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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein verbessertes
Verfahren zur Herstellung von asymmetrischen, mikroporösen, hohlen
Fasern. Bei dem Verfahren wird eine Polymerisatlösung durch einen äußeren Ring
einer Spinndüse hindurchtretengelassen,
um einen ringförmigen
Strom zu erzeugen, und ein ausfällendes
Fluid durch die innere Austrittsöffnung
der Düse,
wodurch ein Strom innerhalb des ringförmigen Stroms erzeugt wird,
der zur Bildung einer Hohlfaser führt.
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Hintergrund
der Erfindung
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Eine mikroporöse Hohlfaser ist eine polymere
kapillare Röhre
mit einem Außendurchmesser
von 1 mm oder darunter, deren Wand als semipermeable Membran fungiert.
Die Fasern eignen sich zu Trennungsverfahren, bei denen der Transport
hauptsächlich
durch Sorption und Diffusion erfolgt. Derartige Verfahren umfassen
Dialyse, einschließlich
Hämodialyse,
Ultrafiltration, Hämofiltration,
Bluttrennung und Wasserfiltration. Diese Anwendungsgebiete erfordern
unterschiedliche Parameter, wie Porengröße, Festigkeit, Biokompatibilität, Kosten
und Geschwindigkeit der Herstellung sowie Reproduzierbarkeit.
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Frühere Hohlfasern für diese
Zwecke umfaßten
regeneriertes Cellulosematerial und modifiziertes Polyacrylnitril-Material. Jedoch
ist es schwierig, die Porosität
und die Porengröße dieser
Fasern zu steuern, und für
einige Anwendungszwecke werden Verbundmembranen, die aus einer ultradünnen Schicht
aus einem stärker
porösen
Substrat bestehen, benötigt,
um die erforderliche Festigkeit zu gewährleisten.
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Als Versuch, die Schwierigkeiten
und Beschränkungen
des Standes der Technik zu überwinden,
wird von Klein et al.
US-PS 4
051 300 ein Verfahren zur Herstellung von mikroporösen Hohlfasern
vorgeschlagen, die in der Lage sind, einem angelegten Druck von
28 bis 97 kPa standzuhalten, ohne zusammenzufallen. Die Fasern werden
durch ein Spinnverfahren aus einer Lösung hergestellt. Dieses Verfahren besteht
darin, daß eine
Polymerisatlösung
eines ersten faserbildenden Polymerisats und ein zweites, hydrophiles
Polymerisat durch den äußeren Ring
einer Düse
für gemeinsames
Extrudieren extrudiert wird, und eine ausfällende Flüssigkeit, die mit dem Lösungsmittel
für das
Polymerisat mischbar ist, durch eine innere oder zentrale Öffnung in der
Düse für gemeinsames
Extrudieren herangeführt
wird. Die ausfällende
Flüssigkeit
bildet einen inneren flüssigen
Kern, der von der Polymerisatlösung
umgeben wird. Die ausfällende
Flüssigkeit
bewirkt, daß die
ringförmige
Polymerisatlösung
zu einer Hohlfaser ausfällt.
Im weiteren Verlauf wird die Faser frei von wäßrigen Lösungsmitteln und Nichtlösungsmitteln
gewaschen.
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Die Polymerisatlösung enthält im allgemeinen insgesamt
etwa 15 bis 65 Gew.-% aus einem ersten, faserbildenden Polymerisat
und einem zweiten Polymerisat. Offenbarte faserförmige Polymerisate sind Polysulfon-
und polyaromatische Polyamidpolymerisate. Offenbarte Polymerisate
zur Verwendung als zweites Polymerisat sind Polyvinylpyrrolidonpolymerisate.
Das Lösungsmittel
für die
Polymerisatlösung,
das in den Beispielen des Patents offenbart ist, ist Dimethylacetamid
(DMA) und Dimethylformamid (DMF). Aus der Patentschrift von Klein
bekannte ausfällende
Flüssigkeiten
sind Wasser/DMA, Luft und Wasser/Isopropylalkohol. Dieses Verfahren
ist ein verhältnismäßig langsamer,
zeitaufwendiger Schritt, wobei die Faser mit einer Geschwindigkeit
von etwa 20 m/min erzeugt wird.
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Die Einschränkungen bezüglich der Geschwindigkeit der
Hohlfaserherstellung in Verfahren, die denen von Klein ähneln, werden
noch verstärkt
in der Offenbarung von Joh et al., US-PS 4 342 711. Dieses Patent betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Hohlfasern. Ein Ziel der Erfindung
ist es, die rasche Herstellung dieser Fasern zu gestatten. Jedoch
wird von Joh beschrieben, daß das
Herstellungsverfahren, das die rasche Diffusion der Kernflüssigkeit
oder ausfällenden
Lösung
in die faserbildende äußere Lösung gestattet,
auf niedrige Verfahrensgeschwindigkeiten von beispielsweise etwa
5 bis 15 m/min beschränkt ist.
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Diese Einschränkung wird in einem anderen
Patent bestätigt,
nämlich
Heilmann
US-PS 4 906
375 , das ein Verfahren zur Herstellung von Fasern für die Hämodialyse
betrifft. Dieses Patent offenbart ein Verfahren, das aus dem Naßspinnen
einer Polymerisatlösung
aus einem Lösungsmittel,
etwa 12 bis 20 Gew.-% eines ersten, hydrophoben Polymerisats und
2 bis 10 Gew.-% eines hydrophilen Polyvinylpyrrolidon-Polymerisats
und gleichzeitigem Hindurchleiten einer ausfällenden Lösung aus einem aprotischen
Lösungsmittel
in Verbindung mit mindestens 25 Gew.-% Nichtlösungsmittel durch einen hohlen
inneren Kern besteht. Hydrophobe Polymerisate, die genannt sind,
sind Polysulfone, wie beispielsweise ein Polyethersulfon, Polycarbonate
und Polyamide. Die angegebenen polaren aprotischen Lösungsmittel
sind Dimethylformamid (DMF), Dimethylsulfoxid (DMSO), Dimethylacetamid
(DMA), N-Methylpyrrolidon und Gemische daraus. Die ausfällende Flüssigkeit
liegt in der Form des aprotischen Lösungsmittels in Verbindung
mit einer bestimmten Menge eines Nichtlösungsmittels, normalerweise
von Wasser, vor. Zwar beschreibt dieses Patent keine Produktionsgeschwindigkeit
für die
Hohlfaser, jedoch haben wir gefunden, daß gemäß den Voraussagen von Joh et
al. das Heilmann-Verfahren lediglich mit einer Geschwindigkeit von
etwa 15 bis 20 m/min durchgeführt
werden kann.
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Die verhältnismäßig niedrige Geschwindigkeit,
mit der diese Hohlfasern erzeugt werden können, führt zu teuren mikroporösen Hohlfasern.
Daher wird ein Verfahren zur Herstellung vergleichbarer mikroporöser Hohlfasern
benötigt,
bei dem die Herstellungszeit beträchtlich verringert werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Wir haben einen "Quantensprung" bei den Produktionsgeschwindigkeiten
mit Hilfe einer verwickelten Kombination von Verfahrensstufen erzielt.
Die verbesserten Verfahrensbedingungen führen zu einer gleichförmigen Erzeugung
einer flüssigen
ringförmigen
Lösung
eines Polymerisats, die den Kern aus der ausfällenden Flüssigkeit umgibt und die rasch
und gleichförmig
zu einer mikroporösen
Hohlfaser erstarrt. Die Produktionsgeschwindigkeiten können beträchtlich
erhöht
werden, ohne daß Fehler
der Hohlfasermembran auftreten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung der Erfindung.
