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Die vorliegende Erfindung betrifft Hohlfasern zur Verwendung in
einer Blutbehandlungsvorrichtung und eine mit Hohlfasern
arbeitende Blutbehandlungsvorrichtung, welche ein mit solchen
Hohlfasern gefülltes Gehäuse umfaßt.
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Fluid-Trennvorrichtungen, welche Hohlfasern mit einer
selektiven Durchlässigkeit umfassen, sind in der Praxis bei der
Hyperfiltration oder Hämodialyse verwendet worden.
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Insbesondere Blut-Dialysatoren des Hohlfasertyps sind verstärkt
für die Reinigung des Bluts von an Niereninsuffizienz leidenden
Patienten verwendet worden. Bei einem solchen Blut-Dialysator
werden zahlreiche durchlässige Membranen, beispielsweise
Membranen aus Hohlfasern, in ein Gehäuse gegeben, und das Blut
eines Patienten wird durch die hohlen Innenräume geleitet und
eine dialysierende Lösung (oder Dialysat) wird außerhalb der
Membranen vorbeigeleitet, das heißt, durch die Räume zwischen
den Membranen. Abfallstoffe im Blut werden mittels Dialyse
durch die Hohlfasern entfernt, um die Elektrolytkonzentration
zu berichtigen, und durch das Erzeugen einer Druckdifferenz
zwischen der Innen- und der Außenseite der Hohlfasern wird
überschüssiges Wasser durch Ultrafiltration aus dem Blut
entfernt. Ferner werden Hohlfasern zur Heilung von
Autoimmunkrankheiten durch Trennen ausschließlich des Plasmas vom Blut oder
Entfernen eines bestimmten Bestandteils aus dem abgeschiedenen
Plasma verwendet. Hohlfasern zur Verwendung für solche
Blutbehandlungen sollten die selektive Permeation von spezifischen
gelösten Stoffen gemäß der beabsichtigten Verwendung
ermöglichen. Die Leistung einer Hohlfaser hängt von dem Material, der
Porosität (Größe und Anzahl der Poren) und der Membrandicke der
Hohlfaser ab. Beispielsweise ist die Art der Bündelung einer
Anzahl von Hohlfasern zur Steigerung der Dialyse-Effizienz der
gesamten Membranoberfläche wichtig. Wenn zum Beispiel
Hohlfasern in Längsrichtung dicht nebeneinander angeordnet sind,
fließt die dialysierende Lösung nicht gleichmäßig um die
Hohlfasern herum, sondern bildet besondere Durchflußwege, mit dem
Ergebnis, daß die Dialyse kaum durch jene Hohlfasern
durchgeführt wird, welche nicht Teil dieser Durchflußwege sind, und
somit wird die ganze Dialysewirkung gemindert. Bei üblichen
Dialyseverfahren ist die Differenz der Konzentration zwischen
der Innen- und Außenseite der Hohlfasermembran eine
Antriebskraft für den Transport der gelösten Stoffe. Demgemäß ist es
notwendig, Vorkehrungen auf dem Hohlfaserkörper selbst zu
treffen, damit die Dialyselösung so gleichmäßig wie möglich durch
die Räume außerhalb der Hohlfaser fließt, der Bereich mit einem
größeren Grenzflächenwiderstand so weit wie möglich verkleinert
und die Differenz der Konzentration zwischen der Blut-Seite
(die Innenseite der Hohlfaser) und der Dialyselösung-Seite (die
Außenseite der Hohlfaser) vergrößert wird.
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Der vorbekannte Stand der Technik umfaßt verschiedene Verfahren
zur Herstellung von Hohlfasern, welche für die Verwendung in
Blutbehandlungsvorrichtungen geeignet sind. So offenbart
FR-A 2437858 ein Verfahren zur Herstellung von Hohlfasern des
Cellulosetyps mittels Extrudieren einer Kupferoxidammoniak-
Cellulose-Lösung in verdünnte Ätznatronlösung. FR-A 2506792
offenbart ein Verfahren, gemäß welchem eine Cellulose-haltige
Spinnlösung durch eine ringförmige Düse in eine
nichtkoagulierende flüssige Schicht extrudiert wird, während eine
nichtkoagulierende Flüssigkeit durch die Mitte der Faser geleitet
wird und wonach der Faden zur Regeneration der Faser durch eine
koagulierende Flüssigkeit geleitet wird. JP-A 56148907
offenbart synthetische Fasern mit verringerter Wandstärke, welche
durch Spinnen von Celluloseacetat, einem Acrylpolymer oder PVC
durch eine Spinndüse mit ringförmigen Schlitzen hergestellt
wird.
