DE4016328A1

DE4016328A1 - Polymerkomposite und herstellung

Info

Publication number: DE4016328A1
Application number: DE4016328A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Juergen Dr Gensrich; Dieter Dr Paul; Guenter Dr Malsch; Wolfgang Dr Wagenknecht; Klaus Dr Mueller; Gudrun Hausbrand; Dieter Dr Med Falkenhagen; Martin Dr Holtz; Hartmut Prof Dr Med Wolf
Original assignee: RAEDEL KUNSTSEIDENWERK
Current assignee: SAECHSISCHE KUNSTSEIDEN GMBH, O-8300 PIRNA, DE
Priority date: 1990-05-21
Filing date: 1990-05-21
Publication date: 1991-11-28

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Polymerkomposite auf Basis Cellulose, die vorzugsweise als Trenn- und Trägermaterialien im Verfahren der Blutdetoxikation bei Dialyse, Ultrafiltration und Hämoperfusion eingesetzt werden können.

Trenn- und Trägermaterialien aus Regeneratcellulose für die Blutdetoxikation können u.a. nach dem Kupferoxidammoniakver fahren (z. B. DE-OS 23 28 853), nach dem Viskoseverfahren (z. B. DD-PS 1 31 941, DD-PS 1 47 114 und DD-PS 70 699) sowie nach dem Aminoxidverfahren (z. B. DD-PS 1 59 527) oder durch Deacetylie rung von Celluloseacetat (z. B. US-PS 35 46 209) z. B. in Form von Membranen, Perlen oder Kapillarhohlmembranen hergestellt werden. Diese Trenn- und Trägermaterialien besitzen eine hohe Trennaktivität und sind sehr verbreitet in der Anwendung zur Blutdetoxikation z. B. in der künstlichen Niere. Neuerdings wird diesen Regeneratcellulosematerialien, insbesondere aber denen, die über das Kupferoxidammoniakverfahren erzeugt wer den eine Kompementaktivierung des Blutes angelastet, die die Verträglichkeit der Blutdetoxikationsbehandlung beinträchtigen soll. /D.E. Chemoweth, Artificial Organs 8(3) (1984), 281, D. Falkenhagen, 5. Int. Conf. Polymere in Medizin u. Chirurgie, Leeuwenhorst 1986, Proceedings 4/1/. Eine Verbesserung der Blutverträglichkeit solcher Materialien bei Benutzung des Kupferoxidammoniakverfahrens konnte nach DE-OS 34 30 503 erreicht werden, indem eine Mischung von Cellu lose und Diethylaminoethylcellulose angewandt wurde. Weitere Mischungskomponenten mit Cellulose als Hauptbestandteil werden in DE-OS 35 24 596 beschrieben. Bei beiden Varianten, ebenso wie in DD-PS 2 43 643, wird ein mittlerer Substitutionsgrad der Komposite in Form von Membranen errechnet, nachdem eine chemisch modifizierte Cellulose, vorwiegend Abkömmlinge der Zusammen setzung Cellulose-R′-x-y mit x für -SO-, -SO₂-, -COO-, -NR′′-, z. B. der Alkylaminoalkylcellulose, zusammen mit Cellulose zu blutverträglicheren Materialien verformt wurde. Diese Verfahrens weise erfährt jedoch eine Einschränkung in der Anwendung, da eine gezielte Einstellung der morphologischen Struktur und damit der Trenneigenschaften nur in geringem Maße möglich ist [H. Ruck, Das Papier 40 (1986) 93] und weiterhin bei der Bildung von Kapillarhohlmembranen ein extraktionsnotwendiger flüssiger Lu menfüller verwendet werden muß, der die Herstellung von Trenn apparaten aus solchen Materialien hochaufwendig macht. Eine Kompositherstellung unter Verwendung der für das Cuoxam verfahren nach DD-PS 2 43 643 beanspruchten Verbindungen, insbe sondere von Alkylaminoalkylcellulose als eine Komponente führt bei der Anwendung des Viskoseverfahrens, also der Zumischung der Alkylaminoalkylcellulose, z. B. der Diethylaminoethylcellu lose, zu der alkalischen Lösung des Cellulosexanthogenates nicht zu Produkten mit verbesserter Blutverträglichkeit. Eine andere Methode zur Verbesserung der Blutverträglichkeit be steht in der Beschichtung von Polymeroberflächen, insbesondere von Membranoberflächen durch Pfropfung mit Monomeren, vorzugs weise Acrylammoniumverbindungen, z. B. auf Cellulose zur Bildung einer trennaktiven dichten Schicht mit ionischer Bindungsfähig keit für Polymeranionen, z. B. Heparin (DD-PS 1 36 702). Diese Vor gehensweise ist aufgrund der nachträglich nach der Herstellung des Formkörpers erfolgenden Mehrstufenbehandlung ökonomisch hoch aufwendig und liefert Membranmaterialien mit verminderter Trenn aktivität, z. B. erhöhte Rückhaltung für Moleküle bestimmter Mol masse. Es ist deshalb ein gravierender Mangel, daß gegenwärtig keine Trenn- und Trägermaterialien aus Regeneratcellulose nach dem Viskoseverfahren zur Verfügung stehen, die eine verbesserte Blutverträglichkeit besitzen und gleichzeitig aufwandarm und mit hoher Trennaktivität hergestellt werden können.

