DE2842957A1

DE2842957A1 - Dialysemembranhohlfaden mit groesserer austauschflaeche

Info

Publication number: DE2842957A1
Application number: DE19782842957
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Chem Dr Bandel
Original assignee: Akzo GmbH
Current assignee: Akzo GmbH
Priority date: 1978-10-02
Filing date: 1978-10-02
Publication date: 1980-04-10
Also published as: BE879109A; JPS5930122B2; JPS62216605A; JPS5549108A

Description

Dialysemembranhohlfaden
mit größerer Austauschfläche Die Erfindung betrifft eine Dialysemembran aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, in Form eines Hohlfadens mit durchgehendem Hohlraum und geschlossener Mantellinie.
Aus der DE-PS 736 321 ist ein Hohlfaden aus regenerierter Cel--lulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, mit einem durchgehendem Hohlraum bekannt.
Aus der US-PS 32 28 877 ist es bekannt, daß die nach der genannten DE-PS 736 321 hergestellten Hohlfäden als Dialysemembranen und als Membranen zur umgekehrten Osmose geeignet sind.
Aus der US-PS 38 88 771 sind Hohlfäden aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurden, bekannt, die eine definierte Membranstruktur aufweisen und ent#lang der gesamten Achse der Faser eine gleichmäßige Wandstärke und einen genau kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Außerdem sind die Hohlfäden hoch verstreckt und weisen eine hohe Zugfestigkeit auf. Bei derartig hoch verstreckten Hohlfäden aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, findet man als Maß für die Orientierung eine Doppelbrechung4von 0,03. Obwohl die durch Verstreckung erzielbare höhere Festigkeit sicherlich wünschenswert wäre, ist sie für die Quellbarkeit der Membran und damit für die Wirksamkeit bei der Dialyse von großem Nachteil.
Bei der Dialyse, beispielsweise bei der Hämodialyse, ist es erforderlich, daß die Membranwände von den Dialyseflüssigkeiten vollständig und ohne Behinderung umspült werden. Werden Dialysemembranen, in Form von Hohlfasern, die zu Bündeln zusammengefaßt sind, eingesetzt, so neigen Hohlfasern mit genau kreisförmigem Querschnitt in einem Bündel aus etlichen Tausend 2 Hohlfasern mit einer Faserdichte von etwa 500 bis l.ooo je cm leicht dazu, sich auf ihrer ganzen Länge fest aneinander zu schmiegen, ähnlich dem Glasplatteneffekt zweier planparalleler Platten.
Durch dieses Aneinanderhaften ist der Zugang der Dialysatflüssigkeit zu den Zwischenräumen zwischen den Hohlfasern erschwert und die Flächen an denen die Hohlfasern aneinanderhaften, bleiben für den Stoffaustausch ungenutzt, wodurch die Effektivität des Hohlfadenmoduls verringert wird.
Die Effektivität einer Dialysemembran hängt bei der Hämodialyse von dem Verhältnis Austauschfläche zum Volumen und von der Konzentrationsdifferenz zwischen den Membranwandseiten ab.
Bisher wurden aber stets nur Hohlfäden mit kreisförmigem Querschnitt eingesetzt und man hielt von der Kreisform abweichende Querschnitte für schädlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Dialysemembran aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, in Form eines Hohlfadens mit durchgehendem Hohlraum und geschlossener Mantellinie so zu gestalten, daß das Aneinanderhaften der Hohlfäden weitgehend verhindert und die Effektivität der Dialyse durch eine größere Austauschfläche erhöht wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Dialysemembran, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Punkte der Mantellinie keinen allen Punkten gemeinsamen Mittelpunkt haben. Damit werden solche Querschnittsformen umfaßt, die nicht kreisförmig sind.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen die Punkte der Mantellinie auf einer Ellipse. Abgesehen davon, daß bei gleichem Blutvolumen bei den erfindungsgemäßen Dialysemembranen die Austauschfläche erheblich vergrößert ist und damit schon aus diesem Grunde die Effektivität des Metabolitaustausches wesentlich verbessert wurde, ergibt sich aufgrund der geringeren Blutfilmdicke in der erfindungsgemäßen Dialysemembran eine weitere Verbesserung in der Wirksamkeit bei der Dialyse. Der von kreisrunden Dialysefäden bekannte Effekt des Aneinanderhaftens der Fäden wurde überraschender Weise nicht beobachtet, obwohl ein solcher Effekt hier in stärkerem Maße erwartet werden mußte, als bei kreis runden Hohlfäden. Offensichtlich richten sich die Fäden zufallsbedingt aus und entgehen somit einer Schichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Punkte der Mantellinie auf einer nierenförmig deformierten Ellipse.
Diese Form hat sich deshalt als besonders günstig erwiesen, weil der Hohlfaden eine hervorragende Formstabilität bei vergrößerter Austauschfläche aufweist.
Erfindungsgemäße Dialysemembranen müssen keineswegs eine symmetrische Form aufweisen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte der Mantellinie auf dem Umfang eines deformierten Vierecks liegen.
Unter einem deformierten Viereck soll ein solches Viereck verstanden werden, bei dem höchstens die jeweils gegenüberliegenden Winkel ungefähr gleich und bei dem die Seiten im wesentlichen gekrümmt sind.
Vorzugsweise beträgt die Fläche des Hohlrauznquerschnittes 0,6 . 10 3 bis 0,8 mm2. Bei noch größeren Hohlraumquerschnitts flächen eines von einem Kreisquerschnitt abweichenden Dialysehohlfadens besteht die Gefahr, daß der Hohlfaden zusammenfällt und damit der Durchgang des Blutes unterbrochen wird, Die Wandstärke beträgt in an sich von Dialysehohlfäden mit Kreisquerschnitt bekannter Weise 1 bis 100/zum, vorzugsweise 5 bis 50/um.
Zur Erreichung einer guten Formstabilität der Querschnittsformen der erfindungsgemäßen Dialysemembranen weist die Wandstärke auf benachbarten Abschnitten der Mantellinie eine unterschiedliche Dicke auf.