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Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung
von Hohlfasern, welche für die Verwendung in einer
Blutbehandlungsvorrichtung
geeignet und bestimmt sind und welche eine
hohe Effizienz der Blutbehandlung bieten, sowie die Schaffung
einer solche Hohlfasern enthaltenden Blutbehandlungsvorrichtung.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Schaffung von Hohlfasern mit Rippen, welche stabil und einfach
hergestellt werden und in einem optimalen Füllzustand in einer
Blutbehandlungsvorrichtung verwendet werden können.
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Demgemäß schafft die Erfindung eine Blutbehandlungsvorrichtung,
welche in einem Gehäuse angeordnete Hohlfasern umfaßt, wobei
die Hohlfasern eine selektive Permeabilität und an ihrem Umfang
1 bis 10 Rippen aufweisen, welch letztere sich in der
Längsrichtung erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern durch
Plastifizieren und Schmelzspinnen eines Celluloseesterpolymers
mit einem mittleren Polymerisationsgrad von mindestens 150
hergestellt sind, wobei das Verhältnis H/W der Rippenhöhe H zur
Rippenbreite W mindestens 0,5 beträgt und die
Wiederbefeuchtungsdehnung geringer als 3% ist.
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Die Erfindung schafft außerdem Hohlfasern vom Cellulosetyp zur
Verwendung in einer Blutbehandlungsvorrichtung, welche in einem
Gehäuse angeordnete Hohlfasern umfaßt, wobei die Fasern eine
selektive Permeabilität und an ihrem Umfang 1 bis 10 Rippen
aufweisen, welche sich in der Längsrichtung erstrecken, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fasern durch Plastifizieren und
Schmelzspinnen eines Celluloseesterpolymers mit einem mittleren
Polymerisationsgrad von mindestens 150 hergestellt sind, wobei
das Verhältnis H/W der Rippenhöhe H zu der Rippenbreite W
mindestens 0,5 beträgt und die Wiederbefeuchtungsdehnung geringer
als 3% ist.
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In den beigefügten Zeichnungen sind die Fig. 1, 2, 3, 4 und
5 vergrößerte Schnittansichten, welche bei der vorliegenden
Erfindung mit hohem Nutzen verwendete Hohlfasern darstellen, und
die Fig. 6, 7 und 8 sind Diagramme, welche Beispiele für die
Gestalt der zum Spinnen der bei der vorliegenden Erfindung mit
hohem Nutzen verwendeten Hohlfasern anschaulich darstellen.
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Bei der vorliegenden Erfindung beträgt die Zahl x der Rippen
der Hohlfaser mindestens 1. Wenn jedoch die Zahl x der Rippen
11 oder größer ist, wird der wirksame Membranbereich durch die
Fußbereiche der Rippen auffallend verkleinert, was zur Folge
hat, daß der Leistungsgrad der Dialyse der gelösten Stoffe und
der Permeation von Wasser drastisch verringert werden. Die
Zahl x beträgt üblicherweise 1 bis 10, doch vorzugsweise
beträgt die Zahl x 2 bis 8, insbesondere 3 bis 7.
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Die Schnitte typischer Beispiele für die mit hohem Nutzen in
der vorliegenden Erfindung verwendeten, mit Rippen versehenen
Hohlfasern sind in den Fig. 1 bis 5 gezeigt.
