Membran für die Blutdetoxifikation, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung
Die Erfindung betrifft Membranen für die Hamodialyse, Hämofiltration und/oder Plasmapherese aus substituiertem oder unsubstituiertem Cellulosecarbamat mit einem Carbamat-Stickstoffgehalt im Bereich von 0,1 bis 6 %. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Membranen sowie deren Ver- Wendung zur Blutdetoxifikation im Rahmen der Ultrafiltration, der High-Flux-Dialyse, der Hä odiafiltration und der Plasmapherese des Blutes .
Zur Entgiftung des Blutes bei Nierenversagen durch Dialyse und Ultrafiltration ist die Behandlung mit künstlichen Nieren auf Basis von Polymermembranen ein eingeführtes und bewährtes medizinisches Behandlungsverfahren. Bekannt sind künstliche Nieren mit Flachmembranen, mit Schlauchmembranen und mit Hohlmerribra- nen. Letztere werden auch als Hohlfäden oder Hohlfa-
denmembranen bezeichnet. U.a. wegen des geringen Blutauffüllvolumens bevorzugt angewandt werden künstliche Nieren mit Hohlmembranen, auch Hohlfaserdialy- satoren genannt. Behandlungsverfahren sind je nach Membrandurchlassfähigkeit und Blutentgiftungserfordernis unter anderen die Dialyse, die Ultrafiltration des Blutes, auch Hä ofiltration, die High-Flux-Dialyse und die Hämodiafiltration oder auch die Plasmaseparation oder Plasmapherese. Jede von ihnen stellen besondere Anforderungen an die Eigenschaften der Bestandteile der Stofftrennapparate sowie ihre Konstruktion und Geometrie, insbesondere an die Membranen.
Hauptbestandteil der künstlichen Nieren und Blutentgiftungsapparate - hier kurz als künstliche Nieren bezeichnet - sind die Polymermembranen. Sie trennen Blut von Dialysat und/oder Ultrafiltrat und durch sie hindurch findet der Stofftransport der harnpflichti- gen Substanzen aus dem Blut heraus statt. Ihre Eigenschaften hinsichtlich Stofftransport und Hämokompati- bilität bestimmen die Leistungsfähigkeit der künstlichen Nieren. Treibende Kräfte des Stofftransportes sind die trans embrane Druckdifferenz und/oder die Konzentrationsdifferenz.
Als Polymerwerkstoffe finden für die Herstellung von Polymermembranen für die künstliche Niere sowohl synthetische als auch natürliche Polymere oder ihre De- rivate Anwendung, so z.B. Polysulfone, Polyamide oder
Polyacrylnitril einerseits als auch Regeneratcellulose oder Celluloseacetat andererseits.
Bevorzugtes, ältestes und bewährtestes polymeres Membranmaterial ist die Regeneratcellulose. Membranen aus Regeneratcellulose können genau so wie syntheti-
sehe Polymermembranen nach ganz unterschiedlichen eigenständigen Verfahren hergestellt werden, z.B. nach dem Cuoxamverfahren (DE 23 28 853) , nach dem Viskoseverfahren (DD 30 17 49) oder dem A in-Oxid-Verfahren (EP 0 807 460) . Jede dieser Vorgehensweisen erfordern eigenständige technische Lösungen, um Membrantransport und Hämokompatibilität hinsichtlich der medizinischen Anforderungen zu gewährleisten. Dies trifft auch auf Cellulosederivate zu, z.B. für das Cellulo- seacetat, die zumeist vor Ihrer Anwendung zu Regeneratcellulose zersetzt werden (US 3,546,209).
Während der Stofftransport durch die besondere Hohl- raumstruktur und die Hohlraumverteilung sowie die Hydrophilie der Membranenmaterialien bestimmt wird, hängt die Hämokompatibilität, d.h. z.B. die Komplementaktivierung und/oder die Thrombogenität und damit das Adsorbtionsvermögen für Kδrperproteine zusätzlich von der chemischen Struktur des Polymermaterials und ihrer Verteilung ab. Diese Vorgänge sind ggf. für die
Verträglichkeit beim Patienten verantwortlich und vielfach noch in Diskussion.
