KR20190013701A

KR20190013701A - 3차원 텍스처링을 구비한 중공사막

Info

Publication number: KR20190013701A
Application number: KR1020187027417A
Authority: KR
Inventors: 아르민 랑; 디터 벡텔
Original assignee: 프레제니우스 메디칼 케어 도이칠란드 게엠베하
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2019-02-11
Also published as: EP3423173A1; US20190046932A1; CA3013416A1; AU2017227995B2; CN108697986A; DE102016002440A1; BR112018017181B1; JP7098528B2; WO2017149011A1; CA3013416C; EP3423173B1; BR112018017181A2; US11123692B2; EA201891954A1; AU2017227995A1; CN108697986B; KR102338910B1; EA038203B1; JP2019513031A

Abstract

본 발명은 제1 진동면과 제1파장을 통해 특징 되는 제1 파동 형태의 적어도 하나의 제1 텍스처링 및 제2 진동면과 제2파장을 통해 특징 되는 제2 파동 형태의 적어도 하나의 제2 텍스처링을 구비하는 중공사막에 관한 것이며, 이때 상기 제1 진동면과 제2 진동면은 0과 같지 않은 앵글을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 텍스처링을 구비한 중공사막

본 발명은 3차원 텍스처링을 구비한 중공사막, 섬유 제조 방법, 섬유를 포함하는 다발 및 다발을 포함하는 필터 장치(filter device)에 관한 것이다. 필터는 바람직하게는 투석(hemodialysis)을 위한 중공 섬유 투석기(hollow fibre dialyzer)이다.

일반적으로, 중공 섬유 투석기는 원통형 필터 하우징(filter housing)에 배열된 중공 섬유 다발(hollow fibre bundle)을 구비한다. 투석(dialysis)에서 혈액은 섬유 내부를 지나 유동하고, 투석액은 섬유와 필터 하우징 사이의 공간에서 혈액에 대해 역방향으로 유동한다. 투석기(dialyzer)의 목적은 상기 중공 섬유의 벽을 통해 물질 이행(mass transfer)이 진행되도록 하는 것이다.

공지된 바와 같이, 혈액 투석을 위해 사용되는 중공 섬유에서 물질 이행률을 증가시키기 위해 중공 섬유는 텍스처링된 중공 섬유 형태로 제공된다.

WO 01/60477은 바람직하게는 원통형 필터 하우징 및 텍스처링된(주름진) 중공 섬유 다발로 구성된 투석용 필터를 공지하고 있다.

EP 2 119 494는 중공사막 및 모듈을 포함하는 중공 섬유를 공지하고 있다. 상기 중공 섬유는 텍스처링을 구비하며, 이러한 텍스처링의 파장(wavelength)은 15mm 내지 25mm이다.

EP 1 714 692는 주름진 중공 섬유를 구비한 투석 필터 장치를 공지하고 있다.

DE 28 51 687은 유체 분리시 사용하기 위한 중공 반투과성 섬유를 공지하고 있으며, 상기 섬유는 다수의 파동(wave)을 구비한다. 상기 공보에 기재된 제조 방법에서 중공 섬유에 가해지는 힘은 다발 내의 중공 섬유 깊이에 따라 변하기 때문에, 중공 섬유에 불규칙한 파동이 형성되며, 다발의 바깥 부분은 내부 중심에 배열된 중공 섬유에 비해 미세하게 넓은 권축(crimp)이 발생한다.

EP 0 116 155는 섬유 다발 제조를 위한 방법 및 장치를 공지하고 있으며, 실(thread)은 텍스처링(주름)된 형태를 구비한다. 이때, 중공 섬유는 두 개의 면 및 서로 간격을 두고 배열되어 있는 원형 로드(rod)를 중심으로 지그재그 형태로 가이드 되며, 상기 원형 로드는 상기 중공 섬유와 동일한 속도로 고정 영역을 지나 계속해서 가이드 된다. 실 다발은 예를 들어 혈액 투석을 위해 물질 전달 및 열 전달을 목적으로 사용될 수 있다. 또한, 상기 공보에서는 서로 비접촉식으로 맞물리는 두 개의 기어 휠(gear wheel)을 중공 섬유가 통과하도록 하는 방법을 공지하고 있으나, 이러한 방법은 텍스처링된 중공 섬유를 제조하기 위해 기술적으로 바람직하지 않을 수 있다.

혈액 투석을 위해 적합한 새로운 중공사막의 계속되는 수요에 따라, 본 발명의 목적은 개선된 특성을 포함하는 중공사막을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적은 청구항 1항, 11항 또는 13항에서 정의하고 있는 중공사막(hollow fibre membrane)을 통해 해결된다. 바람직한 실시 형태는 종속항에서 설명된다. 등위 관계에 있는 청구항은 중공 섬유를 사용하는 본 발명의 또 다른 측면을 설명하고 있다.

다음에서, 인용부호와 종결 부호에서 사용된 용어는 본 발명의 의미에서 정의된 것이다.

첫 번째 측면 에 따라, 본 발명은 제1 진동면과 제1파장을 통해 특징 되는 제1 파동 형태의 적어도 하나의 제1 텍스처링을 구비하는 중공사막 및 제2 진동면과 제2파장을 통해 특징 되는 제2 파동 형태의 적어도 하나의 제2 텍스처링을 구비하는 중공사막에 관한 것으로서, 상기 중공사막은 상기 제1 진동면과 제2 진동면이 0과 같지 않은 앵글을 포함하는 것을 특징으로 한다.