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Andere Dimensionen der Hohlfaser sind für die vorliegende
Erfindung nicht von besonders entscheidender Bedeutung. Bevorzugt
beträgt jedoch ein Außendurchmesser d 100 bis 500 um,
insbesondere 200 bis 300 um, eine Membrandicke h des Bereichs ohne
Rippen 5 bis 50 um, insbesondere 5 bis 40 um, ganz besonders
bevorzugt 10 bis 25 um, und eine Rippenhöhe H 5 bis 100 um, ganz
besonders bevorzugt 10 bis 65 um. Desweiteren ist die Breite W
des Fußbereichs der Rippe bevorzugt schmaler als die Breite des
oberen Bereichs. Normalerweise neigt der Ansatzbereich nach dem
Extrudieren der Spinnlösung aus einer Spinndüse dazu, sich
aufgrund der Oberflächenspannung auszudehnen. Vorzugsweise beträgt
die Breite W 15 bis 50 um, insbesondere 20 bis 40 um. Liegt die
Breite innerhalb dieses Bereichs, so hat die Hohlfaser mit
Ausnahme des Rippenbereichs eine gute Kreisform, und wenn die
Hohlfaser für einen Blut-Dialysator verwendet wird, tritt nur
ganz geringfügige Blutgerinnung in der Hohlfaser ein und fast
kein Blut bleibt in der Hohlfaser zurück.
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Die Hohlfaser wird dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis
H/W der Rippenhöhe H zu der Rippenbreite W mindestens 0,5
beträgt. Ist das Verhältnis H/W geringer als 0,5, so kann kaum
verhindert werden, daß sich die Hohlfasern berühren, wenn sie
in die Blutbehandlungsvorrichtung eingegeben sind. Bevorzugt
wird ein Verhältnis H/W von mindestens 0,8. Übrigens ist die
Rippenbreite W die Breite der Rippe auf halber Höhe der
Rippenhöhe H. Ebenfalls bevorzugt wird ein Verhältnis H/d der
mittleren Rippenhöhe H (um) zu dem mittleren Außendurchmesser d der
Hohlfaser, ausgenommen der Rippenbereich, von 0,01 bis 1,
insbesondere 0,02 bis 0,5, und ganz besonders bevorzugt von 0,03
bis 0,2.
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Die Gestalt des Schnitts durch die Hohlfaser mit Ausnahme des
Rippenbereichs ist nicht auf eine kreisförmige Gestalt
beschränkt, sondern kann auch eine ellipsenähnliche Schnittform
besitzen. Bei einem ellipsenähnlichen Schnitt ist der
Außendurchmesser d ein Mittelwert zwischen dem langen Durchmesser
und dem kurzen Durchmesser. Ferner können die Rippen auf dem
Umfang der Hohlfaser eine Spiralform besitzen.
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Falls mehrere Rippen auf einer Hohlfaser ausgebildet sind,
können die jeweiligen Rippen dieselbe oder unterschiedliche
Höhen H bzw. Breiten W aufweisen. Mindestens zwei Hohlfasern
können durch Rippen verbunden sein. In diesem Fall beträgt jedoch
die Anzahl der verbundenen Hohlfasern vorzugsweise 2.
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Unter dem Gesichtspunkt der Effizienz der Blutbehandlung liegt
die Leistung UFR der Wasserpermeation der Hohlfaser,
ausgenommen der Rippenbereich, vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis
30,0 ml/h·mmHg, insbesondere 3,0 bis 10,0 ml/h·mmHg. Außerdem
wird bevorzugt, daß die meisten der Hohlfasermembranen auf dem
Umfang derselben mindestens zwei sich in der Längsrichtung
erstreckende Rippen aufweisen, und die gesamte wirkungsvolle
Membranfläche S (m²), der Ultrafiltrationskoeffizient UFR
(ml/h·mmHg) und die Harnstoff-Clearance (oder Harnstoff-
Dialysance) CLU (ml/min) des Dialysators sollten eine der
folgenden Voraussetzungen (IV) bis (VI) erfüllen:
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(IV) UFR/S ≤ 6 und CLU/UFR ≥ 30, wenn 0,5 ≤ S ≤ 1,0,
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(V) UFR/S ≤ 5 und CLU/UFR ≥ 30, wenn 1,0 < S ≤ 1,6, und
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(VI) UFR/S ≤ 4 und CLU/UFR ≥ 25, wenn 1,6 < S ≤ 2,5.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist eine Fluid-Trennvorrichtung wie oben beschrieben
vorgesehen, in welcher die Hohlfasermembranen aus einem
Celluloseesterpolymer bestehen, wobei die Dicke der Hohlfasermembranen,
ausgenommen die Rippenbereiche, weniger als 50 und die
wirksame Membranfläche wenigstens 0,7 m² beträgt.