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2 ist
ein Detail der Spinndüse
für das
Trockenstrahl-Naßspinnen.
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3 ist
ein Detail der Austrittsöffnungen
der Spinndüse.
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Einzelbeschreibung der
Zeichnungen
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann an Hand
der Zeichnungen allgemein beschrieben werden. Eine Polymerisat-Spinnlösung 12 aus
einem Polysulfon-Polymerisat und einem Polyvinylpyrrolidon-Polymerisat,
gelöst
in einem aprotischen Lösungsmittel,
wird in einem Mischbehälter 14 hergestellt.
Die Lösung
wird anschließend
in einer Filterpresse 1b filtriert und mittels einer Pumpe 18 einer
Vorrichtung 20 mit einer Spinndüse zum Trockenstrahl-Naßspinnen
zugeführt.
Diese Vorrichtung wird weiter unten näher beschrieben.
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Gleichzeitig wird eine Verdünnungs-
oder Ausfällungslösung 22 in
einem zweiten Mischbehälter 24 aus
Wasser und niedrigmolekularem Alkohol hergestellt. Diese Verdünnungslösung wird
ebenfalls mittels einer Pumpe 26 der Spinndüsenvorrichtung 20 zugeführt. Die
Spinnlösung 12 und
die Verdünnungslösung 22 werden
von der Spinndüsenvorrichtung 20 zu
einer Hohlfaser 28 versponnen. Die Hohlfaser 28 fällt durch
ein gasförmiges
Fluid 30, das innerhalb eines Rohres 32 eingeschlossen
ist, bis die Faser die Oberfläche
eines Abschreckbades 34 erreicht. Durch das Abschreckbad 34 wird
Wasser mit Hilfe eines Überlaufes
zirkulierengelassen, d. h. ein kontinuierlicher Wasserstrom 36 wird
dem Abschreckbad 34 zugeführt, und die überschüssige Flüssigkeit
fließt über und
wird, beispielsweise bei 38, entfernt. Die Faser 28 wird
danach aus dem Abschreckbad herausgeleitet und auf eine Aufnahmehaspel 34 aufgewickelt,
die in ein zweites, Spülbad 42 eingetaucht ist.
Dem Spülbad 42 wird
ebenfalls ein kontinuierlicher Wasserstrom 44 zugeführt, und
die überschüssige Flüssigkeit
fließt
aus dem Bad heraus und wird entfernt, beispielsweise bei 46.
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Die Hohlfaser 28, die auf
diese Weise hergestellt wird, kann anschließend von der Aufnahmehaspel 40 entfernt
und weiter verarbeitet werden. Ein Beispiel für eine Weiterverarbeitung ist
das Schneiden der Fasern 28 auf gleichmäßige Länge, Bündeln und Trocknen in beliebiger
herkömmlicher
Weise.
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Ein Detail eines Spinndüsenkopfes 102,
der Teil der Spinndüsenvorrichtung 20 zum
Trockenstrahl-Naßspinnen
ist, ist in den 2 und 3 erläutert. Die Spinnlösung 12 tritt
durch eine Spinnlösungsöffnung 104 ein,
wird in einen ringförmigen
Kanal 106 geleitet, und fließt aus einer ringförmigen Austrittsöffnung 108 allgemein
in Abwärtsrichtung.
Die Verdünnungslösung 22 tritt
in den Spinndüsenkopf 102 durch
eine Verdünnungslösung-Eintrittsöffnung 110,
wird durch einen inneren Kanal 112 geleitet und strömt durch
eine röhrenförmige Austrittsöffnung 114 aus,
die in allgemein konzentrischer Anordnung bezüglich der ringförmigen Austrittsöffnung 108 angeordnet
ist.
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Einzelbeschreibung der bevorzugten
Durchführungsform
Die Erfindung bezieht sich auf ein Spinnverfahren zur Herstellung
mikroporöser
Hohlfasern aus einer Polymerisatlösung, die ein faserbildendes
Polysulfon-Polymerisat, ein Polyvinylpyrrolidon-Polymerisat und
ein aprotisches Lösungsmittel
enthält.
Das faserbildende Polysulfon-Polymerisat ist vorzugsweise ein Polyarylensulfon.
Insbesondere ist das Polysulfon-Polymerisat ein Polysulfon-Polymerisat
der Formel:
erhältlich von
Amoco Chemicals Corp., unter der Handelsbezeichnung UDEL, ein Polyethersulfon
der Formel:
erhältlich von
ICI America, Inc. unter der Handelsbezeichnung VICTREX, ein Polyarylsulfon,
erhältlich
von Amoco Chemicals Corp., unter der Handelsbezeichnung RADEL oder
ein Gemisch daraus. Am meisten bevorzugt ist das Polysulfon-Polymerisat, ein
Polysulfon gemäß Formel
(I).
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Die Polysulfon-Polymerisate besitzen
vorzugsweise ein Molekulargewicht von etwa 20000 bis 100000. Vorzugsweise
beträgt
das Molekulargewicht etwa 55000 bis 65000 und insbesondere etwa
60000 bis 65000. Wenn das Molekulargewicht des Polymerisats größer als
etwa 100000 ist, kann die Viskosität der Polymerisatlösung für eine Verarbeitung
zu hoch werden. Wenn andererseits das Molekulargewicht des Polysulfon-Polymerisats
unter etwa 20000 liegt, kann die Viskosität der Polymerisatlösung für die Erzeugung
einer Faser zu niedrig werden, und eine Faser die gebildet worden
ist, kann zu schwach zum Weiterverarbeiten sein. Das Polyvinylpyrrolidon-Polymerisat
(PVP) besteht im allgemeinen aus wiederkehrenden Einheiten der Formel:
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Eine Eigenschaft von PVP wurde ihr "K-Wert" genannt, wie von
Fikentscher definiert. Der K-Wert von PVP kann mit Hilfe der folgenden
Gleichungen errechnet werden:
worin
z die relative Viskosität
der Lösung
der Konzentration c, k der K-Wert × 10
–3 und
c die Konzentration in % (Gewicht/Volumen) bedeuten. Der K-Wert
von PVP ist daher ein nützliches
Maß für die Viskosität der Polymerisatzusammensetzung.
PVP mit einem K-Wert von etwa
80 bis
95 wird bei
Durchführung
der Erfindung bevorzugt. Insbesondere besitzt das PVP einen K-Wert
von etwa
85 bis
90 und ganz besonders bevorzugt
von etwa
87. Wenn der K-Wert des PVP größer als etwa
95 ist,
kann die Lösung
zu viskos zum Verarbeiten sein, und die Poren können zu dicht oder zu klein
zur Verwendung bei der Hämodialyse
ein. Wenn andererseits der K-Wert des PVP unter etwa
80 liegt,
können
sich offene Leerstellen in der Faserwand bilden. Das PVP ist dazu geeignet,
die Viskosität
der Lösung
der Spinnflüssigkeit
aus Polysulfon zu erhöhen.
Weiter ist dieses Polymerisat wasserlöslich, und die Hauptmenge des
Polymerisats kann von der gebildeten Faser gelöst werden, um ihre Porosität zu erhöhen. Da
ein Teil des PVP in der Faser zurückbleiben kann, wird die Benetzbarkeit
der Faser durch ein wäßriges Medium
erhöht.
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Schließlich umfaßt die Polymerisatlösung ein
aprotisches Lösungsmittel.
Ein aprotisches Lösungsmittel
ist ein Lösungsmittel,
das unter den Verarbeitungsbedingungen kein Proton abgibt, d. h.
es besitzt keine sauren oder ionisierbaren Wasserstoffatome. Vorzugsweise
ist diese Lösungsmittel
ebenfalls in Wasser löslich.
