LU83157A1

LU83157A1 - Plasmaphoresemembran

Info

Publication number: LU83157A1
Application number: LU83157A
Authority: LU
Inventors: G Duenweg; W Bandel
Original assignee: Akzo Nv
Priority date: 1980-02-23
Filing date: 1981-02-20
Publication date: 1981-06-05
Also published as: CH647419A5; ATA82481A; GB2069925B; ES499623A0; ES8201432A1; IT1170741B; NL8100701A; JPH035847B2; JPS56134209A; DE3006880C2; FR2476500B1; BE887603A; CA1184716A; FR2476500A1; DE3006880A1; ES267109Y; AT381237B; SE8101127L; GB2069925A; ES267109U

Description

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Die Erfindung betrifft eine Membran, insbesondere zur Plasmaphorese in Form von Hohlfäden, Schlauchfolien oder Flachfolien aus Celluloseestern.

Plasmaphoresemembranen dienen zur Plasmaseperation, d.h. der Trennung des Blutplasmas von zellulären Bestandteilen sowie auch der weiteren Trennung von Plasmabestandteilen nach dem Molekulargewicht.

Nachdem bereits über einen längeren Zeitraum Plasmaphoresen mit Hilfe von Membranfiltern durchgeführt wurden, setzte man später Zentrifugen zu diesem Zweck ein. In neuerer Zeit ist man jedoch wieder auf Filtrationsverfahren zurückgekommen. Ein Grund ist der, daß die Verfahren zur Herstellung der Membranfilter inzwischen stärker mechanisiert werden konnten, so daß sie in ausreichender Menge und L kostengünstig zur Verfügung stehen.

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. Γ Ί - 7 - A3GW31932

In der US-PS 1.421.341 wirdein Filter und ein Herstellungsverfahren beschrieben, welches aus einem Celluloseester - beispielsweise - Celluloseacetat besteht und Poren aufweist, : die zur Abtrennung von Bakterien geeignet sind. Die beschriebe nen Filter können getrocknet werden^ohne daß dabei die Poren kollabieren.

Hergestellt werden die Filter durch Gießen einer Lösung des Celluloseesters in einem Lösungsmittelgemisch und Verdampfen des Lösungsmittels in feuchter Atmosphäre bei niedriger Temperatur. Dem Lösungsmittel wird eine solche Menge Wasser zugesetzt, daß das Gemisch den Celluloseester noch löst.Durch die Γ-fenge an Wasser wird die Größe der Poren beeinflußt. Die erhaltene

Membrane wird in Wasser gewaschen, in nassem Zustand gestreckt und nach einer Wärmebehandlung in heißem Wasser oder Dampf getrocknet.

Die DE-PS 843 088 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Ultrafiltern und Diaphragmen aus Kunststoffen, bei denen Porosität dadurch erzielt wird, daß einer Kunststofflösung, die zur Erzeugung einer dünnen Haut an sich geeignet ist, in ihr lösliche Salze oder andere Stoffe in einer Lösung, die mit der Kunststofflösung mischbar ist, ohne mit ihr eine Reaktion einzugehen, hinzugemischt werden, danach die Mischung eingetrocknet wird und aus der so erzeugten Haut der zugemischte Stoff mittels eines Lösungsmittels, das den Kunststoff nicht löst, herausgelöst wird.

Die DE-AS 1 017 596 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Herstellung einer Celluloseacetatmembran nach dem Phaseninversionsverfahren durch eine Vorgelierung in einer Belüftungskammer bei einer Arbeitstemperatur von 20 - 40°C bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 - 70%.

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In der ÜS-PS 2.783.894 wird ein analoges Verfahren zur Herstellung eines mikroporösen Membranfilters aus Nylon beschrieben.

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Die DE-AS 1.156.051 beschreibt ein Verfahren, bei dem Mem- " branen, die nach den genannten US-Patentschriften 1.421.341 oder 2.783.894 hergestellt wurden, in besonderer Weise auf einen mit Durchbrüchen versehenen Hohlkörper aufgebracht werden. Die mikroporösen Filme besitzen Poren, deren wirksamer Durchmesser kleiner als etwa 10/um und die insgesamt mehr als 80% des Gesamtvolumens des Filtermaterials einnehmen.

Die DE-PS 22 57 697 beschreibt poröse Celluloseacetatsymmetrie-Membranfilter, der hergestellt worden ist durch Lösung von Celluloseacetat mit einem Acetylierungsgrad von 20 - 65,5% in einem organischen Lösemittel mit einem Gewichtsverhältnis von 5 - 40% zum Lösemittel und Zusatz eines verdünnenden Lösemittels# dessen Siedepunkt höher als der des vorerwähnten organischen Lösemittels ist, und ferner eines Metallsalzes, dessen Metallkomponente einen Ionenradius von weniger als 1,33 A hat und ein Mitglied der Gruppe I - III des periodischen Systems ist und das ein Verhältnis von 20 - 200 Gew.-% zum Acetat hat, zur Lösung, so daß eine homogene Lösung geschaffen wird, die auf eine polierte ebene Fläche zu einem dünnen Film aufgetragen wird, aus dem das darin enthaltene Lösemittel durch Verdampfen entfernt und der durch Mikrophasentrennung in seinen Gelzustand überführt wird, worauf schließlich das darin enthaltene Metallsalz zur Bildung der porösen Membran herausgelöst wird.

Der Porendurchmesser beträgt zwischen 0,01 und 10 /um und es werden Porositäten zwischen 70 und 81% genannt.