용어 "중공사막(hollow fibre membrane)"은 유기 재료(organic material)로 구성된 멤브레인 성질의 내벽을 구비한 중공 섬유를 일컫는다. 그러한 중공사막은 선행 기술에 공지되어 있으며, 공지된 방법에 따라, 예를 들어 스피닝 공법(spinning process)에 따라 제조될 수 있다.

적합한 중공사막의 실시 형태는 예를 들어, 90 내지 99중량 %의 소수성 제1 중합체(hydrophobic first polymer) 및 10 내지 1중량 %의 친수성 제2 중합체(hydrophilic second polymer)로 구성된다. 이때, 상기 소수성 제1 중합체는 예를 들어 다음과 같은 기(group)로부터 선택된다: 폴리아릴술폰, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리염화비닐, 변형된 아크릴산, 폴리에테르, 폴리우레탄 또는 폴리우레탄의 공중합체. 상기 친수성 제2 중합체는 예를 들어 다음과 같은 기로부터 선택된다: 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리글리콜모노에스테르, 폴리프로필렌글리콜을 포함하는 폴리에틸렌글리콜, 셀룰로우스 또는 폴리소르베이트의 수용성 파생물. 바람직한 실시 형태에서, 섬유는 폴리술폰 및 폴리비닐피롤리돈을 포함한다.

용어 " 텍스처링 "은 섬유가 이러한 섬유의 길이를 따라 완전한 직선 형태가 아니라, 직선으로부터 벗어난 편차를 갖는 것을 의미한다. 이러한 용어 " 텍스처링 "은 선행 기술에서 사용되고 있는 "웨이브", " 권취 ", "물결(corrugation)", "파동" 또는 "텍스처"와 같은 포괄적 용어를 의미한다.

다음에서, 용어 " 텍스처링 "은 용어 "파동"과 관련하여 설명된다. 이로 인해, 용어 " 텍스처링 "은 파동 및 주기파(periodic wave)를 포함하거나, 또는 파장 또는 주기파와 동일시될 수 있는 것, 즉 텍스처링은 파동 형태로 제공된다.

물리적인 의미에서, 상기 주기파는 공간 및 시간에 좌우되는 물리적 변수가 공간적으로 확장되는 진동을 나타내며, 이러한 진동은 적어도 하나의 진동면과 파장을 통해 특징 된다.

본 발명에 따라, 중공사막은 적어도 두 개의 서로 다른 텍스처링(texturing)을 구비하며, 각각의 텍스처링은 - 이러한 텍스처링이 파동을 포함하거나, 또는 파동으로 구성되기 때문에 - 진동면 및 파장을 통해 설명될 수 있다.

이로 인해, 제1 파동 형태의 제1 텍스처링은 제1 진동면과 제1파장을 통해 특징되며, 제2 파동 형태의 제2 텍스처링은 제2 진동면과 제2파장을 통해 특징 된다.

본 발명에 따라, 상기 제1 진동면과 제2 진동면은 서로 0과 같지 않은 앵글을 포함한다.

상기 "제1 진동면과 제2 진동면은 서로 0과 같지 않은 앵글을 포함한다."란 표현은 이러한 제1 및 제2 진동면이 평행하게 서로 마주보는 방향으로 제공되지 않거나, 또는 하나의 평면에 놓일 수 있다는 것을 의미한다.

실시 형태에서, 앵글은 70°내지 110°이다.

또 다른 실시 형태에서, 앵글은 85°내지 95°이다.

또 다른 실시 형태에서, 앵글은 90°이며, 상기 진동면이 수직 방향으로 서로 겹쳐진 상태로 제공된다. 이러한 실시 형태가 바람직한 이유는 그러한 배열이 특히 우수한 기계적 안정성을 갖기 때문이다.

또 다른 실시 형태에서, 본 발명에 따른 중공사막은 적어도 두 개의 진동면 사이에서 서로 다른 앵글을 구비할 수도 있다.

본 발명에 따라, 상기 제1 파동 및 제2 파동의 파장은 동일하거나, 또는 서로 다를 수 있다.

바람직하게는, 실시 형태에서 상기 제1 파동의 파장은 3mm 내지 15mm이다. 또 다른 실시 형태에서, 상기 제1 파동의 파장은 4mm 내지 10mm이다. 또 다른 실시 형태에서, 상기 제1 파동의 파장은 6mm 내지 8mm이다.

바람직하게는, 상기 제2 파동의 파장은 20mm 내지 50mm이다. 또 다른 실시 형태에서, 상기 제2 파동의 파장은 25mm 내지 40mm이다. 또 다른 실시 형태에서, 상기 제2 파동의 파장은 25mm 내지 35mm이다.

실시 형태에서, 상기 제1 파동의 파장은 3mm 내지 15mm이고, 제2 파동의 파장은 20mm 내지 50mm이다.

또 다른 실시 형태에서, 상기 제1 파동의 파장은 4mm 내지 10mm이고, 제2 파동의 파장은 25mm 내지 40mm이다.

또 다른 실시 형태에서, 상기 제1 파동의 파장은 6mm 내지 8mm이고, 제2 파동의 파장은 25mm 내지 35mm이다.