Eine repräsentative,
nicht vollständige
Liste von aprotischen Lösungsmitteln,
die für
die Erfindung nützlich sind,
umfaßt
Dimethylformamid (DMF), Dimethylsulfoxid (DMSO), Dimethylacetamid
(DMA), H-Methylpyrrolidon und Gemische daraus. Vorzugsweise ist
das Lösungsmittel
DMA. Je nach der gewünschten
Eigenschaft der Hohlfaser kann eine geringe Menge eines weiteren
Lösungsmittels
zugesetzt werden, anstatt daß man
ein reines aprotisches Lösungsmittel
verwendet. Vorzugsweise ist das zusätzliche Lösungsmittel ein niedrigmolekularer
Alkohol. Dies kann die Ausfällung
des Polymerisats bei der Faserbildung verstärken.
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Vorzugsweise werden etwa 11 bis 25
Gew.-%, insbesondere etwa 14 bis 16 Gew.-% und ganz besonders etwa
15 Gew.-% des faserbildenden Polysulfon-Polymerisats in dem aprotischen Lösungsmittel
Dimethylacetamid gelöst.
Wenn weniger als etwa 11 Gew.-% des Polysulfon-Polymerisats verwendet
werden, sind die gebildeten Fasern nicht stak genug, um den Beanspruchungen
zu widerstehen, die bei dem Hochgeschwindigkeitsverfahren gemäß der Erfindung
auftreten. Wenn andererseits der Gehalt an Polysulfon-Polymerisat etwa
25 Gew.-% übersteigt,
wird eine Faser mit schlechteren hydraulischen Eigenschaften erzeugt.
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Das PVP wird vorzugsweise in dem
Lösungsmittel
in einem Anteil von etwa 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise von etwa
2 bis 4 Gew.-% und insbesondere von etwa 3 Gew.-% gelöst. Wenn
das PVP in der Spinnlösung
in einer Menge von über
etwa 5% enthalten ist, sind die entstehenden Fasern steif und schwer
zu Dialysehülsen
zu verarbeiten. Ein ähnliches
Ergebnis tritt auf, wenn die Menge an PVP unter etwa 0,1 Gew.-%
liegt.
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Die Polymerisatlösung besitzt eine Viskosität von etwa
700 bis 2300, vorzugsweise von etwa 1400 bis 1700 und insbesondere
von etwa 1500 cP bei 25°C,
gemessen mit einem Brookfield-Viskometer. Die Lösung wird vorzugsweise filtriert,
um etwa mitgerissene Teilchen (Verunreinigungen oder ungelöste Bestandteile)
zu entfernen, um eine Blockierung der Vorrichtung zu verhindern.
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Die Polymerisatlösung wird aus der äußeren ringförmigen Austrittsöffnung einer
Spinndüse,
die ein um ein Innenrohr angeordnetes Mundstück aufweist, versponnen. Eine
ausfällende
Lösung
wird zum Innenrohr der Spinndüse
geleitet. Die ausfällende
Lösung
besteht aus einem niedrigmolekularen Alkohol und Wasser und kann
außerdem
ein aprotisches Lösungsmittel
enthalten. Zu einem gewissen Ausmaß beeinflußt die Zusammensetzung der
ausfällenden
Lösung
die Porositäts-,
Clearance- und Durchströmbarkeitseigenschaften der
Faser. Die Zusammensetzung der ausfällenden Lösung, die wirksam ist, um eins
Hohlfasermenbran zur Verwendung bei der Hämodialyse zu erzeugen, wird
in der folgenden Tabelle I erläutert.
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Bei einer weiteren bevorzugten Durchführungsform
kann eine ausfällende
Lösung,
die wirksam ist, eine Hohlfasermembran zur Verwendung bei einem
Hämofilterbetrieb
zu erzeugen, die in der folgenden Tabelle II angegebenen Bestandteile
enthalten.
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In einer weiteren bevorzugten Durchführungsform
kann eine ausfällende
Lösung,
die wirksam ist, eine Hohlfasermembran für eine Verwendung in einem
Blutfilter zur Trennung von roten Blutkörperchen von höhermolekularen
Materialien zu trennen, zu erzeugen, die in der folgenden Tabelle
III angegebenen Bestandteile enthalten.
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Repräsentative jeoch nicht erschöpfend aufgezählte Beispiele
für niedrigmolekulare
Alkohole sind Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol,
tert-Butylalkohol, Isobutylalkohol oder ein Gemisch daraus. Vorzugsweise
umfaßt
der Alkohol Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol
oder ein Gemisch daraus. Insbesondere ist der Alkohol Isopropanol.
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Das Wasser, das in der ausfällenden
Lösung
verwendet werden kann, kann Leitungswasser, entionisiertes Wasser
oder Wasser sein, das ein Produkt der Umkehrosmose ist. Vorzugsweise
ist das Wasser entionisiertes Wasser, das zunächst durch Umkehrosmose behandelt
worden ist.
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Das aprotische Lösungsmittel, das in der ausfällenden
Lösung
verwendet wird, kann wiederum Dimethylformamid (DMF), Dimethylsulfoxid
(DMSO), Dimethylacetamid (DMA), N-Methylpyrrolidon und ein Gemisch
daraus sein. Vorzugsweise ist das aprotische Lösungsmittel dasselbe wie das,
welches in der Polymerisatlösung
zur Faserbildung verwendet wird. Bevorzugt ist das aprotische Lösungsmittel
DMA.
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Die Anteile an Alkohol, Wasser und
aprotischem Lösungsmittel,
die die ausfällende
Lösung
ausmachen, beeinflussen die Morphologie, Clearance, Permeabilität, Selektivität usw. der
Hohlfasermembran. Insbesondere kann die Abwesenheit eines aprotischen
Lösungsmittels
in der ausfällenden
Lösung
zu einer kleineren Porengröße und schlechteren
Durchströmbarkeit
der erhaltenen Faser führen.
Es wird allgemein bevorzugt, daß der
Anteil an Wasser in der ausfällenden
Lösung
verhältnismäßig niedrig
bleibt, etwa 10 bis 35 Gew.-%, um richtige Faserergebnisse sicherzustellen;
weniger als etwa 10 Gew.-% Wasser kann zu einer zu langsamen Ausfällung der
Polymerisate zu der Faser und eine Konzentration von Wasser von über etwa 35 zu einer
Abnahme der Durchströmbarkeit
und der Porengröße führen.
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Wie oben erwähnt, wird die Polymerisat-Spinnflüssigkeit
gepumpt und gefiltert und in die äußere, ringförmige Austrittsöffnung eines
Rohres in einer Spinndüse
mit Austrittsöffnungen
geführt.
Zur gleichen Zeit wird die ausfällende
Lösung
in das innere koaxiale Rohr der Spinndüse gepumpt. Diese beiden Lösungen werden dann
von der Spinndüse
in einer Weise abgegeben, daß die
Polymerisat-Spinnflüssigkeit
einen ringförmigen Mantel
bildet, der eine Strömung
aus ausfällender
Flüssigkeit
innerhalb des Ringes umgibt. Vorzugsweise wird der Spinndüsenkopf
bei einer Temperatur von etwa 5 bis 85°C, vorzugsweise etwa 15 bis
25°C und
insbesondere etwa 18°C
gehalten. Die Polymerisat-Spinnflüssigkeit wird einen Druck von
etwa 0 bis 1400 kPa, vorzugsweise etwa 140 bis 1000 kPa und insbesondere
etwa 350 bis 850 kPa unterworfen. In einer bevorzugten Durchführungsform
wird die Polymerisat-Spinnlösung
durch eine ringförmige
Austrittsöffnung
mit einem Außendurchmesser
von etwa 0,018 Zoll (etwa 460/um) und einem Innendurchmesser von
etwa 0,008 Zoll (etwa 200/um) versponnen.