Hergestellt werden die erfindungsgemäßen Hohlfäden durch Koagulation einer aus einer Hohlfadendüse extrudierten Cellulose-Cuoxamlösung in verdünnter Natronlauge, wobei die Spinnlösung zur möglichst weitgehenden Vermeidung der Verstrecking und Orientierung unmittelbar nach Verlassen der Spinndüse in das Koagulationsbad geleitet wird. Zur Ausbildung des durchgehenden Hohlraumes wird durch die zentrale Bohrung in bekannter Weise eine hohiraumbildende Flüssigkeit geleitet, beispielsweise Halogenkohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffe und ester, wobei Isopropylmyristat sich als vorteilhaft erwiesen hat. Es hat sich aber auch gezeigt, daß Wasser und wässtige Lösungen, beispielsweise Lösungen von Carboxymethylcellulosesalzen hervorragend als hohlraumbildende Flüssigkeiten geeignet sind.
Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Hohlfadenform wird durch Verwendung einer Hohlfadendüse mit entsprechenden, beispielsweise auf den Umfang einer Ellipse angeordneten Spinnschlitzen und einer abgeflachten zentralen Bohrung für die Zuführung der hohlraumbildenden Flüssigkeit erreicht.
Um beispielsweise die gewünschte elliptische Form zu erreichen, wird die Ellipse an der Spinndüse mit einem größeren Achsenverhältnis große Achse zur kleinen Achse gewählt, als es der Ellipse entspricht, die den Querschnitt des Hohlfadens bilden soll.
Für andere Querschnittsformen werden Hohlfadenspinndüsen eingesetzt, deren Spinnschlitze entsprechend der gewünschten Form angeordnet sind, beispielsweise als schiefes Viereck, o.ä. Die Breite der Spinnschlitze wird, sofern es erwünscht ist, daß die Wandstärke auf benachbarten Abschnitten der Mantellinie eine unterschiedliche Dicke aufweist, abschnittsweise breiter und enger gestaltet.
Auch für die erfindungsgemäße Dialysemembran ist es möglich, die Wand des Hohlfadens zwei- oder mehrschichtig auszubilden, wie es im einzelnen in den deutschen Patentanmeldungen P 26 27 858, P 27 05 735, und P 27 05 733 beschrieben ist, um die Lecksicherheit zu erhöhen oder um eine Oberflächenschicht zu erhalten, die chemisch modifizierte Cellulose enthält, oder um in der Membranwand Adsorbentien einzulagern.
Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Fadenachse der erfindungsgemäßen Dialysemembran, wobei die Punkte der Mantellinie auf einer Ellipse liegen. 1 ist die aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, bestehende Membranwand der Hohlfaser 2. Die Länge der großen Achse der Ellipse ist mit a und die Länge der kleinen Achse der Ellipse ist mit b bezeichnet.
Die Figur 2 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Fadenachse der erfindungsgemäßen Dialysemembran, wobei die Punkte auf der Mantellinie auf einer nierenförmig deformierten Ellipse liegen. 1 ist die aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, bestehende Membranwand der Hohlfaser 2.
Die Figur 3 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Fadenachse der erfindungsgemäßen Dialysemembran, wobei die Punkte der Mantellinie auf dem Umfang eines deformierten Vierecks liegen. Benachbarte Seiten des Vierecks weisen eine unterschiedliche Dicke auf. Auch hier ist 1 die aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regen#-riert wurde, bestehende Membranwand der Hohlfaser 2.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert.
Beispiel 1 - Herstellung einer erfindungsgemäßen Dialysemembran.
Aus einer Hohlfadendüse, deren Spinnschlitz elliptisch geformt war, derart, daß die Länge der großen Achse der Ellipse das 2,7-fache der Länge der kleinen Achse betrug und deren Innenbohrung elliptisch mit dem gleichen Achsenverhältnis geformt war,wurde eine Cuoxam-Celluloselösung mit einer Cellulose-Konzentration von 8,9 Gew.-% ausgepreßt. Die Breite der Spinnschlitze waren bei der verwendeten Hohlfadendüse überall gleich breit. Die Länge der großen Achse der Ellipse betrug das 10-fache der Breite der Spinnschlitze. Durch die Innenbohrung wurde als hohlraumbildende Flüssigkeit Isopropylmyristat gepreßt.
Die extrudierte Spinnlösung trat unmittelbar nach Verlassen der Spinndüse in ein Fällbad ein, welches 135 g/l Natriumhydroxid, 6 g/l Ammoniak und 4 g/l Kupfer enthielt. Die Temperatur des Fällbades betrug 23 OC. Nach der Umwandlung in den Normanncellulosekomplex wurde der erhaltene Faden durch die üblichen Bäder zur Nachbehandlung geführt. Er wurde auf einem Trommeltrockner getrocknet und trocken auf eine Kreuzspule gewickelt.
Es wurden Hohlfäden mit elliptischem Querschnitt erhalten.
Die große Achse der Ellipse betrug 290 um und die kleine Achse 160 um. Die über den Umfang gleiche Wandstärke betrug 17 #m.
Der Hohlfaden hatte eine Zugfestigkeit,gemessen bei 50% Luftfeuchtigkeit und 23°C von 24 .10³ cN/mm und eine Dehnung von 238. Die Doppelbrechung ti n betrug 0,016.
Beispiel 2 - Verwendung der erfindungsgemäßen Dialysemembran zur Hämodialyse.
Aus diesen Hohlfäden mit elliptischem Querschnitt wurden Hohlfaserbündel hergestellt, die in einen Hohlfadentestdialysator eingebaut und unter Standardbedingungen geprüft wurden.
Verglichen wurden die nach Beispiel 1 hergestellten erfindungsgemäßen Dialysemembranen mit handelsüblichen Dialysehohlfäden aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde. Der Innendurchmesser der handelsüblichen Dialysehohlfäden betrug 215/um, die Wandstärke 16 #m. Der Lösungsfluß betrug 200 ml/min . m , der Dialysatfluß 500 ml/min . m2. Die Ultrafiltrationsrate betrug bei erfindungsgemäßen Hohlfäden 2,9 ml/h . m2 g mm Hg, die Harnstoffclearance 148 ml/min, die Vitamin B12-Clearance 29 ml/min. Bei handelsüblichen Dialysehohlfäden wurden ermittelt: Ultrafiltrationsrate 3,0 ml/h . m2 mm Hg. Harnstoffclearance 142 ml/min und Vitamin B12-Clearance 28 ml/min.

