DE4445973B4 - Polyvinylidene fluoride membrane - Google Patents
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Isotrope,
hautlose, poröse
Polyvinylidenfluorid-Membran, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengrößenverteilung
der Membran so vorgegeben ist dass die Membran
a) einen KUF-Koeffizienten von mindestens ca. 103 kPa
bei der Prüfung
unter Verwendung von Flüssigkeitspaaren
mit einer Grenzflächenspannung
von ca. 4 mN/m und/oder
b) eine Titerverminderung von mindestens
ca. 108 gegen T1-Bakteriophage
aufweist.Isotropic, skinless, porous polyvinylidene fluoride membrane, characterized in that the pore size distribution of the membrane is predetermined so that the membrane
a) a K UF coefficient of at least about 103 kPa in the test using liquid pairs with an interfacial tension of about 4 mN / m and / or
b) a titer reduction of at least about 10 8 against T 1 bacteriophage
having.
Description
Die Erfindung betrifft eine poröse Polyvinylidenfluorid enthaltende Membran sowie ein Verfahren zur Herstellung und eine Verwendung einer solchen Membran. Die Erfindung betrifft insbesondere eine isotrope, hautlose, poröse Polyvinylidenfluorid-Membran.The Invention relates to a porous Polyvinylidene fluoride-containing membrane and a process for the preparation and a use of such a membrane. The invention relates in particular an isotropic, skinless, porous polyvinylidene fluoride membrane.
Die erfindungsgemäße Membran hat sich als besonders nützlich bei der Filtration von pharmakologischen und anderen Lösungen erwiesen, insbesondere beim Entfernen von Viren von solchen Lösungen.The inventive membrane has proven to be especially useful in the filtration of pharmacological and other solutions, especially when removing viruses from such solutions.
Bei der Herstellung von Lösungen, die zur Verabreichung an Tiere oder menschliche Wirtsorganismen gedacht sind, wie z.B. pharmakologische und lebenserhaltende Lösungen, ist es wichtig, daß solche Lösungen so frei wie möglich von Substanzen sind, welche ungünstige Reaktionen in dem Wirtsorganismus auslösen können. Eine dieser Verunreinigungen, welche von besonderer Bedeutung ist, sind Viren. Viren sind die Ursache für viele der gefürchteten Krankheiten der Welt, wie z.B. Polio, Hepatitis und Aids.at the production of solutions, intended for administration to animals or human host organisms are such as pharmacological and life support solutions, it is important that such Solutions like that free as possible of substances which are unfavorable Can trigger reactions in the host organism. One of these impurities, which is of particular importance are viruses. Viruses are the ones Cause for many of the dreaded Diseases of the world, such as Polio, hepatitis and aids.
Mehrere verschiedene physikalische und nicht physikalische Verfahren werden derzeit verwendet, um entweder die Viren zu entfernen oder zu inaktivieren. Nichtphysikalische Verfahren, die zur Inaktivierung von Viren verwendet werden, umfassen z.B. die Pasteurisierung durch Erhitzen und chemische Behandlung. Jedoch wirken diese Verfahren nicht auf alle Viren in gleichem Maße. Darüber hinaus können, im Falle, daß biotherapeutische Mittel zugegen sind, diese Mittel ebenfalls inaktiviert werden. Zusätzlich können Chemikalien, die bei einer chemischen Behandlung verwendet werden, einen schädlichen Einfluß auf den Wirtsorganismus ausüben.Several different physical and non-physical processes currently used to either remove or inactivate the viruses. Non-physical method used to inactivate viruses include, e.g. the pasteurization by heating and chemical Treatment. However, these methods do not affect all viruses in same size. About that in addition, in the event that biotherapeutic Funds are present, these funds are also inactivated. additionally can Chemicals used in a chemical treatment a harmful one Influence on exercise the host organism.
Eine alternative Lösung beinhaltet einen physikalischen Trennvorgang. Solche Verfahren verwenden Filtrationsmembranen, z.B. symmetrische oder asymmetrische mikroporöse oder Ultrafiltrationsmembranen, zur Entfernung von Viren aus einer Lösung. Solche Membranen entfernen Viren entweder durch Adsorption, einen Siebeffekt oder eine Kombination von Adsorption und Siebung. Die Siebung wird im allgemeinen gegenüber der Adsorption bevorzugt, weil über den Siebungsprozeß eine bessere Kontrolle möglich ist und weil die Siebung mit geringerer Wahrscheinlichkeit einem Virus versehentlich den Durchgang durch die Filtrationsmembran erlaubt.A alternative solution involves a physical separation process. Such processes use filtration membranes, e.g. symmetric or asymmetric microporous or ultrafiltration membranes, for Removal of viruses from a solution. Such membranes remove viruses either by adsorption, a Sieving effect or a combination of adsorption and sieving. The Screening is generally preferred over adsorption, because over the screening process one better control possible and because the screening is less likely one Virus accidentally allowed passage through the filtration membrane.
Wenn Viren gefiltert werden, muß man die Größe der Zielviren in Betracht ziehen, um das geeignete Filtrationsmedium auszuwählen. Da nicht alle Viren von derselben Größe sind, werden Viren typischerweise als "große" Viren oder "kleine" Viren charakterisiert. Die großen Viren schließen Viren von ca. 0,08 μm effektiven Durchmessers und größer ein, z.B. Adenoviren, Rheoviren und Herpes-Viren. Die kleinen Viren schließen Viren ein, die einen effektiven Durchmesser von ca. 0,025 bis 0,028 μm aufweisen, z.B. Hepatitis-Viren, Polioviren und Parvoviren.If Viruses are filtered, you have to the size of the target viruses to select the appropriate filtration medium. There Not all viruses are the same size, viruses are typically characterized as "large" viruses or "small" viruses. The big ones Close viruses Viruses of approx. 0.08 μm effective diameter and larger, e.g. Adenoviruses, rheoviruses and herpes viruses. The small viruses close viruses one having an effective diameter of about 0.025 to 0.028 μm, e.g. Hepatitis viruses, polioviruses and parvoviruses.
Das effiziente Sieben von Viren wird derzeit durch die verfügbaren Filtrationsmembranen begrenzt. Obwohl sowohl mikroporöse als auch Ultrafiltrationsmembranen vorgeschlagen wurden, um Viren zu sieben, ist jede dieser Membranen in verschiedener Hinsicht ungeeignet.The Efficient screening of viruses is currently available through the available filtration membranes limited. Although both microporous as well as ultrafiltration membranes have been proposed to viruses seven, each of these membranes is unsuitable in several respects.
Mikroporöse Membranen werden als isotrop und hautlos charakterisiert. In anderen Worten: sie haben eine gleichmäßige Poren struktur und ihre Eigenschaft, Partikel zu entfernen, die beispielsweise als Titerreduktion gemessen wird, hängt von der Porengröße und der Dicke der Membran ab. Die kleinste mittlere Porengröße, die derzeit bei diesem Typ von Membranen verfügbar ist, beträgt jedoch nur 0,04 μm, z.B. Ultipor N66-NDP (Pall Corporation, Glen Cove, New York). Obwohl solche Membranen in der Lage sind, die relativ großen Viren zu entfernen, wenn man Membranen mit einer ausreichenden Dicke verwendet, können sie im allgemeinen solche Viren nicht entfernen, welche in die Kategorie kleiner Größe fallen. Die Anstrengungen zur Herstellung einer mikroporösen Membran mit kleineren Poren waren bislang ohne Erfolg.Microporous membranes are characterized as isotropic and skinless. In other words: they have a uniform pore structure and their property of removing particles, for example is measured as the titer reduction depends on the pore size and the Thickness of the membrane from. The smallest mean pore size that However, currently available for this type of membranes is only 0.04 μm, e.g. Ultipor N66-NDP (Pall Corporation, Glen Cove, New York). Even though Such membranes are capable of producing relatively large viruses remove when using membranes of sufficient thickness, can they generally do not remove viruses that fall into the category fall small size. The efforts to make a microporous membrane with smaller pores were so far without success.
Ultrafiltrationsmembranen werden charakterisiert als asymmetrisch, d.h. sie besitzen eine ungleichmäßige Porengröße, über ihre Dicke gesehen. Insbesondere bestehen solche Membranen typischerweise aus einer einteiligen Doppelschicht, wobei eine Schicht eine dünne Haut ist, welche sogenannte schlitzähnliche Fissuren oder Spalten aufweist, während die andere Lage eine dicke Teilstruktur darstellt, welche eine hohe Konzentration an fingerähnlichen Einbuchtungen oder Makrohohlräumen enthält. Die dünne Haut hat eine relativ kleine Porengröße, während die dicke Teilstruktur eine relativ große Porengröße aufweist. Es ist die Haut, welche eng mit der Ausgewogenheit der Membran verbunden ist und welche die Membran mit ihren Filtrationseigenschaften bestimmt. Ultrafiltrationsmembranen sind im allgemeinen in einem Porendurchmesserbereich von 0,001 bis 0,02 μm erhältlich.Ultrafiltration membranes are characterized as asymmetric, i. they own one uneven pore size, over their Fat seen. In particular, such membranes typically exist from a one-piece double layer, one layer being a thin skin is what is called slit-like Fissures or columns, while the other layer has a represents thick substructure, which is a high concentration finger-like Indentations or macro cavities contains. The thin one Skin has a relatively small pore size, while the thick substructure a relatively large one Has pore size. It is the skin that is closely linked to the balance of the membrane and which determines the membrane with its filtration properties. Ultrafiltration membranes are generally in a pore diameter range of 0.001 to 0.02 μm available.
Idealerweise bedeckt die einstückige Haut vollständig die Makrohohlräume des dicken Trägers. In der Praxis jedoch enthält die Haut oberhalb der Makrohohlräume fast immer beträchtliche Defekte, wie z.B. Risse, Nadellöcher und andere Defekte und Fehler, welche entweder die Hautschicht durchbrechen oder zu einem Versagen bei der Verwendung führen. Deshalb gibt es be züglich der Unverletztheit der Membran und ihrer Entfernungsleistung keine Gewißheit.Ideally cover the one-piece Skin completely the macro cavities the thick carrier. In practice, however, contains the skin above the macrocavities almost always considerable Defects, e.g. Cracks, pinholes and other defects and defects that either break the skin layer or lead to a failure in use. That is why there is a shortage of Undamaged membrane and its removal performance no certainty.
Obwohl Untrafiltrationsmembranen in der Praxis verwendet werden, werden diese Membranen auf einer statistischen Basis in bezug auf die Defekte der Unversehrtheit verwendet. Das bedeutet, da nur ein kleiner Teil der zu filternden Flüssigkeit durch einen der Defekte hindurchtreten wird und da nur ein Teil der gesamten zu filternden Flüssigkeit unerwünschtes Material, das entfernt werden soll, enthält, daß die Wahrscheinlichkeit gegeben ist, daß nur ein geringer Anteil an solchem Material durch die Membran hindurchtritt. Obwohl dies für bestimmte Anwendungsbereiche akzeptabel sein kann, ist dies für viele andere Anwendungsbereiche unakzeptabel, insbesondere in solchen Situationen, bei denen die filtrierte Flüssigkeit dazu gedacht ist, einem Menschen oder einem Tier verabreicht zu werden, und wo jeder Virus oder dergleichen, welcher durch die Membran hindurchtreten konnte, ein ernsthaftes Gesundheitsproblem für den Empfänger auslösen kann.Even though Untrafiltration membranes are used in practice these membranes on a statistical basis with respect to the defects the integrity used. That means there's only a small part the liquid to be filtered will pass through one of the defects and there only one part the entire liquid to be filtered undesirable Material to be removed contains that given the probability is that only a small amount of such material passes through the membrane. Although this for certain Areas of application may be acceptable, this is for many other applications unacceptable, especially in such Situations where the filtered liquid is intended to to be administered to a human or an animal, and where each Virus or the like passing through the membrane could trigger a serious health problem for the recipient.
Darüber hinaus ist die Herstellung von akzeptablen Ultrafiltrationsmembranen angesichts ihrer Struktur und den Defekten schwierig, welche unvermeidbar diese Struktur begleiten. Bis heute wurde keine Ultrafiltrationsmembran hergestellt, welche in der Tat frei von Defekten ist. Ferner ist es wegen der extrem dünnen Haut (in der Größenordnung von wenigen μm Dicke), welche für all die Filtrationscharakteristiken einer Ultrafiltrationsmembran verantwortlich ist, ziemlich schwierig auf einer gleichmäßigen Basis Ultrafiltrationsmembranen zu reproduzieren, welche den gleichen Grad an Defekten, Porengröße und Porengrößenverteilung besitzen. Zusätzlich kann die Unversehrtheit und andere Eigenschaften solcher Membranen nicht einmal leicht nach der Herstellung und vor der eigentlichen Verwendung geprüft werden, da typische Prüfverfahren, z.B. der Blasenpunkt- und KL-Test, verlangen, daß überschießend hohe Prüfdruc ke verwendet werden, um die Membranen zu zerreißen oder anderweitig zu beschädigen.Moreover, it is difficult to fabricate acceptable ultrafiltration membranes in view of their structure and defects which unavoidably accompany this structure. To date, no ultrafiltration membrane has been made that is indeed free of defects. Further, because of the extremely thin skin (on the order of a few microns thick), which is responsible for all the filtration characteristics of an ultrafiltration membrane, it is quite difficult to uniformly reproduce ultrafiltration membranes having the same level of defects, pore size and pore size distribution. In addition, the integrity and other properties of such membranes can not even be easily checked after manufacture and before actual use, since typical testing procedures, such as the bubble point and K L tests, require that excessively high test pressures be used around the membranes tearing or otherwise damaging it.
