurden in den Beaktor unter Stickstoff und unter Kühren eingeführt. Die Temperatur wurde langsam auf 75°C gesteigert und bei 70 bis 80 C innerhalb 2 Stdn., notfalls unter Kühlen, gehalten. Das entstehende Präpolymere hatte einen NCO-G-ehalt von etwa 17>4 % und eine Viskosität von etwa 4000 cps.

Präpolymeres B

In Übereinstimmung mit der Verfahrensweise zur Herstellung des Präpolymeren A wurde ein zweites Präpolymeres aus folgenden Bestandteilen hergestellt: 204 g Polyoxypropylenglykol mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 400 und einem ausreichenden Anteil von MDI, um den NCO-Gehalt des entstehenden Präpolymeren auf 20,5 % und eine Viskosität von etwa 4000 cps zu bringen.

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Herstellung des von einem Lacton abgeleiteten Polyesterpolyols

Eine Anzahl von verschiedenen von Lacton abgeleiteten PoIyesterpolyolen wurde durch Reaktion von ξ-Caprolacton mit verschiedenen Polyolen, wie in Tabelle I, Spalte 1, gezeigt, hergestellt. Die Molverhältnisse,-bei denen das Polyol und das Lacton in Reaktion gebracht wurden, sind auch in Tabelle I, Spalte 2, gezeigt. In einigen Fällen wurde der entstehende Lactonpolyester mit einem anderen Lactonpolyester gemischt. Die Gewichtsprozente jedes Polyesters in der Mischung sind in Tabelle I, Spalte 3» angegeben, wo dies anwendbar ist. Die Hydroxyl- und Säurezahlen jedes entstehenden Lactonpolyesters sind in den Spalten 4 und 5 angegeben.

Die allgemeine Verfahrensweise zur Herstellung jedes Lactonpolyesters ist wie folgt.

Ein Vierhalsharzkessel ist mit einem Rührer, Kühler, Dean-Stark-Wasserabscheider, Stickstoffspülung und Thermoelement versehen. Stöchiometrische Anteile an Caprolacton und des geeigneten Alkohols werden zusammen mit einer kleinen Menge an Toluol (100 ml Toluol pro 2000 g Reaktionsmischung) in das Reaktionsgefäß eingeführt .

Die Identität jedes Polyols und das Molverhältnis des Lactons zu dem Polyol für jeden Versuch sind in Tabelle I angegeben. Jede Mischung wird gerührt und auf 195 bis 200⁰C unter einer Stickstoffatmosphäre erhitzt, während eine Azeotropbildung durch Toluol das System trocken macht. Die entstehenden Lösungen werden auf 180⁰C abgekühlt und katalytisch wirkendes Benzoylchlorid wird zugegeben (0,35 ml Benzoylchlorid pro· 1000 g Reaktionsmischung). Unter Verwendung einer langsamen Stickstoffspülung und unter gutem Rühren wird jede Lösung bei 180 bis 185°C gehalten, während das Verschwinden des Lactons durch Gaschromatographie überwacht wird. Wenn jede Reaktion vollständig ist (7 bis 10 Stdn.),wird jeder Lactonpolyester bei 120⁰C 1 Std. lang bei 15 mm Druck gehalten und dann mit Stickstoff bei 100⁰C und 15 mm Druck eine zusätzliche Std. lang

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durchspült. Hohe Ausbeuten von klaren, fast farblosen Lactonpolyestern werden bei Wassergehalten unter 0,05 % erhalten.

Jeder von Lacton abgeleitete Polyester oder eine Mischung davon wird dann mit der Hand eine Minute lang mit entweder dem Präpolymeren A oder B, wie in Tabelle I, Spalte 6, gezeigt, in Anteilen gemischt, die ausreichend sind, um ein HCO/OH-Äquivalenzverhältnis von etwa 1,1/1,0 zu erhalten, was einen 10 %igen NCO-Ä'quivalenzüberschuß ergibt.