Alle künstlichen Polymermembranen stellen körperfrem- de Substanzen dar und es gibt eine Reihe von Ansätzen, die Erkennungsmuster für Fremdsubstanzen im Körper durch hohe Hydrophilie, durch hohe Hydrophobie, durch eine Kombination von beidem und/oder durch bestimmte Gruppierungen, die am membranbildenden Grund- polymer gebunden, oder auch durch Zumischungen zum
Grundpolymer oder durch Oberflächenreaktionen und oder Beschichtungen an der blutbenetzten Seite des Polymers eingebracht werden.
Membranmaterialien aus Regeneratcellulose sind durch eine relativ hohe Komplementaktivierung gekennzeich-
net (D.E. Chenoweth, Artificial Organs 8(3) (1984) 281; DE 34 30 503) . Andererseits ist Cellulose von Natur aus hydrophil und nicht so sehr wie viele synthetische Materialien durch Thrombogenität gekenn- zeichnet. Zurückgedrängt wurden vor allem die Komplementaktivierung durch z.B. eine ganze Reihe von Zusätzen, so z.B. von DEAE-Cellulose beim Cuoxamverfahren (DE 34 30 503) oder z.B. Cellulosesul atnatrium u.a. beim Viskoseverfahren (DD 299 070) . Die Herstel- lung solcher Substanzen und deren Verarbeitung zu den eigenschaftsveränderten Membranmaterialien sind aufwändig und teuer. Es wäre somit besser, direktver- formbare Cellulosesubstanzen einzusetzen, die sofort zum blutverträglichen Material führen. Weiterhin ist es aufwändig und teuer durch bestimmte Zusätze, wie z.B. beim Viskoseverfahren (DD 300 037) die Transportporosität des Membranmaterials zu verbessern und im gewünschten Maße zu steuern. Auch hier wäre es besser ein Cellulosematerial zu verwenden, das diese Eigenschaften mitbringt, über den Prozess direkt steuerbar ist und somit die Jahrzehnte währende, gute Erfahrung bei Einsatz der Cellulose als Membranmaterial mit der künstlichen Niere am Patienten auf einfache Weise fortsetzt.
Ein weiteres an Bedeutung gewinnendes Cellulose- Material ist Cellulosecarbamat . Das Carbamatverfahren ist zwar für textile Zwecke bekannt [Ekman, K. , Eklund, V., Fors, J. Huttunen, J. 1., Selin, J-F. and Turunen, 0. T. : "Cellulose Carbamatet" 1986, New
York, Edt. Young, R. A. and Rowell, R. M.. Cellulose: Structure, Modifikation and Hydrolysis. S. 131-148; M. Brück, M. Voges, H.-P. Fink,' J. Gensrich, F. Her- manutz und F. Gähr: uDer CARBACELL® Prozess, eine um- weitfreundliche Alternative zur Herstellung cellulo- sischer Regeneratfasern", Vortrag M. Voges auf der
ZELLCHEMING Hauptversammlung vom 25. - 28. Juni 2001 in Baden-Baden (Tagungsband) , aber die Herstellung von Blutentgiftungsmembranen ist bislang aus dem Stand der Technik nicht bekannt.
Es ist bislang lediglich bekannt, dass Derivate des Cellulosecarbamates, z.B. in LiCl/DMAc oder NMP/LiCl und ähnlichen Systemen synthetisiert und aus solchen Systemen verformt (Diamantouglou, M. Platz, J, Vien- ken, J. : Artificial Organs'V23, Issue 1,'January 1999, 15-22) oder als Beschichtungsmaterial (US 5,360,636) benutzt werden können und so die Hämokompatibilität dann verbessern, wenn eine ganz bestimmte geringe Konzentration in der Größenordnung des Durch- schnittssubstitutionsgrades von etwa 0,1 beim Blutkontakt wirksam wird. Doch in beiden Fällen gibt es den zu bemängelnden hohen Aufwand bei ihrer gesonderten Herstellung und spezifischen Behandlung. Eine Steuerung der Porosität durch Verformung oder Be- Schichtung ist diesen Druckschriften nicht zu entnehmen. Die Membraneigenschaften beziehen sich somit weitgehend auf das Basispolymer für den Membranpro- zess und schränken diese z.B. bei einer Beschichtung bekanntermaßen ein.
Ausgehend von diesem Stand der Technik war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Membranen bereitzustellen, deren Transportporosität und Hämokompatibilität durch das Herstellungsverfahren gesteuert bzw. ver- bessert werden können.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Membran mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. In Anspruch 27 wird eine erfindungsgemäße Verwendung der Membranen angegeben. Die weiteren ab-
hängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf .
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von Membranen für die Hamodialyse, Hämofiltration und/oder Plasmapherese mit folgenden Schritten bereitgestellt :
a) Auflösung von Cellulosecarbamat mit einem Carba- matstickstoffgehalt von 1 bis 6 % in Natronlauge mit anschließender Formgebung in Form einer Membran,
b) Koagulation mit sauren oder alkalischen Lösungen,
c) Waschen der Membran,
d) Nachbehandlung der Membran unter Zusatz eines porenbewahrenden Präparationsmittels, das in die Poren der Membran eindringt,
e) Trocknung der Membran.
Es konnte überraschenderweise gezeigt werden, dass durch die Verwendung von Cellulosecarbamat sowohl die Steuerung der Transportporosität als auch eine gute Hämokompatibilität erreicht werden kann, und zwar wenn die Membranen und Hohlmembranen unter bestimmten Bedingungen aus wässrig alkalischen Polymerlösungen des unsubstituierten Cellulosecarbamats durch direkte Verformung nach dem Carbamatverf hren hergestellt werden.
Unmodifiziertes Cellulosecarbamat lässt sich sowohl nach den im Stand der Technik beschriebenen Carba- matprozessen als auch beliebigen anderen Carbamatver-
fahren leicht herstellen (vgl. z.B. DE 100 40 341, DE 196 35 473, DE 196 35 707, DE 102 53 672, DE 102 23 171, DE 102 23 174). Membranen können dann nach dem Carbamatverfahren direkt erzeugt werden, indem man Cellulosecarbamat mit einem Durchschnittspolymerisationsgrad DP von 180 bis über 500, vorzugsweise DP=200 bis 400, mit einem Substitutionsgrad DS von 0, 1 bis 0,6, vorzugsweise solche mit einem DS von 0,2 bis 0, 5 in einer Konzentration von 5 bis 12 %, vor- zugsweise 6 bis 9 % in wässriger Natronlauge von 4 bis 12, vorzugsweise 5 bis 8 % löst, filtriert und entlüftet und dann direkt nach Auspressen durch Hohl- kerndüsen und Zudosieren eines lumenstabilisierenden Mediums in saure oder alkalische Fällbäder vorwiegend mit Salzzusatz koaguliert und auf übliche Weise wäscht und nachbehandelt, unter Zusatz von Porenbe- wahrern präpariert und trocknet . Es können auch Zersetzungsstufen in den Prozess integriert werden, um damit Transportporosität und Hämokompatibilität zu justieren. Auch der Einsatz von lösungsvermittelnden Zusätzen bei der Auflösung des Cellulosecarbamates, wie Zinkoxid und/oder Harnstoff ist möglich, aber nicht die bevorzugte Vorgehensweise, da diese Substanzen im Prozessgeschehen wieder entfernt werden sollten.
Bei der Hohlmembranbildung ist es vorteilhaft. Gase als lumenstabilisierende Medien einzusetzen, die dann vor dem Einsatz in der künstlichen Niere nicht mehr aufwändig entfernt werden müssen, wie das z.B. beim Cuoxa verfahren, das flüssige Fettsäureester als Lumenfüller bei der Herstellung einsetzt, der Fall ist. Der Carbamatsverformungsprozess ist besonders geeignet, solche inerten gasförmigen Lumenfüller wie z.B. Stickstoff oder Luft einzusetzen und z.B. mit Druckregulierungssystemen zu dosieren, um stabile Dimensi-
onen einzustellen. Auch ein Gemisch mit reaktiven Gasen kann benutzt werden das u.U. die lumenseitige Stabilität oder Strukturierung fördert. Nichtsdestotrotz ist es natürlich auch möglich, inerte oder re- aktive flüssige Lumenfüller bei der Hohlmembranherstellung nach dem Carbamatverfahren einzusetzen z.B. Fettsäureester und diese dann durch geeignete Lösungsmittel, z.B. Ethanol , aus den Hohlmembranen zu entfernen. Diese Vorgehensweise vereinfacht das Ein- halten stabiler Dimensionen durch Zwangsdosierung z.B. mit Zahnradpumpen. Als flüssiger Lumenfüller bietet sich bevorzugt Onicetan an.