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Zur gleichen Zeit wird ausfällende Flüssigkeit
durch das Rohr der Spinndüse
mit einem Druck von etwa 0 bis 1000 kPa, vorzugsweise etwa 0 bis
100 kPa und insbesondere etwa 1 bis 20 kPa gepumpt. In einer bevorzugten
Durchführungsform
wird die ausfällende
Flüssigkeit
oder die Verdünnungslösung durch
ein Rohr mit einem Innendurchmesser von etwa 0,004 Zoll (etwa 100/um)
abgegeben.
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Bei einer bevorzugten Durchführungsform,
bei der eine Hohlfaser mit 280/um Außendurchmesser und 200/um Innendurchmesser
erzeugt werden soll, wird die Polymerisat-Spinnflüssigkeit der Spinndüse mit einer Geschwindigkeit
von mindestens etwa 0,1 ml/min, vorzugsweise etwa 2 bis 10 ml/min
und insbesondere etwa 3 ml/min zugeführt, und die ausfällende Flüssigkeit
wird mit einer Geschwindigkeit von mindestens etwa 0,1 ml/min, vorzugsweise
etwa 2 bis 10 ml/min und insbesondere etwa 3 ml/min zugeführt. Die
Spinndüse
wird in einer Weise angeordnet, daß die Faserproduktion durch
die Flüssigkeitsströmung und
durch den Abzug von der Spinndüse
durch Schwerkraftwirkung angetrieben wird. Vorzugsweise tritt die
Faser aus der Spinndüse aus
und wird durch Schwerkraft in einer nahezu vertikalen Richtung nach
unten gezogen.
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Um gemäß der Erfindung zufriedenstellende
Fasern herzustellen, muß sowohl
innerhalb des Spinndüsenkopfes
als auch der versponnenen Flüssigkeiten,
die aufeinander einwirken, um die Faser auszufällen, eine laminare Strömung aufrechterhalten
werden. Wenn im Spinndüsenkopf,
insbesondere innerhalb der Kanäle,
die die Polymerisat-Spinnflüs sigkeit
heranführen,
eine turbulente Strömung
vorhanden ist, können
sich Gastaschen ausbilden und schließlich zu großer Hohlstellen
in der gesponnenen Faser führen.
Turbulente Strömung
innerhalb der gesponnenen Flüssigkeiten
kann ebenfalls zu Hohlstellen innerhalb der Faser führen. Es
kann von Vorteil sein, die relativer Strömungsgeschwindigkeiten von
Polymerisat-Spinnflüssigkeit
zu Verdünnungslösung anzugeben.
Vorzugsweise beträgt
die volumetrische Fließgeschwindigkeit
von Spinnflüssigkeit
zu Verdünnungslösung etwa
0,1 : 1 bis etwa 10 : 1, vorzugsweise 0,25 : 1 bis 4 : 1 und insbesondere
etwa 0,7 : 1 bis 1,5 : 1.
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Es ist vorteilhaft, die Abmessungen
der Spinndüse
durch Angabe der Verhältnisse
der ringförmigen Austrittsöffnung zum
Durchlaß der
Polymerisat-Spinnflüssigkeit
zur koaxialen röhrenförmigen Austrittsöffnung für den Durchtritt
des Verdünnungsmittels
oder der ausfällenden
Lösung
anzugeben. Ein nützliches
Verhältnis ist
das Verhältnis
der Querschnittsfläche
der ringförmigen
Austrittsöffnung
zu derjenigen der röhrenförmigen Austrittsöffnung.
Vorzugsweise ist das Verhältnis
größer als
etwa 5 : 1, vorzugsweise beträgt
es etwa 10 : 1 bis 25 : 1 und insbesondere etwa 16 : 1. Ein weiteres
nützliches
Abmessungsverhältnis
ist die Dicke des Ringes zu dem Innendurchmesser des Rohres. Vorzugsweise
ist dieses Verhältnis
größer als
etwa 0,5 : 1, besonders bevorzugt beträgt es 0,75 : 1 bis 5 : 1 und
ganz besonders bevorzugt etwa 1 : 1 bis 2 : 1. Ein drittes nützliches Abmessungsverhältnis ist
das des Außendurchmessers
der ringförmigen
Austrittsöffnung
zum Innendurchmesser des Rohres. Vorzugsweise ist dieses Verhältnis größer als
etwa 2 : 1, besonders bevorzugt etwa 3 : 1 bis 15 : 1 und ganz besonders
bevorzugt etwa 4 : 1 bis 5 : 1.
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Wenn die Faser aus der Spinndüse heraustritt,
wandert sie praktisch senkrecht nach unten über eine Entfernung von etwa
0,1 bis 10 m, vorzugsweise etwa 1 bis 5 m und insbesondere etwa
1,5 m. Dies gestattet es, daß die
ausfällende
Lösung
das Polymerisat in der ringförmigen
Spinnflüssigkeit
ausfällt
und sich die feste Faserkapillare bildet, bevor diese in eine Abschrecklösung eintaucht.
Zwischen der Spinn düse
und dem Abschreckbad kann die Faser durch die Atmosphäre, Luft,
eine angereicherte Atmosphäre,
d. h. ein Gemisch aus Luft und einem Gas, ein Inertgas oder ein
Gemisch daraus wandern. Vorzugsweise wandert die Faser aus Gründen der
Einfachheit der Verarbeitung und zur Erzeugung einer qualitativ
hochwertigen Faser durch Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von
etwa 40 bis 50%. Diese gasförmige
Atmosphäre
kann relativ stillstehend sein oder es kann eine Fluidströmung herrschen.
Vorzugsweise ist die Strömungsgeschwindigkeit
ausreichend, um alle 30 min einen vollständigen Luftaustausch in der
Verspinnungsumgebung zu gestatten. In einer bevorzugten Durchführungsform
beträgt
die Gasströmung
etwa 10 l/min.
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Danach wird die Faser in einen Tank
eingetaucht, der Wasser und 0 bis 10 Gew.-% andere Materialien enthält. Wiederum
kann das Wasser Leitungswasser, entionisiertes Wasser oder das Produkt
einer Umkehrosmose sein. Die Temperatur des Abschreckbades liegt
vorzugsweise zwischen etwa 0 bis 100°C, bsonders bevorzugt bei etwa
15 bis 45°C
und insbesondere bei etwa 35°C.
Die Wassertemperatur kann die Eigenschaften der Faser beeinflussen.
Niedrigere Temperaturen können
die Durchströmbarkeit
der erhaltenen Faser verringern. Erhöhen der Temperatur des Abschreckbades
kann die Durchströmbarkeit
der Faser erhöhen.
Jedoch scheint die Temperatur des Abschreckbades nicht wesentlich
das Ausmaß der
Clearance von gelösten
Bestandteilen zu beeinflussen.
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Die Faser wird vorzugsweise in dieses
Abschreckbad für
eine Zeitdauer von etwa 0,1 bis 10 min, vorzugsweise etwa 0,1 bis
5 min und insbesondere etwa 1 min eingetaucht. Diese Verweilzeit
erlaubt praktisch die vollständige
Ausfällung
des Polysulfon-Polymerisats unter Ausbildung der mikroporösen Hohlfaser.
Dieses Abschreckbad trägt
außerdem
dazu bei, den Überschuß an nicht
ausgefällten
Polymerisaten sowie einen Teil des PVP des wasserlöslichen
Lösungsmittels
und der ausfällenden
Flüssigkeit
zu entfernen.