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I .(- Ί _ 9 - A3GW31932

Sine 6000-fache. Vergrößerung unter dem Elektronenmikroskop zeigt bei einer solchen Membran eine Struktur, die von der Oberfläche aus betrachtet, einer Matte aus Fäden ähnlich ist, . bei der in Schlaufen gelegte Fäden, die aus gemeinsamen

Kreuzungsstellen hervortreten, sich unregelmäßig über-und nebeneinanderlegen. Im Bruch zeigt sich, daß die Struktur im Inneren der Membran eine lockere aber doch gleichmäßig dichte Masse darstellt.

Die DE-OS 26 06 244 beschreibt eine Hohlfaser für Membranfiltration aus einem synthetischen oder halbsynthetischen, kettenförmigen Hochpolymer, das beim Verspinnen Fäden bildet, wobei die die Hohlfaser bildende zylindrische Wandung zumindest in einem geschlossenen, im Querschnitt als Ringband erscheinenden Bereich eine dreidimensionale netzartige Struktur feiner Filterkanäle mit einem Porenverhältnis von wenigstens 55% als aktive Filterzone aufweist, wobei die aktiven Punkte der Filterkanäle, die die kleinsten Querschnittsgrößen der Kanäle für den Durchlaß von in einer Filterflüssigkeit enthaltenen Stoffen bestimmen, zufällig zumindest über die aktive Filterzone verteilt und diese Querschnittsgrößen nahezu gleichförmig sind. Betrachtet man • eine solche Membran bei 3000-bis 10.000-facher Vergrößerung unter dem Elektronenmikroskop, so erinnert die zutagetretende ' Struktur an eine Korallenkolonie. Das Membrangebilde er scheint als aus vielen korallenförmig verzweigten Stengeln zusammengesetzt. An der Oberfläche der Außenseite der Hohlfaser gehen die Verzweigungen in einer narbigen Fläche mit länglich, parallel ausgerichteten PorenÖffnungen ineinander über.

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» . π Ί - Ιο - A3GW31932

Ferner beschreibt die DE-OS 28 45 797 eine anisotrope synthetische Membran, die eine vielschichtige Struktur aufweist, wobei jede Schicht als molekulares Sieb für eine genaue, präzise Molekulargewichtsabtrennung wirkt.

Allen bekannten Filtermembranen ist aufgrund der bei der Herstellung verwendeten festen Auflagefläche und dem zumindest teilweisen Verdampfen des Lösungsmittels eine mehr oder weniger ausgeprägte Porendurchmesserasymmetrie eigen. Einige sind in trockenem Zustand nicht ohne weiteres lagerfähig und die Porenöffnungen kollabieren sehr leicht, selbst bei vorsichtiger Handhabung. Manche der bekannten Membranen zeigen ein . breites Spektrum der Porendurchmesserverteilung und damit auch keine definierte Ausschlußgrenze. Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Filtermembranen weisen abgesehen von verfahrensbedingten Auswirkungen auf die Membran im allgemeinen nur eine mäßige Produktionsgeschwindigkeit auf. Die Rückgewinnung der Lösungsmittel aus den Luft-Lösungsmittelgemischen ist aufwendig und bedingt höhere Verluste und Umwelstbelastungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es eine Viltrations-Membran in Form von Hohlfäden, Schlauchfolien oder Flachfolien mit einer neuartigen Membranwandstruktur herzustellen,die es z.B.gestattet Plasmaphoresefiltrationen mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen, wobei durch die Herstellungsbedingungen der eine definierte Ausschlußgrenze bewirkende Porendurchmesser beeinflußbar ist. Die den bekannten Filtermembranen anhaftenden Nachteile sollen dabei so weit als möglich vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Membran hergestellt ist nach einem Verfahren, bei dem eine Spinnlösung, bestehend aus 8 bis 25 Gew.-% Celluloseester

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. Γ Ί - 11 - A3GW31932 55 - 92 Gew.-% Lösungsmittel, und gegebenenfalls bis zu 20 Gew.-% weiteren Zusätzen, durch eine in ein Fällbad eingetauchte Spinndüse gepreßt, der Lösungsstrahl auf einer Fällbadstrecke von mindestens 30 cm an den Lösungsstrahlbegrenzungen der koagulierenden Wirkung eines Fällbades ausgesetzt, aus dem Fällbad geführt und mit Wasser lösungsmittelfrei gewaschen, mit Weichmacherlösung getränkt und schließlich getrocknet wird.

Als Fällbad eignen sich solche Flüssigkeiten, die sich mit dem Lösungsmittel der Spinnlösung in jedem Verhältnis mischen lassen, die aber den Celluloseester nicht lösen oder chemisch verändern.

Als Weichmacher eignen sich die für Celluloseester bekannten Weichmacher, durch die erreicht werden kann, daß der Restwassergehalt nach dem Trocknen nicht unter 3 bis 15 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Membran absinkt. Als solche haben sich insbesondere mehrwertige Alkohole und Ester bewährt.

Bei der Blutdialyse haben sich insbesondere Schlauchfolien und Hohlfäden als bevorzugte Membranformen erwiesen. Auch ' bei den Plasmaphoresemembranen zeigt sich bereits eine 5 . Bevorzugung dieser Formen. Für die Ausbildung eines gut ausgebildeten Innenraumes mit einem gewünschten Lumenquerschnitt sind die Membranen in Hohlfaden- oder Schlauchfolienform dadurch hergestellt, daß in das Innere der austretenden Spinnlösung ein Fällbad geleitet wird. Dadurch wird auch die im Inneren liegende Lösungsstrahlbegrenzung der koagulierenden Wirkung des Fällbades ausgesetzt.