Damit besteht ein ernster Bedarf für eine Filtrationsmembran, die eine wirksame und vorhersagbare Entfernung von kleinen Partikeln, wie z.B. Viren, aus einer Flüssigkeit bewirken kann. Eine solche Membran sollte vorzugsweise minimale Adsorptionseigenschaften aufweisen, um Verschmutzungen und andere unerwünschte Filtrationseffekte zu vermeiden. Ferner sollte die Filtrationsmembran leicht reproduzierbar sein und einem Unversehrtheitstest vor dem eigentlichen Gebrauch zugänglich sein. Eine kommerziell anwendbare Methode für die Herstellung einer solchen Membran ist ebenfalls wünschenswert.In order to there is a serious need for a filtration membrane that provides an effective and predictable removal small particles, e.g. Viruses, from a liquid can cause. Such a membrane should preferably be minimal Have adsorption properties to contaminants and others undesirable To avoid filtration effects. Furthermore, the filtration membrane should be easily reproducible and an integrity test before actual use accessible be. A commercially applicable method for the production of such Membrane is also desirable.
Erfindungsgemäß wird eine solche Membran mit einer isotropen, hautlosen, porösen Polyvinylidenfluorid-Membran geschaffen mit
- a) einem Koeffizienten KUF von mindestens ca. 103 kPa (15 psi), gemessen bei der Prüfung unter Verwendung von Flüssigkeitspaaren mit einer Grenzflächenspannung von ca. 4 mN/m (4 dynes/cm) und/oder
- b) einer Titerverminderung von mindestens ca. 108 gegenüber T1-Bakteriophage.
- a) a coefficient K UF of at least about 103 kPa (15 psi) as measured by testing using liquid pairs having an interfacial tension of about 4 mN / m (4 dynes / cm) and / or
- b) a titer reduction of at least about 10 8 against T 1 bacteriophage.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine isotrope, hautlose, poröse Polyvinylidenfluorid-Membran mit einem Koeffizienten KUF von vorzugsweise unterhalb ca. 345 kPa (50 psi). Die Titerreduktion der erfindungsgemäßen Membran beträgt zumindest 108 gegen T1-Bakteriophage, weiter bevorzugt ebenfalls gegen PR772-Coliphage und noch weiter bevorzugt auch gegen PP7-Bakteriophage. Die erfindungsgemäße Membran kann eine Dicke von ca. 500 μm oder weniger aufweisen und so dünn sein wie ca. 125 μm oder weniger.More particularly, the invention relates to an isotropic, skinless, porous polyvinylidene fluoride membrane having a coefficient K UF of preferably below about 345 kPa (50 psi). The titer reduction of the membrane according to the invention is at least 10 8 against T 1 bacteriophage, more preferably also against PR772 coliphage and even more preferably also against PP7 bacteriophage. The membrane of the invention may have a thickness of about 500 μm or less and be as thin as about 125 μm or less.
Die Erfindung schafft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Membran durch die Bereitstellung einer Gießlösung, welche Polyvinylidenfluorid und ein Lösemittel hierfür enthält, wobei die Gießlösung auf eine gleichmäßige Temperatur von ca. 57°C bis ca. 60°C erwärmt wird, die Gießlösung auf einem Substrat zur Bildung einer Folie verteilt wird, die Folie in einem Abschreckbad zur Bildung einer porösen Membran abgeschreckt wird, welche gewaschen und getrocknet wird.The The invention also provides a method for producing a Such membrane by providing a casting solution, which Polyvinylidene fluoride and a solvent therefor contains the casting solution on a uniform temperature from about 57 ° C up to 60 ° C heated is, the casting solution on a substrate is distributed to form a film, the film quenched in a quench bath to form a porous membrane, which is washed and dried.
Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie deren Verwendung sind im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:These and further advantageous embodiments of the invention and their Use are explained in more detail below with reference to the drawing. It show in detail:
Die vorliegende Erfindung schafft eine neue, isotrope, hautlose, poröse Membran mit Porenabmessungen, welche kleiner sind als die bislang bei solchen Membranen erhaltenen. Die Porengrößeeigenschaften der erfindungsgemäßen Membran können mittels dem Koeffizienten KUF als auch der Titerverminderung ausgedrückt werden. Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung eine isotrope, hautlose, poröse Polyvinylidenfluorid-Membran mit einem Koeffizienten KUF von mindestens ca. 103 kPa, vorzugsweise mindenstens ca. 117 kPa und noch weiter bevorzugt von mindestens ca. 138 kPa, gemessen unter Verwendung von Flüssigkeitspaaren mit einer Grenzflächenspannung von ca. 4 mN/m. Die erfindungsgemäße Membran weist typischerweise einen Koeffizienten KUF unterhalb von 345 kPa, z.B. ca. 103 kPa bis ca. 345 kPa, auf und wird im allgemeinen einen Koeffizienten KUF unterhalb ca. 276 kPa, z.B. ca. 117 kPa bis ca. 276 kPa, aufweisen, gemessen unter Verwendung von Flüssigkeitspaaren mit einer Grenzflächenspannung von ca. 4 mN/m. Weiter bevorzugt wird die erfindungsgemäße Membran einen Koeffizienten KUF unterhalb von ca. 207 kPa, z.B. ca. 124 kPa bis ca. 207 kPa, aufweisen, gemessen unter Verwendung von Flüssigkeitspaaren mit einer Oberflächenspannung von ca. 4 mN/m.The present invention provides a new, isotropic, skinless, porous membrane having pore dimensions smaller than those previously obtained with such membranes. The pore size properties of the membrane of the present invention can be expressed by the coefficient K UF as well as the titer reduction. More particularly, the present invention provides an isotropic, skinless, porous polyvinylidene fluoride membrane having a coefficient K UF of at least about 103 kPa, preferably at least about 117 kPa, and more preferably at least about 138 kPa, as measured using liquid pairs with one Interfacial tension of about 4 mN / m. The membrane of the present invention typically has a coefficient K UF below 345 kPa, eg, about 103 kPa to about 345 kPa, and will generally have a coefficient K UF below about 276 kPa, eg, about 117 kPa to about 276 kPa , measured using liquid pairs having an interfacial tension of about 4 mN / m. More preferably, the membrane according to the invention will have a coefficient K UF below about 207 kPa, eg about 124 kPa to about 207 kPa, measured using liquid pairs having a surface tension of about 4 mN / m.
Die erfindungsgemäße Membran kann ebenfalls durch ihre Titerverminderung gegen verschiedene Phagen definiert werden. Die erfindungsgemäße Membran weist vorzugsweise eine Titerverminderung von mindestens ca. 108 gegen T1-Bakteriophage auf, weiter bevorzugt ebenso gegen den kleineren PR772-Coliphagen und am meisten bevorzugt gegen den sogar noch kleineren PP7-Bakteriophagen. Die Titerverminderung einer bestimmten erfindungsgemäßen Membran läßt sich im wesentlichen auf der Basis des Koeffizienten KUF und der Dicke der Membran vorhersagen. Darüber hinaus kann die Titerverminderung innerhalb von engen Grenzen zugeschnitten werden, was eine enge Porengrößenverteilung beweist. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Membran eine Titerverminderung von mindestens ca. 108 gegenüber T1-Bakteriophage aufweisen oder sogar gegen PR772-Coliphage, während eine Titerverminderung von ca. 102 oder weniger gegen PP7 gegeben ist. Im allgemeinen wird die erfindungsgemäße Membran eine Dicke von ca. 500 μm oder weniger aufweisen, bevorzugt ca. 250 μm oder weniger und am meisten bevorzugt ca. 125 μm oder weniger. Für die meisten Anwendungsfälle kann die erfindungsgemäße Membran eine Dicke von ca. 75 μm bis ca. 125 μm aufweisen. Die erfindungsgemäße Membran kann diese verschiedenen Dicken aufweisen und trotzdem durch die vorgenannten Koeffizienten KUF und/oder die Titerverminderungswerte charakterisiert werden. Deshalb kann, obwohl die Membran der vorliegenden Erfindung sehr dünn hergestellt werden kann, z.B. ca. 25 bis 125 μm dick oder sogar so dünn wie 25 bis 75 μm, die erfindungsgemäße Membran immer noch ausgezeichnete Titerverminderungswerte gegen Viren aufweisen.The membrane of the invention can also be defined by its titre reduction against various phages. The membrane of the invention preferably has a titer reduction of at least about 10 8 against T 1 bacteriophage, more preferably also against the smaller PR772 coliphage, and most preferably against the even smaller PP7 bacteriophage. The titer reduction of a particular membrane according to the invention can be predicted essentially on the basis of the coefficient K UF and the thickness of the membrane. In addition, titer reduction can be tailored within narrow limits, demonstrating a narrow pore size distribution. For example, the membrane of the invention may have a titer reduction of at least about 10 8 against T 1 bacteriophage, or even against PR772 coliphage, while there is a titer decrease of about 10 2 or less against PP7. In general, the membrane of the invention will have a thickness of about 500 μm or less, preferably about 250 μm or less, and most preferably about 125 μm or less. For most applications, the membrane of the invention may have a thickness of about 75 microns to about 125 microns. The membrane according to the invention can have these different thicknesses and nevertheless be characterized by the aforementioned coefficients K UF and / or the titre reduction values. Therefore, although the membrane of the present invention can be made very thin, eg, about 25 to 125 μm thick, or even as thin as 25 to 75 μm, the membrane of the present invention still has excellent titer reduction values against viruses.
Da
die erfindungsgemäße Membran
isotrop ist, hat sie eine im wesentlichen gleichförmige und
symmetrische Porenstruktur. Repräsentative
Membranen der Erfindung zeigen die Rasterelektronenmikroskopaufnahmen
der
KUF-BestimmungK UF determination
Prüfmethoden, die z.B. als "Blasenbildungspunkt" (ASTM F316-86) und als die KL-Testmethode (US-Patent 4,340,479) bekannt sind, wurden in der Vergangenheit verwendet, um die Porengrößeneigenschaften von mikroporösen Membranen zu bestimmen. Obwohl diese Prüfmethoden, insbesondere die KL-Prüfmethode, verwendet werden können, um die erfindungsgemäßen Membranen zu untersuchen, benötigen diese Prüfungen hohe Drücke in Verbindung mit Membranen sehr kleiner Poren, was zu Zuverlässigkeitsproblemen führen kann. Deshalb wird die erfindungsgemäße Membran vorzugsweise unter Verwendung des KUF-Koeffizienten-Prüfverfahrens charakterisiert, welches von der Pall Corporation entwickelt wurde, um eine Möglichkeit der zuverlässigeren Bestimmung der Porengröße und der Membranunversehrtheit von Membranen mit sehr kleinen Porenabmessungen zu haben.Test methods known, for example, as "Bubble Point" (ASTM F316-86) and the K L Test Method (US Patent 4,340,479) have been used in the past to determine the pore size characteristics of microporous membranes. Although these test methods, particularly the K L test method, can be used to study the membranes of the present invention, these tests require high pressures in conjunction with very small pore membranes, which can lead to reliability issues. Therefore, the membrane of the present invention is preferably characterized using the K UF coefficient test method developed by Pall Corporation to obtain a Possibility of more reliable determination of pore size and membrane integrity of membranes with very small pore dimensions.
Die KUF-Prüfmethode ist in der US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 07/882,473 (eingereicht am 13. Mai 1992) beschrieben. In Übereinstimmung mit der KUF-Prüfmethode wird die zu prüfende Membran zuerst gründlich mit einer Benetzungsflüssigkeit benetzt, die in der Lage ist, die Membran vollständig zu benetzen. Eine Verdrängungsflüssigkeit, welche mit der zur Benetzung der Membran verwendeten Benetzungsflüssigkeit unmischbar ist, jedoch eine kleine, stabile Grenzflächenspannung aufweist, wird in Kontakt mit der Aufstromseite der benetzten Membran gebracht. Druck wird dann allmählich auf die Verdrängungsflüssigkeit ausgeübt und das Fließen der verdrängenden Flüssigkeit durch die Membran wird als Funktion des angewandten Drucks gemessen. Die verdrängende Flüssigkeit sollte stabil, aber nicht mit der Benetzungsflüssigkeit mischbar sein, und die Grenzflächenspannung zwischen den beiden Flüssigkeiten sollte ca. 10 mN/m (10 dynes/cm) oder weniger betragen. Die Vorgabe der Grenzflächenspannung auf weniger als 10 mN/m erlaubt eine Fluidverdrängung bei wesentlich geringeren Drücken als bei ähnlichen Prüfverfahren, die normalerweise mit einer Wasser /Luftgrenzfläche (z.B. in dem KL- oder dem Blasenpunkt-Testverfahren) durchgeführt werden. Darüber hinaus ist es wichtig, daß die Grenzflächenspannung zwischen den beiden Flüssigkeiten während dem Testverfahren konstant bleibt. Ein Auftragen der Fließgeschwindigkeit der verdrängenden Flüssigkeit pro Flächeneinheit der Membran durch die Membran als eine Funktion des angewandten Drucks kann vorgenommen werden und eine gerade Linie kann durch den steilen Teil der resultierenden Kurve unter Verwendung der Regressionsanalyse gezogen werden, wobei die Gerade die horizontale Achse bei einem gegebenen Druckwert schneidet. Dieser Schnittpunkt wird als KUF-Wert angenommen und ist direkt mit dem Porendurchmesser der Membran verknüpft. Da es keinen Diffusionsfluß durch eine Membran gibt, welche frei von Defekten ist, ist die Fließgeschwindigkeit der verdrängenden Flüssigkeit durch die Membran vor dem KUF-Wert gleich Null, d.h. eine waagerechte Linie in einem typischen Diagramm der Fließgeschwindigkeit gegen den Druck.The K UF test method is described in U.S. Patent Application Serial No. 07 / 882,473 (filed May 13, 1992). In accordance with the K UF test method, the membrane to be tested is first wetted thoroughly with a wetting liquid capable of completely wetting the membrane. A displacement fluid which is immiscible with the wetting liquid used to wet the membrane but has a small, stable interfacial tension is brought into contact with the upstream side of the wetted membrane. Pressure is then gradually applied to the displacement fluid and the flow of the displacing fluid through the membrane is measured as a function of applied pressure. The displacing liquid should be stable but not miscible with the wetting liquid, and the interfacial tension between the two liquids should be about 10 mN / m (10 dynes / cm) or less. Specification of the interfacial tension to less than 10 mN / m allows fluid displacement at substantially lower pressures than similar test methods normally performed with a water / air interface (eg, in the K L or bubble point test method). In addition, it is important that the interfacial tension between the two fluids remain constant during the test procedure. An application of the flow rate of the displacing liquid per unit area of the membrane through the membrane as a function of the applied pressure can be made and a straight line can be drawn through the steep part of the resulting curve using the regression analysis, the straight line being the horizontal axis at a given pressure value cuts. This point of intersection is assumed to be the K UF value and is directly linked to the pore diameter of the membrane. Since there is no diffusion flow through a membrane which is free of defects, the flow rate of the displacing liquid through the membrane before the K UF value is zero, ie a horizontal line in a typical graph of flow rate versus pressure.
