DE3044435A1

DE3044435A1 - Semipermeable cellulose-hohlfaser, verfahren zu ihrer herstellung und trennvorrichtung mit solchen fasern

Info

Publication number: DE3044435A1
Application number: DE19803044435
Authority: DE
Inventors: David T. Clayton Calif. Chen; Robert D. San Ramon Calif. Mahoney
Original assignee: Cordis Dow Corp
Current assignee: Althin Medical Inc
Priority date: 1979-12-17
Filing date: 1980-11-26
Publication date: 1981-06-25
Anticipated expiration: 2000-11-27
Also published as: ES8202873A1; CH650033A5; IT8050066A0; NL192269C; DD154068A5; NL192269B; GB2065546A; IT1146243B; ES507576A0; AU6340580A; BE886354A; FR2473340A1; DE3044435C3; ES497154A0; SE449376B; GB2065546B; DD200311A5; SE8008813L; AU543028B2; ES8301643A1

Description

Die Erfindung ist auf semipermeable Cellulose-Hohlfasern dex* Art gerichtet, die für Dialyse-, Osmose- oder Ultra· filtx*ations-Trennzellen geeignet sind, insbesondere für Zollen, die für die Entgiftung von Blut mittels Hämodialyse oder Hämofiltration verwendet werden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der neuen Fasern.

Die meisten Cellulosefasern, die in künstlichen Nieren zur Hämodialyse eingesetzt worden sind, sind bisher durch Schmelzspinnen eines Celluloseesters, wie Cellulosetriacetat, in einem kontinuierlichen Verfahren hergestell+ worden, wie zum Beispiel in der US-PS 3 5k6 209 offenbart. Ein weiterer Teil der Cellulose-Hohlf asern, wurde nach dem L'v.pfer-Ammoiiiak-Verfahren hergestellt, ein verbessertes Verfahren ist in der US-PS 3 888 771 beschrieben. Während bei diesen grundsätzlich verschiedenen Verfahren Cellulosefasern erhalten werden, die akzeptable Wasserpermeabilität (Ultrafiltration) und Harnstoff-Permeabilität (Reinigung, clearance) für die Verwendung in künstlichen Nieren besitzen, so sind doch ihre Permeabilitäten insgesamt nicht optimal. So haben zum Beispiel Cellulosefasern, die nach dem Verfahren der US-PS 3 546 209 hergestellt wox'den sind, eine geringere Wasserpermeabilität als es bei Pasern erwünscht ist, die annehmbare Reinigungs-(clearance) Eigenschaften für Harnstoff, Creatinin, Vitamin B₁„ und andere niedermolekulare Blutverunreinigungen haben.

Darüber hinaus schließt die kontinuierliche Herstellung von

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Cellulosefasern aus schmelzgesponnenen Celluloseacetatfasern die chemische Umwandlung des thermoplastischen Celluloseactetats in das nicht-thermoplastische Cellulose-Polymere mittels Hydrolyse unter Verseifung in einem wäßrigen alkalischen Bad ein. Während der Hydrolyse -sind die dünnwandigen Fasern von kleinem Durchmesser außerordentlich empfindlich gegenüber Berührung und brechen leicht. Eine erfolgreiche Herstellung bei einem gerade ausreichenden Gütegrad, um noch in den Handel gebracht zu werden, hängt davon ab_s daß in der Faser genügend Reißfestigkeit „ährend der Herstellungsstufe, bei denen Feuchtigkeit herrscht, aufrechterhalten bleibt, um Bruch oder Beschädigung zu vermeider».

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Reißfestigkeit der Faser, insbesondere die Naßreißfestigkeit während der Hydrolyse oder der Umwandlung von Celluloseester in Cellulose vor dem Trocknen, Lagern und Einbauen in Hämedialysatoren oder Hämofilter zu verbessern.

Die Lösung der Aufgabe ist in den vorstehenden Ansprüchen angegeben.

Das Konzept der Herstellung semipermeabler Hohlfasern durch Schmelzspinnen einer plastifizieren Polymerzusammensetzung ist in den frühen 60ev Jahren entwickelt worden und erstmals in der US-PS 3 423 4°1 offenbart. In der Patentschrift sind verschiedene Polymertypen beschrieben, einschließlich

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Celluloseester, und geeignete Weichmacher zur Verwendung bei
der Bildung von Schmelzspinnzusammensetzungen mit verschiedenen Thermoplasten diskutiert. Es wurden die polymeren
Celluloseester zu günstigen handelsüblichen Polymeren entwickelt, insbesondere Celluloseacetate, und Tetramethylensulfon, meist mit Sulfolan bezeichnet, wurde normalerweise
als Weichmacher für die Schmelzspinnzusammensetzung zur
Herstellung von Celluloseacetatfasern verwendet. Die US-PS¹en j 3 4°Λ 780 und 3 532 527 offenbaren Verbesserungen am Sulfolan- |

j Celluloseacetafc-Schmelzspinnverfahren, nach welchem Cellulose- [

acetatfas&rn extrudiert werden; sie schließen ein entweder 1

das Eintauchen dei· gesponnenen Faser nach dem Spinnen in . !

ein Bad, das ein Gemisch von Sulfolan und einem Polyol eines ί Molekulargewichts unter 4000 enthält, oder die Modifizierung ■ des Sulfolan-Weichmachers vor dem Spinnen der Faser durch !

Einschließen einer kleinen Menge eines Polyol eines Mole- 1

1 kulargewichts unter etwa 20000. Diesen Patentschriften ist j

auch zu entnehmen, daß Polyole, allein als Weichmacher bei ·

der Formulierung von Schmelzspinnzusammensetzungen mit
Celluloseestern, insbesondere Celluloseacetaten, als unbefriedigend angesehen werden.

Die Erfindung basiert auf der überraschenden Entdeckung,

daß Celluloseester-Schmelzspinnzusammensetzungen, die [

sulfolanfrei sind und nur bestimmte Polyole niedrigen

Molekulargewichts oder Gemische davon einschließen, zu

Fasern schrnelzgesponnen werden können, welche zu Cellulose- . ,'

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fasern liydrolisiert werden können, wobei die Naßfestigkeiten während der Umwandlung von dem Ester in die Cellulose wesentlich besser ist. Das Weglassen des Sulfolane, das man bisher für notwendig angesehen hat, ist die entscheidende Änderung (key change), die die Herstellung der wesentlich verbesserten Fasern nach der Erfindung ermöglicht. Die resultierenden Celluloseesterfasern nach der Erfindung haben zufriedenstellend hohe intrinsic Naßfestigkeiten in ihi-er gesponnenen Form und darüber hinaus behalten die gesponnenen Fasex'n ihre intrinsic Reißfestigkeit während der Polyollaugung und Hydrolyse oder Entace-;ylierung, also den Stufen, in welchen die Celluloseesterfaser in die Cellulosefaser umgewandelt wird, bei. In machen Fällen erhöht sich sogar axe intrinsic Reißfestigkeit.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine verbesserte semipermeable Cellulose-Hohlfaser, die aus einer Celluloseester-Schraelzspinnzusammensetzung ersponnen worden ist, welche sulfolanfrei ist und nur Polyole niederen Molekulargewichts enthält. Die schmelzgesponnenen Fasern besitzen während der Verarbeitungsstufen, bei denen ¥asser oder Feuchtigkeit anwesend ist und in denen das Polyol entfernt und die Fasern zu Cellulose hydrolisiert werden, wesentlich bessere intrinsic Reißfestigkeit. Die resultierenden Fasern sind gekennzeichnet durch eine wesentlich höhere Wasserpermeabilität und ver-

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besserte Reinigungsfähigkeit (clearance capability) zur Abtrennung von Verunreinigungen niedrigeren Molekulargewichts aus Blut, wie Harnstoff, Creatinin und dergleichen.. Die verbesserte Cellulose-Hohlfaser nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch «3ine intrinsic Naßreißfestigkeit von etwa

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2 χ 10 bis etwa 11 χ 10 g intrinsic Faserreißfestigkeit pro g polymere Cellulose, eine ¥asserpermeabilität oder einen Ultrafiltrationskoeffizienten Kr_n^ im Bereich von etwa 2 bis 200 ml/h/m /mm Hg über die semipermeable ¥and der Faser, und einen Harnstoffreinigungskoeffizienten K_7n,-im Bereich von etwa 15 ^x 10 bis 45 x 10 cti/min. bei 37 C. Diese funktionell13n Eigenschaften qualifizieren die Faser für die Verwendung in Blutentgiftungsverfahren, einschließlich Hämodialyse und Hämofiltration. Die Erfindung schließt auch ein Verfahren zur Herstellung dieser neuen Fasern ein.