또한, 상기 진동면과 파장 이외에도 파동은 진폭(amplitude)을 통해 특징 될 수도 있다.

실시 형태에서, 제1 진폭은 0.2mm 내지 0.6mm의 값을 갖는다. 또 다른 실시 형태에서, 제1 진폭은 0.3mm 내지 0.5mm의 값을 갖는다.

실시 형태에서, 제2 진폭은 2.0mm 내지 6.0mm의 값을 갖는다. 또 다른 실시 형태에서 제2 진폭은 2.5mm 내지 4.5mm이다.

실시 형태에서, 제1 진폭은 0.2mm 내지 0.6mm이고, 제2 진폭은 2.0mm 내지 6mm이다.

또 다른 실시 형태에서, 제1 진폭은 0.3mm 내지 0.5mm이고, 제2 진폭은 2.5mm 내지 4.5mm이다.

특정 실시 형태에서, 상기 중공사막은 상기 제1파장과 이러한 파장의 진폭, 제2 파장과 이러한 파장의 진폭 및 제1 파동과 제2 파동의 진동면 앵글의 결합을 통해 특징 된다.

실시 형태에서, 제1 중공사막의 파장은 3mm 내지 15mm이며, 이러한 파장의 진폭은 0.2mm 내지 0.6mm이고, 제2 파동의 파장은 20mm 내지 50mm이며, 이러한 파장의 진폭은 2mm 내지 6mm이며, 파동의 진동면에 의해 둘러싸인 앵글은 70°내지 110°이다.

또 다른 실시 형태에서, 상기 중공사막의 제1 파동의 파장은 6mm 내지 8mm이고, 이러한 파장의 진폭은 0.2mm 내지 0.6mm이며, 제2 파동의 파장은 25mm 내지 35mm이고, 이러한 파장의 진폭은 2mm 내지 6mm이며, 상기 진동면에 의해 둘러싸인 앵글은 80°내지 100°이다.

또 다른 실시 형태에서, 섬유의 제1파장은 7mm이고, 이러한 파장의 진폭은 0.4mm이다. 상기 제2 파장은 30mm이고, 이러한 파장의 진폭은 3.5mm이다. 상기 제1 파동 및 제2 파동의 진동면 앵글은 90°이다.

실시 형태에서, 제1 텍스처링과 제2 텍스처링은 주기파 형태를 포함하거나, 또는 주기파 형태로 구성된다.

일반적인 주기파 형태는 삼각파(triangle wave), 톱니파(saw tooth wave), 구형파(square wave) 또는 사인파(sine wave) 또는 두 개의 진동 또는 두 개 초과의 진동이 중첩된 형태로 제공된다.

실시 형태에서, 상기 제1 파동 및 제2 파동은 사인파(sinusoid)이다.

본 발명에 따른 중공 섬유는 단지 단순하게 텍스처링된 중공 섬유와 비교해 볼 때, 개선된 기계적 강도, 예를 들어 연사(twisting)에 대한 강도를 갖는다. 결과적으로, 상기 중공 섬유는 개선된 방식으로 가공될 수 있다. 예를 들어, 상기 중공 섬유는 절단시 깔끔한 절단 에지가 제공하며, 품질 저하로 인해 버려지는 것이 적다.

본 발명의 두 번째 측면에서, 다발이 투석을 위한 중공사막 필터의 원통형 하우징에 성형 될 때, 상기 중공사막으로 제조된 중공사막 다발이 3.4N 내지 10N의 높은 성형 강도를 갖도록 형성된 중공사막이 제공된다. 전술한 중공사막은 청구항 11항 내지 14항의 대상이다. 특히, 텍스처링된 중공사막이 제공되며, 마찬가지로 상기 중공사막도 본 발명의 대상이다.

중공사막 다발이 41.4mm의 지름을 갖는 원통형 슬리브(sleeve)로부터 탈형(deformed) 될 경우, 전술한 중공 섬유 다발은 이러한 중공 섬유 다발로 제조된 16896의 중공사막 다발에서 3.4N 내지 10N의 성형 강도를 갖는다. 바람직하게는, 본 발명의 두 번째 측면에서 3.4N 내지 7N의 성형 강도를 갖는 중공사막, 특히 바람직하게는 3.6N 내지 5N의 성형 강도를 갖는 중공사막이 제공된다. 실시 형태에서, 상기 중공사막은 170㎛ 내지 210㎛의 섬유 지름을 갖는다.

일반적으로, 상기 중공사막 다발은 방사상 방향으로 압착될 수 있고, 중공사막 필터 제조시 방사상 방향으로 압착된 상태에서 원통형 필터 하우징의 원통형 하우징에 삽입된다. 상기 중공사막 다발의 복원력은 이러한 다발이 이완된 형태로 전환하려는 힘을 의미한다.

상기 중공사막의 복원력이 강할수록, 상기 중공사막 다발을 실린더로부터 당겨 빼기 위해 필요한 성형 강도 역시 커진다.

마지막으로, 상기 중공사막 다발의 복원력은 섬유의 텍스처링을 통해 조절될 수 있다. 텍스처링의 파장과 진폭에 따라, 다소 강력한 성형 강도와 상관관계에 있는 상기 중공사막 다발의 다소 강력한 복원력이 작용할 수 있다.