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v Γ Ί - 12 - A3GW31932

Wird für das dem Inneren zugeleitete Fällbad ein Fällbad mit einer anderen Zusammensetzung als des Fällbades, das auf die außenliegende Lösungstrahlbegrenzung koagulierend wirkt, eingesetzt, was zu ungleichen Koagulationsgeschwindigkeiten führt, ergeben sich unterschiedliche Effekte in der Porosität der inneren und äußeren Oberfläche.

Enthält das Fällbad eine größere Lösungsmittelmenge, so führt das zu kleineren Porendurchgängen, während ein Fällbad mit einem geringen Lösungsmittelgehalt zu größeren Porendurchgängen führt. Die Konzentration des Lösungsmittels im Fällbad darf jedoch 20 Gew.-% nicht überschreiten.

Eine gute Übereinstimmung der Oberflächenausbildung der Membran weist eine solche Membran auf, die dadurch hergestellt ist, daß beide Fällbäder gleich zusammengesetzt sind.

Die erfindungsgemäße Membran zeigt eine neuartige Zellenstruktur:

Im Bruch - also im Wandquerschnitt - sieht man bereits bei 100-facher Vergrößerung eine deutlich ausgeprägte Zellenstruktur, die an Waben erinnert. Die Begrenzungen der geschlossenen Zellen haben zwar keine übereinstimmenden Formen.

In ihrer Form ähneln die Zellengebilde ungefähr Quadern, die sich immer wieder aneinanderreihen und glatt an die Nachbarzellen anschließen. Die Zellwände wéisen eine Vielzahl von Löchern auf. Diese Porendurchgänge mit denen die Außenwände und die Zellwände durchsetzt sind, bilden Siebplatten, durch die das Ultrafiltrat permeiert.(Vergl.hierzu Fig. 1).

Für die Strukturausbildung der Membran und die Anwendungseigenschaften der Membran ist die Zusammensetzung der Spinnlösung von besonderer Bedeutung. Dabei wirken sich chemische

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Γ Ί - 13 - A3GW31932 I Zusammensetzung und physikalische Beschaffenheit der Spinn lösung im komplexer Weise auf die Anordnung und Größe der Zellen und Zellwände aus.

Ein Faktor ist das Lösungsmittel in der Spinnlösung. Als solches kommen beispielsweise Aceton, Dioxan, Dioxolan, Methylacetat oder Nitromethan oder Methylenchlorid in Betracht.

Im allgemeinen wird Aceton bevorzugt. Wegen der breiten Steuerungsmöglichkeit der Membraneigenschaften und -Struktur ist die Verwendung von Gemischen als Lösungsmittel in der Spinnlösung besonders bevorzugt. Bewährt hat sich ein Gemisch aus 50 - 90 Gew.-% Aceton, 5-25 Gew.-% einwertigem Alkohol und 5 bis 25 Gew.-% Weichmacher. Durch Einsatz von einwertigen Alkoholen mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, gegebenenfalls auch als Mischung der Alkohole, läßt sich die Zellenstruktur ebenso beeinflussen, wie durch den Weichmacheranteil, wobei als Weichmacher bei Einsatz der Membran für medizinische Zwecke Glyzerin bevorzugt wird. Durch Verwendung von Myristyl-myristat als Weichmacher in der Spinnlösung lassen sich Strukturen erzeugen, die für technische Einsatzwecke der Membran von Interesse sind.

' "m IAuch das Fällbad beeinflußt die Membraneigenschaften erheblich, wobei Wasser ohne Beimischungen zu sehr großen Porendurchgängen führt, während wässerige Lösungen als Fällbad bevorzugt werden, wenn kleine Porendurchgänge erwünscht sind, j Die erfindungsgemäße Membran kann Porendurchgänge mit einem

Durchmesser von 0,01^m bis 50^um aufweisen je nach den gewählten Arbeitsbedingungen.

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. Γ Ί _ 14 _ A3GW31932

Bei den älteren bekannten Plasmaphoresemembranen spielte Nitrocellulose eine bedeutendere Rolle als Acylcellulosen.

Da Nitrocellulose in seiner Handhabung zu Problemen führen kann, haben inzwischen allgemein Acylcellulosen größere Bedeutung erlangt. Diese sind für die erfindungsgemäße Membran ebenso einsetzbar wie Nitrocellulose. Auch Gemische verschiedener Acylcellulosen können zurerfindungsgemäßen Membran verarbeitet werden, beispielsweise Acetylcellulosen und Propionylcellulosen und Butyrylcellulosen Bevorzugt ist schon wegen der guten Zugänglichkeit Celluloseacetat.

Eine Filtra'tionsmerabran aus reinem Cellulosetriäcetät ist für einen großen Teil der Anwendungsfälle der erfindungsgemäßen Membran zu hydrophob. In einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Plasmaphoresemembran aus einem Celluloseacetat mit einem Substitutionsgrad von 2,0 bis 2,7. Der Substitutionsgrad des in Spinnlösung eingesetzten Celluloseacetats entspricht auch dem der daraus ersponnenen Membran. Vorzugsweise beträgt der Substitutionsgrad 2,3 bis 2,5.

Die physikalische Eigenschaft der Spinnlösung, die sich auf die Struktur der Membran in besonderem Maße auswirkt, ist die Viskosität. So ergeben Spinnlösungen höherer Viskosität dünnere Zellwände in der Membran, was insbesondere dann nicht zu Beeinträchtigungen der mechanischen Beanspruchbarkeit führt, wenn zugleich die Zellenstruktur weniger symmetrisch gestal-tat wird. Die Viskosität der Spinnlösung kann zum einen durch den Gehalt an Celluloseester aber auch durch viskositätsverändernde Lösungsmittel oder Zusätze beeinflußt werden. Lösungsmittel, die beispielsweise Isopropanol als einwertigen Alkohol enthalten, weisen eine höhere Viskosität auf, als solche, die Methanol enthalten. Erniedrigt werden kann die Viskosität beispielsweise auch durch einen Zusatz von Halogen-

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. Γ Ί - 15 - A3GW31932 kohlenwasserstoffen, beispielsweise Trichlortrifluoräthan.