Ins Einzelne gehende Beschreibung der Erfindung Die vorbesserten semipermeablen Cellulose-Hohlfasern nach der Erfindung werden durch Schmelzspinnen einer Celluloseester-Schmelspinnzusammensetzung hergestellt, die etwa bis 80 Gew.-^ eines ausgewählten Celluloseesters oder Celluloseestergemisches und ein oder ein Gemisch von Polyolen eines durchschnittlichen Molekulargewichts im Bereich von etwa 106 bis 900 enthält.

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Celluloseester, die geeignet sind, schließen ein: Cellulosemono-, di- und triacetate und Gemische davon, Celluloseacetat-propionat, Cellulose-acetat-butyrat, Cellulose-propioiiat und Cellulose-butyrat und Gemische von zwei oder mehreren dieser Ester. Tie Acetate werden bevorzugt, insbesondere Cellulosediacetat, und Gemische schließen vorzugsweise mindestens einen kleinen Anteil eines oder mehrerer anderer Celluloseacetate ein.

Für die Herstellung einer annehmbaren Schmelzspinnzusammensetzung iöt nicht die Klasse der Polyole schlechthin geeignet, sondern die Polyole mit niedrigerem Molekulargewicht, zum Beispiel einem durchschnittlichen Molekulargewicht im Bereich von etwa 106 bis 900. Versuche, ein einziges Polyol eines Molekulargewichts von etwa 600 mit Celluloseacetat zu verwenden, schlugen fehl, weil die Zusammensetzung nicht versponnen werden konnte. Zufriedenstellende Schmelzspinnzusammensetzungen sind jedoch bei Verwendung von Polyolgemischen, in denen eines der Polyole ein durchschnittliches Molekulargewicht von wesentlich über 900, zum Beispiel 14OO hatte, erhalten worden; ein Gemisch von zwei Polyethylenglykolen, von denen eines ein Molekulargewicht von 200 und das andere ein Molekulargewicht von 1^50 hatte, so daß sich ein durchschnittliches Molekulargewicht von 902 ergab, erwies sich als geeignet bei der Herstellung einer Celluloseacetatschmelzspinnzusammensetzung, die zu Hohlfasern versponnen wurde , welche die verbesserten Reißfestigkeiten aufwiesen,

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i die die Fasern nach der Erfindung kennzeichnen. Gemische von j

I Polyethylenglykolen mit Polyolen, zum Beispiel ein Gemisch

von Polypropylenglykol eines durchschnittlichen Molekular- I

gewichts von 4oo und Glycerin gab eine spinnbare Zusammen- ί

Setzung, während Polypropylenglykol eines durchschnittlichen

Molekulargewichts von 4θΟ allein keine spinnbare Zusammen- I

Setzung ergab. Gemische von Polyethylenglykolen und Ethylen- j' glykolen waren zufriedenstellend und Gemische von zwei oder ]

mehl' niedermolekularen Polyethylenglykolen können mit oder

ohne Glycerin verwendet werden.

Es ist auch gefunden worden, daß reine Polyethylenglykole
oder reine Polypropylenglykole, die ein zu holu-s Molekulargewicht zur Bildung einer spinnbaren Celluloseesterzusammen-

Setzung haben, durch Zusatz von Glycerin modifiziert werden
können, ein bekanntes Nicht-Lösungsmittel für Celluloseester,
tun eine Zusammensetzung zu erhalten, die erfolgreich zu den !

vorbesserten Pasern nach, der Erfindung versponnen werden
kann. Der für diesen Zweck benötigte Glycerinanteil schwankt
mit dom Molekulargewicht des reinen Polyethylen- oder PoIypropylen-Glykols und aiich mit dem Celluloseester oder dem
Estergomisch, das vorliegt. Im allgemeinen ist die Menge
Glycerin, die ex'forderlich ist, höher, wenn da^c durchschnittliche Molekulargewicht des reinen Glykcl.3 über etwa f 600 steigt. Die Glycerinkonzentration sollte auch erhöht j werden, wenn der Anteil Celluloseester, der mit dem Cellulose- j'

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diacetat vermischt wird, steigt, oder bei Schmelzspiimzusamniensotzungen, die aus Cellulosepropionat oder Cellulosebutyrat oder Gemischen davon hergestellt worden sind. Als allgemeine Regel gilt, daß Glycerin im Bereich von etwa 5 bis 35 Gew.-^, bezogen auf die Cellulose-Schmelzspinnr^iisammensetzung, mit Erfolg eingesetzt werden kann. Polyole mit mindestens zwei Hydroxylgruppen im Molekül, die geeignet sind, schließen ein: Diethylenglykoi, Triethylenglykol, Tetx'aethylenglykol, die Mono-, Di- und Tripropylenglykole und Gemische von einem oder mehreren der Propylen- und Ethylen-Glykole odex Glykole mit Ethylen-Propylen-Ketten im GlykDlmolekül, und Gemische von irgendeinem oder mehreren Polyethylen- oder Polyprop>lenglykolen mit Glycerin in einer Menge unter 50 Vol.-$ der Glykol-Glycerinmischung.

Das Verfahren nach der Erfindung umfaßt die Stufen des Mischens des ausgewählten Celluloseesters und des Polyols zur Bildung einer Schmelzspinnzusammensetzung, Schmelzspinnen der Ilohlfasern und Abkühlen derselben zu einem gelartigen scbsttragenden Zustand, Hydrolysieren oder Entacetylieren dor Celluloseester-Hohlfasern zu im wesentlichen Cellulosefasern, d.h. Hydrolysieren eines wesentlichen Teils der Estergrui>pen unter Entstehung von Hydroxylgruppen. Eine vollständige Hydrolyse wird gewöhnl-i ch nicht erreicht und ist auch nicht notwendig, aber um beste Permeabilitätseigenschaften zu einhalten und sie während der Lagerung und dem Versand auf-

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rechtioierhalten, ist eine weitgehend vollständige h/drolyse von zum Beispiel etwa 90/° zweckmäßig. Das Polyol, das in den gerade gesponnenen Celluloseesterfasern vorliegt, wird normalerweise aus den Fasern während der Hydrolyse oder Entacetylierung ausgelaugt. Alternativ kann das Polyol in einer sep£iratcn Stufe nach der Hydrolyse entfernt werden.

Semipermeable Cellulose-Hohlfasern, die aus einer SuIfolanAcetat-Schmelzspinnzusammensetzung nach dem Verfahren gemäß US-PS 3 546 2C9 großtechnisch hergestellt und in künstlichen Nieren in großem Umfang nach etwa 1972 verwendet worden sind, hatten beispielsweise .-inen ¥assex--Permeabilitätskoeffizienten K_j„_R von etwa 1,0 bis 1,2 ml/h/m Fas erober fläche/mm Hg über die semipermeable Faserwand bei 37 C, einen Hp.rnstoffkoeffizienten K_ „ von etwa 28 bis 30 x 10 cm/min, und eine Fasernaßfestigkeit nach der Entacetylierung von etwa 1,4 bis etwa 1,8 g intrinsic Faserreißfestigkeit/g polymerer Cellulose. Die verbesserten Cellulosefasern nach der Erfindung sind in allen drei wichtigen Funktionseigenschaften wesentlich besser. Die überraschendste und am deutlichsten verbesserte Eigenschaft ist die erhöhte intrinsic Naßreißfestigkeit. ¥ie weitei- oben geseigt, ist die Naßreißfestigkeit der Fasern außerordentlich für erfolgreiche kontinuierliche Produktion in der Fertigungsstraße wichtig.