Proben Jeder Mischung werden dann auf die Mischviskosität 2 Min. nach Mischen, die GeT zeit und die Entformungszeit in Übereinstimmung mit den vorausgehend angegebenen Verfahrensweisen getestet.

Wie aus den Daten von Tabelle I zu ersehen ist, ist das Gleichgewicht der Eigenschaften von Mischviskosität, Gelzeit und Entformungszeit für alle getesteten Proben gut.

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Tabelle 1 (Fortsetzung)

Nr. I

10

	Ver	Polypi	Poly ol.	% öeder	Hydro-	Säure
	such	TME	Capro- lacton Molver—	Komponen	xylzahl	zahl
	22	HO-(CHj)₆-OH	* Iv -t- V^J, ~~ hält- jiis	te in der	des	des
		TME	1:1	Lacton-	Lacton-	Lacton-
	23	HO-(CH-),-OH ί Ό	1:1	polyes-	poly-	poly-
₄		TME	1:1	teriDoly- o !mi schung;	estere	esters
to	24	HO-(CH₂J₆-OH	1:1	15
O C3		TME	1:1	85	617,0	0.81
CaJ	25	HO-(CH₂J₆-OH	1:1	30	467j7	\
CO		TME	1:1	70	617,0	0,81
O	26	HO-(CH,),-OH	1:1	50	467,7	0,27
CO		TME	1:1	50	617,0	0,81
	27	HO-(CH₂J₆-OH	1:1	15	467,7	#
Ui		TME	1:1	85	617,0	0,81
	28	CHDM	1:1	30	467,7	Oj₂₇
		TME	3:1	70	617,0	0,81
	29	ClIDM	1:1	50	467,7	0,27
		TME	1:1	50	617,0	0.81
	30	CHDM	1:1	15	A C 1 Ύ*	0,27
		1:1	85	617,0	0.81
		1:1	30	420J1	0,56
		70	617,0	0.81
		50	420,1	0,56
		50	617.0	0,81
		420.1	0,56

NCO- 2 Min. Gel- Nicht- Ent-

termi- Misch- zeit Tiuß- for-

nier- visko- (Min.j zeit mungs-

tes sität 83k.) (Min.: zeit

Prä- bei Sek.) (um·:

polyme- prO(3 Sek.)

res Typ ■*

1614 1J:5O 18:00 44:00

1790 14:10 ' 18:30 29:30

2900 15:30 21:30 38t00

706 9:00 12:45 20:54

848 10:20 12:30 20:00

1492 11:00 13:00 19:00

2314 9:00 12:00 19:50

2534 11:10 14:00 24:00

2575 11:50 16:30 24:50

VX

Tabelle 1 (Forts et ζταηκ)

10

Versuch

.Nr. ppivoi

PoIy-

ol:

Capro-

lacton

Molver

hält-

% jeder Hydro- Säure- NCO-Xomponenxylzahl zahl termite in der des des nier-Lacton-Lacton-Lactontes polyes- poly- poly- Präterpolyesters esters polymeolraires Typ schtuip; ■ '

.2.M-Ln.
Mischvisko
sität
bei

25⁰C

Gel- Nicht- Entzeit fluß- for-(Min.: zeit mungs-Sek.) (Min.: zeit · Sek.) (Win.: Sek.)

CD CjO CO

CD OO CD CO

31

32.