Die KUF-Werte, die hier genannt werden, werden mittels eines Flüssigkeitspaares mit einer Grenzflächenspannung von ca. 4 mN/m bestimmt. Im einzelnen sind die hier erwähnten KUF-Werte bestimmt unter Verwendung von n-Pentanol, gesättigt mit Wasser, als Benetzungsflüssigkeit und Wasser, gesättigt mit n-Pentanol, als die verdrängende Flüssigkeit. Die unmischbaren Phasen sind gegenseitig gesättigt, um sicherzustellen, daß die Grenzflächenspannung zwischen den Flüssigkeiten, welche ca. 4,4 mN/m bei Umgebungstemperatur beträgt, sich nicht durch Lösen der einen Phase in der anderen ändert. Andere Faktoren, wie z.B. die Temperatur, sollten während dem Prüfverfahren ebenfalls relativ konstant bleiben, um so bedeutende Änderungen der Grenzflächenspannung zwischen den unmischbaren Flüssigkeiten während der Prüfung zu vermeiden. Obwohl andere Flüssigkeitspaare zur Bestimmung des KUF-Werts verwendet werden können, wie z.B. n-Butanol und Wasser, werden hier n-Pentanol und Wasser verwendet, da die so erhaltenen KUF-Werte in einem bequemen Meßbereich liegen und weil die gegenseitige hohe Löslichkeit von n- Pentanol und Wasser sicherstellt, daß, falls eine selektive Adsorption einer der Komponenten durch die Membran stattfindet, eine solche Adsorption einen kleinen oder gar keinen Effekt auf die erhaltenen KUF-Werte haben wird. Andere Alkohol/Wassersysteme umfassen z.B. n-Octanol/Wasser und n-Hexanol/Wasser, und andere, nicht auf Alkoholen basierende Flüssigkeitspaare, könnten natürlich in ähnlicher Weise zur Bestimmung der KUF-Werte verwendet werden.The K UF values, which are mentioned here, are determined by means of a liquid pair with an interfacial tension of about 4 mN / m. Specifically, the K UF values mentioned herein are determined using n-pentanol saturated with water as the wetting liquid and water saturated with n-pentanol as the displacing liquid. The immiscible phases are mutually saturated to ensure that the interfacial tension between the liquids, which is about 4.4 mN / m at ambient temperature, does not change by dissolving one phase in the other. Other factors, such as temperature, should also remain relatively constant during the test procedure so as to avoid significant changes in interfacial tension between the immiscible fluids during testing. Although other pairs of liquids can be used to determine the K UF value, such as n-butanol and water, n-pentanol and water are used here because the K UF values thus obtained are in a convenient range and because of the high mutual solubility of n-pentanol and water ensures that if selective adsorption of any of the components occurs through the membrane, such adsorption will have little or no effect on the K UF values obtained. Other alcohol / water systems include, for example, n-octanol / water and n-hexanol / water, and other non-alcohol based fluid pairs could, of course, be similarly used to determine K UF values.
Die Grenzflächenspannungen für verschiedene organische Flüssigkeiten, die eine Phasengrenze mit Wasser bilden, wie dies in dem Buch "Interfacial Phenomena", 2. Auflage, herausgegeben von J. T. Davies und E. K. Rideal (1963), berichtet wird, sind unten angegeben zusammen mit den Löslichkeiten der verschiedenen Verbindungen in Wasser, wie dies im Chemical Rubber Handbook (CRC), Auflage von 1970, berichtet ist.The Interfacial tensions for different organic liquids, which form a phase boundary with water, as published in the book "Interfacial Phenomena", 2nd edition by J.T. Davies and E.K. Rideal (1963), are below stated together with the solubilities of the various compounds in water, as in the Chemical Rubber Handbook (CRC), edition of 1970, is reported.
Obwohl nur organische Flüssigkeiten und Wasser in der vorstehenden Tabelle aufgelistet wurden, kann die KUF-Testmethode, wie zuvor erwähnt, auch mit jedem anderen Paar unmischbarer Flüssigkeiten durchgeführt werden.Although only organic liquids and water have been listed in the table above, the K UF test method, as previously mentioned, can also be performed with any other pair of immiscible liquids.
Entsprechend dem KUF-Prüfverfahren kann die Benetzungsflüssigkeit eine einzelne flüssige Verbindung, wie z.B. n-Octanol, sein und die verdrängende Flüssigkeit kann ebenso eine einzelne Verbindung, wie z.B. Wasser, sein, welches im wesentlichen unlöslich in dem n-Octanol ist. Alternativ kann die Benetzungs flüssigkeit eine Gleichgewichtsmischung sein, welche eine erste flüssige Verbindung, wie z.B. n-Pentanol, umfaßt, welche mit einer zweiten flüssigen Verbindung, wie z.B. Wasser, gesättigt ist. Die zweite flüssige Verbindung, gesättigt mit der ersten, wird dann als die Verdrängungsflüssigkeit verwendet. Mit Bezug auf andere Ausführungsformen ist es wichtig, daß die Grenzflächenspannung zwischen den beiden Flüssigkeiten während der Durchführung der Prüfung relativ konstant bleibt. Es wird deshalb empfohlen, daß die Phasen in der Zusammensetzung stabil sein sollen, d.h. wenn die Phasen in Kontakt miteinander sind, kein Nettofluß von einer der Fluide über die Grenzfläche hinweg stattfinden. Damit gibt es keine wesentliche Veränderung in der Löslichkeit der verdrängenden Flüssigkeit in der benetzenden Flüssigkeit, was, falls vorhanden, die Ergebnisse beeinträchtigen könnte.According to the K UF test method, the wetting liquid may be a single liquid compound, such as n-octanol, and the displacing liquid may also be a single compound, such as water, which is substantially insoluble in the n-octanol. Alternatively, the wetting liquid may be an equilibrium mixture comprising a first liquid compound such as n-pentanol which is saturated with a second liquid compound such as water. The second liquid compound saturated with the first is then used as the displacement liquid. With respect to other embodiments, it is important that the interfacial tension between the two liquids remain relatively constant during the performance of the test. It is therefore recommended that the phases in the composition should be stable, ie, when the phases are in contact with each other, there should be no net flow of any of the fluids across the interface. Thus, there is no significant change in the solubility of the displacing liquid in the wetting liquid, which, if present, could affect the results.
In der Praxis wird der KUF-Test üblicherweise mit jeder der unmischbaren Phasen, gesätttigt mit dem Fluid, mit welchem es in engem Kontakt steht, durchgeführt. Z.B. beträgt die Löslichkeit von n-Pentanol in Wasser 2,7 g/100 g Wasser bei 22°C. Da einiges n-Pentanol sich in Wasser lösen wird, wird es bevorzugt, die wäßrige Phase mit n-Pentanol zu sättigen. Gleicherweise wird es bei der n-Pentanolphase bevorzugt, diese mit Wasser zu sättigen. Gegenseitig gesättigte Phasen können leicht durch Schütteln einer Mischung erhalten werden, welche ausreichende Mengen von jeder der Flüssigkeiten, zusammen in einem Behälter oder einem Scheidetrichter enthält. In den Prüfungen und Beispielen, die hier beschrieben werden, wurde die organische Phase in jedem Fall verwendet, um die Membran zu benetzen. Es ist eine naheliegende Erweiterung des Verfahrens, die Fluide auszutauschen, d.h. die Membran mit der wäßrigen Phase zu benetzen und die aufstromseitige Seite der Membran unter Druck mit der organischen Phase zu beschicken.In practice, the K UF test is usually carried out with each of the immiscible phases saturated with the fluid with which it is in close contact. For example, the solubility of n-pentanol in water is 2.7 g / 100 g of water at 22 ° C. Since some n-pentanol will dissolve in water, it is preferred to saturate the aqueous phase with n-pentanol. Likewise, it is preferred in the n-pentanol phase to saturate them with water. Mutually saturated phases can be readily obtained by shaking a mixture containing sufficient quantities of each of the liquids, together in a container or a separatory funnel. In the tests and examples described here, the organic phase was used in each case to wet the membrane. It is an obvious extension of the process to exchange the fluids, ie to wet the membrane with the aqueous phase and the upstream side of the membrane under pressure with the organic phase to feed.
Die absoluten KUF-Werte werden selbstverständlich in Abhängigkeit von dem bestimmten Alkohol/Wasser-System variieren, obwohl die Werte, die erhalten werden, wenn andere Alkohol/Wasser-Systeme verwendet werden, die im allgemeinen mit den n-Pentanol/Wasser-System-KUF-Werten unter Verwendung des Verhältnisses ihrer jeweiligen Grenzflächenspannungen korreliert werden können. Z.B. entspricht ein KUF-Wert von ca. 310 kPa im n-Pentanol/Wasser-System einem KUF-Wert von ca. 124 kPa in dem n-Butanol/Wasser-System (d.h. 310 kPa × 1,8/4,4).The absolute K UF values will, of course, vary depending on the particular alcohol / water system, although the values obtained when using other alcohol / water systems are generally related to the n-pentanol / water system -K UF values can be correlated using the ratio of their respective interfacial tensions. For example, corresponding to a K UF of about 310 kPa in n-pentanol / water system a K UF of about 124 kPa in the n-butanol / water system (ie 310 kPa × 1.8 / 4, 4).
Titerverminderungtiter reduction
Die Titerverminderung nimmt Bezug auf eine Fähigkeit einer bestimmten Membran, vorgegebene Partikel aus einem Fluid zu entfernen. Die Titerverminderung als solche ist ein Standardmaß für die Fähigkeit der Membran, biologische Organismen, wie z.B. Bakterien und Viren, zu entfernen. Obwohl jeder geeignete Partikel zur Bestimmung der Titerverminderung verwendet werden kann, wurde die Titerverminderung der erfindungsgemäßen Membran durch eine Prüfung der Membran gegen T1- und PP7-Bakteriophagen (im allgemeinen eine 50:50 Mischung der beiden Bakteriophagen bei einem Gehalt von 109 bis 1010 Bakteriophagen pro Milliliter) in einem Gel-Phosphatpuffer ermittelt. Zum Zwecke der hier berichteten Ermittlungen wurde E.coli ATCC # 11303 als Quelle für die T1-Phagen und P.aeruginosa ATCC # 15612 als Quelle für die PP7-Phagen verwendet. Zusätzlich zu den T1- und PP7-Bakteriophagen wurde die erfindungsgemäße Membran ebenfalls gegen den PR772-Coliphagen getestet. Die Quelle der PR772-Phagen zum Zwecke der hier berichteten Ermittlungen war Prof. H. W. Ackerman, Department of Microbiology, Faculty of Medicine, Laval University, Quebec, Kanada.The titre reduction refers to an ability of a particular membrane to remove predetermined particles from a fluid. As such, titer reduction is a standard measure of the ability of the membrane to remove biological organisms such as bacteria and viruses. Although any suitable particle can be used to determine titer reduction, the titer reduction of the membrane of the invention was tested by testing the membrane for T 1 and PP7 bacteriophages (generally a 50:50 mixture of the two bacteriophages at a level of 10 9 to 10 10 bacteriophages per milliliter) in a gel-phosphate buffer. For the purposes of the investigations reported here, E. coli ATCC # 11303 was used as the source of the T 1 phages and P. aeruginosa ATCC # 15612 as the source of the PP7 phages. In addition to the T 1 and PP7 bacteriophages, the membrane of the invention was also tested against the PR772 coliphage. The source of the PR772 phage for the purposes of the investigation reported here was Prof. HW Ackerman, Department of Microbiology, Faculty of Medicine, Laval University, Quebec, Canada.