Beispielsweise läuft in einer Straße ein Kabel von 16 bis 30 Fasern oder eine Vielzahl solcher Fadenkabel, die von der

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Spinndüse durch Luft geführt werden, um eine selbsttragende Hohlfaser zu werden, dann durch eine Reihe von Flüssigkeiten in Behandlungstanks, die nacheinander das Polyol aus der Celluloseester^aser auslaugen, den Ester zu Cellulose hydrolysieren, das Hydrolyseprodukt spülen und überschüssiges Hydrolisiermittel aus der Cellulosefaser entfernen und die Cellulosefaser wieder plastifizieren. Die plastifizieren Produktfasern werden dann von AufnahnieroIlen aufgenommen. Während der Naßbehandlungsstufen werden die Fasern einem Recken unterworfen oder es wird eine in Längsrichtung wirkende Kraft angelegt, während sie starker innrrmolekularer Umlagerungen unterliegen, insbesondere jener, die von der Polyolentfernung und der chemischen Änderungen während der Entacetylierung von Celluloseester zu Cellulose resultieren. Faserbruch oder Beschädigung infolge d^r Unfähigkeit des Polymerskeletts jeder Faser,Zug- oder Reibungskräften während solch kontinuierlicher Verarbeitung standzuhalten, unterbricht kontinuierliches Arbeiten und ist in höchstem Maße unerwünscht.

Es ist festgestellt worden, daß Celluloseacetatfasern, die aus einer Schmelzspinnsusammensetzung nach der Erfindung, die frei von Sulfolanen ist, dazu neigen, einen größeren Anteil ihrer Reißfestigkeit, die sie nach deir Spinnen haben (as-spun tensile strength),während des ¥eges durch die aufeinanderfolgenden Naßbehandlungsstufen beizubehalten

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als die Fasern, die aus sulfolanitaltigen Schmelzspiimzusammen--Setzungen gemacht worden sind und lange im Handel sind. Darüber hinaus erfahren bestimmte der verbesserten Fasern einen unerwarteten Anstieg in der Reißfestigkeit gegenüber dem Ziistand nach dem Spinnen, und dieser Anstieg findet während der HydroIysestufe des Verfahrens statt. Die Cellulosefasern. nach der Erfindung besitzen durchschnittliche intrinsic Reißfestigkeiten, im nassen Zustand nach der Hydrolyse, die mindestens zwei- bis siebenmal höher sind-als die der Cellulose-Hohlfasern, die nach dem Verfahren der US-PS 3 5^6 209 hergestellt vorden sind. In dieser Beschreibung und den Ansprüchen bedeutet der Ausdruck "intrinsic Reißfestigkeit" ,. auf die Tttißfestigkeitsmessungen der feuchten Cellulosefaser angewandt, die Bruchfestigkeit in g/g Polymer einer 5jO8 cm Lunge einer einzigen feuchten Faser und ist die Kraft, die erforderlich ist, die Faser zu brechen, wenn sie senkrecht zwischen zwei Klemmbacken in einem Instron-Gerät hängt. Bei den Tests zur Erhaltung der intrinsic Ncißreißf estlgkeiten, die in Tabelle I wiedergegeben sind, stellen die g des Polymeren einer ausgewählten 5>O8 cm Faserlänge ein Durchschnittsgewicht in g dar, welches für jede besondere 5»°8 ^cm Probe der Cellulosefaser durch Trocknen der benachbarten 25^0 cm Fasern des gleichen Stranges zu einem konstanten Gewicht, Wiegen der 25^0 cm Länge und Dividieren des Gesamtgewichts durch 500» erhalten worden ist, um dadurch ein Durchschnittsgewicht zu erhalten;

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dieses wurde dann Tür das besondere 5»08 cm Stück verwendet, welches dem Bruchfestigkeitstest unteriirorfen wurde. Ein . solches Vorgehen erhöht die Genauigkeit der Reißfestigkeitsbestimmung durch Eliminieren des potentiellen Fehlers infolge der Faserwanddickenänderung entlang der Endlosfaser. Außerdem stellt jeder Reißfestigkeitswert den Durchschnitt von sechs Bestimmungen an verschiedenen 5,08 cm langen Proben dar. Die so ermittelten Anstiege in der intrinsic Reißfestigkeit, die erzielt worden sind, sind wirtschaftlich von Bedeutung, da durch sie eine kontinuierliche Herstellung der Fasern nach der Erfindung hinsichtlich der Produktionskapf.^ität erheblich verbessert wird.

Während die vorstehend beschriebenen Effekte der erhöhten Naßreißfestigkeit während' der Faserherstellung· von hohem wirtschaftlichen Wert sind, ist der Anstieg der Wasser-Permeabilität, der in bestimmten Fasern, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, erzielt wird, ebenfalls außerordentlich wichtig. Bestimmte Fasern haben bis zu 80mal höhere Wasser-Permeabilität im Vergleich zu den bisher erhältlichen Cellulosefasern, die aus Celluloseacetat-Schmelzspinnzusammensetzungen erhalten worden sind. Ein solcher Anstieg in der Wasser-Permeabilität bedeutet, daß das Vermögen der Faser, Wasser aus einer wasserhaltigen Flüssigkeit, wie Blut, abzutrennen, drastisch erhöht ist und der praktische Vorteil, der daraus resultiert, ist bedeutend, indem eine

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wesentliche Herabsetzung der pro Hämodialysebehandlung erforderlichen Zeit möglich wird, was dem Fachmann verständlich ;

ist. i

Die Formulierung der Schmelzspinnzusammensetzung kann auf

irgendeine geeignete Weise geschehen unter Verwendung einer j

üblichen Mischvorrichtung, was wesentlich ist, um ausreichendes \ Vermischen sicherzustellen und eine innige gleichmäßige ^;

Mischung zu erhalten. So wird zum Beispiel trockenes -

ί Celluloseacetatpulver mit einer abgewogenen Menge ausge- !

wählten Polyols in einem Scherwirkung hervorbringenden Hobart-

Mischer vermischt. Das vearmischte Material wird dann weiter

homogenisiert und vermischt, indem es in einer, erwärmten

gegenläufigen Doppelschneckenextruder eingefüllt und das

geschmolzene Extrudat dann durch eine Mthrloch-Spinndüse, I

ztuu Beispiel eine 16 bis 30 Loch-Düse, gedruckt wird. Die

Spinndüse kann eine solche sein, die übliche GasZuführungen

hat, um Geis in den Kern des Extrudats einzudrücken. Ein für

diesen Zweck bevorzugtes Gas ist Stickstoff, aber auch andere

Gase können mit zufriedenstellendem Ergebnis verwendet werden,

wie Kohlendioxid, Luft und andere unschädliche Gase. Wenn

gewünscht, kann eine Spinndüse verwendet werden, die Mittel

zum Einspritzen einer Flüssigkeit in den Extruaatkern auf-

woist, wobei die Flüssigkeit kein Lösungsmittel für den *

Celluloseester und das Polyol sein darf. Eine solche Spinn- I

düse ist zum Beispiel in der US-PS 3 888 771 offenbart. Das ;

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aus dor Spinndüse austretende Extrudat wird der Kühlung unterworfen, zum Beispiel mittels Preßluft unterschiedlichen Drucks und/oder Temperatur, um die Gelierung und Verfestigung des Extrudats zu einer festen selbsttragenden Faser zu bewirken. ·

Die Celluloseesterfaser kann in zufriedenstellender Weise nach irgendeiner der bekannten Entacetylierungsmethoden hydrolisiert werden. Das bevorzugte Verfahren ist die Verwendung eines wäßrigen Natriumhydroxidbades. Geeignete Techniken sind in einer Vielzahl von Büchern und einschlägigen Zeitschriften beschrieben, einschließlich zum Beispiel Laidler, Chemical Kinetics, McGraw HjljLI Book Co., New York (195O), S. 2!^:-290; Howlett, et al., Technical Inst. J. 38, 212 (1947); Hiller, Jour. Polymer Science 10, 385 (1953) etc. Nach" dem Spülen zur Entfernung der Hydrolyseprodukte und überschüssigen Hydrolisierungsmittels oder zur Neutralisierung derselben w5.rd die noch feuchte Paser mit einem wasserlöslichen, im wesentlichen nicht flüchtigen ¥eichmacher gemäß US-PS 3 546 209 plastifiziert. Mit dem Ausdruck "im wesentlichen nicht flüchtig" ist in dieser Beschreibung und den Ansprüchen genieint, daß der Weichmacher im wesentlichen von der Cellulosefaser während der folgenden Trockenstufe und der Lagerung bei normaler Temperatur zurückgehalten wird.