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Wenn der UFR/S-Wert die Obergrenze in jedem Fall überschreitet,
insbesondere wenn der UFR/S-Wert 6 übersteigt, so ist die
Steuerung bzw. Regelung der Wasserentfernung schwierig und oft
wird die übermäßige Entfernung von Wasser verursacht. Wenn der
CLU/UFR-Wert in jedem der Fälle (IV) bis (VI) unter der
Untergrenze liegt, insbesondere wenn der CLU/UFR-Wert kleiner als 25
ist, kann keine zufriedenstellende Dialysewirkung erzielt
werden, im Körper sammeln sich allmählich Abfallstoffe an und
häufig wird das Auftreten einer sogenannten Unterdialyse bewirkt.
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Selektiv durchlässige Hohlfasern, welche für die
Fluid-Trennvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können
mehrere Kräuselungen, je nach Bedarf, aufweisen. Vorzugsweise
ist die Amplitude (Wellenhöhe) der Kräuselung 1 bis 500%,
insbesondere 20 bis 200%, des äußeren Durchmessers d der
Hohlfasern. Wenn die Amplitude geringer als 1% von d ist, wird
durch die Kräuselung keine besondere Wirkung erreicht.
Übersteigt die Amplitude 500% von d, wird der Strömungswiderstand
in den Hohlfasern erhöht und wenn die Hohlfasern für die
Blutbehandlung verwendet werden, kann leicht Blut in den Hohlfasern
zurückbleiben. Vorzugsweise beträgt die Wellenlänge der
Kräuselung der erfindungsgemäßen Hohlfasern das 5- bis 1000fache,
insbesondere das 50- bis 500fache, des Außendurchmessers d der
Hohlfasern.
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Falls gewünscht können bei der erfindungsgemäßen
Blutbehandlungsvorrichtung die selektiv durchlässigen Hohlfasern eine
Vielzahl von Rippen aufweisen, bei welchen die mittlere Höhe
der jeweiligen Rippen erheblich verschieden und/oder der
Abstand zwischen zwei benachbarten Rippen erheblich verschieden
ist. Ferner haben selektiv durchlässige Hohlfasern mindestens
drei Rippen, mehrere selektiv durchlässige Hohlfasern sind
durch die Rippen miteinander verbunden, und die mittlere Höhe
derjenigen anderen Rippen, welche nicht die Hohlfasern
miteinander verbinden, ist wesentlich verschieden und/oder der
Abstand zwischen zwei benachbarten Rippen ist erheblich
verschieden.
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Besonders bevorzugt ist eine Hohlfaser mit mehreren Rippen, bei
welchen die mittlere Höhe der höchsten Rippe das 1,5- bis
10fache, insbesondere das 2- bis 5fache, der mittleren Höhe der
niedrigsten Rippe beträgt, weil keine Berührung oder enges
Annähern der Hohlfasern bewirkt wird, fast keine abgedichteten
Räume zwischen den Rippen oder zwischen den Rippen und der
Hohlfaserwand gebildet werden und das Fluid frei fließen kann.
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Ferner beträgt bei mehreren Rippen der Höchstwert des Abstands
zwischen zwei benachbarten Rippen vorzugsweise das 1,5- bis
10fache, insbesondere das 2- bis 5fache, des Mindestwerts des
Abstands zwischen zwei benachbarten Rippen. Wenn Hohlfasern
solche Rippen haben und eine Fluid-Trennvorrichtung mit solchen
Hohlfasern gefüllt ist, so werden Berührungen oder enges
Annähern kaum verursacht und selten ein abgedichteter Raum
zwischen den Rippen bzw. zwischen der Rippe und der
Hohlfasermembran gebildet, und das Fließvermögen des Fluids außerhalb der
Hohlfasern ist in hohem Maße verbessert. Der Abstand zwischen
zwei benachbarten Rippen ist die kürzeste Entfernung zwischen
den Mitten zweier benachbarter Rippen entlang dem Umfang der
Hohlfaseraußenwand.