본 발명의 두 번째 측면에서, 다발, 즉 텍스처링의 방식으로 인해 증가한 그러한 다발의 성형 강도는 중공사막 필터 제조 과정에서 더욱 잘 적용될 수 있는 것으로 나타났으며, 그 이유는 상기 다발이 높은 기계적 안정성을 구비하고, 생산 품질 저하가 매우 적기 때문이다. 높은 기계적 안정성은 상기 중공 섬유 다발에서 섬유가 서로 반대 방향으로 강력하게 지지함으로써 발생한다. 따라서, 상기 중공사막 필터 생산 과정에서 매우 적은 섬유 균열이 발생한다는 사실이 관찰되었다.

세 번째 측면 에 따라, 본 발명은 본 발명에 따른 중공사막 제조 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 적어도 아래의 단계 (a) 및 단계 (b), 즉:

(a) 제1 진동면과 제1파장을 통해 특징 되는 제1 파동 형태의 제1 텍스처링을 구비한 중공사막을 제공하는 단계;

(b) 제2 진동면과 제2파장을 통해 특징 되며, 단계 (a)에 제공된 제2 파동 형태의 중공사막에 제2 텍스처링을 제공하는 단계를 포함하며;

상기 (b)의 제공 단계에서 해당 텍스처링이 제공되고 난 후, 이러한 단계에서 제1 진동면 및 제2 진동면은 0과 같지 않은 앵글을 포함하도록 실시된다.

실시 형태에서, 상기 파장은 제1파장이 제2파장보다 짧도록 선택된다.

단계 (a)에서, 텍스처링된 섬유는 이러한 섬유가 선행 기술에 공지된 것과 마찬가지로 제공될 수 있다. 텍스처링된 섬유는 선행 기술에 공지된 방법에 따라 제조될 수도 있다.

실시 형태에서, 단계 (a)에 제공된 중공사막의 텍스처링은 텍스처링이 안된 중공사막이 서로 반대 방향으로 회전하는 적어도 두 개의 기어 휠을 지나 관통됨으로써 생성된다. 상기 기어 휠의 기어 형태, 서로 간격을 두고 인접해 있는 기어 및 기어의 높이는 상기 제1 파동의 파동 형태, 제1파장 및 제1 진폭이 각기 원하는 대로 조절되도록 선택된다.

단계 (b)에서, 단계 (a)에 제공된 텍스처링된 이러한 섬유에 또 다른 텍스처링이 제공된다.

바람직하게는, 단계 (a)의 중공사막은 단계 (b)에서 서로 반대 방향으로 회전하는 적어도 두 개의 기어 휠을 통해 가이드 된다. 이때, 상기 기어 휠의 회전 축은 단계(a)에 제공된 중공사막의 제1 진동면에 대해 수직 방향으로 제공, 즉 바람직하게는 텍스처링 롤러 기어 휠이 서로 평행하게 배열된다.

놀라운 사실은, 전술한 첫 번째 단계 및 두 번째 단계와 관련하여 텍스처링 롤러 기어 휠이 평행하게 배열될 경우, 파동 엠보싱에 해당하는 첫 번째 단계 이후에 주름 형태로 엠보싱된 중공사막의 진동면은 상기 진동면이 두 번째 단계의 텍스처링 롤러에 삽입될 때 회전한다는 것이다. 그러한 배열에서 진동면이 두 번째 단계에 삽입되도록 하기 위해 상기 중공사막의 진동면은 첫 번째 단계 이후에 90° 회전한다. 이러한 효과가 탁월할수록, 첫 번째 단계에서 생성된 파장이 더욱 짧아진다.

상기 기어 휠의 기어 형태, 인접해 있는 기어의 간격 및 기어의 높이는 제2 파동의 파동 형태 및 제2파장 및 제2 진폭이 각기 원하는 대로 조절되도록 선택된다.

당연히, 0°의 앵글로부터 편차를 갖는 앵글이 형성되도록 조절될 수 있다. 또한, 90°의 앵글을 갖는 배열도 가능하다.

또한, 본 발명에 따라 제1 및 제2 파동의 파장은 바람직하게는 상기 제1파장이 제2파장보다 짧도록 선택된다.