Die Titerverminderung einer Membran wird definiert als das Verhältnis der Phagen, die in dem Zufluß enthalten sind, bezogen auf den Gehalt in dem Abfluß. Da die Größe der T1-Phagen ca. 0,078 μm beträgt, die Größe der PR772-Phagen ca. 0,053 μm beträgt und die Größe der PP7-Phagen ca. 0,027 μm ist, bieten diese Phagen ausgezeichnete Modelle zur Ermittlung der Effizienz der Abtrennung für eine Membran in bezug auf größere, in der Größe dazwischenliegende und kleinere Viren. Eine Membran wird im allgemeinen angesehen, eine absolute Abtrennfähigkeit bezüglich eines bestimmten Partikels zu haben, z.B. die T1-Phagen als Repräsentanten für größere Viren, wenn sie eine Titerreduktion gegen diesen Partikel von mindestens 108 und vorzugsweise mindestens 1010 aufweist. Selbstverständlich sichert eine absolute Fähigkeit der Abtrennung einer Membran mit Bezug auf die PR772- oder PP7-Phagen eine absolute Fähigkeit zur Abtrennung dieser Membran bezüglich größeren Viren.The titer attenuation of a membrane is defined as the ratio of the phages contained in the influent, based on the content in the effluent. Since the size of the T 1 phage is approximately 0.078 μm, the size of the PR772 phage is approximately 0.053 μm and the size of the PP7 phages is approximately 0.027 μm, these phages provide excellent models for determining the efficiency of the separation for a membrane with respect to larger, intervening and smaller viruses. A membrane is generally considered to have an absolute releasability with respect to a particular particle, eg the T 1 phages as representatives of larger viruses, if it has a titer reduction against this particle of at least 10 8 and preferably at least 10 10 . Of course, an absolute ability to segregate a membrane with respect to the PR772 or PP7 phage assures an absolute ability to segregate this membrane for larger viruses.
Da diese biologischen Organismen in der Lage sind, sich schnell zu vermehren, erlauben sie eine einfache Ermittlung auch der kleinsten Mengen in dem Filtrat einer Testlösung. Deshalb ist die Unmöglichkeit, irgendeine Menge eines bestimmten, solchen modellhaften biologischen Organismus in dem Filtrat einer Testlösung zu entdecken, eine ausgezeichnete Bestätigung der Tatsache, daß die bestimmte Membran in der Tat alle biologischen Organismen in der Prüfflüssigkeit am Durchtreten durch die Membran hindert. Darüber hinaus bietet die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Membran, eine Titerverminderung von 108 oder höher auszuweisen, nahezu eine absolute Sicherheit für die Abtrennung von allen Viren aus einem großen Bereich von Flüssigkeiten, insbesondere solchen, die in kommerziellen Verfahren behandelt werden, z.B. in der pharmazeutischen Produktion, da die Menge an Viren, die als Verunreinigungen in den meisten kommerziellen Verfahren gefunden werden, kaum jemals 104 pro Milliliter übersteigt. Die Titerverminderung ist eine Funktion des KUF-Werts einer Membran und der Dicke der Membran. Da der Druckabfall über eine Membran exponentiell durch den KUF-Wert einer Membran beeinflußt wird, während andererseits der Druckabfall über eine Membran lediglich linear durch die Dicke der Membran beeinflußt wird, können kleine Verbesserungen in der Titerverminderung einer bestimmten Membran im allgemeinen in einer ökonomischeren Weise durch Erhöhen der Dicke der Membran erhalten werden, z.B. durch die Schaffung von Mehrfachschichten derselben Membran.Since these biological organisms are able to multiply rapidly, they allow easy detection of even the smallest amounts in the filtrate of a test solution. Therefore, the inability to detect any amount of a particular such model biological organism in the filtrate of a test solution is an excellent confirmation of the fact that the particular membrane in fact prevents all biological organisms in the test fluid from passing through the membrane. In addition, the ability of the membrane of the invention to exhibit a titre reduction of 10 8 or higher provides almost absolute certainty for the separation of all viruses from a wide range of liquids, especially those treated in commercial processes, eg, in pharmaceutical production because the amount of virus found as contaminants in most commercial processes hardly ever exceeds 10 4 per milliliter. Titer reduction is a function of the K UF value of a membrane and the thickness of the membrane. Since the pressure drop across a membrane is exponentially influenced by the K UF value of a membrane, while on the other hand the pressure drop across a membrane is only linearly affected by the thickness of the membrane, small improvements in titer degradation of a particular membrane can generally be achieved in a more economical manner by increasing the thickness of the membrane, for example by creating multiple layers of the same membrane.
Druckabfallpressure drop
Der Druckabfall über eine Membran ist bei der Verwendung solcher Membranen für Filterzwecke von ganz besonderer Bedeutung. Die erfindungsgemäße Membran bietet vorteilhafterweise die gewünschte Titerverminderung gegen einen bestimmten Partikel zusammen mit einem zufriedenstellenden Druckabfall (ΔP) über die Membran. Der Druckabfall, auf den hier Bezug genommen wird, wird unter Verwendung herkömmlicher Techniken erzeugt, wie diese z.B. in dem US-Patent 4,340,479 beschrieben sind, und alle Druckabfallwerte, die hier berichtet werden (cm Hg), werden bei einer konstanten Luftfließgeschwindigkeit von 61 cm/min (2 ft/min) bestimmt.Of the Pressure drop over a membrane is in the use of such membranes for filtering purposes of particular importance. The membrane according to the invention advantageously offers the desired Titre reduction against a particular particle together with one satisfactory pressure drop (ΔP) over the Membrane. The pressure drop referred to here will using conventional Techniques such as these e.g. in U.S. Patent 4,340,479 and all pressure drop values reported here (cm Hg), at a constant air flow rate of 61 cm / min (2 ft / min).
Herstellungsverfahrenproduction method
Die Membranen der vorliegenden Erfindung werden aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) hergestellt unter Verwendung des Naßgießverfahrens, wie es in dem US-Patent 4,340,479 beschrieben ist, in Verbindung mit den besonderen Temperaturbedingungen, die hier diskutiert werden. Es kann jedes geeignete Polyvinylidenfluorid verwendet werden, wie z.B. Kynar®-761 und 761 PVDF-Harze. Das Polyvinylidenfluorid wird typischerweise ein Molekulargewicht von mindestens ca. 5000 Dalton, vorzugsweise ein Molekulargewicht von mindestens 10000 Dalton aufweisen.The membranes of the present invention are made from polyvinylidene fluoride (PVDF) using the wet-casting process as described in U.S. Patent 4,340,479, in conjunction with the particular temperature conditions discussed herein. It can be used any suitable polyvinylidene fluoride, such as Kynar ® -761 and 761 PVDF resins. The polyvinylidene fluoride will typically have a molecular weight of at least about 5000 daltons, preferably a molecular weight of at least 10,000 daltons.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung der Membranen, wie es hier beschrieben wird, umfaßt das Bereitstellen
einer Gießlösung, welche
Polyvinylidenfluorid und ein Lösemittel
hierfür
umfaßt,
das Erwärmen
der Gießlösung auf
eine einheitliche Temperatur von ca. 57°C bis ca. 60°C, das Verteilen der Gießlösung auf
einem Substrat zur Bildung einer Folie, das Ab schrecken der Folie
in einem Abschreckbad zur Bildung einer porösen Membran und das Waschen
sowie Trocknen der porösen
Membran. Die Temperatur der Gießlösung ist
direkt verknüpft
mit dem KUF-Wert der resultierenden Membran,
wie dies in dem Diagramm der
Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Temperatur, bei welcher die Polyvinylidenfluorid-Gießlösung gehalten wird, sehr kritisch für die Preparation der erfindungsgemäßen Membranen ist. Große Sorgfalt muß aufgewendet werden, um sicherzustellen, daß die Gießlösungstemperatur gleichmäßig ist, d.h. bei einer bestimmten Temperatur +/– 0,01°C, um eine wirkliche Gleichförmigkeit der Porenstruktur innerhalb der Membran sicherzustellen. Darüber hinaus scheint es, daß die Gießlösung zumindest einen Kurzgedächtniseffekt aufweist, so daß es schwierig ist, die erfindungsgemäße Membran mit einem gewünschten KUF-Wert herzustellen, falls die Temperatur der Gießlösung ca. 60°C zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Behandlung der Gießlösung beträchtlich überschritten hatte, selbst wenn die Temperatur nachfolgend auf einen Wert unter ca. 60°C abgesenkt wurde, wobei selbstverständlich hier nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf irgendeine bestimmte Theorie festzulegen.Surprisingly, it has been found that the temperature at which the polyvinylidene fluoride casting solution is maintained is very critical for the preparation of the membranes of the invention. Great care must be taken to ensure that the casting solution temperature is uniform, ie at a certain temperature +/- 0.01 ° C, to ensure a true uniformity of the pore structure within the membrane. Moreover, it appears that the casting solution has at least a short memory effect, so that it is difficult to prepare the membrane of the present invention with a desired K UF value if the temperature of the casting solution is about 60 ° C at any time during the treatment of the casting solution even if the temperature has subsequently been lowered below about 60 ° C, it being understood that the invention is not intended to be bound by any particular theory.
Eine mögliche Erklärung für diesen augenfälligen Effekt ist, daß obwohl eine einzelne Temperatur für die Gießlösung angegeben werden kann, die angegebene Temperatur in Wirklichkeit ein Mittelwert eines Bereichs oder einer Verteilung von Temperaturen innerhalb der Gießlösung darstellt, so daß ein merklicher Teil der Gießlösung tatsächlich deutlich oberhalb der angegebenen Temperatur sein kann. Dies kann den besonderen Erfolg bei der Herstellung geeigneter Membranen durch die Verwendung der bevorzugten Techniken des erfindungsgemäßen Verfahrens erklären, das mit einschließt, die gewünschte Temperatur der Gießlösung mit Heizgeräten von steigender höherer Präzision anzunähern (welche nicht nur in effizienter Weise eine gleichmäßige Temperatur für die Gießlösung schaffen, sondern darüber hinaus noch beträchtlich die Möglichkeit vermindern, daß einzelne Teile der Gießlösung die Temperatur von ca. 60°C beträchtlich überschreiten und weiter bevorzugt, daß die gewünschte endgültige Temperatur der Gießlösung bei irgendeinem Schritt des Aufheizprozesses überschritten wird).A possible statement For this ocular Effect is that though a single temperature for the Casting solution specified In fact, the specified temperature may be an average a range or a distribution of temperatures within represents the casting solution, so that one noticeable part of the casting solution actually clear can be above the specified temperature. This may be the special one Success in making suitable membranes by use explain the preferred techniques of the method according to the invention, the includes, the desired Temperature of the casting solution with heaters of rising higher precision to approach (Which not only efficiently a uniform temperature for the Create casting solution, but about it still considerable the possibility lessen that individual Parts of the casting solution the Temperature of about 60 ° C exceed considerably and more preferred that the desired final Temperature of the casting solution at any step of the heating process is exceeded).
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren in einer Mehrzahl geeigneter Weisen durchgeführt werden kann, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Bildung einer Lösung, welche aus Polyvinylidenfluorid in Pulverform, einem Lösemittel für das Harz, vorteilhafterweise Dimethylacetamid, und einem Nichtlösemittel, vorzugsweise Isopropanol besteht, begonnen. Die Lösung umfaßt ca. 10 bis ca. 20 Gew. %, vorzugsweise ca. 15 bis ca. 17 Gew. % Polyvinylidenfluorid. Der Rest der Lösung umfaßt das Lösemittel und das Nichtlösemittel in einem Gewichtsverhältnis, welches im Bereich von 90:10 bis 70:30 liegt, vorzugsweise ca. 80:20.Even though the inventive method can be performed in a variety of suitable ways is at a preferred embodiment the method according to the invention with the formation of a solution, which is polyvinylidene fluoride in powder form, a solvent for the Resin, advantageously dimethylacetamide, and a non-solvent, preferably isopropanol, started. The solution comprises about 10 to about 20% by weight, preferably about 15 to about 17% by weight of polyvinylidene fluoride. The remainder of the solution comprises the solvent and the non-solvent in a weight ratio, which is in the range of 90:10 to 70:30, preferably about 80:20.
Die Temperatur der Polymerlösung wird dann auf die gewünschte Gießlösungstemperatur angehoben. Geringe Mengen des Polymers können effizient bei gleichmäßigen Temperaturen in einem einstufigen Verfahren gehandhabt werden, z.B. wenige 100 g Polymer in einem Liter Lösung können gleichmäßig in einem ummantelten Kessel aufgeheizt werden, während ein Schnellrührer mit hoher Umdrehungsgeschwindigkeit rührt. Bei größeren Mengen, insbesondere bei kommerziellen Herstellungsmengen, ist es nicht praktisch, einen einstufigen Heizprozeß zu verwenden wie auch die ummantelten Kessel, aufgrund der merklichen Temperaturabweichungen in der Gießlösung, welche vermieden werden müssen, um zufriedenstellend die erfindungsgemäßen Membranen herzustellen.The Temperature of the polymer solution will then be on the desired casting solution raised. Small amounts of the polymer can be efficient at uniform temperatures in a one-step process, e.g. few 100 g polymer in one liter of solution can evenly in one jacketed boiler to be heated while using a speed mixer high speed of rotation. For larger quantities, in particular At commercial production levels, it is not practical to have one single-stage heating process too use as well as the jacketed boiler, due to the noticeable Temperature deviations in the casting solution, which are avoided have to, to satisfactorily produce the membranes of the invention.