Claims

Patentansprüche 1. Dialysemembran aus Cellulose, die aus Cuoxamlösungen regeneriert wurde, in Form eines Ilohifadens mit durchgehendem Hohlraum und einem geschlossenen Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte der Mantellinie in einem Querschnitt senkrecht zur Fadenachse keinen allen Punkten gemeinsamen Mittelpunkt haben.
2. Dialysemembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte der Mantellinie auf einer Ellipse liegen.
3. Dialysemembran nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte der Mantellinie auf einer nierenförmig deformierten Ellipse liegen.
4. Dialysemembran nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte der Mantellinie auf dem Umfang eines deformierten Vierecks liegen.
5. Dialysemembran nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Hohlraumquerschnittes 0,6 . 10 3 bis 0,8 mm2 beträgt.
6. Dialysemembran nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Hohlfaser 1 bis 100,um beträgt.
7. Dialysemembran nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Hohlfaser 5 bis 50/um beträgt.
8. Dialysemembran nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke auf henachbarten Abschnitten der Mantellinie eine unterschiedliche Dicke aufweist.
9. Dialysemembran nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlfaden aus zwei oder mehreren fest aneinanderhaftenden selbsthaftenden permeablen Schichten aus regenerierter Cellulose besteht.
10. Dialysemembran nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht des Hohlfadens 1 bis 95 Gew.-% Adsorbentien enthält.