도 1은 본 발명에 따른 중공 섬유의 제조 방법을 개략적으로 도시하고 있다. 이때, 중공 섬유, 즉 제1 진동면과 제1파장을 통해 특징 되는 제1 파동 형태의 제1 텍스처링을 구비하는 그러한 중공 섬유는 서로 반대 방향으로 회전하는 적어도 두 개의 기어 휠을 지나 가이드 되며(화살표 방향), 기어 휠의 회전축(D)은 제1 진동면에 대해 수직 방향으로 제공되는 것이 아니라, 평행하게 제공된다. 상기 중공사막에 제2 텍스처링이 제공되며, 상기 제2 텍스처링은 제2 진동면과 제2파장을 통해 특징 된다. 상기 (b)의 제공 단계에서 해당 텍스처링이 제공되고 난 후, 이러한 단계에서 제1 진동면 및 제2 진동면은 0과 같지 않은 앵글을 포함한다. 도 1에서 앵글은 대략 90°이다. 이때, 파장은 제1파장이 제2파장보다 짧도록 선택된다.
텍스처링 제공을 위해, 상기 중공사막은 선행 기술에 공지된 방식, 즉 용매를 통해 가소성이 부여되는 방식으로 제조될 수 있다. 이어서, 파동은 용매가 증발됨으로써 고정될 수 있다.
다른 한편, 텍스처링을 제공하기 위해 사용된 기어 휠을 가열하는 것도 가능하기 때문에, 중공사막은 열 변형될 수 있다.
도 2는 단계 (a)에 제공된 중공 섬유 제조를 개략적으로 도시하고 있으며, 이러한 섬유의 텍스처링은 일반적으로 선형 중공사막이 서로 반대 방향으로 회전하는 두 개의 기어 휠을 통과함으로써(화살표 방향) 제조된다. 여기서, 회전축은 텍스처링된 중공 섬유의 진동면에 대해 수직 방향으로 제공되며, 상기 중공 섬유는 제1 진동면 및 제1파장을 통해 특징 되는 제1 파동 형태의 제1 텍스처링을 구비한다.
도 1 및 도 2에 개략적으로 도시되어 있는 것처럼, 제1 및 제2 텍스처링의 파장은 기어 휠의 기어 형태, 서로 인접해 있는 기어의 간격 및 기어의 높이를 통해 조절될 수 있으며, 이때 상기 제2 텍스처링의 파장이 제1 텍스처링의 파장보다 길어야 한다.
본 발명의 중공 섬유는 공지된 방법에 따라 다발로 가공될 수 있다. 이러한 공지된 방법은 예를 들어, 중공 섬유를 정해진 길이로 절단한다. 이어서, 상기 중공 섬유는 다발로 성형 될 수 있으며, 섬유의 단부는 고정을 위해 적합한 수지, 예컨대 폴리우레탄으로 포팅(potting) 처리된다.
중공사막 실(thread) 제조는 공지된 스피닝 공법에 따라 상 전환(phase inversion)으로 실시될 수 있다. 상기 중공사막의 스피닝 공법을 위해 일반적인 범위 매개 변수는 아래와 같이 기재된다. 이러한 조건은 본 발명의 중공사막 제조를 가능하게 하지만, 본 발명을 여기에만 국한시켜 이해해서는 안된다.
다음에서, "%" 기재는 전체적으로 중량 %-기재에 해당한다.
전술한 것을 위해, 예를 들어 16% 내지 18%의 폴리술폰, 3% 내지 6%의 폴리비닐피롤리돈 및 76% 내지 81%의 디메틸아세트아미드로 구성된 스피닝 물질(spinning mass)이 준비되고, 30℃ 내지 60℃의 온도로 조절된다. 상기 스피닝 물질은 25% 내지 40%의 물과 60% 내지 75%의 디메틸아세트아미드로 구성된 침전제(precipitant)와 함께 대응하는 환형 노즐(ring nozzle)을 통해 압출 성형 된다. 스피닝 물질은 침전제와 함께 림 틈새를 통해 압출 성형 되며, 이때 상기 침전제는 상기 환형 노즐의 중앙 원형 개구를 통해 배출된다. 일반적으로, 상기 링 틈새는 30㎛ 내지 50㎛의 틈새 너비를 구비할 수 있고, 150㎛ 내지 300㎛의 내경(inside diameter)을 구비할 수 있다.
이렇게 획득된 방적 실은 40% 내지 100%, 바람직하게는 80% 내지 100%의 상대 습도 값과 100mm 내지 800mm, 바람직하게는 200mm 내지 600mm의 길이를 갖는 에어 갭(air gap)을 통해 가이드 될 수 있다. 이어서, 상기 방적 실은 예를 들어 60℃ 내지 80℃의 온도로 조절된 물로 구성된 침전조에 유입되어 응고된다. 이렇게 획득된 중공사막은 60℃ 내지 90℃ 온도의 물로 세정 된다. 그런 다음, 상기 중공사막은 100℃ 내지 150℃의 온도에서 1분 내지 10분 동안 건조된다.
전술한 것에 따라 획득된 중공사막의 지름 및 멤브레인의 벽 두께는 스피닝 물질과 내부 침전제의 압출비(extrusion ratio)를 통해 가압 될 수 있다. 이렇게 획득된 중공사막의 일반적인 루멘 범위(lumen range)는 150㎛ 내지 350㎛이다. 그러한 중공사막의 일반적인 벽 두께는 30㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