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Eine Spinndüse wie in Fig. 6 gezeigt wird normalerweise zum
Spinnen von mit Rippen versehenen Hohlfasern verwendet. Ein Gas
bzw. eine Flüssigkeit zur Bildung des hohlen Bereichs wird aus
einem Bereich 1 extrudiert und die Spinnlösung des Materials
für die Bildung der Hohlfasermembran wird aus einem Bereich 2
extrudiert. Danach wird die extrudierte Spinnflüssigkeit
gekühlt und verfestigt und die Gestalt ist festgelegt. Düsen wie
in den Fig. 7 und 8 gezeigt können als Mittel zum Verengen
des Fußes des Rippenbereichs verwendet werden. Wenn die
Viskosität der Spinnflüssigkeit niedriger als 100 P ist, wird die
Gestalt der Rippe normalerweise nicht verfestigt und die
angestrebte Wirkung wird nicht ausreichend erzielt.
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Wenn andererseits die Schmelzviskosität der Spinnflüssigkeit zu
hoch ist und 10000 P übersteigt, wird der Druckverlust an der
Extrusionsöffnung der Spinndüse verstärkt und ein mechanisches
Problem tritt auf, so daß es unmöglich ist, das Extrudat
gleichmäßig zu verstrecken. Dementsprechend tritt während des
Spinnens leicht ein Bruch der Faser auf, eine ungleichmäßige
Dicke wird bewirkt und konstantes Spinnen ist unmöglich.
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Die erfindungsgemäßen selektiv durchlässigen Hohlfasern vom
Cellulosetyp umfassen ein Celluloseesterpolymer als
Hauptbestandteil, beispielsweise Celluloseacetate wie
Cellulosediacetat und Cellulosetriacetat, Cellulosepropionat,
Cellulosebutyrat, Celluloseacetatbutyrat und Cellulosenitrat. Diese
Celluloseesterpolymere können allein oder in Form einer
Mischung von zwei oder mehreren davon verwendet werden. Als das
Celluloseesterpolymer werden Cellulosediacetat und
Cellulosetriacetat bevorzugt.
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Das in der vorliegenden Erfindung verwendete
Celluloseesterpolymer ist dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere
Polymerisationsgrad mindestens 150 beträgt. Der mittlere
Polymerisationsgrad, auf welchen in dieser Beschreibung Bezug genommen
wird, bezeichnet einen Wert, welcher durch Teilen des mittleren
Molekulargewichts durch das Molekulargewicht der periodischen
Einheit des Polymers erhalten wird. Als Möglichkeit zur
Bestimmung des mittleren Molekulargewichts können die
Gelchromatographie, die Messung des Viskosekoeffizienten, die Messung des
Sedimentationsgleichgewichts und die Lichtstreuungsmethode
genannt werden.
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Wenn der mittlere Polymerisationsgrad des Polymers vom
Cellulosetyp niedriger ist als 150, kann eine selektiv durchlässige
Hohlfaser vom Cellulosetyp mit hohen Rippen schwerlich erhalten
werden, und eine Hohlfaser mit geringer
Wiederbefeuchtungsdehnung kann ebenfalls kaum erhalten werden. Vorzugsweise
beträgt der mittlere Polymerisationsgrad mindestens 160,
insbesondere wenigstens 170. Die Obergrenze des mittleren
Polymerisationsgrads ist von keiner besonderen Bedeutung, doch
unter dem praktischen Gesichtspunkt wird ein
Polymerisationsgrad von weniger als 230, insbesondere weniger als 200,
bevorzugt.
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Die erfindungsgemäße Hohlfaser wird dadurch gekennzeichnet, daß
die Wiederbefeuchtungsdehnung geringer als 3% ist.
Überschreitet die Wiederbefeuchtungsdehnung 3%, wenn die Hohlfaser in
die Fluid-Trennvorrichtung in einem im wesentlichen trockenen
Zustand eingefüllt und danach mit Wasser oder einer wäßrigen
Lösung wiederbefeuchtet wird, so wird die Hohlfaser übermäßig
gedehnt, was zur Folge hat, daß es zwischen den Hohlfasern
stellenweise zu Berührungen und zu engen Annäherungen kommt und
die Hohlfasern leicht gebogen oder gekrümmt werden.