Die Viskosität der Spinnlösung beträgt 5 bis 200 Pas, vorzugsweise 10 bis 100 Pas.

Das erfindungsgeraäße Verfahren zur Herstellung einer Membran, insbesondere zur Plasmaphorese,in Form von Hohlfäden,Schlauchoder Flachfolien aus Celluloseacetat zeichnet sich dadurch aus, daß eine Spinnlösung aus 8 bis 25 Gew.-% Celluloseester 55 bis 92 Gew.-% Lösungsmittel, und gegebenenfalls bis zu 20 Gew.-% weiteren Zusätzen, durch eine in ein Fällbad eingetauchte Spinndüse gepreßt, der Lösungsstrahl auf einer Fällbadstrecke von mindestens 30 cm an den Lösungsstrahlbegrenzungen der koagulierten Wirkung eines Fällbades ausgesetzt, aus dem Fällbad geführt und mit Wasser lösungsmittelfrei gewaschen, mit Weichmacherlösung getränkt und schließlich getrocknet wird. Das Trocknen sollte unter solchen Temperaturbedingungen erfolgen, daß eine mittlere Guttemperatur von 70°C nicht überschritten wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich dadurch, daß zur Herstellung von Hohlfäden oder Schlauchfolien in das Innere der austretenden Spinnlösung ein Fällbad geleitet wird, wobei vorzugsweise dann beide Fälibäder gleiche Zusammensetzung haben.

Als Lösungsmittel werden vorteilhaft Gemische eingesetzt.

Ein bevorzugtes Gemisch besteht aus 50 bis 90 Gew.-%

Aceton 5 bis 25 Gew.-% einwertigem Alkohol und 5 bis 25 Gew.-% Weichmachern, worin der einwertige Alkohol zweckmäßig 1-3 Kohlenstoffatome enthält und als Weichmacher mehrwertige Alkohole, bei medizinischen Einsatzgebieten vor allem Glyzerin eingesetzt werden.

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. Γ Ί - 16 - A3GW31932

Als Fällbäder kommen vor allem Wasser und wäßrige Lösungen infrage. Als membranbildendes Polymer ist unter den Celluloseestern vor allem Celluloseacetat bevorzugt, insbesondere solches,mit einem Substitutionsgrad von 2,0 bis 2,7. Besonders bevorzugt ist ein Substitutionsgrad von 2,3 bis 2,5.

Störungen beim Spinnen werden weitgehend dadurch vermieden, daß die Viskosität der Spinnlösung 5 bis 200 Pas beträgt, vorzugsweise 10 bis 100 Pas.

Es hat sich gezeigt, daß das Verfahren dann mit guter Produktionsgeschwindigkeit durchgeführt werden kann, wenn der Lösungsstrahl nach Durchlaufen einer Fällbadstrecke von mindestens 30 cm an einem nach der Spinndüse angeordneten Umlenkorgan herumgeführt und unter einem Winkel 15 bis 60°C mit der Fällbadoberfläche aus dem Fällbad geleitet wird.

Als vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, die Spinndüse so in das Fällbad einzutauchen, daß die Spinndüse mit der Fällbadoberfläche einen spitzen Winkel bildet.

Erfindungsgemäße Membranen zeichnen sich durch ihre neuartige Struktur aus und sind dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus ausgeprägten, wabenartig aneinandergereihten, im wesentlichen quaderförmigen, geschlossenen Zellen aufgebaut ist und alle Zellwände mit einer Vielzahl von Löchern als Porendurchgängen durchsetzt sind.

Im allgemeinen ist die Membran so aufgebaut, daß die geschlossenen Zellen keine übereinstimmenden Formen und Volumina aufweisen.Jedoch ergibt sich häufig aufgrund der Herstellung eine etwa symmetrisch in der Wandmitte

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. Γ Ί - 17 - A3GW31932 I liegende Zellwand. Es lassen sich aber auch Bedingungen einstellen, durch die eine mittlere Zellwand sich mäanderförmig durch den Querschnitt erstreckt.

Nicht nur die alle Zellwände durchsetzenden Porenöffnungen, sondern auch die Zellenstruktur beeinflußt in erheblichem Maße die Selektivität der Membran.

Selbstverständlich können, sofern es erwünscht ist, Pigmente in die Membran auf bekannte Weise eingelagert werden.

Anhand der nachfolgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1

Herstellung einer Spinnlösung aus Celluloseacetat.

In ein Rührgefäß, dessen Rührer mit 800 Umdrehungen/min. rotierte, wurden nacheinander unter Rühren eingefüllt.

3.000 g Methanol 14.000 g Glycerin a 2.000 g Celluloseacetat Substitutionsgrad 2,48 11.000 g Aceton

Nach zweistündigem Rühren bei Zimmertemperatur war das Celluloseacetat gelöst. Die Lösung wurde anschließend durch ein Filter mit einer Maschenweite von 20/um filtriert, - 18 -

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Γ Ί - 18 - A3GW31932 entlüftet und war nach 4-6 Stunden spinnfertig. Die Viskosität der Spinnlösung betrug 15 Pas.