Flachmembranen sind ebenfalls zugänglich. Sie können auf die übliche Weise durch Ausziehen der Polymerlösungen aus Cellulosecarbamat mit Hilfe von Schlitz- ■ oder Ringschlitzdüsen und deren einseitiger und/oder beidseitiger Koagulation, Aufbringen der Carbamatlö- sung auf rotierende Endlosbänder z.B. aus Edelstahl oder einfach durch Aufziehen mit Kalibrierungsrackeln z.B. auf Glasflächen usw. und ähnlichen Vorrichtungen mit nachfolgendem Koagulieren und/oder Zersetzen und/oder Teilzersetzung, Waschen, Nachbehandeln einschließlich Präparieren und Trocknen, wie im Prinzip beim'Hohlmembranherstellungsprozess angewandt.
Nach der Formgebung der Lösung in Form von Hohlmembranen oder Membranen folgt die Koagulation in wäss- rigen Lösungen von Säuren und/oder anorganischen Sal- zen, sauren oder alkalischen Salzlösungen, ggf. die vollständige oder vor allem die Teilzersetzung in alkalischen Salzlösungen, die Wäsche, die Präparierung unter Einsatz von Porenbewahrern und die Trocknung, sowohl relaxierend oder spannungslos, einseitig in der Schrumpfung behindert oder beidseitig nach allgemein bekannten Verfahren der Kontakt-, Strahlungs-
oder Konvektionstrocknung im bewegten und temperierten Gasen. Auch die Koagulation in organischen, z.B. alkoholischen Fällbädern ist möglich.
Die bevorzugte Membranbildung ist die Hohlmembranbildung. Sie erfolgt in Art und Weise einer kontinuierlichen Nassverformungstrecke mit umlaufenden Koagula- tions-, Zersetzungs- , Säuerungs-, Wasch- und Nachbehandlungsbädern ähnlich der Fadenbildung in einem Kontinuespinnprozess bei textilen Man made Fasern, z. B. beim Viskosespinnprozess . Die Formgebung, in der Regel in einem Senkrechtspinnbad von unten nach oben, findet durch geregeltes Auspressen der Cellulo- secarbamatspinnlδsung durch Hohlkerndüsen in geeigne- te Koagulationsbäder mit definiertem Zudosieren von lumenfüllenden und -stabilisierenden Medien statt, wobei der entstehende sich verfestigende Hohlfaden definiert abgezogen und durch alle Stufen des Prozesses z. B. auch in Streck- und Relaxationsschritten bis zur Trocknung definiert transportiert wird. Dem Sinne nach laufen auch die anderen Membranbildungs- prozesse nach dem gleichen Grundschema ab.
Als saure Fällbäder haben sich solche aus Schwefel- säure mit einer Konzentration von 1 bis 250 g/1, vorzugsweise 30 bis 140 g/1, und einem Gehalt an Salzen von 0 bis 350 g/1, vorzugsweise 80 bis 280 g/1 als geeignet erwiesen, wobei diese Salze vorzugsweise aus dem Bereich der Alkalisalze wie z.B. Natriumsulfat, Natriumcarbonat oder auch Ammoniumsulfat kommen. Aber auch andere Säure/Salzkombinationen, wie essigsaures Natriumacetat oder die nahezu salzfreien Säuren allein und auch säurefreie Salzbäder oder lösliche Salze z.B. des Zinks und Aluminiums mit entsprechenden Säuren sind geeignet, Alkalische Fällbäder können eine andere Art der Fällung bewirken, wenn sie mit Sal-
zen wie z.B. Natriumsulfat oder Natriumcarbonat begleitet sind; bevorzugt sind natronalkalische Bäder. Die Fällbadtemperaturen bewegen sich in einem Bereich von -5° C bis etwa 50° C, vorzugsweise zwischen 5 und 30° C.
Vorzugsweise erfolgt nach der Koagulation in einem weiteren Schritt eine zumindest teilweise Zersetzung der Membran. Dies kann mittels eines alkalischen Zer- setzungsbades, durch isometrische Zersetzung, durch Zersetzung mit Teilrelaxation oder durch Zersetzung durch AusSchrumpfung durchgeführt werden.