Vorzugsweise ist die Wiederbefeuchtungsdehnung geringer als 2,5%. Die
Untergrenze der Wiederbefeuchtungsdehnung ist nicht von
entscheidender Bedeutung, doch wenn die Wiederbefeuchtungsdehnung
mehr als 0,5% beträgt, insbesondere mehr als 1%, weist die
Hohlfaser bei der Wiederbefeuchtung in der
Fluid-Trennvorrichtung eine angemessene Dehnung auf und das Hohlfaserbündel
expandiert durch die ganze Fluid-Trennvorrichtung. Die Bestimmung
der Wiederbefeuchtungsdehnung a erfolgt übrigens durch Messen
der Länge l der Hohlfaser in einem im wesentlichen trockenen
Zustand unter einer Belastung von ungefähr 0,1 g/den
(0,9 g/tex), Messen der Länge l&sub1; der Hohlfaser im nassen
Zustand unter einer Belastung von ungefähr 0,01 g/den und der
Berechnung gemäß der Formel
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α = l&sub1; - l/l·100.
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Der im wesentlichen trockene Zustand bedeutet einen Zustand mit
einem Glyceringehalt von 30 bis 60% und einem Wassergehalt von
0,5 bis 30%, vorzugsweise 0,5 bis 9%, welcher durch das
Eintauchen der Hohlfaser in eine wäßrige Glycerinlösung und
nachfolgendem Trocknen der Hohlfaser erzeugt wird.
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Vorzugsweise beträgt die Zugfestigkeit im nassen Zustand der
erfindungsgemäßen Hohlfaser wenigstens 0,3 g/den (2,7 g/tex),
die Formstabilität ist schlecht und die Hohlfaser bricht leicht
während des Herstellungsprozesses oder beim Schritt des
Zusammenbauens der Fluid-Trennvorrichtung. Dieses Phänomen tritt
besonders dann hervor, wenn der Außendurchmesser d 100 bis 300 um
und die Dicke 5 bis 25 um beträgt. Die Obergrenze der
Zugfestigkeit im nassen Zustand ist nicht von besonders
entscheidender Bedeutung. Zum Beispiel beträgt die Zugfestigkeit im
nassen Zustand normalerweise bis zu 0,8 g/den (7,2 g/tex).
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Bei der erfindungsgemäßen Hohlfaser wird bevorzugt, daß sie
eine Biegefestigkeit in dem im wesentlichen nassen Zustand von
mindestens 200 mg/200 Fasern aufweist und daß der Berstdruck
als Faktor, welcher den Druckwiderstand anzeigt, wenn das
Innere der Hohlfaser im nassen Zustand zusammengedrückt wird,
mindestens 4 kg/cm² beträgt. Wenn die Biegefestigkeit und der
Berstdruck innerhalb der oben erwähnten Bereiche liegen, wird
die Handhabung der Hohlfasern beim Schritt des Zusammenbauens
der Blutbehandlungsvorrichtung erleichtert, die Längen der
Hohlfaser in der Blutbehandlungsvorrichtung werden leicht
vereinheitlicht und die Hohlfasern brechen selten, während die
Blutbehandlungsvorrichtung tatsächlich unter Kompression
betrieben wird.
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Die erfindungsgemäße Hohlfaser vom Cellulosetyp besitzt eine
selektive Durchlässigkeit für Fluide. Beispielsweise wird bei
der Verwendung der Hohlfaser des Cellulosetyps für die
Hämodialyse bevorzugt, daß die Hohlfaser, ausgenommen der
Rippenbereich, eine Permeationsleistung UFR für Wasser von 1,0 bis
30,0 ml/h·mmHg, insbesondere von 3,0 bis 10,0 ml/h·mmHg, hat.
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Der Herstellungsprozeß der Hohlfaser des Cellulosetyps gemäß
der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine
flüssige Mischung, welche ein Celluloseesterpolymer mit einem
mittleren Polymerisationsgrad von wenigstens 150 und andere
Zusatzstoffe umfaßt, als Spinnflüssigkeit verwendet wird, wobei
die Spinnflüssigkeit zusammen mit einem Kern-Agens aus einer
Spinndüse für eine mit Rippen versehene Hohlfaser in einem
Zustand extrudiert wird, in welchem die Viskosität im Bereich
von 100 bis 10000 P liegt. Vorzugsweise beträgt die Viskosität
200 bis 50000 P, insbesondere 500 bis 3000 P. Die
Schmelzviskosität wird mittels eines Fließprüfgeräts gemessen.