Beispiel 2 »

Herstellung einer erfindungsgenäßen Membran in Hohlfadenform

Mittels einer Zahnraddosierpumpe wurden 6 ml /min der nach Beispiel 1 hergestellten Spinnlösung einer HohlfadenSpinndüse bekannter Bauart zugeführt, deren äußerer Ringschlitz einen Durchmesser von 1.300yum und eine Schlitzbreite von 150 ^im hatte. Die Zentralbohrung zur Zuführung der hohlraunbildenden Flüssigkeit hatte einen Durchmesser von 600^im. Als hohlraum-bildende Flüssigkeit wurden 4,5 ml/min keimfreies Wasser von 20 - 22°C zugeführt, die als Fällbad für die innere Lösungsstrahlbegrenzung koagulierend wirkt.

Die Spinndüse tauchte 12 mm tief in das Fällbad ein, welches aus keimfreiem Wasser von 20 bis 22°C bestand.

Der aus der Spinndüse nach unten austretende Strahl der Spinnlösung mit der Innenflüssigkeit wurde nach Durchlaufen einer Strecke von 6o cm an einer am Boden der Spinnwanne angeordneten Walze so umgelenkt, daß er das Bad unter einem Winkel von 50° zur Badoberfläche wieder verließ.

Um das restliche Lösungsmittel zu entfernen, wurde der Faden über eine Strecke von 120 m durch ein Wasserbad geführt.

An diese Wasserwäsche schließt sich ein Weichmacherbad an, das eine Wasserglycerinmischung von 92 % Wasser und 8 % Glycerin enthielt. In einem Warmluftstrom von 60 - 70°C

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Γ Ί - 19 - A3GW31932 wurde der Hohlfaden getrocknet. Die Fadenlaufgeschwindig-keit am Auslauf der Anlage betrug 20 in/min. Der fertige Hohlfaden wurde auf einer spannungsgesteuerten Trommel zu einem Strang gewünschter Fadenzahl zusanmengefaßt, in gewünschte Längen zerteilt und zu Filtrationseinheiten verarbeitet.

An den hergestellten Hohlfäden wurden folgende Kenndaten ermittelt.

Außendurchmesser 700 um

Innendurchmesser 500 um

Reißfestigkeit 78 cN

Reißdehnung 9,1 %

Porenvolumen 89,3 % hydraulische 2

Permeabilität 2.870 m/h · m · mm Hg Rückhaitevermögen für Albumin (MW 69.000) 2,3 % bei 0,6 bar

Maximale Porenweite 1,3 pm Blaspunkt 1,6 bar

Figur 1 ist eine elektronenmikroskopische Fotographie des Querschnittes der nach diesem Beispiel hergestellten erfin-dungsgemäßen Plasmaphoresemembran in Hohlfadenform bei 450-facher Vergrößerung. Man erkennt deutlich die wabenartige Zellenstruktur, wobei die Zellwandungen dunkel und die Zellräume hell erscheinen. Figur 2 zeigt die Porendurchgänge bei 6000-facher Vergrößerung. Hier sind die Poren dunkel, während die Wand hell erscheint.

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Γ Ί _ 2ο - A3GW31932

Beispiel 3

Herstellung einer Plasmaphoresemembran in Form einer Schlauchfolie._

Mittels einer Zahnraddosierpumpe wurden einer Ring-Schlitzdüse mit einem Ringdurchmesser von 70 mm und einer Schlitzbreite von 300 yum 325 ml/min der in Beispiel 1 beschriebenen Spinnlösung zugeführt. Die Düse tauchte 10 mm tief in das Fällbad ein und ist senkrecht angeordnet. Das Fällbad bestand aus entkeimtem Wasser von 20 - 22°C.

In das Innere des schlauchförmig austretenden Lösungsfilmes wurde mit Hilfe einer Dosierpumpe entkeimtes Wasser gepumpt. Eine entsprechende Menge dieser Fällbadflüssigkeit wurde gleichzeitig mittels einer weiteren Dosierpumpe aus dem Inneren wieder abgezogen. Dieses abgezogene Wasser enthielt 50 g/1 Aceton. 50 cm unterhalb der Düse wurde der entstandene Schlauch an einer Breithaltevorrichtung flachgelegt und an einer Umlenkwalze unter einemwinkel von 40° zur Badoberflâche geführt. Nach Passieren einer Waschstrecke von 72 m, in der die Schlauchfolie mit entkeimtem Wasser von 20 bis 22°C gewaschen wurde, wurde sie durch ein Weichmacherbad von 7,20 m Länge geleitet und in einem Kanaltrockner mit Warmluft von 64 - 74°C getrocknet.

Als Weichmacherbad wurde eine Lösung von 8 Gew.-% Glycerin in Wasser eingesetzt.

Die Geschwindigkeit am Ende des Trockners betrug 9,8 m/min.

An der erhaltenen Schlauchfolie wurden folgende Daten ermittelt :

Breite (flachgelegt) 53 mm

Wandstärke 105 /im

Reißfestigkeit in Längsrichtung 102 CN

in Querrichtung 48 CN

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I" 21 " A3GW31932

Reißdehnung in Längsrichtung 4,3% in Querrichtung 7,1%

Hydraulische Permeabilität 1220 ml/h m2 mm Hg Rückhaltevermögen f. Albumin (MW 69000) 4,4% bei 0,6 bar maximaler Porendurchmesser 1,3 ^am

Blaspunkt 1,6 bar

Die erhaltene Schlauchfolie weist im Querschnitt eine relativ symmetrische Anordnung der mittleren Zellwände auf. Diese Struktur eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen es auf optimale Filterwirkung und gute Selektivität ankoramt.