Bei größeren Mengen wird die Temperatur der Gießlösung deshalb vorzugsweise in Stufen angehoben, um die Temperaturgleichmäßigkeit sorgfältig kontrollieren zu können, während der Zeitbedarf zur Steigerung der Temperatur minimiert wird. Bei jeder folgenden Stufe wird die Temperatur angehoben und näher zu der Gießtemperatur gebracht, die notwendig ist, um eine Membran mit dem gewünschten KUF-Wert herzustellen, jedoch in einer Weise, welche eine größere Gleichförmigkeit (d.h. eine engere Temperaturverteilung) sicherstellt, so daß sichergestellt ist, daß die Gießlösung die gewünschte Gießtemperatur nicht überschreitet.For larger quantities, therefore, the temperature of the casting solution is preferably raised in stages in order to be able to carefully control the temperature uniformity while minimizing the time required to increase the temperature. At each successive stage, the temperature is raised and brought closer to the casting temperature necessary to produce a membrane having the desired K UF value, but in a manner which ensures greater uniformity (ie, a narrower temperature distribution) it is ensured that the casting solution does not exceed the desired casting temperature.
Insbesondere kann eine größere Menge an Polyvinylidenfluorid in einen thermostatisch kontrollierten Tank gegeben und in einer geeigneten Mischung von Lösemittel und Nichtlösemittel dispergiert werden. Während dem Mischen der Gießlösung wird die Temperatur des Tanks auf einer Temperatur gehalten, die es erlaubt, daß der Inhalt eine Temperatur von ca. 47°C bis 51°C erhält, welche gut unterhalb der gewünschten Gießlösungstemperatur ist. Diese mittlere Temperatur wird ausgewählt, um sicherzustellen, daß keine merklichen Teile der Lösung die gewünschte Gießlösungstemperatur zwischen ca. 57°C und ca. 60°C überschreiten. Die Komponenten sollten in dem Tank verbleiben, bis das Polyvinylidenfluorid sich aufgelöst hat, und die resultierende Lösung wird gleichmäßig mit dieser Ausrüstung beheizt, z.B. für ca. 16 Stunden oder so ähnlich.Especially can be a larger amount to polyvinylidene fluoride in a thermostatically controlled tank and in a suitable mixture of solvent and non-solvent be dispersed. While mixing the casting solution the temperature of the tank is kept at a temperature that allows it that the Content a temperature of about 47 ° C up to 51 ° C gets which is well below the desired casting solution temperature is. This average temperature is selected to ensure that no noticeable parts of the solution the desired casting solution between about 57 ° C and exceed about 60 ° C. The Components should remain in the tank until the polyvinylidene fluoride dissolved has, and the resulting solution gets even with this equipment heated, e.g. For about 16 hours or something like that.
Die Gießlösung wird dann vorzugsweise durch einen Wärmeaustauscher transportiert, um ihre Temperatur auf ca. 52°C anzuheben, und dann durch einen Inline-Mischer (oder andere geeignete hochpräzise Heizgeräte) durchgeleitet, welcher die Temperatur der Gießlösung auf die gewünschte gleichmäßige Gießlösungstemperatur zwischen 57°C und 60°C ± 0,01°C anhebt. Die Gleichmäßigkeit der Temperatur ist ganz wichtig für die Gleichförmigkeit der Porenstruktur innerhalb der resultierenden Membran.The Casting solution then preferably through a heat exchanger transported to raise its temperature to about 52 ° C, and then through passing an in-line mixer (or other suitable high-precision heater), which raises the temperature of the casting solution the desired uniform casting solution temperature between 57 ° C and raises 60 ° C ± 0.01 ° C. The uniformity the temperature is very important for uniformity the pore structure within the resulting membrane.
Nachdem die Gießlösung in dem Inline-Mischer aufgeheizt wurde und bevor die Gießlösung auf ein Substrat verteilt (d.h. gegossen) wird, wird die Viskosität der Gießlösung typischerweise angehoben durch das Durchleiten der Gießlösung durch einen Viskositätsnivellierer, z.B. einen anderen Wärmetauscher, der die Temperatur der Gießlösung auf ca. 30°C oder dergleichen vermindert. Die Gießlösung wird dann auf einem geeigneten Substrat verteilt, z.B. Mylar, durch Einwirken eines geeigneten Abschreckbads, z.B. einer wäßrigen Lösung von Dimethylacidamid und Isopropanol, abgeschreckt oder gehärtet und, z.B. mit entionisiertem Wasser, mittels herkömmlichen Techniken zur Bildung der erfindungsgemäßen Membran gewaschen.After this the casting solution in the inline mixer was heated and before the casting solution on When a substrate is distributed (i.e., poured), the viscosity of the casting solution becomes typically lifted by passing the casting solution through a viscosity leveler, e.g. another heat exchanger, the temperature of the casting solution on about 30 ° C or the like diminished. The casting solution is then placed on a suitable Substrate, e.g. Mylar, by the action of a suitable Quench bath, e.g. an aqueous solution of Dimethylacidamide and isopropanol, quenched or hardened and, e.g. with deionized water, using conventional techniques for formation the membrane of the invention washed.
Nachdem das Waschen beendet ist, wird die nasse Membran aufgenommen und getrocknet. Obwohl das Trocknen durch jedes geeignete Mittel erfolgen kann, z.B. durch Heizen in einem Ofen, wurde entdeckt, daß das Trocknen durch die direkte Anwendung von Wärme, wie z.B. in einem Ofen, in einem unerwünschten Anstieg der Porengröße der erhaltenen Membran resultiert. Dieses Problem wurde jedoch durch die Anwendung von Mikrowellenenergie auf die Membran überwunden, um die Membran zu trocknen. Mikrowellen mit einer Frequenz von ca. 24 MHz werden vorzugsweise verwendet, obwohl andere Frequenzen verwendet werden können, solange die Porengröße oder die KUF-Werte der Membran nicht übermäßig beeinträchtigt werden.After the washing is finished, the wet membrane is picked up and dried. Although drying may be accomplished by any suitable means, for example, by heating in an oven, it has been discovered that drying through the direct application of heat, such as in an oven, results in an undesirable increase in the pore size of the resulting membrane. However, this problem has been overcome by the application of microwave energy to the membrane to dry the membrane. Microwaves at a frequency of about 24 MHz are preferably used, although other frequencies may be used as long as the pore size or K UF values of the membrane are not unduly compromised.
Wärmebehandlungheat treatment
Die erhaltene Polyvinylidenfluoridmembran kann wärmebehandelt oder getempert werden, falls dies gewünscht wird, um die Eigenschaften zu verbessern. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Membran unter Bedingungen aufgeheizt werden, die die Festigkeit und nachfolgende Hydrophilisierung der Membran verbessern.The obtained Polyvinylidenfluoridmembran can be heat treated or annealed if desired is to improve the properties. In particular, the membrane according to the invention Conditions are heated, the strength and subsequent Improve hydrophilization of the membrane.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Membran auf eine Temperatur von mindestens 80°C während einer Zeitdauer aufgeheizt, die ausreichend ist, um einen solchen Zustand zu erreichen, daß, wenn sie nachfolgend hydrophilisiert wird, die erhaltene hydrophilisierte Membran im wesentlichen gleichförmige hydrophile Eigenschaften aufweist. Selbstverständlich sollte die erfindungsgemäße Membran nicht auf eine solch hohe Temperatur aufgeheizt werden, daß die Membran weich wird und sich deformiert, entweder unter ihrem eigenen Gewicht oder aufgrund von Zugkräften, die von mechanischen Mitteln ausgeübt werden, durch welche die Membran während dem Aufheizprozeß gehalten oder getragen wird. Typischerweise wird die obere Temperaturgrenze ca. 160°C betragen. Die Zeitdauer der Beheizung wird mit der Heiztemperatur variieren und der Natur der Membran, die beheizt wird. Beispielsweise können kleine Membranstücke in einer flachen Blattform, die in direktem Kontakt mit einer Oberfläche mit hoher Temperatur sind, lediglich eine kurze Behandlungsdauer, z.B. weniger als eine Minute, für das Beheizen benötigen, während eine aufgerollte Membran von mehreren Hundert linearen Fuß viele Stunden der Beheizung bei niedriger Temperatur für die Membran benötigen kann, um eine geeignete Gleichgewichtstemperatur zu erreichen. Am meisten bevorzugt wird die erfindungsgemäße Membran auf eine Temperatur von ca. 120°C während ca. 24 bis 72 Stunden aufgeheizt, insbesondere für ca. 48 Stunden.Preferably is the membrane of the invention heated to a temperature of at least 80 ° C for a period of time, which is sufficient to achieve such a state that when it is subsequently hydrophilized, the resulting hydrophilized Membrane substantially uniform having hydrophilic properties. Of course, the membrane of the invention should are not heated to such a high temperature that the membrane becomes soft and deforms, either under its own weight or due to tensile forces, which are exercised by mechanical means by which the Membrane during held the heating process or worn. Typically, the upper temperature limit about 160 ° C be. The duration of the heating becomes with the heating temperature vary and the nature of the membrane that is heated. For example can small membrane pieces in a flat leaf shape, which is in direct contact with a surface with high temperature, only a short duration of treatment, e.g. less than a minute, for need the heating, while a rolled up membrane of several hundred linear feet many Hours of low temperature heating for the membrane may need to to achieve a suitable equilibrium temperature. Most the membrane according to the invention is preferred to a temperature of about 120 ° C while Approximately 24 to 72 hours heated, especially for about 48 hours.
Die Wärmebehandlung der erfindungsgemäßen Membran kann bewirkt werden, ohne die Membran zu fixieren oder einzuspannen; jedoch wird die Membran vorzugsweise in ihren Dimensionen während der Wärmebehandlung fixiert, um so Ausdehnungsänderungen der Membran zu minimieren oder zu vermeiden, z.B. ein Schrumpfen. Jedes geeignete Mittel kann verwendet werden, um die Membran in ihren Abmessungen zu fixieren. Z.B. kann die Membran in einen Rahmen gebracht werden oder auf einen Kern oder eine Rolle aufgewickelt werden, vorzugsweise mit einem dazwischengelegten Material, wie z.B. einem faserigen nicht gewobenen Material, um einen Lage- zu Lagekontakt der Membran zu vermeiden. Am meisten bevorzugt wird die erfindungsgemäße Membran in aufgerollter Form wärmebehandelt, wobei ein nicht gewobenes Polyesterfasermaterial dazwischengelegt wird.The heat treatment the membrane of the invention can be effected without fixing or clamping the membrane; however, the membrane preferably becomes in dimensions during the heat treatment fixed so as expansion changes to minimize or avoid the membrane, e.g. a shrinking. Any suitable means can be used to seal the membrane in to fix their dimensions. For example, Can the membrane in a frame brought or wound up on a core or a roll be, preferably with an intermediate material, such as e.g. a fibrous non-woven material to layer one Avoid positional contact of the membrane. Most preferred is the inventive membrane heat-rolled in rolled-up form, with a nonwoven polyester fiber material interposed becomes.
Die Wärmebehandlung von Polyvinylidenfluorid-Membranen wird in größeren Details in den US-Patenten 5,196,508 und 5,198,505 beschrieben. Diese Patente beschreiben ebenfalls die Verbesserungen in Oberflächenmodifikationen, die bei der Wärmebehandlung von Polyvinylidenfluoridmembranen erhalten werden können.The heat treatment Polyvinylidene fluoride membranes are described in greater detail in US patents 5,196,508 and 5,198,505. These patents also describe the improvements in surface modifications, in the heat treatment of polyvinylidene fluoride membranes can be obtained.
Oberflächenmodifikationsurface modification
Die erhaltene Polyvinylidenfluoridmembran ist hydrophob und zeigt eine bemerkenswerte Tendenz, Proteine und ähnliches zu adsorbieren, welche in der zu filternden Flüssigkeit gegenwärtig sein können. Diese Eigenschaften sind unerwünscht, da sie zu einem höheren Druckabfall über die Membran beitragen und letztendlich in einer vorzeitigen Verschmutzung der Membran und/oder in gewissen Fällen zur Bildung einer zweiten Siebungsschicht auf der Oberfläche der Membran führen können. Im Ergebnis wird die erfindungsgemäße Membran vorzugsweise an der Oberfläche modifiziert, um diese hydrophil zu machen (d.h. eine kritische Benetzungsoberflächenspannung (CWST) von mindestens ca. 72 mN/m aufzuweisen), wie dies durch den CWST-Test bestimmt wird, der in dem US-Patent 4,880,548 beschrieben ist, und weniger anfällig für Proteinadsorption und Verschmutzung.The obtained Polyvinylidenfluoridmembran is hydrophobic and shows a remarkable tendency to adsorb proteins and the like, which in the liquid to be filtered currently could be. These properties are undesirable as she becomes a higher one Pressure drop over contribute to the membrane and ultimately in premature pollution the membrane and / or in certain cases to form a second Sieving layer on the surface lead the membrane can. As a result, the membrane of the present invention is preferably attached the surface modified to make them hydrophilic (i.e., a critical wetting surface tension (CWST) of at least about 72 mN / m) as determined by the CWST test which is described in US Patent 4,880,548, and less vulnerable for protein adsorption and pollution.