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Bei dem Schmelzspinnprozeß ist die Spinnflüssigkeit eine
erwärmte Schmelze und die Schmelze wird aus der Spinndüse
extrudiert und gekühlt, um eine verfestigte, mit Rippen versehene
Hohlfaser zu bilden. Dann wird wenigstens ein Teil des
Zusatzstoffs aus der mit Rippen versehenen Hohlfaser extrahiert und
durch ein Lösemittel entfernt, welches zwar nicht das
Celluloseesterpolymer, aber den Zusatzstofflösen kann, und falls
notwendig wird die Hohlfaser einer Alkalibehandlung unterzogen.
So kann eine mit Rippen versehene Hohlfaser des Cellulosetyps
mit einer selektiven Permeabilität erhalten werden. Wenn bei
diesem Schmelzspinnprozeß die für eine wesentliche
Verfestigung der Hohlfaser durch Kühlen ab dem Punkt des Extrudierens
der erwärmten Lösung aus der Spinndüse erforderliche Zeit
weniger als 10 Sekunden, weniger als 5 Sekunden, beträgt, kann das
Spinnen gleichmäßig unter Beibehaltung einer guten Gestalt der
Rippe durchgeführt werden. Mit dem in dieser Beschreibung
verwendeten Begriff Verfestigung ist der Zustand gemeint, in
welchem die gesponnene Faser das Fließvermögen verliert und
ihre Schwächung aufgrund der Wickelspannung nicht weiter
voranschreitet. Die Verfestigung wird bestimmt, indem mittels
eines Schneidegeräts eine gerade gesponnene Faser entnommen und
der Endpunkt ihrer Schwächung gemessen wird.
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Ein spezifisches Beispiel des Schmelzspinnprozesses wird nun
beschrieben. Eine erhitzte Spinnflüssigkeit (Schmelze oder
Lösung) wird gemäß üblicher Verfahren in ein Gas oder ein
Spinnbad extrudiert, beispielsweise aus der hohlen Öffnung
einer Spinndüse mit einer Kerbe im Randbereich eines doppelten
ringförmigen Bereichs, und das Spinnen wird durchgeführt,
während der hohle Bereich beibehalten wird, indem Gas oder eine
Flüssigkeit, welche im wesentlich nicht in der Lage sind, das
Membranmaterial aufzulösen oder damit zu reagieren, in den
hohlen
mittleren Bereich eingefüllt wird. Zum Beispiel wird ein
Plastifiziermittel wie Polyethylenglycol zu Flocken aus
Cellulosediacetat als Zusatzstoff hinzugegeben und die Mischung
geschmolzen, und die Schmelze wird aus einer hohlen Öffnung der
Spinndüse in die Luft extrudiert. Dann wird Stickstoffgas in
den mittleren Bereich geblasen und gleichzeitig das Extrudat
gekühlt. Das Plastifiziermittel wird aus dem erhaltenen
Hohlfaserextrudat entfernt. Falls erforderlich wird eine
Verseifungsbehandlung mit Ätznatron durchgeführt. Auf diese Weise
wird eine mit Rippen versehene Hohlfaser mit einer selektiven
Durchlässigkeit für gelöste Stoffe hergestellt.
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Als Plastifiziermittel können Polyalkylenglycole wie
Polyethylenglycol, Glycole mit einer Kette aus Ethylen und Propylen
im Molekül, Glycerin, Diglycerol, Sulforane, Caprolactone und
Dimethylsulfid genannt werden. Die Menge des der Spinnlösung
zugegebenen Plastifiziermittels wird gemäß der beabsichtigten
Verwendung der Hohlfaser in geeigneter Weise bestimmt. Wenn die
Hohlfaser beispielsweise für die Hämodialyse verwendet wird,
beträgt die Menge des Plastifiziermittels vorzugsweise 20 bis
70 Gew.-%, insbesondere 25 bis 60% Gew.-%.
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Bei dem Herstellungsprozeß der erfindungsgemäßen Hohlfaser
wird manchmal bevorzugt, daß das Spinnen bei einer
Wickelgeschwindigkeit ausgeführt wird, welche höher ist als die
Extrusionsgeschwindigkeit. In diesem Fall beträgt das
Verstreckungsverhältnis vorzugsweise 30 bis 200 bei dem
Schmelzspinnprozeß, wobei mit dem Verstreckungsverhältnis dasjenige vor
der Verfestigung des gesponnenen Filaments gemeint ist.
Gegebenenfalls kann das gesponnene Filament nach seiner
Verfestigung weiter verstreckt werden, doch normalerweise ist ein
weiteres Verstrecken nicht notwendig.