Ziel der Erfindung ist es, nach dem Viskoseverfahren ein Poly merkomposit als Trenn- und Trägermaterial und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu entwickeln, welches wirtschaftlich her gestellt und aufgrund verbesserter Blutverträglichkeit vorteil haft zur Blutdetoxikation angewandt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, Polymerkomposite aus Cellulose und ein Verfahren zu ihrer Herstellung nach dem Viskoseverfah ren durch Anwendung geeigneter wasser- und/oder natronlauge löslicher polymerer Zumischungskomponenten zu bilden und im Polymerverband zu fixieren, so daß Polymerkomposite mit hoher Blutverträglichkeit und Trennaktivität entstehen. Die gestellte Aufgabe kann erfindungsgemäß gelöst werden, wenn dem Ausgangsmaterial des Polymerkomposites Cellulose erfindungs gemäß wasser- und/oder natronlaugelösliches und/oder -disper gierbares sulfonat- und/oder sulfatgruppenhaltiges Copolymer und/oder Polymer und/oder Polysaccharidderivat, bei dem die genannten Gruppen direkt an der Anhydroglucoseeinheit gebunden sind, in geeigneter Form beigegeben wird. Die Kompositzusammensetzung geht davon aus, daß der Hochpoly meranteil des Komposites zu mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 80%, aus Cellulose besteht, wobei die Zumischung in der Lösung 0,1 bis 30%, vorzugsweise 10% bezogen auf Cellulose beträgt. Als Zumischung besonders geeignet, erweisen sich Co polymere aus Allylsulfonat und Acrylnitril einer Zusammensetzung von 5-25% Allylsulfonat, vorzugsweise 10-25% Polystyren sulfonat, Lignosulfonat, Cellulosesulfat und Stärkesulfat. Solche Polymerkomposite in Form von sphärischen Körpern, Flach- oder Hohlmembranen oder Kapillarhohlmembranen können zusätzlich mit einem üblichen Präparationsmittel von 10-150%, vorzugsweise von 40-80%, bezogen auf den Polymerkomposit, versehen werden. Vorteilhaft ist, daß eine Zumischung der wasserlöslichen oder alkalilöslichen und/oder dispergierbaren erfindungsgemäß benutzten Verbindungen, möglichst unmittelbar vor oder während der Al kalisierung, vor oder während der Xanthogenierung und/oder während des Löseprozesses des Cellulosexanthogenates in Na tronlauge und/oder Wasser bei Temperaturen von -10 bis 50°C, vorzugsweise 0-30°C, und/oder durch Zumischung zu fertiger Viskose vor deren Verformung erfolgt und daß die mechanische und chemische Stabilität der Polymermatrix der gebildeten Kom posite erhalten bleibt. Durch Art und Menge des Zusatzes lassen sich in einfacher Weise die Eigenschaften der Polymerkomposite verändern. Überraschend war dabei, daß sogar durch die wasserlöslichen Zusätze eine permanente Veränderung der Eigenschaften erreicht werden konnte, insbesondere dann, wenn die üblichen Präparationsmittel ent haltenden Trenn- und Trägermaterialien getrocknet wurden.

Eine andere Form der Bildung des Polymer Komposite ist die Auf bringung der beschriebenen Zusatzmittel vor und/oder während der Applizierung der üblichen Präparationsmittel und/oder an deren Stelle mit nachfolgender Trocknung. Eine besonders die Trenneigenschaften bewahrende Form ist dabei die nach der Trenn mittelbildung erfolgende vorherige und/oder gleichzeitige Auf bringung von Zusatz- und Präparationsmittel auf die bei der Ver formung dem Fällmittel abgewandte Seite des Trennmittels nach dessen Einbau in Trennapparate und einer nachfolgenden Trocknung, so daß die zur Anwendung der Trennmittel erforderliche Spülung und Quellung des Trennmittels mit Wasser überschüssige Zusatz mittel entfernt und diese Seite des Trennmittels dem Blut oder Blutflüssigkeit zugewandt ist.