33

34

35

36

37

HO-(CH ) -OH

HO-(CH ) -OH HO-(CII^)Jj-OH

HO-(CH ) -OH HO-(CHj)^-OH

HO-(CII ) -OH "O-(αφ*-OH

HO-(CH ) -OH HO-(CHj)I-OII

HO-(CH.).-OH HO-(Cll£)°-oi|

HO-(CHj)₆-OII

1:2 1:1

1:2 ItI

1:3 1:1

1:2 1:1

1:2

15 85

30 70

15 85

30 70

50 50

H/A

312.5 4 67J7

312.5 467j7

232,3

467,7

312,5

467,7

312,5

4 67,7

312,5 467J7

312^5

0,48 O₁

0,48 OJ27

0,51 0,27

0.48

0,48 0,27

0.48 OJ27

0,48

940 14,00 20:10 55:00

854 I61OO 27i00 180x00

980 14,30 18,30 52,00

525 11,30 14,20 27,30

521 12,50 16,30 33:00

<83 15,00 21,30 57,00

576 20:20 26:00 61x00

N/A - nicht anwendbar _mop

τΓ vr;^cr^lohexandimet^^

TM^ ,' ' ^rimeth7l0lpr°P-TME = 1,1,1-Trimethyloläthan Neopentylglykol

- 35 - Verp;leichsbeispiel

Beispiel 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß allgemein bekannte Polyole typischerweise in den' Polyurethan bildenden Systemen anstelle der von einem Lacton abgeleiteten Polyesterpolyole gemäß der vorliegenden. Erfindung verwendet werden. Das Polyol und das assoziierte HCO-terminierte Präpolymere sind in Tabelle II gezeigt. Das Präpolymere C wird in Übereinstimmung mit den bei der Herstellung des Präpolymeren A des Beispiels Ί verwendeten Verfahrensweisen hergestellt, bezogen auf 204· g Polyoxypropylenglykol mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 400, 205 6 Ricinusöl und 795 g Diphenylmethan-4-,4-¹-diisocyanat. Das entstehende Präpolymere hat einen NCO-Gehalt von etwa 16,2 % und eine Viskosität von etwa 6000 cps.

Die Versuche 3 "bis 6 verwenden das Präpolymere A des Beispiels 1

Wie aus den Daten der Tabelle II zu ersehen ist, liegt das Gesamtgleichgewicht an gemessenen Eigenschaften des Polyurethan bildenden Vergleichssystems wesentlich unter demjenigen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung.

130038/0806 _00Ργ

	Versuch Nr.	Polyol	Tabelle	II	2 Min. Misch visko sität bei	Gel zeit (Min.	Nicht- fluß- ) zeit (Min.)	Ent- for- mungs- zeit (Min.)
	1	Ricinusolmodifizier-	NC0-terminier- tes Präpoly meres	3500	65	70	360
		tes ^ ' Pentaerythrit	Präpolymeres C
	2	Pentaerythritmono- ricinoleat		30000	240	960	3 Tage
0 0 3ί	3	Polyoxypropylenglykol (MG 420 J	Conothan 2000^	ND	360	ND	ND
O	4	Polytetramethylen- glykol (MG 650)	Präpolymeres A	ND	270	ND	ND
OO O OT	5	Hooker S 1023 Polyesterpolyol	Präpolymeres A	ND	748 Stdn.	ND	ND
	6	Lexorez 1100-220 PoIyesterροIyο1	Präpolymeres A	ND	250	ND	ND
		Präpolymeres A

hergestellt durch Reaktion von 17,6 Gew.-% einer Mischung von Mono- und Diricinoleat

von Pentaerythrit mit etwa 82,4 Gew.-% Ricinusöl.

ein TDI-gestrecktes Ricinusöl, erhältlich von Conap, Inc. ND β nicht bestimmt

to

OO

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assniarin - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-lng. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun. 3T47832 PATENTANWÄLTE ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE 20/Gf Case NL-1795 Patentansprüche

1./Trennvorrichtung zur Verwendung "bei biomedizinischen An-Wendungen, wobei mindestens eine Trennmembran in einem Gehäuse in einer Weise befestigt ist, die ausreichend ist, um die ausgewählte biomedizinische !Funktion zu erfüllen, mittels einer flexiblen, gehärteten Polyurethanzusammensetzung, die durch Reaktion einer ersten, ein NCO-terminiertes Präpolymeres umfassenden Komponente mit einer zweiten, mindestens ein Polyol umfassenden Komponente gebildet ist, dadurch g e kennze ichnet, daß als eine solche Polyurethanzusammensetzung das Reaktionsprodukt dargestellt ist von:

(A) mindestens eines dieser NCO-terminierten Präpolymeren und

(B) mindestens eines hydroxylterminierten Lactonpolyesters, umfassend das Reaktionsprodukt von:

(1) mindestens eines Lactons der allgemeinen Formel

= 0

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ORIGINAL INSPECTED

worin η eine ganze Zahl von 1 bis etwa 10 ist und R ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff, Alkyl-, Cycloalkyl- und Alkoxygruppen mit etwa 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen, und

(2) mindestens eines gesättigten, difunktioneIlen Polyols, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus

(a) Glykolen der allgemeinen Formel:·

H0-CH₂-£ CE «₂ -^H₂-OH

worin η eine ganze Zahl von etwa 0 bis 12 ist und E¹ ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff und einer Alkylgruppe mit etwa 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen, und

(b) cycloaliphatischen Polyolen der allgemeinen Formel:

R-Y R-Y

worin E eine Alkylgruppe mit etwa 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen und J eine primäre Hydroxylgruppe ist.

2. Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennmembran eine Anordnung aus einer Mehrzahl von permeablen, kontinuierlich hohlen Fasern umfaßt, deren offene Endteile in einem

Dichtungsring oder -wulst aus der katalytisch gehärteten Polyurethanzusammensetzung eingebettet sind, wobei die offenen Endteile der Fasern sich durch den Dichtungsring erstrecken, die entstehende,eingebettete Zusammensetzung in einem Gehäuse zur Bildung einer Trennzelle eingekapselt ist, die Flüssigkeitskanäle enthält, die den Durchgang einer ersten Flüssigkeit durch den Freiraum der Hohlfasern und eine zweite Flüssigkeit um die Außenseite der Hohlfasern herum und in Kontakt mit derselben erlaubt, wobei der Dichtungsring als nichttoxisches Mittel zur Isolierung des Flusses der ersten und zweiten Flüssigkeit voneinander wirkt.

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3. Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß (a) eine Mehrzahl von Trennmembranzusammenstellungen in einem Abstandsverhältnis gegeneinander in einer Oberflächen-zu-Oberflachen-Anordnung, ausgewählt aus der Gruppe von parallel, gefaltet,.konzentrisch und spiralförmig, angeordnet ist, um sowohl eine erste Gruppe von Flußvolumen als auch eine zweite Gruppe von Flußvolumen alternierend zwischen dieser ersten Gruppe festzulegen; (b) Abstandsmittel für die Membranzusammenstellung in jedem der Flußvolumen angeordnet sind; (c) die gehärtete Polyurethanzusammensetzung zur gleichzeitigen Festlegung des Umfangs jedes der Flußvolumen und zur Verbindung benachbarter Membranzusammenstellungen und der dazwischen liegenden Abstandsmittel verwendet ist, um gasdichte, periphere Wände zu schaffen; und (d) Mittel vorgesehen sind zum getrennten Zugang zu und Austritt aus der Mehrzahl der Flußvolumen in der ersten und zweiten Volumengruppe, wobei diese Mittel mindestens zwei benachbarte Flußvolumen derselben Gruppe in Flußverbindung halten.

4. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß (1) das WCO-terminierte Präpolymere das Reaktionsprodukt von (a) mindestens einem Polyol, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyolestern, Polyätherpolyolen und Ricinusöl, und (b) mindestens einem polyfunktionellen Isocyanat, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus aromatischen Diisocyanaten, aromatischen Triisocyanaten und aliphatischen Diisocyanaten, ist; und (2) das Polyol der zweiten Komponente das Reaktionsprodukt von Caprolacton und mindestens einem Polyol, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 1,6-Hexandiol, 1,5-Pentandiol, 1,4-Butandiol, Trimethyloläthan, Trimethylolpropan, Triäthanolpropan, 1,4-Cyclohexandimethanol, Meopentylglykol und Mischungen davon, ist; und (c) das Molverhältnis, bei dem das Lacton und das Diol zur Reaktion gebracht werden,von etwa 1:1 bis etwa 3:1 beträgt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß das NCO-terminierte Präpolymere der ersten Komponente das Reaktionsprodukt einer Mischung