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Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die
folgenden Beispiele in näheren Einzelheiten erläutert.
Beispiel 1
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Zu 100 Teilen Cellulosediacetat (mit einem mittleren
Polymerisationsgrad von 170) wurden 50 Teile Polyethylenglycol (mit
einem Molekulargewicht von 200) hinzugegeben, und die Mischung
wurde bei 230ºC geschmolzen und durch einen ringförmigen
Doppelschlitz für mit Rippen versehene Hohlfasern extrudiert,
während Stickstoffgas in den Kernbereich eingeführt wurde. Die
gesponnenen Fasern wurden in heißes Wasser getaucht, um das
Polyethylenglycol herauszulösen. Dann wurde die Verseifung mit
einer wäßrigen Lösung von Natriumhydroxid durchgeführt und die
Fasern wurden in eine wäßrige, Glycerin in einer Konzentration
von 80 Gew.-% enthaltende Lösung getaucht und dann mit heißer
Luft getrocknet, wodurch mit Rippen versehene Hohlfasern für
die Hämodialyse erhalten wurden, welche einen Innendurchmesser
von ungefähr 200 um, eine Dicke des rippenlosen Bereichs von
ungefähr 18 bis 30 um und 6 Rippen aufwiesen. Die
Wiederbefeuchtungsdehnung, die Zugfestigkeit im nassen Zustand, die
Biegesteifigkeit und der Berstdruck der Hohlfasern waren wie in
Tabelle 1 dargestellt.
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Die solcherart erhaltenen Hohlfasern wurden in ein kreis- oder
rohrförmiges Gehäuse gegeben, um einen Blut-Dialysator mit
einem wirksamen Membranbereich und Füllverhältnis wie in
Tabelle 1 gezeigt zusammenzubauen. Die Leistung der in vitro-
Ultrafiltration bzw. der Dialyse und die Menge des
zurückbleibenden Bluts wurden gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in
Tabelle 1 gezeigt.
Beispiele 2-4
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Das Spinnen wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1
beschrieben unter Verwendung von Cellulosediacetat mit einem
mittleren Polymerisationsgrad von 160, 180 bzw. 200
durchgeführt, wobei Hohlfasern mit 6 Rippen und mit einer in
Tabelle 1 dargestellten Konfiguration erhalten wurden. Blut-
Dialysatoren wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1
beschrieben zusammengebaut. Die Eigenschaften der Hohlfasern und
Blut-Dialysatoren wurden gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse
sind in Tabelle 1 dargestellt.
Vergleichsbeispiele 1 und 2
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Hohlfasern und Blut-Dialysatoren wurden auf dieselbe Weise wie
in Beispiel 1 beschrieben unter Verwendung von
Cellulosediacetat mit einem mittleren Polymerisationsgrad von 120 bis 140
hergestellt. Die Eigenschaften der Hohlfasern und Dialysatoren
wurden gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1
dargestellt.
Beispiele 5 und 6 und Vergleichsbeispiel 3
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Zu 100 Teilen Cellulosediacetat (mit einem mittleren
Polymerisationsgrad von 180) wurden insgesamt 135 Teile
Polyethylenglycol und Diethylenglycol hinzugegeben, und die
Mischung wurde bei 200ºC geschmolzen und durch eine Spinndüse
mit einem ringförmigen Doppelschlitz für mit Rippen versehene
Hohlfasern extrudiert. Das Plastifiziermittel wurde mit heißem
Wasser herausgelöst. Solcherart wurden mit Rippen versehene
Hohlfasern für die Hämodialyse erhalten, deren Innendurchmesser
205 um, die Dicke des rippenlosen Bereichs 12 bis 15 um und
deren Rippenanzahl 6 Rippen betrug. Blut-Dialysatoren wurden
unter Verwendung dieser Hohlfasern zusammengebaut. Die
Eigenschaften der Hohlfasern und Dialysatoren wurden gemessen. Die
erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Beispiel Vergleichsbeispiel Rippenhöhe Rippenbreite Wiederbefeuchtungsdehnung Zugfestigkeit im nassen Zustand Biegefestigkeit Berstdruck Wirksame Membranfläche Belegungsverhältnis UFR Dialysance Menge (ml) des zurückgebliebenen Bluts Blutgerinnung nein gering