공지된 스피닝 공법과 관련하여, 상기 제1 및 제2 텍스처링은 대응하는 텍스처링 롤러를 통해 중공사막에 엠보싱(embossing)된다.
특히 중요한 것은, 제2 텍스처링 롤러 단계로 전이될 때 파동 형태의 중공사막이 젖혀지도록 제1 파동 엠보싱이 파동의 진동면에 있는 주름 형태의 중공사막을 지지하는 것이다.
두 개의 진동면 방향은 상기 제1 및 제2 파동의 파장에 따라 서로 좌우될 수 있다. 따라서, 특정 실시 형태에서 70°내지 110°의 앵글 값으로 진동면의 회전이 실시될 수 있다.
네 번째 측면 에 따라, 본 발명은 전술한 첫 번째 또는 두 번째 측면 에서 설명된 중공 섬유를 구비하거나, 또는 세 번째 측면 에서 설명된 방법에 따라 제조된 중공 섬유를 구비하는 다발에 관한 것이다.
본 발명의 중공 섬유는 필터링 목적을 위해 사용될 수 있다. 이를 위해, 상기 중공 섬유는 일반적으로 하우징, 바람직하게는 다발 형태로 상기 하우징에 배열된다.
특히, 직선 또는 단순 주름 형태로 엠보싱된 중공 섬유로 구성된 종래의 중공사막 다발에 비해 첫 번째 측면에서 설명된 섬유로 구성된 중공 섬유 다발이 더 강력한 초기 장력(preload)을 갖는다. 용어 "초기 장력"은 다발이 압착될 때 상기 다발이 갖는 복원력의 정도를 나타낸다. 첫 번째 측면에서 설명된 섬유는 종래의 직선 또는 단순하게 주름진 섬유에 비해 중공 섬유 다발에서 더 많은 공간을 차지할 수 있다. 이로써, 섬유를 필터링 모듈의 원통형 하우징에 성형하기 위해 단순하게 주름 형태로 엠보싱 된 경우보다 동일한 섬유 수량 및 동일한 하우징 치수가 제공된 경우가 더 많은 힘을 필요로 한다. 이때, 성형은 중공 섬유 다발을 에워싸고 있는 원통형 인클로저(enclosure), 예를 들어 투석기 하우징 또는 커버 박막으로부터 중공 섬유 다발을 밀어내거나, 또는 잡아당겨 빼내는 것으로 이해할 수 있다.
종래의 묶음 방법(bundling method)에 따라, 단순하게 주름진 형태로 엠보싱 된 중공사막 다발에서 관찰될 수 있는 것보다 다발 절단부가 절단된 증가한 초기 장력을 갖는 중공사막 다발이 더욱 규칙적으로 절단된 절단 에지를 갖는 장점이 있다. 특히, 포팅 화합물에 섬유 단부를 포팅할 때, 전술한 것이 사용된다. 중공 섬유 다발의 섬유 단부를 포팅하기 위한 일반적인 방법은 DE 10 2006 021 066 A1에 공지되어 있다. 전술한 공보에 따르면, 중공사막 다발의 섬유 단부를 포팅할 때, 예를 들어 액상 폴리우레탄이 사용된다. 그러한 공정에서, 포팅 화합물이 섬유 다발의 단부 영역으로 유입되고, 프리 폴리머(prepolymer)의 경화 이후에 섬유 단부는 단부 지점에 고정된다. 이것은 소위 "포팅 웨지(potting wedge)"를 초래한다. 섬유의 일부가 섬유가 있는 지점으로부터 밀려나는 단점이 있다. 이것은 또 다른 제조에서 불필요한 필터링 모듈을 초래할 수 있다. 그러한 포팅 웨지 형성은 중공사막 다발의 절단 에지가 규칙적으로 제조될 경우 감소한다는 사실이 관찰되었다.
본 발명에 따른 상기 중공사막의 이중 텍스처링의 또 다른 긍정적인 효과는 섬유 다발 내에서 섬유가 균등하게 분포된다는 것이다. 섬유의 균등한 간격 유지로 인해, 중공 섬유 다발에 있는 섬유가 소위 가닥으로 병합되는 경우가 덜 발생하기도 한다. 이러한 가닥 부분에서 필터링 조건하에 있는 개별 섬유가 밀려날 수 있다. 이어서, 가닥 형성은 필터링 모듈의 필터링 성능 감소를 항상 동반한다. 전술한 경우, 본 발명에 따른 이중 텍스처링 및 이와 결부된 균등한 섬유 분포로 인해 필터링이 개선될 수 있다.
이와 함께, 다섯 번째 측면 에 따라 본 발명은 필터 장치에 관한 것이며, 상기 필터 장치는 하우징 및 이러한 하우징에 배열되어 있고, 네 번째 측면 에서 설명된 다발을 구비한다.
바람직하게는, 상기 필터 장치는 혈액 투석을 위한 중공 섬유 투석기이다.
일반적으로, 첫 번째 측면 또는 두 번째 측면 에서 설명된 중공사막 또는 세 번째 측면 에서 설명된 방법에 따라 제조된 중공사막 또는 네 번째 측면 에서 설명된 다발 또는 다섯 번째 측면 에서 설명된 필터 장치는 투석을 위해서만 사용되는 것이 아니라, 각각 유체 분리를 위해서 사용될 수 있다.
전술한 것에 대응하여, 본 발명의 여섯 번째 측면 은 첫 번째 측면 또는 두 번째 측면에서 설명된 중공사막의 사용 또는 세 번째 측면 에서 설명된 방법에 따라 제조된 중공 사막, 또는 네 번째 측면 에서 설명된 다발의 사용, 또는 다섯 번째 측면 에서 설명된 유체 분리를 위한 필터 장치에 관한 것이다.