Geeignete Weichmacher für entacetylierte Cellulosefasern

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schließen solche ein, die in der Lage sind, die Faser zu quellen, vermutlich durch Zwischenwirkungen wie Wasserstoffbindungs- oder Dipol-Dipol-Reaktionen. Vorzugsweise ist der wasserlösliche, im wesentlichen nicht iJ.üchtige Weichmacher eine Hydroxylgruppen aufweisende Verbindung und insbesondere ein Polyol wie Polyalkylenoxide; Glykole, wie Ethylenglykol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol und dergleichen; Glycerin und dergleichen. Glycerin ist ein bevorzugter Weichmacher.

i Nach dem Plastifizieren der Faser wird sie nach irgendeiner der bekannten Methoden getrocknet, zum Beispiel durch Vakuumtrocknung, Preßlufttrοcknung bei normaler oder erhöhter Temperatur, Mikrοwe11entrocknung und dergleichen! Erhöhte Temperaturen können angewandt werden, solange dadurch kein wesentlicher Weichmacherverlust eintritt. Folglich ist erhöhte Trocknungstemperatur von dem jeweils verwendeten Weichmacher abhängig; die geeignete Temperatur läßt sich einfach bestimmen.

Die getrockneten fertigen Cellulosefasern nach der Erfindung haben Kapillardurchmesser. Der Außendurchmesser liegt im Bereich von etwa 200 bis 400 um, die Wanddicke im Bereich von etwa 10 bis 80 um. Für in der Hämodialyse verwendete Trennzellen haben die Fa.sern vorzugsweise eine Wanddicke im Bereich von etwa 10 bis 50 lim und einen maximalen Außendurchmesser im Bereich von etwa 23O bis 320 um.

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Die folgenden Beispiele veranschaulichen das neue Verfahren und die verbesserten Cellulose-Hohlfasern nach, der Erfindung und schließen die beste .Art, die anzuwenden ist, ein. 3In dieser Beschreibung und den Ansprüchen bedeutet, wenn nicht anders angegeben, $ Gewichts-^. Jede der speziell formulierten Schmelzspinnzusammensetzungen wurde mit der oben angegebenen Mischvorrichtung und nach den angegebenen Verfahrens stufen hergestellt. Die Fasern wurden aus einer 1ö~ Loch-Spinndüse unter Einblasen von Stickstoff in den Korn hergestellt. Nach dem Gelieren in Luft wurden Proben genommen, um die intrinsic Paserreißfestigkeit nach dem Spinnen ku. bestimmen. Die Fasern vrurden in alkalischer Lösung entacetyliert, beispielsweise in 0,2 bis 1,2 gew.-^aiger Natronlauge bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 60 C.

Die intrinsic Reißfestigkeiten nach dem Spinnen wurden bestimmt durch Abwiegen von 1524 cm der nebeneinanderliegenden Fasern, um das durchschnittliche Gewicht des ausgewählten 5108 cm Abschnitts jeder Einzelfaser zu ermitteln, die dem·Test unterworfen wurde«

Die resultierenden Fasern wurden danach gründlich in Wasser gewaschen und Proben für die Bestimmung der Naßreißfestigkeit nach dem weiter vorn beschriebenen Verfahren genommen. Die Produkt fasern wurden auch auf Vasser-Permeabilität Κττρρ und Harnstoffreinheit oder Transport K_ _. in einem Labortestapparat geprüft. Der Testapparat bestand aus einem Flüssig-

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koitsroservoir, ausgerüstet mit einem Magnetrührer, und einem
Dialysier-Testbecher, versehen mit einem Magnetrührer, einer
Abdeck-Verschlußplatte mit Druckfittings und Anschlußteilen
zur Aufnahme de?.? Enden der Vergußhülsen, die einem jeden Ende
eines Faserbündels aus 128 bis 178 Fasern angefügt war. Das

Faserbündel wurde U-förmig gebogen, in den Becher eingesetzt ι

ι. und mit der Verschlußplatte verbunden; eine Hülse wurde über

eine Flüssigkeitsleitung mit einer Pumpe verbunden, die über '■ eine Leitung mit dem Reservoir verbunden war. Die andere Hülse ;

wurde mit einer Rückflußleitung zum Reservoir verbunden, um ;

Flüssigkeit vom Reservoir unter regelbarem Druc.'.c durch die

Lumen der Fasern in dem Dialysebecher pumpen zu .können. Der ₍.

Becher war auch mit Dialysateinlaß- und -auslaß verbindungen ₍

versehen und während des Testes wurden die Fasern in einen
ihn umgebenden bewegten ¥asserpool für den K_„_R-Test getaucht.

Der ¥ciSsertransportkoe£SLzient Kjjcvn wurde bestimmt, indem I

Wasser unter Druck durch die Fasern gepumpt wurde und die

Zunahme im Wasservolumen außerhalb der Fasern in dem Dialysier-

bechcr gemessen wurde. Die Tests wurden bei 37 C durchgeführt.

IC wurde dann bei jedem Test in ml/m /h/mm Hg Druckdifferential

errechnet, wie in Tabelle I gezeigt.

Der Harnstoffkoeffizient K wurde durch Voxsahen einer

urea

Wasser-Harnstofflösung in dem Zuführreservoir und Pumpen der
Lösung durch die Faserlumen bestimmt; der die Fasern umgebende

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Pool in dem Dialysierbecher war anfangs reines Wasser. Es wurde die Harnstoffkonzentration in der Dialysatflüssigkeit in Zeitintervallen bestimmt. Die Tests wurden bei 37°C ausgeführt und während der Tests herrschte kein Druckdifferential über die Paserwandoberfläche.

Der Harnstoffkoeffizient K wurde errechnet aus der

urea

Differenz der Harnstoffkonzentration im Reservoir und in dem Dialysierbecher an der Außenseite der.Pasern als eine Punktion der Zeit und der Faserfläche nach folgender Gleichung! N = KrjßgA A (C₁ - Cp), worin N der Fluß durch die Membrzm in Molen/min., C₁ die Anfangskonzentration, C„ dir* Endkonzentration oder die gemessene Konzentration und A die Fläche der Faserwandung oder Membran zwischen den beiden Lösungen bedeutet.

In einem Zwei-Kammer-System ohne Druckdifferential oder resultierende Ultrafiltration kann der Harnstoffübergang (Transport) durch die Membranwand über einen Zeitintervall t integriert werden, um folgende Gleichung zu erhalten:

In

t=o

.A

V V

^VI ^V2

in der V₁ das Volumen der Lösung im Reservoir und Volumen der Lösung im Dialysierbecher bedeutet.

· t

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- 2k - ■■- ■--* ■

In don Tests sind die Volumen V. und V₂ und die Fläclie A getrennt gemessen, so daß ein Auftragen der Werte jeder Seite der integrierten Gleichung eine gerade Linie gibt, deren Neigung gestattet K in cm/min, zu berechnen.