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Nach dem Abschreckungsbad kann die
Faser weiter gespült
werden, um weiter unausgefällte
Polymerisate und Lösungsmittel
zu entfernen. Dieses Spülen
kann in einer einstufigen oder mehrstufigen Badanordnung erfolgen.
Vorzugsweise wird das Spülen
in einem zweistufigen Bad durchgeführt, das eine Wassertemperatur
von etwa 0 bis 100°C,
vorzugsweise etwa 15 bis 45°C
und insbesondere etwa 35°C
in der ersten Stufe und eine Temperatur von etwa 0 bis 100°C, vorzugsweise
etwa 15 bis 45°C
und insbesondere etwa 35°C
in dar zweiten Stufe aufweist. Die Faser wird dann auf eine Aufnahmehaspel
aufgewunden. Diese Aufnahmehaspel rotiert vorzugsweise mit einer
derartigen Geschwindigkeit, daß die
Faser mit etwa 90 bis 150 der Geschwindigkeit, mit der sie an der
Spinndüse
erzeugt wird, aufgewunden wird. Vorzugsweise wird die Faser mit
einer Geschwindigkeit aufgewunden, die praktisch gleich derjenigen
ist, mit der sie erzeugt wird, d. h., es ist kein Zug vorhanden.
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Die Hohlfasern können anschließend getrocknet,
mit einer besonderen Oberfläche
versehen, auf eine gewünschte
Länge geschnitten
oder weiter verarbeitet werden, um nützliche Gegenstände herzustellen,
wie Teile für
die Hämodialyse,
Hämofilter,
Blutfilter, Wasserfilter usw., die mindestens so hohe Gütekriterien
besitzen wie bisher im Handel erhältliche Hohlfasermembranen.
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Beispielsweise kann bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 200 ml/min eine Clearance-Geschwindigkeit von mindestens etwa
130 ml/min für
sowohl Harnstoff als auch Kreatinin und von mindestens etwa 80 ml/min
für Vitamin
B12 erzielt werden. Die mögliche
Durchflußgeschwindigkeit
bei den Fasern gemäß der Erfindung
beträgt
bis etwa 50 ml/min/cm2/mmHg, vorzugsweise
etwa 10 bis 25 ml/min/cm2/mmHg. Die prozentuale
Abweisung für
BSA beträgt
vorzugsweise unter etwa 5, vorzugsweise etwa 2 bis 3%.
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Beispiele
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Die folgenden Einzelbeispiele, die
die beste Durchführungsform
umfassen, können
dazu verwendet werden, um die Erfindung weiter zu erläutern. Diese
Beispiele sind rein erläuternd
und beschränken
die Erfindung nicht.
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Beispiel 1
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Eine Polymerisat-Spinnlösung wurde
durch Lösen
von 16,2 Gew.-% eines Polysulfon-Polymerisats mit einem molekular gewicht
von etwa 55000 bis 60000 (UDEL P1800 von Amoco) und 4,8 Gew.-% Polyvinylpyrrolidon-Polymerisat
(PVP) mit einem K-Wert von etwa 85 bis 88 in Dimethylacetamid (DMA)
gebildet. Das Material wurde filtriert und anschließend in
eine Spinndüse
mit einem um ein Innenrohr angeordneten Mundstück mit einer Geschwindigkeit
von 3,1 ml/min und mit einer Temperatur von etwa 35°C gepumpt.
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Gleichzeitig wurde eine Verdünnungslösung aus
70,5 Gew.-% Isopropanol und 29,5 Gew.-% der Umkehrosmose unterzogenem,
entionisiertem Wasser vermischt, filtriert und der Spinndüse mit einer
Temperatur von etwa 20°C
und einer Geschwindigkeit von etwa 3 ml/min zugeführt.
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Die Polymerisat-Spinnlösung wurde
durch die äußere, ringförmige Öffnung der
Spinndüse,
die einen Außendurchmesser
von etwa 0,018 Zoll (etwa 460/um) und einen Innendurchmesser von
etwa 0,008 Zoll (etwa 200/um) aufwies. zugeführt. Das Verdünnungsmittel
wurde durch eine röhrenförmige Austrittsöffnung innerhalb
der ringförmigen
Austrittsöffnung
mit einem Innendurchmesser von etwa 0,004 Zoll (etwa 100/um) zugeführt. Der
Spinndüsenkopf
wurde mit Hilfe eines Wasserbades bei etwa 19°C gehalten. Die Spinndüse gab die
Säule aus
Spinnlösung
und Verdünnungsmittel
nach unten durch eine LEXAN-Röhre
von 6 Zoll Durchmesser, die Stickstoff, der mit etwa 10 l/min zirkulierte,
enthielt, über
eine Entfernung von etwa 1,5 m in ein Abschreck-Wasserbad ab. Das Abschreckbad wurde
bei etwa 45°C
gehalten, und etwa 5,5 l von der Umkehrosmose unterzogenem Wasser
je Minute wurden in den Tank gepumpt, wobei das Wasser überfloß. Die Fasern wurden
danach auf eine Aufnahmehaspel aufgewickelt, die in ein zweites
Bad aus der Umkehrosmose unterzogenem Wasser, das bei etwa 45°C gehalten
wurde, eingetaucht war, und etwa 6,8 l von der Umkehrosmose unterzogenem
Wasser je Minute wurden in das Bad gepumpt, wobei das Wasser überfloß. Die Aufnahmegeschwindigkeit
betrug etwa 85 m/min. Gleichzeitig wurde die Haspel mit Wasser von
etwa 65°C
besprüht.
-
Die Faser wurde anschließend von
der Aufnahmehaspel entfernt, geschnitten und zu Bündeln von etwa
9025 Fasern, die etwa 25 cm lang waren, abgepackt. Diese Bündel wurden
anschließend
etwa 10 h lang in ein Auslaug-Wasserbad, das bei etwa 55°C gehalten
wurde, eingetaucht. Der Umkehrosmose unterzogenes Wasser wurde mit
einer Geschwindigkeit von etwa 1 l/min einströmen und überfließen gelassen. Danach wurden
die Faserbündel
getrocknet und untersucht.
-
Beispiel 2
-
Die oben beschriebene Vorgehensweise
wurde wiederholt, wobei man die Spinn- und Verdünnungsmittellösungen gemäß Beispiel
1 verwendete. Die Spinndüsen-Bedingungen
von Beispiel 1 wurden ebenfalls wiederholt, jedoch wurden die Fasern
in Umgebungsatmosphäre
ausgesponnen (nicht in eine Stickstoffatmosphäre).
-
Das Abschreckbad wurde bei etwa 43°C gehalten
und mit etwa 2,3 l der Umkehrosmose unterzogenen Wassers pro Minute
beschickt. Das zweite Bad wurde bei etwa 40°C gehalten und mit etwa 5,5
l der Umkehrosmose unterzogenen Wassers pro Minute beschickt. Das
Besprühen
mit Wasser wurde bei etwa 35°C
durchgeführt,
und die Aufnahmegeschwindigkeit betrug etwa 90 m/min.
-
Die erhaltenen Faserbündel wurden
etwa 1 h bei etwa 55°C
und einer Wasserströmungsgeschwindigkeit
von etwa 1 l/min ausgelaugt und danach getrocknet.
-
Beispiel 3
-
Das oben beschriebene Verfahren wurde
wiederholt, wobei man eine Spinnlösung, die etwa 13,1 Gew.-%
des Polysulfons gemäß Beispiel
1 und etwa 2,8 Gew.-% PVP mit einem K-Wert von etwa 85 bis 88 in DMA
enthielt, sowie eine Verdünnungsmittellösung aus
etwa 87 Gew.-% Isopropylalkohol und etwa 13 Gew.-% der Umkehrosmose
unterzogenem, entionisiertem Wasser verwendete. Die erhaltene Spinnlösung besaß eine Viskosität von etwa
750 cP bei 25°C.