Solche Oberflächenmodifikationen der erfindungsgemäßen Membran können in jeder geeigneten Weise durchgeführt werden, und sie wird vorzugsweise mittels Pfropfpolymerisation eines geeigneten Monomers auf die Oberfläche der Membran durchgeführt. Bevorzugte Beispiele solcher Monomere schließen Acryl- oder Methacrylmonomere ein, welche alkoholische funktionelle Gruppen aufweisen, wie z.B. Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat und Kombinatio nen hiervon, insbesondere Hydroxypropylacrylat und/oder Hydroxyethylmethacrylat. Diese Monomeren können mit geringen Mengen von Acrylmonomeren kombiniert werden, welche keine alkoholischen funktionellen Gruppen aufweisen, wie z.B. Methylmethacrylat, wie dies in dem US-Patent 5,019,260 beschrieben ist.Such surface modifications the membrane of the invention can in any suitable manner, and preferably by graft polymerization of a suitable monomer onto the surface of the Membrane performed. Preferred examples of such monomers include acrylic or methacrylic monomers which have alcoholic functional groups, e.g. Hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl acrylate, Hydroxypropylmethacrylat and Kombinatio nen thereof, in particular Hydroxypropyl acrylate and / or hydroxyethyl methacrylate. These monomers can be combined with small amounts of acrylic monomers, which have no alcoholic functional groups, e.g. methyl methacrylate, as described in U.S. Patent 5,019,260.
Jedes geeignete Mittel kann verwendet werden, um die geeigneten Monomere auf die Membranen der vorliegenden Erfindung aufzupolymerisieren. Die Strahlungspfropfung ist die bevorzugte Technik, um ein solches Ergebnis zu erzielen. Die Quelle der Strahlung kann von radioaktiven Isotopen wie Kobalt 60, Strontium 90 und Cäsium 137 kommen oder von Geräten, wie z.B. Röntgengeräten, Elektronenbeschleunigern und UV-Geräten. Vorzugsweise jedoch wird die Strahlung in Form von Elektronenstrahlung verwendet. Es wurde gefunden, daß durch die Verwendung dieser Form der Strahlung eine sehr gleichförmige Verteilung von Strahlung bereitgestellt werden kann. Dies wiederum resultiert in einem Endprodukt, welches gleichmäßiger gepfropft ist im Vergleich zu solchen Membranen, die unter Verwendung anderer Strahlungsquellen, z.B. Kobalt 60, gepfropft wurden.each suitable agents may be used to prepare the appropriate monomers to polymerize on the membranes of the present invention. Radiation grafting is the preferred technique to do so Result. The source of radiation can be from radioactive Isotopes such as cobalt 60, strontium 90 and cesium 137 come from or on devices such as e.g. X-ray machines, electron accelerators and UV devices. Preferably, however, the radiation is in the form of electron radiation used. It has been found that by using this Form of radiation is a very uniform distribution of radiation can be provided. This in turn results in a final product, which grafted more uniformly is compared to such membranes, using different Radiation sources, e.g. Cobalt 60, grafted.
Die Pfropfung wird typischerweise entweder durch Bestrahlung der Membran und dann dem Aussetzen einer geeigneten Lösung des Monomers oder Bestrahlung der Membran bei gleichzeitigem Aussetzen einer geeigneten Lösung an Monomer durchgeführt. Unabhängig davon, welches Verfahren verwendet wird, sollte das Pfropfen in Abwesenheit von Sauerstoff, z.B. unter einer Stickstoffatmosphäre, durchgeführt werden, da Sauerstoff mit den reaktiven Stellen, die durch die Strahlung erzeugt werden, reagiert, wodurch die Zahl der Stellen, die für die erwünschte Polymerbindung verfügbar sind, erniedrigt wird. Wenn die Membran vor dem Eintauchen in die Monomerlösung bestrahlt wird, sollte die Membran mit der Monomerlösung so schnell als möglich in Kontakt gebracht werden, um unerwünschte Reaktionen zu vermeiden, die zu einem Verlust an reaktiven Stellen zur Bindung des Polymers an der Oberfläche der Membran führen. Die Monomerlösung kann jede geeignete Konzentration des Monomers, das pfropfpolymerisiert werden soll, enthalten, typischerweise 1 bis 10 Vol. % Monomer in einem Lösemittelsystem, im allgemeinen Wasser als solchem oder mit einem geeigneten Alkohol, wie z.B. Tertiärbutylalkohol. Die bevorzugte Monomerlösung im Zusammenhang mit der Erfindung beinhaltet 4 Vol. % Hydroxypropylacrylat, 25 Vol. % Tertiärbutylalkohol und 71 Vol. % entionisiertes Wasser. Die Einzelheiten und Parameter der Polymerpfropfung von Membranen ist im Stand der Technik sehr gut bekannt.The grafting is typically carried out either by irradiating the membrane and then exposing a suitable solution of the monomer or irradiating the membrane while exposing a suitable solution to monomer. Regardless of which method is used, grafting should be carried out in the absence of oxygen, eg, under a nitrogen atmosphere, since oxygen reacts with the reactive sites generated by the radiation, reducing the number of sites that are desired Polymer bond are available, is lowered. If the membrane is irradiated prior to immersion in the monomer solution, the membrane should be contacted with the monomer solution as soon as possible to avoid undesirable reactions resulting in loss of reactive sites for attachment of the polymer to the surface of the membrane , The monomer solution may contain any suitable concentration of the monomer to be grafted, typically 1 to 10% by volume of monomer in a solvent system, generally water as such, or with a suitable alcohol such as tertiary butyl alcohol. The preferred monomer solution in the context of the invention includes 4% by volume of hydroxypropyl acrylate, 25% by volume of tertiary butyl alcohol and 71% by volume of deionized water. The details and parameters of polymer grafting of membranes are very good in the art known.
Obwohl die Pfropfungspolymerisation in Abwesenheit von Vernetzungsmitteln stattfinden kann, wird es bevorzugt, daß Vernetzungsmittel verwendet werden, insbesondere wenn die vorerwähnten Acrylatmonomere auf die Oberfläche der Membran pfropfpolymerisiert werden. Jedes geeignete Vernetzungsmittel kann im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Geeignete Vernetzungsmittel umfassen Di- oder Polyacrylate und Methacrylate von Diolen und Polyolen, insbesondere lineare oder verzweigte aliphatische Diole, wie z.B. Ethylenglycol, 1,2-Propylenglycol, Diethylenglycol, Dipropylenglycol, Dipentylenglycol, Polyethylenglycol, Polypropylenglycol, Polytetramethylenoxidglycol und Poly(ethylenoxid-copropylenoxid)-glycol als auch Triolacrylate, wie z.B. Trimethylolpropantriacrylat. Beispiele anderer Vernetzungsmonomere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Allyle, Maleimide, ungesättigte Dicarbonsäuren, aromatische Vinylverbindungen, Polybutadiene und Trimellitsäureester. Andere geeignete Vernetzungsmittel sind in den US-Patenten 4,440,896, 4,753,988, 4,788,055 und 4,801,766 beschrieben.Even though the graft polymerization in the absence of crosslinking agents it is preferred that crosslinking agent be used Especially when the aforementioned acrylate monomers on the surface the membrane are graft polymerized. Any suitable crosslinking agent may be used in conjunction with the present invention. Suitable crosslinkers include di- or polyacrylates and methacrylates of diols and polyols, in particular linear or branched aliphatic Diols, e.g. Ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, Dipentylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene oxide glycol and poly (ethylene oxide-copropylene oxide) glycol as well as triol acrylates, such as. Trimethylolpropane. Examples of other crosslinking monomers, which can be used in the present invention include Allyl, maleimide, unsaturated dicarboxylic acids, aromatic vinyl compounds, polybutadienes and trimellitic acid esters. Other suitable crosslinking agents are disclosed in U.S. Patents 4,440,896, 4,753,988, 4,788,055 and 4,801,766.
Polyethylenglycoldimethacrylate, deren Molekulargewicht des Polyethylenglycols ca. 200 bis ca. 600 beträgt, sind bevorzugte Vernetzungsmittel im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung. Polyethylenglycol-600-dimethacrylat, insbesondere im Zusammenhang mit der Strahlungspfropfung von Hydroxypropylacrylat auf die Oberfläche der Membran, ist das am meisten bevorzugte Vernetzungsmittel.Polyethylenglycoldimethacrylate, whose molecular weight of the polyethylene glycol is about 200 to about 600 are preferred crosslinking agents in the context of the present invention Invention. Polyethylene glycol 600 dimethacrylate, in particular in Related to the radiation grafting of hydroxypropyl acrylate on the surface the membrane is the most preferred crosslinking agent.
Das Vernetzungsmittel kann in jeder geeigneten Menge verwendet werden. Typischerweise wird das Vernetzungsmittel der Pfropflösung in einer Menge von ca. 0,025 Vol. % bis ca. 5 Vol. % zugegeben, weiter typischerweise in einer Menge von ca. 0,05 Vol. % bis ca. 2 Vol. %. So wird z.B. eine Monomerlösung, welche 4 Vol. % Hydroxypropylacrylat in Wasser und Tertiärbutylalkohol enthält, vorzugsweise ca. 0,5 Vol. % Polyethylenglycol-600-dimethylacrylat als Vernetzungsmittel enthalten.The Crosslinking agent may be used in any suitable amount. Typically, the crosslinking agent of the grafting solution in in an amount of about 0.025% by volume to about 5% by volume, further typically in an amount of about 0.05% by volume to about 2% by volume. For example, a monomer solution, which 4% by volume of hydroxypropyl acrylate in water and tertiary butyl alcohol contains preferably about 0.5 vol.% Polyethylene glycol-600-dimethyl acrylate as Contain crosslinking agent.
Beispielhafte Anwendungenexemplary applications
Die erfindungsgemäße Membran kann in jeder geeigneten Anwendung verwendet werden, einschließlich vieler Anwendungen, bei denen Ultrafiltrationsmembranen derzeit verwendet werden. Im Hinblick auf die ausgezeichnete Titerverminderung der Membran gegen Viren und ähnlich große Partikel hat die erfindungsgemäße Membran praktische Verwendung in der Filtrierung von pharmakologischen Flüssigkeiten und dergleichen, obwohl die erfindungsgemäße Membran zur Filterung jeder geeigneten Flüssigkeit verwendet werden kann.The inventive membrane can be used in any suitable application, including many Applications where ultrafiltration membranes are currently used become. In view of the excellent titre reduction of Membrane against viruses and similar size Particles have the membrane according to the invention Practical use in the filtration of pharmacological fluids and the like, although the inventive membrane for filtering each suitable liquid can be used.
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Filterung einer Flüssigkeit, welche das Durchlassen eines Fluids durch eine erfindungsgemäße Membran, umfaßt insbesondere durch eine isotrope, hautlose, poröse Polyvinylidenfluoridmembran mit einem KUF-Wert von mindestens ca. 103 kPa, geprüft mit einem Flüssigkeitspaar mit einer Grenzflächenspannung von ca. 4 mN/m, und/oder mit einer Titerverminderung von mindestens ca. 108 gegen T1-Bakteriophage. Das Fluid, das durch die erfindungsgemäße Membran hindurchgeleitet wird, kann Viren enthalten, z.B. mehr als 102 pro ml oder sogar 104 pro ml, bevor dieses durch die Membran durchgelassen wird, welche Viren aus dem Fluid entfernt, so daß das Fluid weniger als 102 pro ml oder sogar keine Viren nach dem Durchtreten durch die Membran enthält. Damit kann die erfindungsgemäße Membran zur Behandlung von Fluiden verwendet werden, um die Zahl der Viren darin zu vermindern oder diese zu entfernen, und ebenfalls dazu, um Viren aus Fluiden für eine Identifikation der Viren, deren Prüfung oder dergleichen zu gewinnen und zu konzentrieren.Accordingly, the present invention provides a method of filtering a fluid comprising passing a fluid through a membrane of the invention comprising, in particular, an isotropic, skinless, porous polyvinylidene fluoride membrane having a K UF of at least about 103 kPa as tested with a fluid pair an interfacial tension of about 4 mN / m, and / or with a titer reduction of at least about 10 8 against T 1 bacteriophage. The fluid which is passed through the membrane of the invention may contain viruses, eg more than 10 2 per ml or even 10 4 per ml, before it passes through the membrane, which removes viruses from the fluid, so that the fluid is less than 10 2 per ml or even no viruses after passing through the membrane. Thus, the membrane of the present invention can be used to treat fluids to reduce or eliminate the number of viruses therein as well as to recover and concentrate viruses from fluids for virus identification, testing, or the like.
Die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Membran, in ihrer Unversehrtheit in relativ einfacher Weise getestet werden zu können und auf einer kommerziellen Basis gleichmäßig herstellbar zu sein, ermöglicht, daß die erfindungsgemäße Membran eine vorhersagbare Rate der Entfernung von gegebenen Substanzen aufweist. Darüber hinaus werden die ausgezeichneten Abtrenneigenschaften der erfindungsgemäßen Membran bei. vernünftigen Druckabfällen über die Membran erhalten. So kann sich in dem Umfang, in dem die erfindungsgemäße Membran in Anwendungen verwendet werden kann, in denen derzeit Ultrafiltrationsmembranen verwendet werden, die erfindungsgemäße Membran wünschenswerter erweisen und die Ultrafiltrationsmembranen in denselben Anwendungsgebieten übertreffen.The ability the membrane according to the invention, tested in their integrity in a relatively simple manner to be able to and to be equally producible on a commercial basis, that the inventive membrane a predictable rate of removal of given substances having. About that In addition, the excellent separation properties of the membrane according to the invention at. reasonable Pressure drops over the Membrane obtained. Thus, to the extent that the membrane of the invention can be used in applications where ultrafiltration membranes are currently used be, the membrane of the invention desirable and exceed ultrafiltration membranes in the same fields of application.