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Γ Ί - 22 - A3GW31932

Beispiel 4

Herstellung einer Plasmaphoresemembran in Form einer Flachfolie.__

Mittels einer Zahnradpumpe wurden 450 ml/min der in Beispiel 1 beschriebenen Spinnlösung einer Breitschlitz-düse von 300 mm Breite und 270 yum Schlitzbreite, die 15 mm tief in das Fällbad eintauchte, zugeführt. Das Fällbad bestand aus entkeimtem Wasser von 20°C. Die Breitschlitzdüse war um 30° zur Laufrichtung der Folie geneigt. Im Abstand von 1,40 m unterhalb der Breitschlitzdüse wurde die weitgehend verfestigte Folie an einer Umlenkwalze umgelenkt und unter einem Winkel von 30° durch das Fällbad geführt. Die Folie würde durch eine Waschstrecke von 62 m Länge geführt und dort mit entkeimtem Wasser von 20 - 22°C gewaschen. Nach Durchlaufen eines Weichmacherbades von 6 m Länge, in dem sich eine Lösung von 8 Gew.-% Glycerin in Wasser befand, wurde das anhaftende Wasser abgestreift und nach Durchlaufen einer Luftstrecke von 3 m einem Trockner zugeführt. Mit einem Warmluftkanal für Lufttemperatur von 40 - 45°C als Trockner konnten ebenso einwandfreie Membranen erhalten werden, wie mit einem Trommeltrockner, bei dem die Oberflächentemperaturen zwischen 62 und 72°C betrugen. Die Produktionsgeschwindigkeit betrug an der Aufwicklung 10,3 m/min.

Von der erhaltenen Flachfolie wurden d:.e folgenden Daten ermittelt:

Breite 216 mm

Wandstärke 110 ^um

Reißfestigkeit in Längsrichtung 82 CN

in Querrichtung 38 CN

Reißdehnung in Längsrichtung 5,6% in Querrichtung 11,2%

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Ir y·——— «ΒΜΜΜΜ^ - 23 - A3GW31932 2 hydraulische Permeabilität 1510 ml/h m mm Hg Rückhaltevermögen f. Albumin (MW 69000) 0,2% bei 0,6 bar maximaler Porendurchmesser 1,3yum , Blaspunkt 1,6 bar.

Beispiel 5 Während in den Beispielen 2, 3 und 4 gezeigt wurde, daß sich Membranen mit gleichen Porengrößen als Hohlfaden, als Schlauchfolien und als Flachfolie herstellen lassen, wird nachfolgend beschrieben, wie Membranen mit geringem Porendurchmesser in Hohlfadenform hergestellt werden können.

Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde eine Spinnlösung folge-der Zusammensetzung hergestellt.

16.3 Gew.-% Celluloseacetat Substitutionsgrad 2,40 63.3 Gew.-% Aceton 10.2 Gew.-% Methanol 10.2 Gew.-% Glyzerin.

Analog zu Beispiel 2 wurden der Hohlfadenspinndüse 6,9 ml/min Spinnlösung zugeführt, die dabei 15 mm tief in ein Fällbad aus Wasser mit einem Acet.ongehalt von 18 g/1 und einem Glyzeringehalt von 10 g/i eingetaucht war. In das Innere der Hohlfadenspinndüse wurde 6 ml/min eines Fällbades gepumpt, das aus 50 Gew.-% Isopropanol und 50 Gew.-% Wasser bestand. Der aus der Düse austretende Lösungsstrahl wurde nach Durchlaufen einer Fällbadstrecke von 40 cm umgelenkt und verließ das Fällbad nach einer weiteren Strecke von 30 m.

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Mit Wasser wurde der entstandene Hohlfaden lösungsmittelfrei gewaschen, mit Weichmacherlösung, bestehend aus einer wäßrigen Glyzerinlösung mit 100 g/1 Glyzerin, getränkt und anschließend im Warmluftstrom von 62°C getrocknet. Die Fadenlaufgeschwindigkeit am Auslauf der Anlage betrug 20 m/min.

Am fertigen Hohlfaden wurden folgende Kenndaten ermittelt :

Innendurchmesser: 580 ..um

Außendurchmesser: 700 ,um

Reißfestigkeit: 174 cN

Bruchdehnung: 14,7%

Blaspunkt: 10 bar maximale Porengröße: 0,2/um 2 hydraulische Permeabilität: 372 ml/hm mm Hg Rückhaltevermögen für 83,3%

Albumin :

Die Membranstruktur des erhaltenen Hohlfadens, wie sie im Querschnitt sichtbar wird, zeigt eine asymmetrische Anordnung der wabenartigen Zellen. Membranen dieser Art haben eine besonders gute Reißfestigkeit und Bruchdehnung.

Sie sollten dort eingesetzt werden, wo entsprechende mechanische Beanspruchungen zu erwarten sind.

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. Γ Ί " 25 - A3GW31932

Beispiel 6

Es lassen sich gemäß der Erfindung auch frferöranen mit außerordentlich großen Porendurchgängen, wie im Folgenden gezeigt wird hersteilen

Die Membran wurde als Hohlfaden analog zu Beispiel 2 und 5 = hergestellt. Die Spinnlösung hatte folgende Zusammensetzung: 8,5 Gew.-% Celluloseacetat Substitutionsgrad 2,40 46,5 Gew.-% Aceton 20.0 Gew.-% Methanol 25.0 Gew.-% Glyzerin

Die Fällbäder bestanden aus reinem Wasser von 20°C. Die Spinndüse war so in das Fällbad geneigt eingetaucht, daß der austretende Lösungsstrahl mit der Fällbadoberfläche einen Winkel von etwa 10° bildete. Nach einer Fällbadstrecke von 3 m wurde der Lösungsstrahl umgelenkt und aus dem Fällbad geführt. Der erhaltene Hohlfaden wurde mit Wasser lösungsmittelfrei gewaschen, mit 5%iger Glyzerinlösung behandelt und im Warmluftstrom von 70°C getrocknet. Die Fadenlaufge-schwindigkeit am Auslauf der Anlage betrug 22 m/min.