Die Spinnlösung
wurde der Spinndüse
bei Raumtemperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,89 ml/min
zugeführt,
und die Verdünnungslösung wurde
bei Raumtemperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,85 ml/min
zugeführt.
Der Spinndüsenkopf
wurde bei etwa 21°C
gehalten. Die Faser wurde in Umgebungsatmosphäre ausgesponnen.
-
Das Abschreckbard wurde bei etwa
32°C gehalten
und mit etwa 7,6 l der Umkehrosmose unterzogenem Wasser pro Minute
beschickt. Das zweite Bad wurde bei etwa 32°C gehalten und mit etwa 2 l
der Umkehrosmose unterzogenem Wasser pro Minute beschickt. Die Besprühung mit
Wasser wurde bei etwa 25°C durchgeführt, und
die Aufwickelgeschwindigkeit betrug etwa 30 m/min.
-
Die erhaltenen Faserbündel wurden
etwa 6 h bei etwa 55°C
und einer Wasserströmungsgeschwindigkeit
von etwa 1 l/min ausgelaugt und danach getrocknet und getestet.
Die Faserbündel
zeigten eine gute Clearance für
gelöste
Substanzen sowie eine gute Durchströmbarleit.
-
Beispiel 4
-
Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt,
wobei man eine Spinnlösung,
die etwa 15,1 Gew.-% des Polysulfons gemäß Beispiel 1 und etwa 2,8 Gew.-%
PVP mit einem K-Wert von etwa 85 bis 88 in DMA enthielt, sowie eine
Verdünnungsmittellösung verwendete,
die etwa 70,5 Gew.-% Isopropylalkohol und etwa 29,5 Gew.-% der Umkehrosmose
unterzogenes, entionisiertes Wasser enthielt. Die erhaltene Spinnlösung besaß eine Viskosität von etwa
1220 cP bei 25°C.
Die Spinnlösung
wurde der Spinndüse
mit etwa 23°C und
einer Geschwindigkeit von etwa 3,1 ml/min und die Verdünnungslösung mit
einer Geschwindigkeit von etwa 3 ml/min bei Raumtemperatur zugeführt. Der
Spinndüsenkopf
wurde bei etwa 24°C
gehalten. Die Faser wurde in Umgebungsatmosphäre ausgesponnen.
-
Das Abschreckbad wurde bei etwa 32°C gehalten
und mit etwa 7,6 l an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser je Minute
beschickt. Das zweite Bad wurde bei etwa 30°C gehalten und mit etwa 2 l
an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser pro Minute beschickt. Das
Besprühungswasser
wurde bei etwa 20°C gehalten,
und die Aufnahmegeschwindigkeit betrug etwa 75 m/min.
-
Die erhaltenen Faserbündel wurden
etwa 5 h bei etwa 55°C
und einer Wasserströmungsgeschwindigkeit
von etwa 1 l/min ausgelaugt und anschließend getrocknet und getestet.
Die Faserbündel
zeigten eine gute Clearance für
gelöste
Substanzen sowie eine gute Durchströmbarkeit und Festigkeit.
-
Beispiel 5
-
Die Vorgehensweise gemäß Beispiel
1 wurde wiederholt, wobei man eine Spinnlösung, die etwa 14,1 Gew.-%
des Polysulfons gemäß Beispiel
1 und etwa 2,8 Gew.-% PVP mit einem K-Wert von etwa 85 bis 88 in DMA enthielt,
und eine Verdünnungsmittellösung, die
etwa 87 Gew.-% Isopropylalkohol und etwa 13 Gew.-% an der Umkehrosmose
unterzogenem, entionisiertem Wasser enthielt, verwendete. Die erhaltene
Spinnlösung besaß eine Viskosität von etwa
890 cP bei 25°C.
Die Spinnlösung
wurde der Spinndüse
bei etwa 20°C
und mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,89 ml/min zugeführt und
die Verdünnungslösung wurde
mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,85 ml/min bei etwa 20°C zugeführt. Der
Spinndüsenkopf
wurde bei etwa 23°C
gehalten. Die Faser wurde in Umgebungsatmosphäre ausgesponnen.
-
Das Abschreckbad wurde bei etwa 32°C gehalten
und mit etwa 8 l an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser pro Minute
beschickt. Das zweite Bad wurde bei etwa 32°C gehalten und mit etwa 2 l
an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser pro Minute beschickt. Das
Sprühwasser
wurde bei etwa 25°C
gehalten, und die Aufnahmegeschwindigkeit betrug etwa 300 m/min.
-
Die erhaltenen Faserbündel wurden
bei etwa 55°C
und einer Wasserströmungsgeschwindigkeit
von etwa 2 l/min ausgelaugt und anschließend getrocknet und getestet.
Die Faserbündel
zeigten eine gute Clearance für
gelöste
Substanzen und eine gute Durchströmbarkeit.
-
Beispiel 6
-
Die Vorgehensweise gemäß Beispiel
1 wurde wiederholt, wobei eine Spinnlösung, die etwa 15,1 Gew.-%
eines Polysulfon-Polymerisats mit einem Molekulargewicht von etwa
50000 bis 65000 (UDEL P1835 von Amoco) und etwa 2,8 Gew.-% PVP mit
einem K-Wert von etwa 85 bis 88 in DMA enthielt, und eine Verdünnungsmittellösung, die
etwa 80 Gew.-% Isopropylalkohol und etwa 20 Gew.-% an der Umkehrosmose
unterworfenem, entionisierten Wasser enthielt, verwendet wurden.
Die erhaltene Spinnlösung
besaß eine
Viskosität
von etwa 1520 cP bei 25°C.
Die Spinnlösung
wurde der Spinndüse
bei etwa 37°C
und einer Ge schwindigkeit von etwa 3,55 ml/min und die Verdünnungsmittellösung mit
einer Geschwindigkeit von etwa 2,5 ml/min zugeführt. Der Spinndüsenkopf
wurde bei etwa 26°C
gehalten. Die Faser wurde in Umgebungsatmosphäre ausgesponnen.
-
Das Abschreckbad wurde bei etwa 35°C gehalten
und mit etwa 4 l an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser je Minute
beschickt. Das zweite Bad wurde bei etwa 35°C gehalten und mit etwa 2 l
an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser je Minute beschickt. Das
Sprühwasser
wurde bei etwa 25°C
gehalten, und die Aufnahmegeschwindigkeit betrug etwa 80 m/min.
-
Die erhaltenen Faserbündel wurden
etwa 8 h bei etwa 55°C
und einer Wasserströmungsgeschwindigkeit
von etwa 1 l/min ausgelaugt und anschließend getrocknet und getestet.
Die Faserbündel
zeigten gute Werte für
die Clearance von gelösten
Substanzen, Durchströmbarkeit
und Festigkeit.
-
Beispiel 7
-
Das Verfahnen gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt,
wobei man eine Spinnlösung,
die etwa 16,1 Gew.-% des Polysulfons gemäß Beispiel 1 und etwa 4,8 Gew.-%
PVP mit einem K-Wert von etwa 85 bis 88 in DMA enthielt, und eine
Verdünnungsmittellösung, die
etwa 70,5 Gew.-% Isopropylalkohol und etwa 29,5 Gew.-% an der Umkehrosmose
unterzogenem, entionisiertem Wasser enthielt, verwendete. Die erhaltene Spinnlösung besaß eine Viskosität von etwa
3500 cP bei 25°C.