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COPV

von Polyoxypropylenglykol und Ricinusöl mit mindestens einem Isocyanat, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (1) Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat, und (2) Mischungen von Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat und 3-Isocyanatomethyl-3,5»5-trimethylcyclohexylisocyanat, ist,und der Lactonpolyester das Reaktionsprodukt von Caprolacton und mindestens einem Polyol, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 1,6-Hexandiol und Trimethyloläthan, ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da- durch gekennzeichnet, daß die Polyurethanzusammensetzung in Abwesenheit eines Katalysators durch die Reaktion der ersten Komponente und der zweiten Komponente gebildet ist.

7. Verfahren zvr Herstellung einer für die Verwendung bei einer biomedizinischen Anwendung geeigneten Trennvorrichtung, wobei ein Teil mindestens einer Trennmembran in einem Gehäuse mittels einer gehärteten Polyurethanzusammensetzung gesichert ist, die durch Reaktion einer ersten, mindestens ein NCO-terminiertes Präpolymeres umfassenden Komponente mit einer zweiten, mindestens ein Polyol umfassenden Komponente erhalten wurde, dadurch gekennzeichnet, daß das NCO-terminierte Präpolymere der ersten Komponente mit mindestens einem hydroxylterminierten Lactonpolyester gemischt und zur Reaktion gebracht wird, der das Reaktionsprodukt umfaßt von:

(1) mindestens einem Lacton der allgemeinen Formel:

R-CFH CR₂ f^C = O

worin η eine ganze Zahl von 1 bis etwa 10 ist und R ausgewählt ist aus der.Gruppe, bestehend aus Wasserstoff, Alkyl-, Cycloalkyl- und Alkoxygruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen; und

(2) mindestens einem gesättigten, difunktionellen Polyol, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (a) Glkyolen der allgemeinen Formel:

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worin η eine ganze Zahl von etwa O bis 12 ist und R¹ ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff und einer Alkylgruppe mit etwa 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen; und
Cb) cycloaliphatischen Polyolen der allgemeinen Formel:

R-Y R-Y

worin E eine Alkylgruppe mit etwa 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen und Y eine primäre Hydroxylgruppe ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7t dadurch gekennzeichnet, daß (1) das NCO-terminierte Präpolymere das Reaktionsprodukt von (a) mindestens einem. Polyol, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyolestern, Polyätherpolyolen und Ricinusöl, und (b) mindestens einem polyfunktionellen Isocyanat, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus aromatischen Diisocyanaten, aromatischen Tr!isocyanaten und aliphatischen Diisocyanaten, ist; und (2) der Lactonpolyester das Reaktionsprodukt von Caprolacton und einem Polyol, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 1,6-Hexandiol, 1,5-Pentandiol, 1,4-Butandiol, Trimethylolpropan, Triäthanolpropan, Trimethyloläthan, 1,4-Cyclohexandimethanol, Neopentylglykol und Mischungen davon, umfaßt; und (c) das Molverhältnis,bei dem das Lacton und das Diol zur Reaktion gebracht werden, von etwa 1:1 bis etwa 3:1 beträgt.

9- Verfahren nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß das ECO-terminierte Präpolymere der ersten Komponente das Reaktionsprodukt einer Mischung von PoIyoxypropylenglykol und Ricinusöl mit mindestens einem Isocyanat, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (1) Diphenylmethan-4,4-'-diisocyanat, und (2) Mischungen von Diphenylmethan-4-,4 ' diisocyanat und J-Isocyanatomethyl-J^^-trimethylcyclohexylisocyanat, ist, und der Lactonpolyolester das Reaktions-produkt von-Caprolacton und mindestens einem Polyol, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 1,6-Hexandiol und Trimethyloläthan,

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ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wischung der ersten und zweiten Komponente eine Zweiminutenmischviskositat bei 25°C von weniger als etwa 4000 cps und eine Gelzeit von nicht größer als etwa einer Stunde bei 25 C besitzt.

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