Beispiel 1

Ein inniges Gemisch (Blend) von Cellulosediacetat-poylmer und Weichmacher wurde, wie vorstehend beschrieben, hergestellt.

Das Blend bestand aus einer Mischung von 80$ Cellulosediacetat und 20$ einer Mischung von Polyethyleixglykolen von Molekular-

gewichten von 200 und ι^5° Daltone, um ein durchschnittliches Molekulargewicht des gemischten PolyethylenglyTcol-Weichmachers J

von 902 Daltons zu ergaben. Die Cellulosediacetat-Hohlfasern ι wurden dann in einer 0,8$igen wäßrigen Natronlauge bei 50 C {

zu Cellulose-Hoiilfasem entacetyliert. Die intrinsic Reiß- j

fostigkeiten der Cellulose-Hohlfasermembrane, Wasser-Per- ·

meabilitäten (K_„.,_R) und Harnstofftransportgeschwindigkeiten \ (Κ ) sind in Tabelle I, Spalte 2 aufgeführt.

ί Wie aus Tabelle I zu ersehen, hat die feuchte Cellulosefaser

dieses Beispiels eine über 2,5mal höhere intrinsic Naßreißfostigkeit als die Vergleichsfaser. Die Produkt-Cellulosefaser, hergestellt aus dieser Schmelzspinnzusammensetzung

mit dem Polyol relativ >iohen Molekulargewichts,hat auch ί

bessere Leistungskenngrößen für Blutreinigung und höhere Wasscz'-Permeabilität. Die Wasser-Permeabilität (Κ™-) ist 1,5«ial größer als die der Vergleichsfaser. Die Geschwindig-

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keit des Harnstofftransports ist auch höher:

K = 38 χ 1O~^J cm/min, im Vergleich zu 3O χ 10 cm/min.

der Vergleichs-Cellulosefasermeinbran.

Ein ähnliches 'j- ami sch wurde durch Vermischen von Cellulosediacetat und der gleichen Mischung von Polyethylenglykolen eines durchschnittlichen Molekulargewichts von 902 hergestellt, ausgenommen, daß 435ε Cellulosediacetat anstelle von 80$ eingesetzt wurden. Nach dem Schmelzspinnen wurden die Celluloseacetat-Hohlfasern in einer 0,4$igen wäßrigen Natronlauge bei 50 C hydrolysiert oder verseift. Beim wie vorstehend be- . schriebenen Testen er^ab sich eine 1,3mal höhere intrinsic Naßreißfestigkeit als die der Vergleichsfaser. K war 26 im Vergleich zu 30 der Vergleichsfaser, aber I^t^d ^war drastisch auf das 86fache des !^„„-Wertes der Vergleichsfaser erhöht, oder ein Wert von 104 ml/h/m /mm Hg. Aus dem Vergleich dieser beiden Schmelzspinnzusammensetzungen ist zu ersehen, daß bei einem gegebenen Pοlyo!weichmacher die Abnahme der Celluloseesterkonzentration einen wesentlichen Anstieg der Wasser-Permeabilität bei akzeptablen Harnstoffreinigungswerten verursacht. Es sollte auch bemerkt werden, daß eine schwächere Hydrolisierlösung verwendet wurde und daß stärkere Verseifungslösungen die Wasser-Permeabilität gewöhnlich erhöhen. So kann die gewünschte Kombination von intrinsic Naßreißfestigkeit, K™_R und K_ure -Eigenschaften durch ähnliche Änderungen der Schmelzspinnzusammensetzung

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erreicht werden oder durch Modifizieren des Molekulargewichts
des Polyols, wie das nachstehende Beispiel zeigt.
Beispiel 2

Ein inniges Gemisch (Blend) von Cellulosediacetat-polyraer
und Weichmacher wurde wie vorstehend beschrieben hergestellt.
Das Gemisch bestand aus hy$> einer Mischung von Cellulosediacetat und 57$ Polyethylenglykol eines Molekulargewichts
von Jl-OO Dal tons. Die nach Entacetylierung in einer wäßrigen
0,4-$igen Natronlauge bei 50°C aus den Cellulosediacetat-Hohlfasern erhaltenen Cellulose-Hohlfasermembrane wurden
auf intrinsic Reißfestigkeiten, Wasser-Permeabilität

und Harnstofftransport (K ) getestet. Die Ergebnisse

urea

sind in Tabelle I, Spalte C angegeben.

Die intrinsic Naßreißfestigkeit der Procluktfasor ist 2,4mal \

höher als die intrinsic Naßreißfestigkeit der Vergleichs- :·

faser, K-^_1n ist 2, 1mal höher und K ist 32 χ 10 im

' TJFR ' urea !

Vergleich zu 30 χ 10~^ der Vergleichsfaser. Es ist darauf i

hinzuweisen, daß während der Verseifung von Celluloseacetat j

zu Cellulose die intrinsic Naßreißfestigkeit auf einen Wert

von nahezu dem Doppelten der intrinsic Reißfestigkeit nach ■

ι dem Spinnen gestiegen ist. j

Es wurde ein weiteres Gemisch mit den gleichen Mengenan- J

teilen Cellulosediacetat und Polyethylenglykol hergestellt, j

ausgenommen, daß das durchschnittliehe Glykol-Molekular-

/27

130026/0371

~²⁷~ 3Q4U35

gewicht von hOO Daltons durch Vermischen von Polyethylenglykol eines durchschnittlichen Molekulargewichts von 600 mit Glycerin eines durchschnittlichen Molekulargewichts von 92 Daltons hergestellt wurde. Diese Änderung brachte eine Verbesserung in allen Fasereigenschaft-sn; die intrinsic Naßreißfestigkeit der Cellulosefaser war 3j7mc*l größer als die der Vergleichsfaser, Krmp war ^,hma.1 größer als der gleiche Koeffizient der Vergleichsfaser und K war

33 χ 10 ^J im Vergleich zu 30 χ 10 ^J cm/min, der Vergleichsfaser.

Beispiel 3

Es wurde ein inniges Gemisch von Cellulosediacetat-polymer und Weichmacher, wie vorstehend beschrieben, hergestellt. Das Gemisch enthielt kyfc Cellulosediacetat-Gemisch und 57# Polyethylenglykol eines Molekulargewichts von 108 Daltons. Die Cellulosediacetat-Hohlfaserii wurden dann in 10,85oiger Natronlauge bei 5O⁰C zu Cellulose-Hohlfasern entacetyliert. Die intrinsic Reißfestigkeiten der Hohlfasermembran, Vasser-Permeabilität und Harnstofftransportgeschwindigkeit sind in Tabelle I, Spalte D zusammengestellt.

Wie aus Tabelle I zu ersehen, hat die feuchte Cellulosefaser dieses Beispiele eine um das 1,9fache bessere intrinsic Reißfestigkeit als die Vergleichsfaser. Die Vasser-Permeabilität Kypp ist 1,8mal höher als die der

130026/0371

Vergleichsfaser und K ist 32 χ 10 cm/min, im "Vergleich zu 30 χ 10 cm/min, der Vergleichs-Cellulosemembran.

Ein ähnliches Gemisch wurde in gleicher Weise hergestellt, ausgenommen, daß das Polyethylenglykol ein Molekulargewicht von 150 hatte. Die Verseifung des Celluloseacetats zu Cellulose wurde in einer 0,4$igen wäßrigen Natronlauge bei 50 C vorgenommen. Es wurden die gleichen Pasereigenschaften bestimmt wie vorstehend beschrieben. Die intrinsic Naßreißfestigkeit war das 6,6fache der Vergleichsfaser, während Κ™»« und K im wesentlichen gleich den Werten der Vergleichsfaser waren. Ein Vergleich der intrinsic Naßreißfestigkeiten der Cellulosefasern des Beispiele 2 und des Beispiels 3 zeigt,daß die besten Naßreißfestigkeiten bei einer gegebenen Celluloseesterkonzentration, ^3$ Cellulosediacetat, bei einem durchschnittlichen Molekulargewicht des Polyglykols zwischen 106 und 400 erhalten wird, mit einem Spitzenwert bei einem Molekulargewicht von etwa I50.