Die erfindungsgemäße Membran kann alleine verwendet werden oder mit einer geeigneten Trägerstruktur verbunden werden. In ähnlicher Weise kann die erfindungsgemäße Membran in geeigneten Filtern, Filterpatronen und dergleichen verwendet werden. Selbstverständlich kann angesichts der hohen Leistung der Porenstruktur innerhalb der erfindungsgemäßen Membran als auch der geringen Anfälligkeit bezüglich der Proteinadsorption bei den gepfropften Ausführungsformen der Membran die erfindungsgemäße Membran auch in den sogenannten Dead-End-Filtrationsanwendungen als auch in Tangential- oder Querströmungsfiltrationsanwendungen verwendet werden. Von der erfindungsgemäßen Membran wird erwartet, daß sie insbesondere nützlich in Filterelementen ist, wie z.B. Filterpatronen, wie sie ganz allgemein in dem US-Patent 4,340,479 beschrieben sind. Bevorzugte Filterelemente, welche die erfindungsgemäße Membran verwenden, umfassen die er findungsgemäße Membran in Blattform, wobei die Seiten der Membran überlappt und miteinander gesiegelt wurden, um eine röhrenartige Struktur mit einer äußeren Oberfläche, einem Innenraum und zwei Enden sowie Abdeckungen der Enden zu erhalten, die auf die Enden der Röhre aufgesiegelt sind, worin mindestens eine der Endabdeckungen eine mittige Öffnung aufweist, die einen Zugang zum Inneren der Röhre schafft, und wobei alle Siegelungen fluiddicht sind. Die erfindungsgemäße Membran wird vorzugsweise in einem solchen Filterelement gewellt sein, um eine größere Membranoberfläche für das Volumen des Filterelements zu schaffen. Mindestens eine der Seiten der Membran wird typischerweise mit einer porösen Trägerschicht verheftet, und in einer solchen Situation werden die Membran und die poröse Trägerschicht im allgemeinen beide gewellt sein. Das Filterelement kann eine einzelne Membran entsprechend der Erfindung umfassen oder weiter bevorzugt mehrere solcher Membranen, die miteinander verheftet sind. Falls mehrere Membranen in einem Filterelement verhanden sind, werden die Membranen vorzugsweise durch eine poröse Trägerschicht getrennt, an der jede Membran befestigt ist. Andere Aspekte des Filterelements können in jeder geeigneten Konstruktion ausgeführt sein und aus jedem geeigneten Material hergestellt sein. Z.B. können die Endabdeckungen aus einem geeigneten Polymermaterial, wie z.B. Polyester, insbesondere Polybutylenglycolterephthalat oder Polyethylenglycolterephthalat, hergestellt sein. Das Filterelement kann unter Verwendung von Techniken, die im Stand der Technik gut bekannt sind, hergestellt sein.The membrane of the invention may be used alone or joined to a suitable support structure. Similarly, the membrane of the invention may be used in suitable filters, filter cartridges and the like. Of course, given the high performance of the pore structure within the membrane of the invention as well as the low susceptibility to protein adsorption in the grafted embodiments of the membrane membrane of the invention also be used in the so-called dead-end filtration applications as well as in tangential or cross-flow filtration applications. The membrane of the present invention is expected to be particularly useful in filter elements, such as filter cartridges, as generally described in U.S. Patent 4,340,479. Preferred filter elements using the membrane of the present invention include the sheet-like membrane of the present invention in which the sides of the membrane are overlapped and sealed with each other to obtain a tubular structure having an outer surface, an inner space, and two ends and ends covers are sealed to the ends of the tube, wherein at least one of the end caps has a central opening which provides access to the interior of the tube, and wherein all seals are fluid-tight. The membrane of the invention will preferably be corrugated in such a filter element to provide a larger membrane surface area for the volume of the filter element. At least one of the sides of the membrane is typically stitched to a porous support layer, and in such a situation, the membrane and the porous support layer will generally be both corrugated. The filter element may comprise a single membrane according to the invention, or more preferably a plurality of such membranes which are stitched together. If there are several membranes in a filter element, the membranes are preferably separated by a porous support layer to which each membrane is attached. Other aspects of the filter element may be of any suitable construction and made of any suitable material. For example, the end caps may be made of a suitable polymeric material such as polyester, especially polybutylene glycol terephthalate or polyethylene glycol terephthalate. The filter element may be fabricated using techniques that are well known in the art.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Beschreibung der Erfindung und sind selbstverständlich nicht als deren Beschränkung gedacht.The The following examples serve to further describe the invention and of course not as their limitation thought.
Beispiel 1example 1
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung von mehreren Filtrationsmembranen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfin dung. Die verschiedenen Filtrationsmembranen werden hergestellt unter Verwendung verschiedener Gießlösungstemperaturen zum Verdeutlichen des Effekts der Gießlösungstemperatur auf die KUF-Werte der erhaltenen Filtrationsmembran.This example describes the preparation of multiple filtration membranes in accordance with the present invention. The various filtration membranes are prepared using various casting solution temperatures to illustrate the effect of the casting solution temperature on the K UF values of the resulting filtration membrane.
Eine Gießlösung wurde aus 17,0 Gew. % Polyvinylidenfluoridharz, 66,4 Gew. % Dimethylacetamid (Lösemittel) und 16,6 Gew. % Isopropanol (Nichtlösemittel) hergestellt. Die Gießlösung wurde in einem geschlossenen Gefäß gerührt, um das Polyvinylidenfluoridharz in der 80:20 Gewichtsteil- pro Gewichtsteilmischung von Lösemittel und Nichtlösemittel aufzulösen, und die Temperatur der Gießlösung wurde auf 50,9°C erhöht und bei dieser Temperatur gehalten.A Casting solution was from 17.0% by weight of polyvinylidene fluoride resin, 66.4% by weight of dimethylacetamide (solvent) and 16.6% by weight of isopropanol (non-solvent). The Casting solution was stirred in a closed container to the polyvinylidene fluoride resin in the 80:20 parts by weight per part by weight mixture of solvents and non-solvents dissolve, and the temperature of the casting solution became increased to 50.9 ° C and at maintained this temperature.
Vier Gießlösungsproben wurden dann durch einen Inline-Mischer geschickt, und jede der Gießlösungsproben wurde auf eine unterschiedliche Temperatur angehoben. Jede der Lösungen wurde dann abgekühlt, um die Viskosität zu erhöhen, als eine Folie auf ein Substrat gegossen und einem Abschreckbad, welches 42 Gew. % Wasser, 51 Gew. % Dimethylacetamid und 7 Gew. % Isopropanol enthielt, unterworfen. Das Abschreckbad wurde auf 30°C gehalten. Die gegossene Folie wurde im allgemeinen in Kontakt mit dem Abschreckbad für weniger als 1 Minute gehalten. Die erhaltene Membran wurde dann mit Wasser zur Entfernung des Lösemittels gewaschen, und die Membran wurde in eingespanntem Zustand mikrowellengetrocknet, um Schrumpfung zu vermeiden. Die Membranen wurden so von jeder der vier Gießlösungsproben hergestellt. Die Temperaturen jeder der Gießlösungsproben und die KUF-Werte von jeder der erhaltenen Membranen sind im folgenden aufgeführt.Four casting solution samples were then passed through an in-line mixer and each of the casting solution samples was raised to a different temperature. Each of the solutions was then cooled to increase the viscosity when a film was cast on a substrate and subjected to a quench bath containing 42% by weight of water, 51% by weight of dimethylacetamide and 7% by weight of isopropanol. The quench bath was maintained at 30 ° C. The cast film was generally held in contact with the quench bath for less than 1 minute. The resulting membrane was then washed with water to remove the solvent, and the membrane was microwaved in the clamped state to avoid shrinkage. The membranes were prepared from each of the four casting solution samples. The temperatures of each of the casting solution samples and the K UF values of each of the obtained membranes are shown below.
Die
erhaltenen Daten sind in der Form einer Gießlösungstemperatur (in °C) gegen
die KUF-Werte (in kPa) als Kurve in
Beispiel 2Example 2
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung von Polyvinylidenfluorid-Membranen entsprechend der vorliegenden Erfindung, welche mit einer pfropfpolymerisierten Beschichtung versehen sind, um die Membranen hydrophil zu machen und weniger anfällig gegen Proteinbindung. Die Eigenschaften solcher Membranen, und zwar vor und nach dem Pfropfen, werden bestimmt, um zu demonstrieren, daß der Pfropfungsprozeß die Poreneigenschaften der Membran nicht negativ beeinflußt und lediglich zu einem geringen Anstieg des Druckverlustes über die Filtrationsmembran führt.This Example describes the preparation of polyvinylidene fluoride membranes according to the present invention, which is graft-polymerized Coating are provided to make the membranes hydrophilic and less vulnerable against protein binding. The properties of such membranes, and indeed before and after grafting are determined to demonstrate that the Grafting process the Porous properties of the membrane are not adversely affected and only to a slight increase in pressure loss across the filtration membrane leads.
Mehrere Membranen mit unterschiedlichen KUF-Werten wurden hergestellt in Übereinstimmung mit dem Verfahren, wie es in Beispiel 1 beschrieben wurde. Ein Teil jeder Membran wurde gepfropft unter Verwendung der Elektronenstrahlpfropfmethode. Im besonderen wurden die Membranen unter einem Elektronenstrahlgenerator (mit 175 kV- und 3 mAmp-Einstellungen) mit einer Geschwindigkeit von 20 Fuß/min durchgeleitet, um eine Gesamtstrahlungsdosis von 2,4 Mrad zu erzielen. Die Membranen wurden dann in eine Pfropflösung von 4 Vol. % Hydroxypropylacrylat, 25 Vol. % Tertiärbutylalkohol und 71 Vol. % entionisiertes Wasser geleitet, unter einer Stickstoffatomosphäre aufgerollt (d.h. von Sauerstoff geschützt) und für mehrere Stunden vor dem Abwaschen von ungepfropftem Monomer gelagert. Die gepfropften Membranen wurden dann in Rahmen bei 100°C während 10 Minuten getrocknet.Several membranes with different K UF values were prepared in accordance with the procedure described in Example 1. A portion of each membrane was grafted using the electron beam grafting method. In particular, the membranes were passed under an electron beam generator (with 175 kV and 3 mAmp settings) at a rate of 20 feet / min to achieve a total radiation dose of 2.4 Mrad. The membranes were then passed into a grafting solution of 4% by volume of hydroxypropyl acrylate, 25% by volume of tertiary butyl alcohol and 71% by volume of deionized water, rolled up under a nitrogen atmosphere (ie protected from oxygen) and stored for several hours prior to washing off ungrafted monomer. The grafted membranes were then dried in frame at 100 ° C for 10 minutes.
Die KUF-Werte, die Dicke und der Druckabfall (ΔP) über jede Membran in ungepfropfter und gepfropfter Form wurden bestimmt und die Ergebnisse sind im folgenden aufgeführt.The K UF values, thickness and pressure drop (ΔP) across each membrane in ungrafted and grafted form were determined and the results are shown below.
Wie aus den erhaltenen Daten ersichtlich, ergibt die Pfropfung der erfindungsgemäßen Membranen solche Membranen, die vorzugsweise hydrophil sind, d.h. wasserbenetzbar, während negative Auswirkungen auf die KUF-Werte und die Druckabfalleigenschaften der Membran nur in geringer Weise auftreten.As can be seen from the data obtained, the grafting of the membranes according to the invention gives rise to membranes which are preferably hydrophilic, ie water-wettable, while negative effects on the K UF values and the pressure drop properties of the membrane occur only slightly.
Beispiel 3Example 3
Dieses Beispiel beschreibt die ausgezeichneten Titerverminderungen gegen verschiedene Viren, welche charakteristisch für die erfindungsgemäßen Membranen sind.This Example describes the excellent titer reductions against various viruses which are characteristic of the membranes according to the invention are.
Verschiedene Membranen (142 mm-Scheiben mit einer Dicke von ca. 38 bis 50 μm) wurden in Übereinstimmung mit dem Verfahren, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, hergestellt und wurden in Übereinstimmung mit dem Verfahren, wie es in Beispiel 2 beschrieben ist, gepfropft. Die gepfropften Membranen werden mit einer 50:50 Mischung von T1- und PP7-Bakteriophagen (auf einem Niveau von ca. 1010 Bakteriophagen pro Milliliter) in einem Gelphosphatpuffer geprüft. Wie zuvor diskutiert, beträgt die Größe der T1-Phagen ca. 0,078 μm, während die Größe der PP7-Phagen ca. 0,027 μm beträgt. Damit sind diese Bakteriophagen ziemlich repräsentativ für größere bzw. kleinere Viren. Die Titerverminderung einer jeden Membran, einzeln oder mehrfach geschichtet, wurde als das Verhältnis des jeweiligen Phagen, wie er in dem Zufluß enthalten ist, zu denen, die in dem Abfluß enthalten sind, bestimmt. Die KUF-Werte der ungepfropften Membran, die Zahl der Membranschichten, die geprüft wurden, und die Titerverminderung (TR) für jeden Phagen sind im folgenden aufgelistet.Various membranes (142 mm disks having a thickness of about 38 to 50 μm) were prepared in accordance with the method as described in example 1 and were prepared in accordance with the method as described in example 2, grafted. The grafted membranes are probed with a 50:50 mixture of T 1 and PP7 bacteriophages (at a level of about 10 10 bacteriophages per milliliter) in a gel phosphate buffer. As previously discussed, the size of the T 1 phages is about 0.078 μm while the size of the PP7 phages is about 0.027 μm. Thus, these bacteriophages are fairly representative of larger or smaller viruses. The titer reduction of each membrane, single or multiple layered, was determined as the ratio of the particular phage as contained in the feed to those contained in the effluent. The K UF values of the ungrafted membrane, the number of Memb ranges tested and titer reduction (T R ) for each phage are listed below.