Die Spinnlösung
wurde der Spinndüse
bei etwa 37°C
und mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,3 ml/min und die Verdünnungsmittellösung bei
etwa 20°C
mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,3 ml/min zugeführt. Der
Spinndüsenkopf
wurde bei etwa 23°C
gehalten. Die Faser wurde in Umgebungsatmosphäre ausgesponnen.
-
Das Abschreckbad wurde bei etwa 30°C gehalten
und mit etwa 6 l an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser pro Minute
beschickt. Das zweite Bad wurde bei etwa 30°C gehalten und mit etwa 4 l
an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser pro Minute beschickt. Das
Sprühwasser
wurde bei etwa 20°C
gehalten, und die Aufnahmegeschwindigkeit betrug etwa 40 m/min.
-
Die erhaltenen Faserbündel wurden
etwa 6 h bei etwa 55°C
und einer Wasserströmungsgeschwindigkeit
von etwa 2 l/min ausgelaugt und anschließend getrocknet und. getestet.
Die Faser- Faserbündel zeigten eine
gute Clearance für
gelöste
Substanzen, gute Durchströmbarkeit
und Festigkeit.
-
Beispiel 8
-
Die Vorgehensweise von Beispiel 1
wurde wiederholt, wobei man eine Spinnlösung, die etwa 15,1% UDEL 1835
und 2,8 Gew.-% PVP mit einem K-Wert von etwa 85 bis 88 in DMA enthielt,
und eine Verdünnungsmittellösung, die
etwa 79 Gew.-% Isopropylalkohol und etwa 21 Gew.-% an der Umkehrosmose
unterzogenem, entionisiertem Wasser enthielt, verwendete. Die Spinnlösung wurde
der Spinndüse
bei etwa 37°C
und mit einer Geschwindigkeit von etwa 3,55 ml/min und die Verdünnungsmittellösung bei
etwa 20°C
und mit einer Geschwindigkeit von etwa 2,5 ml/min zugeführt. Die
Faser wurde in die Umgebungsatmosphäre ausgesponnen.
-
Das Abschreckbad wurde bei etwa 35°C gehalten
und mit etwa 4 l an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser pro Minute
beschickt. Das zweite Bad wurde bei etwa 35°C gehalten und mit etwa 9 l
an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser pro Minute beschickt. Eine
Besprühung
mit Wasser erfolgte nicht.
-
Die erhaltenen Faserbündel wurden
in Wasser von etwa 55°C
ausgelaugt und anschließend
getrocknet und getestet. Die Faserbündel wiesen eine gute Clearance
für gelöste Substanzen
sowie eine gute Durchströmbarkeit
und Festigkeit auf.
-
Beispiel 9
-
Die Vorgehensweise gemäß Beispiel
1 wurde wiederholt, wobei man eine Spinnlösung, die etwa 16,1 Gew.-%
des Polysulfons gemäß Beispiel
1 und etwa 2,8 Gew.-% PVP mit einem K-Wert von etwa 85 bis 88 in DMA
enthielt und eine Verdünnungsmittellösung, die
etwa 70,5 Gew.-% Isopropylalkohol und etwa 29,5 Gew.-% Wasser enthielt,
verwendete. Die erhaltene Spinnlösung
besaß eine
Viskosität
von etwa 1540 cP bei 25°C.
Die Spinnlösung
wurde der Spinndüse
bei etwa 20°C
und mit einer Geschwindigkeit von etwa 3,1 ml/min und die Verdünnungsmittellösung bei
etwa 20°C
mit einer Geschwindigkeit von etwa 3 ml/min zugeführt. Der Spinndüsenkopf
wurde bei etwa 25°C
gehalten. Die Faser wurde in Umgebungsatmosphäre ausgesponnen.
-
Das Abschreckbad wurde bei etwa 30°C gehalten
und mit etwa 4 l an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser pro Minute
beschickt. Das zweite Bad wurde bei etwa 30°C gehalten und mit etwa 6 l
an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser/min beschickt. Das Sprühwasser
wurde bei etwa 25°C
gehalten, und die Aufnahmegeschwindigkeit betrug etwa 85 m/min.
-
Die erhaltenen Faserbündel wurden
etwa 5 h bei etwa 55°C
bei einer Wasserströmungsgeschwindigkeit
von etwa 2 l/min ausgelaugt und danach getrocknet und getestet.
Die Faserbündel
wiesen eine gute Clearance für
gelöste
Substanzen sowie eine gute Durchströmbarkeit und Festigkeit auf.
-
Beispiel 10
-
Die Vorgehensweise gemäß Beispiel
1 wurde wiederholt, wobei man eine Spinnlösung, die etwa 16,1 Gew.-%
des Polysulfons gemäß Beispiel
1, etwa 4,8 Gew.-% PVP mit einem K-Wert von etwa 85 bis 88, etwa 2 Gew.-%
Ethanol, Rest DMA, enthielt, und eine Verdünnungsmittellösung, die
etwa 70,5 Gew.-% Isopropylalkohol und etwa 29,5 Gew.-% Wasser enthielt,
verwendete. Die erhaltene Spinnlösung
besaß eine
Viskosität von
etwa 2770 cP bei 25°C.
Die Spinnlösung
wurde der Spinndüse
bei etwa 37°C
und mit einer Geschwindigkeit von etwa 3,1 ml/min und die Verdünnungsmittellösung bei
Raumtemperatur und mit einer Geschwindigkeit von etwa 3 ml/min zugeführt. Der
Spinndüsenkopf
wurde bei etwa 24°C
gehalten. Die Faser wurde in Umgebungsatmosphäre ausgesponnen.
-
Das Abschreckbad wurde bei etwa 37°C gehalten
und mit etwa 4 l an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser pro Minute
beschickt. Das zweite Bad wurde bei etwa 37°C gehalten und mit etwa 2 l
an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser pro Minute beschickt. Das
Sprühwasser
wurde bei etwa 45°C
gehalten, und die Aufnahmegeschwindigkeit betrug etwa 80 m/min.
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Beispiel 11
-
Die Vorgehensweise gemäß Beispiel
1 wurde wiederholt, wobei man eine Spinnlösung, die etwa 15,1 Gew.-%
eines Polysulfon-Polymerisats mit einen Molekulargewicht von etwa
60000 bis 65000 (UDEL P1835 von Amoco) und etwa 2,8 Gew.-% PVP mit
einem K-Wert von etwa 85 bis 88 in DMA enthielt, und eine Verdünnungsmittellösung, die
etwa 81 Gew.-% Iso propylalkohol und etwa 19 Gew.-% an der Umkehrosmose
unterzogenem, entionisiertem Wasser enthielt, verwendete. Die Spinnlösung wurde
der Spinndüse
bei etwa 34°C und
mit einer Geschwindigkeit von etwa 3,55 ml/min und die Verdünnungsmittellösung mit
einer Geschwindigkeit von etwa 2,5 ml/min zugeführt. Der Spinndüsenkopf
wurde bei etwa 19°C
gehalten. Die Faser wurde in Umgebungsatmosphäre ausgesponnen.
-
Das Abschreckbad wurde bei etwa 17°C gehalten
und mit etwa 6 l an der Umkehrosmose unterzogenem Waser pro Minute
beschickt. Das zweite Bad wurde bei etwa 35°C gehalten und mit etwa 2 l
an der Umkehrosmose unterzogenem Waser pro Minute beschickt. Eine
Besprühung
mit Wasser erfolgte nicht, und die Aufnahmegeschwindigkeit betrug
etwa 80 m/min.