실시 예

투석기의 필터링 성능 척도로서 소위 공차 값이 사용되었으며, 이러한 공차 값은 아래에 기재된 바와 같이 결정되었다. 본 발명에 따른 중공 섬유 다발의 공차 값은 지정된 DIN EN ISO 8637의 규격하에서 측정되었다. 이때, 투석의 시뮬레이션이 진행되는 동안, 특정 유도 물질의 입력 농도 및 출력 농도 각각이 중공 섬유 다발로 구성된 투석기에서 측정되었고, 공식에 대응하는 공차가 다음과 같이 산정되었다:

Cl 공차 [ml/min]

Q₈ 혈액 면 유동률 [ml/min]

Q_F 여과액 유동 [ml/min]

C_B,_in 혈액 면 입력 농도

C_B,_out 혈액 면 출력 농도

전체적으로, 공차 값은 10개의 필터링 모듈에서 측정되었고, 획득된 값은 평균값으로 환산되었다.

공차 측정은 다음과 같이 실시되었다: 투석기는 검사될 중공 섬유 다발의 성형을 통해 제조, 즉 섬유 단부의 단부 측이 투석기 하우징에 고정됨으로써 제조되었다. 단부 측 고정은 두 개의 유동 공간, 즉 섬유의 중공을 포함하는 혈액 측 유동 공간 및 섬유를 에워싸고 있는 공간을 포함하는 투석 면 유동 공간으로 투석기를 분리시킨다.

상기 투석기는 혈액 면에서 공급 포트 및 배출 포트를 구비하며, 이것은 액체를 섬유 내부로 유입시키고, 섬유의 또 다른 단부에서 배출시키기 위한 것이다. 또한, 상기 투석기는 투석기 측에 공급 포트 및 배출 포트를 구비하며, 이것은 투석기 측의 액체가 섬유를 따라 유동할 수 있게 한다.

공차 측정을 위해, 1%의 수용성 염화칼륨을 갖는 투석 면은 37℃의 온도에서 500ml/min의 유동률로 세정 되었다. 37℃의 온도로 조절된 검액(test liquid)을 갖는 혈액 면은 300ml/min의 유동률로 관류 되었다.

나트륨 공차 측정에서, 154mmol/l의 염화나트륨이 검액으로 사용되었다. 비타민 B12 공차 측정에서, 36.07μmol/l가 검액으로 사용되었다. 액체를 포함하는 각각의 두 유동 면이 10분 동안 관류하고 난 후, 분석 대상의 농도는 혈액 면의 출력부 및 투석 면의 출력부에서 측정되었다.

성형 강도 측정을 위해 섬유 다발이 사용되며, 이러한 섬유 다발은 샘플로서 HDPE 박막에 싸여 있다. 박막에 싸여 있는 중공사막 다발은 원통형 형태를 형성하고 있다.

이어서, 상기 섬유 다발은 박막 커버로부터 제거되기 때문에, 중공 섬유 다발은 박막 커버에 대해 2cm 정도 돌출되어 있다. 다발의 자유 단부는 접착테이프를 통해 감기고, 부하 측정 장치(load measurement device)의 실장 유닛(mounting unit)에 고정된다. 싸여 있는 다발 단부는 박막에 싸여 있는 다발과 동일한 지름을 갖는다. 이러한 방식으로 준비된 섬유 다발은 시험대에 수평으로 배치된다. 박막은 대응하는 고정 장치를 통해 고정된다.

부하 측정 장치를 통해 섬유 다발이 박막 슬리브로부터 빠져나온다. 부하 속도(load speed)는 1cm/sec.이었다. 섬유 다발의 50%에 달하는 길이가 박막 슬리브로부터 빠져나온 후, 탈형 공정의 강도 값이 측정되었다. 이렇게 측정된 강도 값은 섬유 다발의 성형 강도를 나타낸다.

실시 예 1

이중 텍스처링을 포함하는 본 발명에 따른 섬유 다발이 Fresenius Medical Care 회사 제품으로서 시중에서 판매되고 있는 F60S 필터 하우징에 성형 되었다. 투석기 하우징에 제공된 섬유 수량, 멤브레인의 활동 면, 섬유 지름, 중공사막의 벽 두께 및 중공사막의 길이와 관련된 사양은 표 1에 도시되어 있다. 본 발명에 따른 중공 섬유 다발의 섬유에 3mm의 파장을 갖는 제1 턱스처링 및 30mm의 파장을 갖는 제2 텍스처링이 제공되었다. 두 텍스처링의 진동면은 90°의 앵글로 서로 대향하고 있다.

나트륨 및 비타민 B12의 공차 값은 사전에 공지된 방법에 따라 정해 졌다. 나트륨 공차는 253ml/min이었다. 비타민 B12의 공차는 135ml/min이었다.

비교의 예 1

비교의 예에 따른 섬유는 본 발명에 따른 실시 예와 동일한 스피닝 공법으로 획득되었다. 따라서, 섬유 치수 및 기공 구조(pore structure)는 본 발명의 실시 예에 따른 섬유의 섬유 치수 및 기공 구조와 동일하였다. 단순 텍스처링과 관련하여 실시 예의 섬유에 30mm의 파장이 제공되었다. 섬유는 다발로 통합되었고, 실시 예 1과 동일한 방법으로 Fresenius Medical Care 회사 제품으로서 시중에서 판매되고 있는 F60S 필터 하우징에 성형 및 포팅되었다.

나트륨 및 비타민 B12의 공차 값은 사전에 공지된 방법에 따라 정해 졌다. 나트륨 공차는 238ml/min이었다. 비타민 B12의 공차는 127ml/min이었다.