Beispiel k

Es wurde ein inniges Gemisch von Cellulosediacetat-polymer und Weichmacher hergestellt, wie vorstehend beschrieben. Das Gemisch bestand aus hyfc einer Mischung von Cellulosediacetat und 57$ einer Mischung von Polyethylenglykolen der Molekulargewichte 400 und 1^50 Daltons. Das durchschnittliche Molekulargewicht des Polyethylenglykol-Weich-

•../29

130026/0371

machers war 713 Daltons. Die Cellulosediacetat-Hohlfasern wurden dann zu Cellulose-Hohlfasermembrane, wie vorstehend beschrieben, entacetyliert. Die Fasereigenschaften sind in Tabelle I, in Spalte E aufgeführt.

Aus Tabelle I ist zu ersehen, daß die intrinsic Naßreißfestigkeit auf einen ¥ert von über dem Doppelten der intrinsic Reißfestigkeit nach dem Spinnen und auf eine intrinsic Cellulose-Naßreißfestigkeit von dem 3»2fachen der Vergleichsfaser gestiegen ist, bei einem K von 3k χ 10**^ gegenüber

xxr ea

einem Wert von 30 χ 10 cm/min, »!er Vergleichsfaser und einem EL™-, der 2,4mal größer war als der der Vergleichsfaser.

Beispiel 5

Ein inniges Gemisch von Cellulosediacetat-polymer und Weichmacher wurde, wie vorstehend beschrieben, hergestellt. Das Gemisch enthielt hyfr einer Mischung von Cellulosediacetat und 57$ einer Mischung von Polyethylenglykol eines Molekulargewichts von hOO Daltons und Glycerin eines Molekulargewichts von 92 Daltons, so daß das Polyolgemisch ein durchsclinittliches Molekulargewicht von 362 Daltons hatte. Die Collulosediacetat-Hohlfasern wurden in einer 0,4$igen wäßrigen Natronlauge bei 50⁰C zu CellKlose-Hohlfasermembrane entacetyliert. Bio intrinsic Reißfestigkeiten, K^₁₅ und K -Werte der Cellulose-Hohlfasermembran sind in Tabelle I, Spalte F aufgeführt. ·.

.../30

130026/0371

Aus Tabelle I ist zu ersehen, daß die intrinsic Naßreißfestigkeit während der Verseifung um 242$ gestiegen ist, so drß eine Cellulosefaser erhalten wurde, deren intrinsic Naßreißfestigkeit das 5i8faclae der der Vergleichsfaser betrug. Der Harnstoff-Reinigungsgrad (urea clearance rate) war wesentlich erhöht auf 42 χ 10*"^ cm/min, oder das 1, 3f ache der Vergleichsfaser, während K™« 2,1mal höher war als der Wert der Vergleichsfaser.

Eino weitere Schmelzspinnzusammensetzung, wie das vorstehend beschriebene Gemisch e.us Polyethylenglykol-Glyc^rin-Mischmig und Cellulosediacetat wurde hergestellt, ausgenommen, daß das Glycerin durch eine gleiche Menge, 7.VoI.-^ Ethylenglykol ersetzt wurde, um ein Polyolgemisch eines durchschnittlichen Molekulargewichts von 358 zu erhalten. Es wurden die gleichen Eigenschaften an der resultierenden Cellulosefaser auf gleiche ¥eise bestimmt. Die Cellulosefaser hatten eine Naßreißfestigkeit, die das 5*8 fache

_3

der Vergleichsfaser war, einen K -Wert von 21 χ 10 " ' urea

cm/min, und einen KL^p-Wert, der das 1,7fache des Wertes dor Vergleichsfaser betrug.

Beispiel 6

Eine Schmelzspinnzusammensetzung wurde durch gloichmäßiges Vermischen von 36$ Cellulosediacetat und 64$ einer Polyolmischung, bestehend aus einem Geraisch von Polyethylenglykol eines durchschnittlichen Molekulargewichts von 600 Daltons

130026/0371 .../31

3Q4U35

und Glycerin ±λ solchen Mengen, daß ein durchschnittliches Molekulargewicht von ^21 für die Mischung resultierte, hergestellt. Es wurden Pasern schmelzgesponnen und in einer 0,4$igen wäßri&an Natronlauge bei 50⁰C entacetyliert. Es wurden die gleichen Eigenschaften, wie beschrieben, bestimmt und in Tabelle I₁ Spalte G zusammengestellt. Diese Cellulosefasern haben eine Kombination von hoher Naßreißfestigkeit, hohem K__R- und hohem K -Wert und stellen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar, indem solche Fasern für die Verwendung in Hämodialyse oder Hämofiltern, insbesondere für die Verwendung in Hämofiltern sehr geeignet sind. Die intrinsic Naßreißfestigkeit ist das 3,^fache der Vergleichsfaser, K ist 32mal höher als der Wert der Vergleichsfaser

UFR __

und K beträgt k$ χ 10~- cm/min.

Beispiel 7

Ein inniges Gemisch (Blend) von Cellulosediester (Propionat/ Acetat) und Weichmacher wurde hergestellt, wie vorstehend beschrieben. Der Celluloseester dieses Beispiels kann allgemein als Cellulosepropionat angesehen werden, da 96$) der Estergruppen Propionat und nur h^> Acetat sind.

Das Gemisch bestand aus hyfa einer Mischung von Cellulosepropionat und 57$ einer Mischung von PolyethyJenglykol eines durchschnittlichen Molekulargewichts von ^00 Daltons und Glycerin eines Molekulax-gewichts von 92 Daltons, so daß die Polyolmischung ein durchschnittliches Molekulargewicht von

130026/0371 .../32

362 Daltons hatte. Die Collulosepropionat-Hohlfäsen» wurden anschließend in einer 0,4$igen wäßrigen Natronlauge bei 5O⁰C entacetyliert. Die intrinsic Naßreißfestigkeit der Hohlfaser, die Wasser-Permeabilität und die Harnstofftransportgeschvriiidig keiten sind in Tabelle I, Spalte H zuspnunengesteilt.

Wie aus Tabelle I zu ersehen, hat die feuchte Cellulosefaser dieses Beispiels eine um das 3>5fache höhere intrinsic Reißfestigkeit wie die Vergleichsfaser. Die Wasser-Permeabilität, ™-, ist das 2,4fache der Vergleichsfaser und die Geschwindigkeit des Harnstofftranrports, K , ist 33 x 1O~ cm/min.

* urea · '

Beispiel 8 j

Es wurde eine Schmelzspinnzusammensetzung durch inniges Ver- ' mischen von h^ Cellulosediacetat und 57$ eines Polyolgemisches, bestehend aus einer Mischung von Polypropylen- j

glykol eines durchschnittlichen Molekulargewichts von 4OO ■

Daltons und Glycerin, so daß das durchschnittliche Molekulargewicht der Polypropylenglykol/Glycerin-Mischung 297 betrug, ]■ hergestellt. Es wurden daraus Cellulosefasern wie beschrieben gemacht, wobei die Entacetylierung mit einer O,4$igen Natronlaugelösung bei 5O⁰C vorgenommen wurde. Die ermittelten Eigenschaften sind in Tabelle I, Spalte I aufgeführt.

Beispiel 9 j

Künstliche Nieren von der Art der von Cordis Dow Corp. unter j

.../33 I

130026/0371 I

304U35

der Bezeichnung C-DAK in den Handel gebrachten künstlichen Nieren wurden hergestellt unter Verwendung von Cellulosefasern, die in technischem Maßstab nach dem Verfahren des Beispiels 5 erhalten worden sind, nämlich unter Verwendung einer Schmelzspinnzusammensetzung, bestehend aus.^3$ Cellulosediacetat und 57$ eines Gemisches von Polyethylenglykol eines Molekulargewichts von 400 Daltons und Glycerin, so daß das Polyolgemisch ein durchschnittliches Molekulargewicht von 362 Daltons hatte. Die Naßreißfestigkeit wurde mit 11 χ 10 a/s Cellulosefaser bestimmt.