-
Die erhaltenen Faserbündel wurden
in Wasser von etwa 55°C
ausgelaugt und danach getrocknet und getestet. Die Faserbündel wiesen
gute Clearance für
gelöste
Substanzen, mäßige Durchströmbarkeit
und gute Festigkeit auf.
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Beispiel 12
-
Die Vorgehensweise gemäß Beispiel
1 wurde wiederholt, wobei man eine Spinnlösung, die etwa 15,1 Gew.-%
eines Polysulfon-Poiymerisates mit einem Molekulargewicht von etwa
60000 bis 65000 (UDFL P1835 von Amoco) und etwa 2,8 Gew.-% PVP mit
einem K-Wert von etwa 85 bis 88 in DMA enthielt, sowie eine Verdünnungsmittellösung, die
etwa 82 Gew.-% Isopropylalkohol und etwa 18 Gew.-% an der Umkehrosmose
unterzogenem, entionisiertem Wasser enthielt, verwendete. Die Spinnlösung wurde
der Spinndüse
bei etwa 34°C und
mit einer Geschwindigkeit von etwa 3,55 ml/min und die Verdünnungsmittellösung mit
einer Geschwindigkeit von etwa 2,5 ml/min zugeführt. Der Spinndüsenkopf
wurde bei etwa 20°C
gehalten. Die Faser wurde in die Umgebungsatmosphäre ausgesponnen.
-
Das Abschreckbad wurde bei etwa 16°C gehalten
und mit etwa 6 l an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser pro Minute
beschickt. Das zweite Bad wurde bei etwa 36°C gehalten und mit etwa 2 l
an der Umkehrosmose unterzogenem Wasser/min beschickt. Eine Besprühung mit
Wasser erfolgte nicht, und die Aufnahmegeschwindigleit betrug etwa
80 m/min.
-
Die erhaltenen Faserbündel wurden
in Wasser von etwa 55°C
ausgelaugt und danach getrocknet und getestet. Die Faserbündel wiesen
eine gute Clearance für
gelöste
Substanzen, eine mäßige Durchströmbarkeit
und gute Festigkeit auf.
-
Fasern gemäß den Beispielen 6, 11 und
12 wurden hinsichtlich der Durchströmbarkeit mit Wasser bewertet
und verglichen.
-
Die Ergebnisse sind in der folgenden
Tabelle IV zusammengefaßt. Tabelle
IV
| Beispiel | Durchströmbarkeit |
| 5 | 18–26 |
| 11 | 11 |
| 12 | 9 |
-
*(ml × 10–5/min/cm2/mmHg)
-
Beispiel 13
-
Nach der allgemeinen Vorschrift von
Beispiel 1 wurde eine Polymerisat-Spinnlösung, die 17,2 Gew.-% des Polysulfons
gemäß Beispiel
1, 2,8 Gew.-% PVP K90 und 80 Gew.-% Dimethylacetamid enthielt, mit
einer Verdünnungsmittellösung aus
Isopropylalkohol/Wasser versponnen. Die Fasern wurden unter den
Bedingungen versponnen, wie sie in der folgenden Tabelle V angegeben
sind. Aus den Daten der Tabelle V kann ersehen werden, daß eine Zunahme
der Feuchtigkeit in der Spinnatmosphäre die Durchströmbarkeit
der erhaltenen Faser sowie die Porengrö0e der Faser senkt.
-
Tabelle
V
Auswirkung einer Umschließung und der Umschließungsbedingungen
um das Gebiet des Faserfalls auf die Eigenschaften der Faser
-
Beispiel 14
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Die grundlegende Vorgehensweise gemäß Beispiel
1 wurde wiederholt, wobei man eine Polymerisatlösung, die 7,1 Gew.-% des Polysulfons
gemäß Beispiel
1, 2,8 Gew.-% PVP K90, 75,8 Gew.-% Dimethylacetamid, 8,4 Gew.-%
Dimethylformamid und 1,9 Gew.-% Wasser enthielt, verwendete. Diese
Spinnlösung
wurde mit Formulierungen von Verdünnungsmitteln, wie sie in der
folgenden Tabelle VI angegeben sind, zusammen versponnen. Aus den
Angaben in Tabelle VI kann ersehen werden, daß die Verwendung eines aprotischen
Lösungsmittels
die Durchströmbarkeit
der erhaltenen Faser verbessert und daß ebenso die Verwendung einer Hauptmenge
Wasser die Durchströmbarkeit
der erhaltenen Faser verbessert.
-
Tabelle
VI
Auswirkung verschiedener organischer Lösungsmittel in dem Verdünnungsmittel
auf die Eigenschaften der Polysulfon/PVP-Faser
-
Beispiel 15
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Die allgemeine Vorgehensweise gemäß Beispiel
1 wurde wiederholt, wobei man eine Polymerisat-Spinnlösung, die
etwa 11,1 Gew.-% des Polysulfons gemäß Beispiel 1. etwa 2,8 Gew.-%
PVP K90, etwa 77,5 Gew.-% Dimethylacetamid und etwa 8,6 Gew.-% Dimethylformamid
enthielt, sowie eins Verdünnungslösung aus
Isopropylalkohol/Wasser verwendete. Diese Zusammensetzungen wurden
unter den in der folgenden Tabelle VII angegebenen Fallhöhen versponnen.
Aus den Daten in Tabelle VII geht hervor, daß eine Variation der Faserfallhöhe nur zu
einer geringen Änderung
der Fasereigenschaften führt.
-
Tabelle
VII
Auswirkung des Wasserspiegels beim Verspinnen von Polysulfon/PVP/DMAC-Formulierungen
sowie Auswirkung der Fallhöhe
(freie Fallhöhe
der Faser) auf die Größe der Faser
und deren Eigenschäften
-
**(ml × 10–5/min/cm2/mmHg)
-
Beispiel 16
-
Die allgemeine Vorgehensweise gemäß Beispiel
1 wurde mit einer Polymerisat-Spinnlösung wiederholt, die etwa 13,6
Gew.-% des Polysulfons gemäß Beispiel
1, etwa 3,4 Gew.-% PVP K90, etwa 1 Gew.-% Wasser und etwa 82 Gew.-%
Dimethylacetamid enthielt. Mit dieser Spinnlösungs-Zusammensetzung wurden Verdtinnungsmittellösungen,
deren Zusammensetzungen in der folgenden Tabelle VIII angegeben
sind, zusammen versponnen. Aus den Daten der Tabelle VIII geht hervor,
daß bei
Verdünnungsmittellösungen,
die einen Hauptanteil Alkohol enthalten, abnehmende Wasserkonzentrationen
die Durchströmbarkeit
der erhaltenen Fasern erhöhen.
-
Tabelle
VIII
Auswirkung des Anteils an Isopropanol im Verdünnungsmittel
(Wasser/Isopropanol-Gemisch) auf die Eigenschaften der Polysulfon/PUP-Faser
-
Die obige Beschreibung, die Beispiele
und die Versuchsdaten dienen lediglich zur Erläuterung der Erfindung und dürfen nicht
dazu verwendet werden, den Umfang der Erfindung oder der Ansprüche zu beschränken. Da
viele Durchführungsformen
und Variationen innerhalb des Umfangs der Erfindung durchgeführt werden
können,
beruht die Erfindung gänzlich
auf den beigefügten
Ansprüchen.
erhältlich von ICI America, Inc. unter der Handelsbezeichnung VICTREX, ein Polyarylsulfon, erhältlich von Amoco Chemicals Corp., unter der Handelsbezeichnung RADEL oder ein Gemisch daraus. Am meisten bevorzugt ist das Polysulfon-Polymerisat, ein Polysulfon gemäß Formel (I).