Beispiel 1

Es wurden 2 Chargen ebenflächige Membranen aus Viskose durch Ausziehen mit einem Wasaglineal der Spaltstärke von 0,3 mm auf einer Glasplatte hergestellt und in einem Fällbad von 4n-(NH₄)₂SO₄ bei Zimmertemperatur ausgefällt und intensiv mit destilliertem Wasser salzfrei gewaschen. Die Viskose hatte eine Zusammensetzung von 8,1% Cellulose und 6,1% Alkali und einer Reife von 6° Hottenroth bei einer Viskosität von 4,3 Pa · s (Charge 1). Ein Teil der Viskose (Charge 2) enthielt 10% (bezogen auf Cellu lose) einer Diethylaminoethylcellulose (DEAE-Cell.) mit einem Stickstoffgehalt von 2,3%. Beide Chargen wurden mit einer Lösung von 10% Glycerol präpariert und bei 50°C im Trocken schrank getrocknet. Nach einer Quellphase in Wasser und einer Waschphase zur Entfernung des Glycerols wurde die Komplement aktivierung anhand des Faktors C3a des Arg. nach der Radio immunoassay-Methode gemessen:

Membran ohne DEAE-Cell.: 3800 ng C3a/ml Blut
Membran mit DEAE-Cell.: 6500 ng C3a/ml Blut

Beispiel 2

Cellulosexanthogenat mit einem Gehalt von 51 Xanthogenatgruppen in 100 Anhydroglucoseeinheiten, hergestellt aus Alkalicellulose nach Umsetzung mit Schwefelkohlenstoff, wird bei -5°C in Natron lauge unter Zugabe von unvernetzten Polystyrensulfonat (Molge wicht 20 000, DS 0,8) gelöst in Substanzverhältnissen, so daß eine Viskose mit 7,6% Cellulose, 6,1% Alkali und 0,52% Poly styrensulfonat entsteht. Aus dieser Viskose wurden durch Aus streichen und Fällen in Schwefelsäure (55 g/l) Membranen her gestellt. Nach Trocknen und Waschen wurde die Komplementakti vierung zu 63% im Vergleich zu einer Membran ohne Sulfonatzu satz ermittelt.

Beispiel 3

Ein Copolymer der Molekülmasse 25 000 g/mol, bestehend aus 25 Masseteilen Natriumallylsulfonat und 75 Masseteilen Acrylnitril wird bis zu einer Konzentration von 6% in 1-gew.-%iger Natron lauge gelöst und auf einer Alkalicellulose der Zusammensetzung 34,8% Cellulose und 14,5% Alkali aufgesprüht. Die fertige Alkalicellulose enthielt 15% Copolymer (bezogen auf Cellulose). Die Verarbeitung der Alkalicellulose zu Viskose und die nach folgende Membranformierung folgte bekannten Verfahren. Die so hergestellten Membranen wiesen eine um 75% verminderte Akti vierung des Komplementsystems auf.

Beispiel 4

Es wurde nach Beispiel 1 verfahren, aber Cellulosesulfat (DS 0,41) in einem Teil der Viskose mit einem Gehalt von 10% be zogen auf Cellulose hinzugefügt. Diese Membranen lösten eine nur geringe Komplementaktivierung von 900 ng C3a/ml Blut aus.

Beispiel 5

Eine Membran wird gemäß Beispiel 1 ohne jeglichen Zusatz gefertigt. Sie wird bei 60°C partiell entwässert, so daß der Feuchtigkeits gehalt nur noch 25% beträgt. Auf diese Membran wird eine 16%ige wäßrige Lignosulfonatlösung (6,5% Schwefel im Ligno sulfonat) aufgesprüht und danach bei steigender Temperatur von 10°C/60 min bei 95°C 2 Std. getrocknet. Die Membran enthielt 1,2% Lignosulfonat bezogen auf Cellulose. Nach Aufquellen in Wasser war eine Verminderung der C3a-Ausschüttung von 12,8% in Humanblut zu verzeichnen.