Nachdem die Cellulosefasern mit Wasser gespült, mit einer etwa 1Obigen Glycerin/Wasser-Lösung replastiziert und getrocknet worden waren, enthielten sie etwa 20$ Glycerin. Die intrinsic Reißfestigkeit dieser Fasern wurde durch einen einzigen Faser-Brechungs-Test am Instron-Apparat, wie weiter vorn in Verbindung mit der trockenen Celluloseacetatfaser beschrieben, mit folgenden Abwandlungen ermittelt: Ein Faserkabel von 360 Fasern und einem Metex-Länge wurde gewogen, das Glycerin extrahiert und die reine Cellulosefaser gewogen. Das durchschnittliche Molekulargewicht eines 5»08 cm langen Abschnitts wurde dann auf eine 100$ Polymerfaser-Basis berechnet. Die Reißfestigkeitswerte repräsentieren den Durchschnitt von sechs separaten Testen an sechs 5,08 cm langen Fasern aus dem glycerinfreien Faserkabel. Die intrinsic Trockenreißfestig-

130026/0371

304A435

koit betrug 20 χ 10 g/g Cellulosefaser.

2 Eine der künstlichen Nieren, die 1 ,5 m Cellulosefaserflache enthielt, wurdo trocken durch Anwendung von 2,5 MRAD Gammastrahlen sterilisiert. Nach dem Sterilisieren wurde die Niere geöffnet, Faserproben entnommen und dem intrinsic Naßreißfestigkeitstest unterworfen. Es wurde gefunden, daß die Fasern eine durchschnittliche intrinsic Naßreißfestigkeit von 8,6 χ 10 s/s Cellulosefasern hatten. Eine weitere

1,5 m künstliche Niere wurde hergestellt, wobei die Cellulos« fasern, während die N:\ere mit physiologischer ivochsalzlösvng gefüllt wurde, mit 2,5 MRAD Gammastrahlen sterilisiert wurde. Fasern von dieser feucht durch Gammastrahlen ετ-erilisierten

Niere hatten eine intrinsic Naßreä.ßfestigkeit von 5>2 χ 10 s/s Cellulosefasern.

Im Vergleich dazu wurden bei künstlichen Nieren aus der

Produktion bei Cordis Dow Corp., die 1,5 m Cellulosefasern enthielten, welche nach dem Verfahren der US-PS 3 5k6 209 hergestellt worden weccen, in gleicher ¥eise getestet, folgende Worte gefunden:

Intrinsic Trockenreißfestigkeit der Cellulosefaser -

7.5 x ΙΟ** g/g

Intrinsic Naßreißfestigkeit der Cellulosofaser -

1.6 χ 10^2t g/g

Intrinsic Naßreißfestigkeit der Cellulosefaser nach Sterilisieren mit Gammastrahlen in trockenem

130026/0371 '.../35

Zustand - 1,53 x 10 g/g

Intrinsic Naßreißfestigkeit der Cellulosefaser nach Sterilisieren mit Gammastrahlen in feuchtem Zustand (physiologische Kochsalzlösung) 1,28 χ 10⁴ g/g.

Die klinischen Bewertungen von zwei 1,5 m künstlichen Nieren, welche die verbesserten Cellulosefasern nach diesem Beispiel enthielten, wurden an zwei Hämodialyse-Patienten bei einer durchschnittlichen Blutströmuiigsgeschwindigkeit von 200 ml/min« und einer Dialysatströtnangsgeschwindigkeit von 500 ml/min, für Zeiten von 3,5 void. h_t1 Stunden durchgeführt. Dar K-jp^-Wert war

h.m .mm Hg 37°c.

bei 37*0. ^{Der K} _urea"^{Vert war} ^¹'⁶ cra/min. bei

Im Vergleich dazu wurden im Handel erhältliche künstliche

2
Nieren von Cordis Dow, die 1,5m Cellulosefasern, hergestellt nach US-PS 3 546 209, enthielten, bei drei Hämodialyse-Patienten verwendet, wobei durchschnittliche Werte für Κ™νο ^von

_O>89 —~ bei 37°C und ein K -Wert von 29,6 cm/min.

h.m .mm Hg ^urea

bei 37 C erhalten wurde.

Die in diesem Beispiel verwendeten künstlichen Nieren, die wie weiter vorn angegeben von Cordis Dow Corp. in den Handel gebracht werden, sind Vorrichtungen mit einem Paar Blutkammern, die durch eine dazwischen angeordnete Dialysatkammer, die mit

130026/0371 '"^/36

den Blutkainmern einstückig verbunden ist, auf Abstund gehalten werden. Ein Bündel Hohlfasern, normalerweise aus
vielen Tausenden von Einzelfasern bestehend, zum Beispiel 6OOO bis I5OOO Fasern, endigen an ihrer, entgegengesetzten Enden in einen Rohrboden aus Kunststoff, zum Beispiel aus Polyurethan. Die Rohrboden verbinden die Fasern untereinander und schaffen auch einen ringförmigen Teil, der außerhalb des Umfangs der Fasern in dem Bündel liegt. Der Teil dient dazu, die Rohrboden mit den Endabschnitten der Dialysatkammer und den Blutkammern zu verbinden und dadurch die
Blutkamm^rn und die Dialysatkamraer in eine Einheit einzuschließen, mit den Fsosrn in der Dialysatkammer, so daß die Kammern isoliert voneinander in flüssigkeitsdichter Verbindung stehen. Die offenen Enden der Hohlfasern endigen in der Ebene dos Außenendes jedes Rohrbodens und die Durchgänge in den Hohlfasern schaffen Verbindungen zwischen dem Inneren der auf Abstand gehaltenen Blutlcammern·.

.../37 130026/0371

TABELLE I	(A) ■Vergleichsbeispiel Im Handel erhält liche Cellulose- Hohlfaser nach US-PS 3 5k6 209	(B) Beispiel Nr. 1	i	(C) Beispiel Nr. 2	(D) Beispiel Nr. 3	(E) Beispiel Nr. 4
Fasereigens chaft en'	7,2 χ 10^	7,4x10	4 2,0x10	4, 4x10^k	4 2,3x10
(Α) Trockenreißfestig keit der Cellulose- acetatfaser vor der Entacetylierung: g intrinsic Reiß- fop fcigkeit/g Cellu- loseacetat-polymer von einer einzigen Faser in einer 5»08 cm Länge	1,6 χ 1O^	4,2x10**	3,9x1O⁴	3,1x10	5, ixio²*
(B) Naßreißfestigkeit der Cellulosefaser nach der Entacety- lierungig intrinsic Reißfestigkeit/ g Cellulose-polymer von einer einzigen Faser in einer 5»08 cm Probe	etwa -78$	+195$ -	-20$	+222$
(c) Änderung der Faser reißfestigkeit während der Umwand lung von der ge sponnenen Cellulose- acetatfaser in die endgültige semiper meable feuchte Cellulosefaser

O K) CD

Fasereigenschaften	(A) Vergleichsbeispiel Im Handel 'erhält liche Cellulose- Hohlfaser nach US-PS 3 5^6 209	(3) Beispiel Nr. 1	(C) Beispiel Nr. 2	(D) Beispiel Nr. 3	(E) Beispiel Nr. h
(d) Tfasser-Perineabili- tät der fertigen feuchten Cellulose- Hohlfasermembran KyP₁₁= cm²/h/m²/mmHg bei 37°C	1,0-1,2	1,8	2,5	2,1	2,9
(E) Harr*^Α.οίf-Reini gung sgeschwindig- keit (clearance rate) der fertigen feuchten Ceilulose- Hohlfasermembran K = cm/min, bei urea ' 37°C	28-30 χ 10~³	38x10~³	,32x1 O^	32x1O"³	3*fx1O~³