Die erhaltenen Daten zeigen, daß die Filtrationsmembran der vorliegenden Erfindung eine sehr hohe Titerreduktion zeigen kann und in der Lage ist, eine absolute Entfernung von Viren durchzuführen, wie dies besonders in Beispiel 3A deutlich wird. Darüber hinaus kann diese hohe Titerreduktionseigenschaft mit bemerkenswert dünnen Membranen, wie beispielhaft in Probe 3C belegt, erzielt werden. Darüber hinaus zeigen die erhaltenen Daten, daß die Filtrationsmembran der vorliegenden Erfindung eine sehr gleichmäßige Porenstruktur aufweist. Z.B. ist die Probe 3H in der Lage, alle der T1-Bakteriophagen zu entfernen, während sie im wesentlichen allen der PP7-Bakteriophagen den Durchtritt gestattet. Deshalb hat die Membran der Probe 3H eine Porengröße zwischen ca. 0,07 μm und ca. 0,027 μm, was eine sehr enge Porengrößenverteilung darstellt.The data obtained show that the filtration membrane of the present invention can show a very high titre reduction and is able to perform an absolute removal of viruses, as becomes particularly clear in Example 3A. In addition, this high titer reduction property can be achieved with remarkably thin membranes as exemplified in Sample 3C. In addition, the obtained data show that the filtration membrane of the present invention has a very uniform pore structure. For example, sample 3H is able to remove all of the T 1 bacteriophages while allowing substantially all of the PP7 bacteriophages to pass through. Therefore, the membrane of Sample 3H has a pore size between about 0.07 μm and about 0.027 μm, which represents a very narrow pore size distribution.
Beispiel 4Example 4
Dieses Beispiel verdeutlicht ferner die ausgezeichnete Virus-Titerverminderung, welche für die erfindungsgemäße Membran charakteristisch ist.This Example also illustrates the excellent virus titre reduction, which for the membrane of the invention is characteristic.
Die gepfropfte Filtrationsmembran aus Beispiel 3, welche als Probe 3F bezeichnet ist, wurde mit einer Mischung von PR772-Coliphage (bei einem Gehalt von 5,2 × 108 Phagen/ml) und PP7-Bakteriophage (bei einem Gehalt von 1,7 × 109 Phagen/ml) in einem Gelphosphatpuffer geprüft. Wie zuvor beschrieben, ist die Größe der PR772-Phagen ca. 0,053 μm, während die Größe der PP7-Phage ca. 0,027 μm ist. Damit sind diese Phagen ziemlich repräsentativ für mittelgroße bzw. kleinere Viren. Die Titerverminderungen jeder Membran, einzeln oder mehrfach geschichtet, wurden als Verhältnis der einzelnen Phagen, die in dem Zufluß enthalten sind, zu deren Gegenwart in dem Abfluß bestimmt. Die KUF-Werte der ungepfropften Membran, die Zahl der Membranschichten, die geprüft wurden, und die Titerverminderung (TR) für jeden einzelnen Phagen sind unten aufgeführt.The grafted filtration membrane of Example 3, designated Sample 3F, was treated with a mixture of PR772 coliphage (at a content of 5.2 x 10 8 phage / ml) and PP7 bacteriophage (at a content of 1.7 x 10 9 phages / ml) in a gel phosphate buffer. As previously described, the size of the PR772 phage is about 0.053 μm, while the size of the PP7 phage is about 0.027 μm. Thus, these phages are quite representative of medium-sized and smaller viruses. The titer reductions of each membrane, single or multiple layered, were determined as the ratio of the individual phages contained in the influent to their presence in the effluent. The K UF values of the ungrafted membrane, the number of membrane layers tested, and the titer reduction (T R ) for each individual phage are listed below.
Die erhaltenen Ergebnisse bestätigen die ausgezeichnete Titerverminderung der erfindungsgemäßen Membran gegenüber mittelgroßen Viren. Darüber hinaus zeigt sich, daß die Porengröße dieser speziellen Membranprobe ziemlich klein ist, d.h. unter ca. 0,053 μm im Hinblick auf die mäßige Wirksamkeit in bezug auf die Entfernung dieser bestimmten Membranprobe gegen die viel kleineren PP7-Phagen, während die Porengrößeverteilung der Probe wiederum sich als sehr eng zeigt, d.h. ungefähr unter ca. 0,027 μm bis unterhalb ca. 0,053 μm.The confirm the results obtained the excellent titre reduction of the membrane according to the invention across from medium-sized Viruses. About that It also shows that the Pore size of this special membrane sample is quite small, i. below about 0.053 μm in terms of on the moderate effectiveness with respect to the removal of this particular membrane sample the much smaller PP7 phage while the pore size distribution Again, the sample shows to be very narrow, i. about below approx. 0.027 μm below about 0.053 μm.
Beispiel 5Example 5
Dieses Beispiel zeigt die angenäherte untere Betriebsgrenze auf der Basis der Porengröße der erfindungsgemäßen Membran im Hinblick auf eine zufriedenstellende Titerverminderung gegenüber größeren Viren.This Example shows the approximated lower operating limit based on the pore size of the membrane of the invention in view of a satisfactory titre reduction against larger viruses.
Eine Membran mit 46 μm Dicke wurde in Übereinstimmung mit dem Verfahren, wie es in Beispiel 1 beschrieben wurde, hergestellt, und im Hinblick auf die KUF-Werte, den Druckabfall (ΔP) und die Titerverminderung (TR) gegen T1- und PP7-Bakteriophagen, wie in Beispiel 3 beschrieben, geprüft. Die erhaltenen Daten sind unten aufgelistet.A 46 μm thick membrane was prepared in accordance with the procedure described in Example 1, and with respect to K UF values, pressure drop (ΔP) and titer reduction (T R ) versus T 1 - and PP7 bacteriophages as described in Example 3, tested. The data obtained are listed below.
Die erhaltenen Daten zeigen, daß die erfindungsgemäße Membran mit einem KUF-Wert von ca. 117 kPa und einer Dicke von mindestens ca. 92 μm eine Titerverminderung von mehr als 108 gegenüber größeren Viren aufweisen wird. Die Tatsache, daß die erfindungsgemäße Membran dieses Beispiels eine absolute Eigenschaft der Entfernung in bezug auf die größeren T1-Phagen zeigt, während sie im wesentlichen keine Abtrennwirkung in bezug auf die kleineren PP7-Phagen aufweist, zeigt, daß die erfindungsgemäße Membran nicht nur eine Porengröße von zwischen ca. 0,078 μm und ca. 0,027 μm aufweist, sondern auch, daß die Porengrößenverteilung ziemlich eng ist, d.h. unter ca. 0,078 μm bis oberhalb ca. 0,027 μm.The data obtained show that the membrane of the invention with a K UF value of about 117 kPa and a thickness of at least about 92 microns will have a titre reduction of more than 10 8 against larger viruses. The fact that the inventive membrane of this example exhibits an absolute removal property with respect to the larger T 1 phages, while having substantially no separation effect with respect to the smaller PP7 phages, shows that the membrane of the present invention is not just one Pore size of between about 0.078 microns and about 0.027 microns, but also that the pore size distribution is fairly narrow, ie below about 0.078 microns to above about 0.027 microns.
Beispiel 6Example 6
Dieses Beispiel zeigt die Adsorptionscharakteristik für niedrige Proteine für eine gepfropfte Filtrationsmembran entsprechend der vorliegenden Erfindung.This Example shows the adsorption characteristic for low proteins for a grafted one Filtration membrane according to the present invention.
Es wurde mit Proben von gepfropften Filtrationsmembranen, die in Übereinstimmung mit dem Verfahren von Beispiel 2 hergestellt wurden (Proben 6A bis 6D), als auch mit ungepfropften Vergleichsmembranen (Proben 6E und 6F) ein Beladungs- und Binde-Test mittels Eintauchen durchgeführt. Jede Membran wurde in eine IgG-Lösung mit 125I Ziegen-IgG und 20 μm/ml unmarkiertem Ziegen-IgG während 60 Minuten eingetaucht. Jede Membran wurde mit einer phosphatgepufferten Salzlösung (PBS) gewaschen und auf adsorbiertes IgG geprüft. Die Membranen wurden dann mit einer wäßrigen Lösung von 1 % SDS in 2molarer Harnstofflösung gewaschen und erneut auf adsorbiertes IgG geprüft. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind im folgenden aufgelistet.A loading and binding test was performed by immersion with samples of grafted filtration membranes made in accordance with the method of Example 2 (samples 6A-6D) as well as with ungrafted control membranes (samples 6E and 6F). Each membrane was immersed in an IgG solution containing 125 I goat IgG and 20 μm / ml unlabeled goat IgG for 60 minutes. Each membrane was washed with phosphate buffered saline (PBS) and assayed for adsorbed IgG. The membranes were then washed with an aqueous solution of 1% SDS in 2 molar urea solution and rechecked for adsorbed IgG. The results of these tests are listed below.
Die erhaltenen Daten zeigen, daß die Filtrationsmembran der vorliegenden Erfindung, welche geeignet pfropfpolymerisiert wurde, eine niedrige Proteinadsorption zeigt. Die erfindungsgemäßen Membranen, die mit Hydroxyethylmethacrylat (HEMA) gepfropft wurden, zeigen einen deutlich reduzierten Wert der Proteinadsorption, verglichen mit den ungepfropften Vergleichsproben. Darüber hinaus adsorbiert die erfindungsgemäße Membran, die mit Hydroxypropylacrylat (HPA) gepfropft ist, nur etwa halb soviel Protein wie die HEMA-gepfropfte Membranen gemäß der vorliegenden Erfindung.The obtained data show that the filtration membrane of the present invention, which has been suitably graft-polymerized, shows a low protein adsorption. The membranes of the invention grafted with hydroxyethyl methacrylate (HEMA) show a significantly reduced level of protein adsorption compared to the ungrafted control. In addition, the inventive adsorbs The membrane grafted with hydroxypropyl acrylate (HPA) only about half the protein of the HEMA grafted membranes of the present invention.
Beispiel 7Example 7
Dieses Beispiel zeigt, daß die Mikrowellentrocknung auf die erfindungsgemäße Membran keinen merklichen negativen Effekt bezüglich der Filtrationseigenschaften der Membran hat.This Example shows that the Microwave drying on the membrane of the invention no appreciable negative effect the filtration properties of the membrane has.
Zwei Membranproben wurden entsprechend dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt. Eine der Membranen wurde mit einem Mikrowellentrockner getrocknet (mit 7A bezeichnet), wäh rend die andere der Membranen mit einem Dampftrommeltrockner (mit 7B bezeichnet) getrocknet wurde. Die KUF-Werte der zwei Membranen werden sowohl vor als auch nach dem Trocknen bestimmt, und die Ergebnisse sind unten aufgelistet.Two membrane samples were prepared according to the procedure described in Example 1. One of the membranes was dried with a microwave dryer (designated 7A) while the other of the membranes was dried with a steam drum dryer (designated 7B). The K UF values of the two membranes are determined both before and after drying, and the results are listed below.
Die Ergebnisse zeigen, daß die Mikrowellentrocknung der Membranen im Gegensatz zur herkömmlichen Trocknung im wesentlichen keinen negativen Effekt auf die Porengröße der erfindungsgemäßen Membran hat.The Results show that the Microwave drying of the membranes in contrast to conventional Drying essentially no negative effect on the pore size of the membrane of the invention Has.
Beispiel 8Example 8
Dieses Beispiel zeigt die isotrope Natur, d.h. die symmetrische Porenstruktur der erfindungsgemäßen Membran.This Example shows the isotropic nature, i. the symmetric pore structure the membrane of the invention.
Mehrere Membranen mit unterschiedlichen KUF-Werten wurden in Übereinstimmung mit dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt. Der KUF-Wert und der Druckabfall (ΔP), geteilt durch die Dicke (in cm Hg/μm), wurde für jede Membran bestimmt, und die Ergebnisse sind unten aufgelistet.Several membranes with different K UF values were prepared in accordance with the procedure described in Example 1. The K UF value and the pressure drop (ΔP) divided by the thickness (in cm Hg / μm) were determined for each membrane and the results are listed below.
Die
resultierenden Daten werden in Form der Druckabfallwerte über die
Membran (ΔP),
dividiert durch die Dicke der Membran (in cm Hg/μm), auf einer logarithmischen
Skala gegen die Membran-KUF-Werte (kPa) in
das Diagramm der
All die vorgenannten in Bezug genommenen Zitatstellen sind hier in ihrer Gänze als eingefügt zu betrachten.Alles the above referenced quotations are here in their Whole than added consider.
Obwohl die Erfindung mit Betonung auf bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann klar, daß Abweichungen von den bevorzugten Produkten und Verfahren verwendet werden können und daß beabsichtigt ist, daß die Erfindung auch in anderer Weise, als spezifisch hier beschrieben, durchgeführt werden kann. Dementsprechend umfaßt die Erfindung alle Modifikationen innerhalb des Grundgedankens und des Bereichs der Erfindung, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert ist.Even though the invention has been described with emphasis on preferred embodiments, is it for the Specialist clear that deviations can be used by the preferred products and methods and that intends is that the Invention also be carried out in a manner other than specifically described herein can. Accordingly includes the invention all modifications within the basic idea and the scope of the invention as defined by the following claims is.
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