Zersetzungsbäder sind alkalische Bäder unterschiedli- eher Zusammensetzung und Temperatur. So sind Natronlaugen zwischen 0,1 bis 80 g/1 zusammen mit Salzgehalten an z.B. 0 bis 250 g/1 Natriumsulfat geeignet, aber auch Natriumcarbonat allein bewirkt eine Zersetzung. Bevorzugte Zersetzungsbäder sind solche, die 1 bis 60 g/1 Natronlauge und 50 bis 170 g/1 Natriumsulfat enthalten bei Anwendungstemperaturen von 20 bis 105° C, vorzugsweise 30 bis 100° C . Laugekonzentration, Temperatur, Salzgehalt des Zersetzungsbades und Behandlungszeit des Fadens damit bestimmen die Zersetzungsgeschwindigkeit und den Zersetzungsgrad des Cellulosecarbamathohlfadens . Der Zersetzungsgrad kann erforderlichenfalls bis zur Regeneratcellulose mit einem Carbamatstickstoffgehalt unter 0,3 % geführt werden. Eine für den Stofftransport vorteilhafte Ausgestaltung ist die relaxierende Zersetzung im kontinuierlichen und diskontinuierlichen Prozess, wobei die Relaxation bis zum vollständigen Ausschrumpfen gehen kann. Im kontinuierlichen Prozess betragen die Relaxationen üblicherweise 0,1 bis 10 %, vorzugsweise 1 bis 5 %.
Ein wichtiger Schritt in der Membranbildung von Flach-, Schlauch und Hohlmembranen ist die intensive Wäsche der gebildeten Membranen entweder nach der Koagulation direkt oder nach einer zwischengeschalteten Zersetzungsstufe, der u. U, eine Säuerung mit z.B. verdünnter Schwefelsäure folgt. In der Wäsche werden alle Stoffe, die zum Lösen und Verformen beim Carba- matprozess notwendig sind, aus dem Polymerkörper entfernt. Auf diese Weise verbleiben prozessuale Hilfs- Stoffe nicht in den Membranen und gelangen damit auch nicht zum Patienten. Bewährt ist eine Wäsche mit destilliertem u./o. demineralisiertem über Reversosmosemembranen gereinigtem Wasser bei erhöhten Temperaturen bis etwa 80° C, vorzugsweise solche von 30 bis 60° C.
Als porenbewahrende Präparationsmittel kommen vor allem solche in wässriger und/oder alkoholischer Lösung in Frage, welche in die initialfeuchte Porosität der Membranformkörper einzudringen vermögen. U. a. als geeignet haben sich erwiesen z.B. Glycerin, und oder Sorbitol oder auch niedermolekulare Ethylenglykole oder Polyethylenglykole oder Stoffe aus der Gruppe der Zuckeralkohole oder Ihre Mischungen. Bevorzugt sind aber wässrige oder ethanolische Mischungen mit Glycerin und oder mit Glycerin und Sorbitol. Solche Porenbewahrer verbleiben bei der Fertigung der Membrantrennapparate, z. B. künstlichen Nieren, in der Membran und werden erst bei der einsatzvorbereitenden Spülung der Membranen, in der sie z.B. mit physiologischer Kochsalzlösung entfernt und die Membranen dabei gleichzeitig aufgequollen werden. Sie haben die Aufgabe, die Transportporosität der Membranen zugänglich zu machen und durchlässig zu halten für die harnpflichtigen Stoffe aus dem Blut. Die Menge und die Art an Porenbewahrern, die in den Membranen bei
der Trocknung verbleiben, bestimmen den Grad der Wie- deraufquellbarkeit der Membranstruktur und damit die Transportkapazität. Es haben sich Konzentrationsmittelmengen in Konzentrationen bis ca. 40 % bezogen auf Cellulose bzw. Cellulosecarbamat als geeignet erwiesen, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20 %. Eine übliche Zusammensetzung eines Präparationsmittels besteht in einer wässrigen Lösung von 2,5 % Glycerin, 2,5 % Sorbitol und 2,5 % Polyethylenglykol (PEG) der Molmasse 600.