■<JO CD

co O O N> OJ

O CO

TABELLE I Fasereigenschaften	(F) Be.t'.piel Nr« 5	I (G) !Beispiel Nr. 6	(H) Beispiel Nr. 7	(D Beispiel Nr. 8
(Α) Trockenreißfestigkeit der Cellulose- acetatfaser vor der Entacetylierungt g intrinsic Reißfestigkeit/g Cellu- loseacetat-polymer von einer einzi gen Faser in einer 5,08 cm Länge	3,8x10**	3,7x1O⁴	5,7x1O⁴	5,9x1O⁴
(B) Naßreißfestigkeit der Cellulosefa ser nach, der Entacetyliertuig: g intrinsic Reiß±*estigkeit/g Cellu lose-polymer von einer einzigen Faser in einer 5»08 cm Probe	9,2x1O⁴	5,5x1O⁴	5,6x1o⁴	3,6x1O⁴
(c) Änderung der Faserreißfestigkeit während der Umwandlung von der gesponnenen Celluloseacetatfaser in die endgültige semipermeable feuchte Cellulosefaser	+242$	+ 149$	-2%	-39%
(d) Yasser-Permeabilität der fertigen feuchten Cellulose-Hohlfasermembran K₁^₁₁= cm²/h/m²/mmHg bei 37°C	2,5	38,0	2,9	3,5
(E) Harnstoff-Reinigungsgeschwindig keit (clearance rate) der fertigen feuchten Cellulose-Hohlfaser- membran K = cm/min, bei 37°C urea	42x10"³	49x1o"³	33x10~³	4-'!XiO"³

VO I

cn

Claims

29 S25-21

Patentanwälte

Dipl. ing. H. Kauck

Dip!. Piiyy. W. Schmitz

Dipl. !rig. E. Groaiis

Dipl. lug. VV. Wßhnert

Dr. ing. W. Döring

Neuer Wai! 41 2000 Hamburg 36

Cord.ts Dow Corporation 999 Brickell Avenue

Miami, Florida 3313I

25. November 1980

Semipermeable Cellulos3>Hohlfaser, Verfahren zu ihrer Her stellung und Trennvorrichtung mit solchen Fasern

Ansprüche :

Iy Semipermeable Ceilulose-IIohlfaser, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Ultrafiltrationskoeffizienten Ktt^tj von etwa

bis etwa 200 ml/h/m /min Hg; einen Harns toffko effizient en

— 3 —3 /

IC von etwa 15 x 10 bis etwa η 5 χ 10 crn/min. und urea ^ '

eine intrinsic Naßreißfestigkeit von etwa 2 bis etwa 11 g/g Cellulose-Polymer aufweist und erhalten wird durch:

130026/0371

3Q44435

a) Schmelzspinnen einer Cellii.loseester-Hoh.lfaser aus einer Schmelzspinnzusammensetzung, die im wesentlichen aus etwa 35 bis etwa 80 Gew.-^ Celluloseester und dem Rest auf 100 Gew.-^b aus mindestens einem Polyol eines durchschnittlichen Molekulargewichts im Bereich von etwa

106 bis etwa 900 besteht;

b) weitgehendes Hydrolisieren der Celluloseester-Hohlfaser zu einer Cellulose-Hohlfaser;

c) Wiederplastifizieren der Cellulosefaser, während sie noch feucht ist, mit einem wasserlöslichen weitgehend nicht flüchtigen Weichmacher und

d) Trocknen der plastifizierten Paser.
2. Semipermeable Cellulose-Hohlfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Außendurchmesser von etwa 200 bis etwa hOO tun und eine Wanddicke von etwa 12 bis etwa 80 ^iiti hat.
3. Semipermeable Cellulose-Hohlfaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einejr Schmelzspinnzusammensetzung ersponnen ist, die ein Gemisch von PoIypropylenglykol und Glycerin enthält.

J|. Semipermeable Cellulose-Hohlfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekenzelehnet, daß sie aus einer Schmelzspinnzusammensetzung hergestellt ist, deren Celluloseester Cellulose-acetat-propionat einschließt.

130026/0371 .../3

5· Semipermeable Cellulose-IIohlf aser r.ach. Anspruch. 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Schmelzspinnzusammensetzung hergestellt ist, deren Polyol ein Gemisch von Polyethylenglykolen eines durchschnittlichen Molekulargewichts von unter 600 und Polyethylenglykolen eines durchschnittlichen Molekulargewichts von über 900 ist, wobei das Pοlyo!gemisch ein durchschnittliches Molekulargewicht unter etwa 900 hat.

6. Verfahren ^ur Herstellung einer semiperjneablen Cellulose-Hohlfaser einer intrinsic Naßreißfestigkeit im Bereich von etwa 2 bis etwa 11 r^/g polymerer Cellulose, gekennzeichnet durch:

a) Schmelzspinnen einer Celluloseester-Hohlfaser aus einer Schmelzspinnzusammensetzung, welche im wesentlichen aus etwa 35 bis etwa 80 Gew.-^ Celluloseester und den Rest auf 100 Gew.-^ aus mindestens einem Polyol eines durchschnittlichen Molekulargewichts zwischen etwa 106 bis etwa 900 besteht;

b) weitgehendes Hydrolisieren der Cellulosefaser zu einer Cellulose-Hohlfaser;

c) Wiederpiastifizieren der Cellulosefaser während sie noch feucht ist mit einem wasserlöslichen, im wesentlichen nicht flüchtigen Weichmacher und

d) Trocknen der plastifizieren Faser.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

130026/0371 ,.

ein© Schmelzspinniiusammensetziung eingesetzt wird, die etwa 40 bis etwa 505ε Celluloseester enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein Celluloseester eingesetzt wird, der im wesentlichen aus Cellulosediacetat besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß ein Celluloseester eingesetzt wird, der Celluloseacetat-propionat einschließt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß als Polyol mindestens e.lnes aus der Gruppe von Polyethylenglykolen, Polypropylenglykolen und Glycerin eingesetzt wird.

11, Eine Trennvorrichtung zum Hämodialysieren und Hämofiltrieren von Blut mit einem Paar Blutkammern, die durch eine dazwischen angeordnete, mit ihnen einstückige Dialysatkammer voneinander auf Abstand gehalten sind, einem'Bündel Hohlfasern, welches an seinen beiden Enden in je einem Rohrboden endet, die zwischen dei- Dialysatkammer und jeder der beiden Blutkammern dichtend angeordnet und an ihne^ befestigt sind, um die \tammern in flüssigkeitsdichter Verbindung mit den Durchgängen in den Fasern zu trennen, Verbindungen zwischen dem Inneren

/5

130026/0371

der Blutkammern schaffend, wobei die Hohlfasern eine Vielzahl von Hohlfasern nach Anspruch 1 sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfasern eine Vielzahl von HoMfasern nach Anspruch sind.

13· Voxrrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung und die darin befindlichen Hohlfasern infolge Sterilisation der Vorrichtung mit Gammastrahlen steril sind, und die sterilisierten Hohlfasern eine

4 intrinsic Naßreißfestigkeit im Bereich von «twa 5x1°

4 ,
bis 9 x 10 g/g Cellulosefasern aufweisen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfasern in der Vorrichtung mit Gammastrahlen als trockene wiederplastifizierte Cellulosefasern, die etwa 20$ Glycerin enthalten, sterilisiert wurden und die sterilisierten Pasern eine intrinsic Naßreißfestigkeit

4
von etwa 9 x 10 g/g Cellulosefasern aufweisen.

15. Trennvorrichtung nach Anspruch I3» dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfasern in der Vorrichtung mit Gammastrahlen sterilisiert worden sind, während die Pasern mit einer physiologischen Kochsalzlösung befeuchtet waren, und die sterilisierten Pasern eine intrinsic Naßreißfestigkeit
4
von etwa 5 x 10 g/g Cellulosefasern aufweisen.

130026/0371 "*l^e