Beispiel 6

Stärkesulfat, hergestellt aus Kartoffelstärke DP 1000, sulfatiert in einem N₂O₄-SO₂-DMF-System mit einem DS von 2,0 wird in 0,5%iger Natronlauge zu einer 8%igen Dispersion verrührt. Die Dispersion wird zu einer Viskoselösung gegeben, deren Zusammensetzung danach 7,9% Cellulose, 6% Alkali und 1,05% Cellulosesulfat beträgt. Mit Hilfe einer Glasdüse des Durchmessers 1 mm werden in einem Fällbad von 50 g Schwefelsäure/l und 120 g (NH₄)₂SO₄/l Cellulose perlen mit einem Durchmesser von 0,72 mm im getrockneten Zustand erzeugt. Diese Perlen weisen eine um 26% verminderte Komplement aktivierung auf.

Beispiel 7

Das Copolymer aus Allylsulfonat und Acrylnitril aus Beispiel 3 wurde in einer 7%igen Na OH gelöst und in Viskose verrührt, so daß eine Viskosezusammensetzung von 7,1% Cellulose und 7,1% Alkali mit 16% des Copolymeren (bezogen auf Cellulose) entstand und diese Lösung mit einer Hottenrothreife von 5° gemäß DD-PS- 1 31 941 zu Kapillarhohlmembranen versponnen und mit einer Glycerolauflage von 80% (bezogen auf Cellulose) getrocknet. Diese Kapillarhohlmembranen wiesen bei der Prüfung auf konvek tiven Stofftransport bei 67 kPa mit einer 1%igen wäßrigen Poly ethylenglykollösung gegenüber der Molmasse 6200 eine Rückhaltung von 38% bei einem Filtratstrom von 139 ml/h.m².kPa auf. Unter gleichen Bedingungen hergestellte Kapillarhohlmembranen ohne Zusatz des Copolymeren hatte eine Rückhaltung gegenüber der Molmasse 6200 von 59% bei einem Filtratstrom von 71 ml/h.m².kPa. Durch den Copolymerzusatz zur Viskose wurde die Komplementakti vierung der Kapillarhohlmembranen auf 33% des Ausgangswertes abgesenkt.

Claims

1. Polymerkomposit als Trenn- und Trägermaterial aus Cellulose und wasser- und/oder alkalilöslichen bzw. -dispergierbaren Polymersystemen, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochpolymer anteil des daraus bestehenden Formkörpers zu mehr als 50% aus Cellulose und der verbleibende Anteil aus sulfonat- und/ oder sulfatgruppenhaltigen Polymeren und/oder Copolymeren und/oder Polysaccharidderivaten besteht.

2. Polymerkomposit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzpolymer aus einem Vinylderivat-Polymer, vor zugsweise Polystyrensulfonat, charakterisiert durch einen Sulfonatgehalt des mittleren Substitutionsgrades von 0,7%, besteht und in einem Anteil bis zu 20% bezogen auf Cellulose verwendet wird.

3. Polymerkomposit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzpolymer aus einem Copolymer, vorzugsweise aus 10-25% Allylsulfonat und 75-90% Acrylnitril besteht und in einem Anteil von 0,1 bis zu 30% bezogen auf Cellulose ein gesetzt wird.

4. Polymerkomposit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz Lignosulfonat mit 1-7% Schwefelgehalt verwendet wird, wobei der Anteil im Polymerkomposit 1-20% beträgt.

5. Polymerkomposit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz Cellulosesulfat mit einem Substitutionsgrad von 0,3- 2,5 mit einem Anteil von 1-20% eingesetzt wird.

6. Polymerkomposit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz Stärkesulfat mit einem Substitutionsgrad von 1,0 bis 3,0 in einem Anteil bis zu 20% bezogen auf Cellulose Ver wendung findet.

7. Verfahren zur Herstellung von Polymerkompositen aus Cellulose dadurch gekennzeichnet, daß wasser- und/oder alkalilösliche und/oder -dispergierte sulfonat- und/oder sulfatgruppenhaltige Polymere und/oder Copolymere und/oder Polysaccharidderivate vor der Verformung der alkalischen Cellulosexanthogenatlösung, die 5 bis 15% Cellulose enthält, in Natronlauge bzw. Wasser bei Temperaturen von -10 bis 50°C zugemischt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die sulfonat- und/oder sulfatgruppenhaltige Polymere und/oder Copolymere und/oder Polysaccharidderivate vor und/oder während und/oder an Stelle der üblicherweise verwendeten Präparationsmittel nach der Bildung von Regeneratcellulose formkörpern und nachfolgender Trocknung als wäßrige Lö sung aufgebracht werden.