Es wurden die folgenden Kenndaten ermittelt.

Außendurchmesser 700/um

Innendurchmesser 495/um

Reißfestigkeit 32 cN

Bruchdehnung 4,2% hydraulische Permeabili- „ tät 4200 ml/h in mm Hg

Blaspunkt 0,05 bar maximale Porengröße 40^/um Rückhaltevermögen für

Albumin 0

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Γ π - 26 - A3GW31932

Beispiel 7

In diesem Beispiel wird eine Spinnlösung verwendet, die durch Zusatz eines viskositätserniedrigenden Zusatzes zur Spinnlösung nur noch eine Viskosität von 6 Pas bei niedrigem Gehalt an Celluloseacetat aufwies. Die Spinnlösung hatte folgende Zusammensetzung: 8,5 Gew.-% Celluloseacetat 48,5 Gew.-% Aceton 10.0 Gew.-% Methanol 18.0 Gew.-% Glyzerin 15.0 Gew.-% Trichlortrifluoräthan

Von dieser Spinnlösung wurden 18 ml/min der im Beispiel 2 beschriebenen Hohlfadenspinndüse zugeführt. In das Innere des austretenden Lösungsstrahles wurden gleichzeitig 6,6 ml/min Wasser als hohlraumbildende Flüssigkeit und zugleich als Fällbad der innen liegenden LösungsStrahlbegrenzung gepumpt.

Die Düse tauchte 20 mm tief in das ebenfalls aus Wasser bestehende Fällbad für die äußere LösungsStrahlbegrenzung ein.

Der Lösungsstrahl wurde 60 cm unterhalb der Spinndüse umgelenkt und nach Verlassen des Fällbades mit Wasser lösungsmittelfrei gewaschen. Nach Behandlung mit I0%iger Glyzerinlösung wurde der Hohlfaden im Luftstrom bei 62°C getrocknet.

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Folgende Kenndaten wurden ermittelt:

Außendurchmesser 780 /um

Innendurchmesser: 608 ^im

Reißfestigkeit 90 cN

Bruchdehnung: 15,6% 2 hacraulische Permeabilität: 2450 ml/h m mm Hg Blaspunkt: 0,4 bar maximale Porengröße: 5 ^im Rückhaltevermögen für * Albumin 2,4% i

^ - - 27 - _I

! . Γ Ί - 21 - A3GW31932

In Figur 3 ist eine 1000-fache Vergrößerung eines Querschnittsabschnittes dieses Hohlfadens gezeigt, der mit einem Rasterelektronenmikroskop untersucht wurde. Sie zeigt eine große Zahl von geschlossenen Zellen und eine leicht asymmetrische Anordnung der Zellen. Die Unterschiede in den Zellengrößen sind deutlich stärker ausgeprägt als bei der in Figur 1 gezeigten Membran. Alle Außen- und Zellwände sind analog zu Figur 2 mit einer Vielzahl von Porendurchgängen durchsetzt.

Λ Λ v_ f . Γ Ί - 28 - A3GW31932

Beispiel 8

Die erfindungsgemäßen Membranen mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften lassen sich ohne Schwierigkeit hersteilen, so daß einerseits für das gesamte Blutplasma durchlässige Membranen hergestellt werden können, die nur die zellulären Bestandteile zurückhalten und andererseits können auch Membranen hergestellt werden, deren Ausschlußgrenze bei einem Molekulargewicht von etwa 100.000 liegt, so daß sie für Albumin durchlässig sind, jedoch die anderen Plasmaproteine zurückhalten.

Es wurde eine Plasmaphoresemembran gemäß Beispiel 6 in

Form eines Hohlfadens hergestellt und in einen Membran- 2 modul mit einer Membranfläche von 0,01 m eingebaut.

Es wurde eine andere Plasmaphoresemembran mit analogen

Daten zu Beispiel 3 in Form eines Hohlfadens hergestellt 2 und in einen Membranmodul von 0,01 m Membranfläche eingebaut .

Das einem Patienten entnommene Blut wurde zunächst durch den ersten Modul bei 100 mm Hg transmembranen Druck mit 3 ml/min geleitet, wobei ein Filtrat I von 0,5 ml/min anfiel. Die zurückgehaltene Fraktion enthielt die gesamten zellulären Bestandteile. Das Filtrat wurde anschließend bei einer Druckdifferenz von 30 mm Hg durch den zweiten Modul geleitet.

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I Γ Ί - 29 - A3GW31932

Der dabei entstandene Filtrat II enthielt fast die gesamte Albuminmenge, während die höhermolekularen Proteinbestandteile überwiegend im Rest des Filtrates I verblieben.

Die erfindungsgemäßen Membranen ermöglichen auf diese Weise die Reinfusion des körpereigenen Albumins gemeinsam mit der Blutzellenfraktion. Dadurch entfällt die Notwendigkeit der Infusion von teurem und weniger verträglichem Fremdalbumin.