	실시 예 1	비교의 예 1
하우징 내경	39mm	39mm
섬유 수량	9216	9216
섬유 내경	200㎛	200㎛
벽 두께	40㎛	40㎛
필터링 모듈에서 섬유 길이	227mm	227mm
활성 멤브레인 면	1.31m²	1.31m²
제1 텍스처링의 파장	7mm	-
제1 진폭의 파장	0.4mm	-
제2 텍스처링의 파장	30mm	30mm
제2 진폭의 파장	3.5mm	3.5mm
나트륨 공차	253ml/min	238ml/min
비타민 B12의 공차	135ml/min	127ml/min

실시 예 2

성형 강도를 측정하기 위해, 280mm의 길이를 갖는 16896 섬유로 구성된 섬유 다발이 제조되었다. 섬유의 섬유 내경은 183㎛ 및 섬유의 벽 두께는 38㎛이었다. 섬유를 41.4mm의 지름을 갖는 원통형 섬유 다발로 만들기 위해 상기 섬유는 HDPF에 둘러싸인 상태로 제공되었다. 성형 강도는 사전에 공지된 방법에 따라 측정되었다. 이러한 성형 강도는 7mm의 제1파장과 0.4mm의 진폭 및 30mm의 제2파장과 3.5mm의 진폭을 갖는 본 발명에 따른 이중 텍스처링을 포함하는 각각 30개의 섬유 다발에서 측정되었다.

비교를 위해, 30개의 섬유 다발의 성형 강도가 측정되었으며, 이러한 성형 강도는 단지 텍스처링의 방식을 통해서만 본 발명에 따른 섬유 다발과 차이가 났다. 섬유에 30mm의 파장과 3.5mm의 진폭을 갖는 단순 텍스처링이 제공되었다.

본 발명에 따른 섬유 다발을 위해 30번 측정한 결과로부터 4.2N의 평균 성형 강도가 도출되었다. 단순하게 텍스처링된 섬유를 포함하는 섬유 다발에서 섬유 다발의 3.4N의 평균 성형 강도가 도출되었다.

Claims

제1 진동면과 제1파장을 통해 특징 되는 제1 파동 형태의 적어도 하나의 제1 텍스처링 및 제2 진동면과 제2파장을 통해 특징 되는 제2 파동 형태의 적어도 하나의 제2 텍스처링을 구비하는 중공사막에 있어서,
상기 제1 진동면과 제2 진동면은 0과 같지 않은 앵글을 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막.
제1항에 있어서,
상기 앵글은 70°내지 110°인 것을 특징으로 하는 중공사막.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 앵글은 85°내지 95°인 것을 특징으로 하는 중공사막.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 앵글은 90°인 것을 특징으로 하는 중공사막.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1파장 및 제2파장은 서로 다른 것을 특징으로 하는 중공사막.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 파동의 파장은 3mm 내지 15mm인 것을 특징으로 하는 중공사막.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 파동의 파장은 20mm 내지 50mm인 것을 특징으로 하는 중공사막.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 파동은 0.2mm 내지 0.6mm 범위의 제1 진폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 중공사막.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 파동은 2.0mm 내지 6.0mm 범위의 제2 진폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 중공사막.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 파동 및 제2 파동은 사인파인 것을 특징으로 하는 중공사막.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
중공사막 다발이 41.4mm의 지름을 갖는 원통형 슬리브로부터 탈형될 경우, 상기 중공사막으로 제조된 16896의 중공사막 다발에서 중공사막이 3.4N 내지 10.0N의 성형 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 중공사막.
제11항에 있어서,
성형 강도는 3.4N 내지 7.0N, 바람직하게는 3.6N 내지 5.0N인 것을 특징으로 하는 중공사막.
중공사막 다발이 41.4mm의 지름을 갖는 원통형 슬리브로부터 탈형될 경우, 상기 중공사막으로 제조된 16896의 중공사막 다발에서 중공사막이 3.4N 내지 10.0N, 바람직하게는 3.4N 내지 7.0N, 특히 바람직하게는 3.6N 내지 5.0N의 성형 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 중공사막.
170㎛ 내지 210㎛의 섬유 지름을 갖는 제13항에 따른 중공사막.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에서 설명된 중공사막을 제조하기 위한 방법에 있어서,
상기 방법은 적어도 아래의 단계 (a) 및 (b), 즉:
(a) 제1 진동면과 제1파장을 통해 특징 되는 제1 파동 형태의 제1 텍스처링을 구비한 중공사막을 제공하는 단계;
(b) 제2 진동면과 제2파장을 통해 특징 되며, 단계 (a)에 제공된 제2 파동 형태의 중공사막에 제2 텍스처링을 제공하는 단계를 포함하며;
상기 (b)의 제공 단계에서 해당 텍스처링이 제공되고 난 후, 이러한 단계에서 제1 진동면 및 제2 진동면은 0과 같지 않은 앵글을 포함하도록 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 제1파장 및 제2파장에서 상기 제1파장이 제2파장보다 짧도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항 또는 제16항에 있어서,
단계 (a)의 중공사막은 단계 (b)에서 서로 반대 방향으로 회전하는 적어도 두 개의 기어 휠을 지나 관통되며, 이때, 상기 기어 휠의 회전 축은 상기 제1 진동면에 대해 수직 방향이 아닌 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에서 설명된 중공 섬유를 구비하는 다발.
제18항에서 설명된 하우징 및 이러한 하우징에 배열된 다발을 구비하는 필터 장치, 특히 혈액 투석용 중공 섬유 투석기.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에서 설명된 중공사막의 사용 또는 제18항에서 설명된 다발의 사용, 또는 제9항에서 설명된 유체 분리, 바람직하게는 혈액 투석을 위한 필터 장치의 사용.