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Claims

1. Membran, insbesondere zur Plasmaphorese in Form von Hohlfäden, Schlauchfolien oder Flachfolien aus Celluloseestern, dadurch gekennzeichnet, daß sie hergestellt ist nach einem Verfahren, bei dem eine Spinnlösung aus 8-25 Gew.-% Celluloseester 55 - 92 Gew.-% Lösungsmittel, und gegebenenfalls bis zu 2.Q Gew.-% weiteren Zusätzen, durch eine in ein Fällbad eingetauchte Spinndüse gepreßt, der Lösungsstrahl auf einer Fällbadstrecke von mindestens 30 cm an den Lösungsstrahlbegrenzungen der koagulierenden Wirkung eines Fällbades ausgesetzt, aus dem Fällbad geführt und mit Wasser lösungsmittelfrei gewaschen mit Weichmacherlösung oetränkt und schließlich ’ qetrocknet wird.

2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Hohlfäden oder Schlauchfolien in das Innere der austretenden Spinnlösung ein Fällbad geleitet wird. /1 "a_ J n L- —1 - 2 “ A3GW31932

3. A3GW31932

3. Membran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innen und außen'je ein Fällbad. gleicher Zusammensetzung eingesetzt wird.

4. A3GW31932

4. Membran nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Gemische eingesetzt werden.

5. A3GW31932

5. Membran nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus 50 - 90 Gew.-% Aceton, 5-25 Gew.-% einwertigem Alkohol und 5-25 Gew.-% Weichmacher besteht.

6. Membran nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der einwertige Alkohol 1-3 Kohlenstoffatome enthält.

7. Membran nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichmacher ein mehrwertiger Alkohol eingesetzt wird.

8. Membran nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als mehrwertiger Alkohol Glyzerin eingesetzt wird.

9. Membran nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß als Fällbad eine wäßrige Lösung eingesetzt wird.

** * -, 10.Membran nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, . daß als Fällbad Wasser eingesetzt wird.

11. Membran nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Celluloseester Celluloseacetat ist.

12. Membran nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Substitutionsgrad des Celluloseacetats 2,0 bis 2,7 beträgt. h L - J Γ Ί

13. Membran nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Substitutionsgrad 2,3 bis 2,5 beträgt.

14. Membran nach den Ansprüchen 1 - 13, dadurch gekenn- 5 zeichnet, daß die Viskosität der Spinnlösung 5 bis

200 Pas beträgt.

15. Membran nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Spinnlösung 10 bis 100 Pas beträgt.

16. Verfahren zur Herstellung einer Membran, insbesondere zur Plasmaphorese in Form von Hohlfäden, Schlauchfolien oder Flachfolien aus Celluloseestern, dadurch gkennzeichnet, daß eine Spinnlösung aus 8-25 Gew.-% Celluloseester 55 - 92 Gew.-% Lösungsmittel, und gegebenenfalls bis zu 20 Gew.-% weiteren Zusätzen, durch eine in ein Fällbad eingetauchte Spinndüse gepreßt, der Lösungsstrahl auf einer Fällbadstrecke von mindestens 30 cm an den LösungsStrahlbegrenzungen der koagulierten Wirkung eines Fällbades ausgesetzt, aus dem Fällbad geführt und mit Wasser lösungsmittelfrei gewaschen mit Weichmacherlösunq getränkt und schließlich getrocknet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Hohlfäden oder Schlauchfolien in das Innere der austretenden Spinnlösung ein Fällbad geleitet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß innen und außen die deiche Zusammensetzung hat.

19. Verfahren nach den Ansprüchen 16 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Gemische einge- . setzt werden. u L ... J . Γ Ί

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus 50 - 90 Gew.-% Aceton, 5-25 Gew.-% einwertigem Alkohol und 5- 25 Gew.-% Weichmacher besteht.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der einwertige Alkohol 1-3 Kohlenstoffatome enthält.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichmacher ein mehrwertiger Alkohol eingesetzt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß als mehrwertiger Alkohol Glyzerin eingesetzt wird.

24. Verfahren nach den Ansprüchen 16 - 23, dadurch gekennzeichnet, daß als Fällbad eine wäßrige Lösung eingesetzt wird.

25. Verfahren nach den Ansprüchen 16 - 23, dadurch gekennzeichnet, daß als Fällbad Wasser eingesetzt wird.

, 26. Verfahren nach den Ansprüchen 16 - 25, dadurch ge- i kennzeichnet, daß der Celluloseester Celluloseacetat ist.

27. Ve.rfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Substitutionsgrad des Celluloseacetats 2,0 bis 2,7 beträgt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Substitutionsgrad 2,3 bis 2,5 beträgt. AL -s- J Γ Ί

29. Verfahren nach den Ansprüchen 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die /Viskosität der Spinnlösung 5 bis 200 Pas beträgt.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Spinnlösung 10 bis 100 Pas beträgt.

31. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität durch viskositätsbeeinflussende Zusätze zur Spinnlösung eingestellt wird.

32. Verfahren nach den Ansprüchen 16 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösungsstrahl nach Durchlaufen einer Fällbadstrecke von mindestens 30 cm an einem nach der Spinndüse angeordneten Umlenkorgan herumgeführt und unter einem Winkel 15 bis 60° mit der Fällbadoberfläche aus dem Fällbad geleitet wird.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinndüse mit der Fällbadoberfläche einen spitzen Winkel bildet.

34. Membran, insbesondere zur Plasmaphorese in Form von Hohlfäden, Schlauchfolien oder Flachfolien aus Cellu- l loseestern, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus . ausgeprägten, wabenartig aneinandergereihten, im wesent lichen quaderförmigen, geschlossenen Zellen aufgebaut ist und alle Zellwände mit einer Vielzahl von Löchern als Porendurchgängen durchsetzt sind. 1 _ -6 - _I