Getrocknet wird weitgehend spannungslos bei relativ niedrigen Temperaturen von etwa 20 bis 50° C, es sind aber durchaus auch Temperaturen außerhalb dieses Be- reiches möglich. Bei hohen Temperaturen kann auch die Struktur und/oder die Porosität stärker fixiert und wenn erforderlich in der Porosität eingeschränkt werden. Auch isometrische oder teilrelaxierende Trocknung ist möglich. Mit der Art der Trocknung kann Ein- fluss genommen werden auf die Transportporosität. Hohe Relaxation und niedrige Temperaturen intensivieren den transmembranen Stofftransport . Der Grad der Relaxation kann Werte von 0,2 bis 8 % annehmen. Vollständiges Ausschrumpfen ist abhängig von den Trocknungs- bedingungen und ist anzustreben.
Die Hohlmembranen nach dem Carbamatverfahren können in einem weiten Abmessungsbereich von einem Gesamt- durchmesser von 180 bis 500 μm hergestellt werden. Auch Abmessungen darüber hinaus sind möglich. Solche
Abmessungen sind aber kaum in künstlichen Nieren gebräuchlich. Bevorzugte Abmessungen sind solche mit einem Außendurchmesser von 220 bis 300 μm mit Wandstärken von 5 bis 25 μm. Auch Flach- und Schlauch- membranen sind mit unterschiedlichen Abmessungen bis hin zu mehreren hundert μm nach dem Carbamatverfahren
zugänglich. Bevorzugte Membranstärken für die Blutde- toxikation sind solche mit einer Wandstärke von 10 bis 200 μ , insbesondere von 10 bis 80 μm.
Die Erfindung soll an folgenden Beispielen erläutert und weiter beschrieben werden.
Die Bestimmung der analytischen Daten der Spinnlösungen und Behandlungsbäder verläuft üblicherweise nach den für den Viskosespinnprozess bekannten Methoden
(s. z.B. K. Götze: Chemiefasern nach dem Viskoseverfahren, Berlin/Heidelberg/New York: Springer-Verlag 1967) . Die Reife der Cellulosecarbamatspinnlösungen kann in Abwandlung der bei Viskose üblichen Verfah- rensweise nach Hottenroth durch titrieren der unverdünnten CC-Spinnlδsung mit einer wässrigen Natrium- hydrogencarbonatlösung erfolgen. Für die Bestimmung der Stofftrenndaten der Membranen für Dialyse und Ultrafiltration wurden wässrige Lösungen von Modell- Substanzen steigender Molmasse wie Harnstoff und in der Molmasse definierte Polyethylenglykole (PEG) eingesetzt. Diese Methoden für den Einsatz mit Prü dia- lysatoren und die geeigneten Molmassen der Prüfsubstanzen sind beschrieben und werden hier nicht noch einmal wiederholt [Gensrich, J.; Scholz C, Holtz, M. Müller, K. und Paul, D. : Hohlmembranen nach dem Viskoseverfahren - vergleichende Charakterisierung, 3. Fachtagung "Theorie und Praxis der Membrantrennprozesse", 25. - 26. Oktober 1988; Tagungsband: Wissen- schaffliehe Beiträge der Ingenieurhochschule Kδthen 4 (1988), 88-108]. Die Stofftrenneigenschaften von Flach- und Schlauchmembranen sind nach den gleichen Prinzipien in einer Druck- oder in einer Zweizelle- napparature zugänglich. Die Komplementaktivierung an Hand des Faktors C3a des Arg-ELISA wurde nach der En- zymimmunoassaymethode bestimmt und die erhaltenen
Werte mit denen an Regeneratcellulose (Membranen nach dem Cuoxamverfahren) prozentual verglichen (Die Mess- werte für Regeneratcellulose nach dem Cuoxamverfahren werden gleich 100 % gesetzt) .
Beispiel 1 :
In einem gekühlten Rührkessel wurde bei 0° C aus einem Cellulosecarbamat (CC) mit einem Carba- matstickstoffgehalt (N) von 2,9 % und einem DPcuoxam von 280 eine Polymerlόsung in wässriger Natronlauge hergestellt, so dass eine Zusammensetzung von 8,4 % Cellulosecarbamat und 7,3 % NaOH entstand, die nach für Polymerlδsungen üblicher Filtration und Vakuum- entlüftung sowie einer für Carbamatlösungen in alkalischen Medien typischen zeit- und temperaturabhängigen, stickstoffabbauenden Abreife eine Reife von 14°H (Grad Hottenroth, in Anlehnung an die Viskosereife benannt) besaß. Diese so genannte Spinnlösung (CL) wurde durch Ausziehen mit einem Wasaglineal mit einer
Spaltstärke von 0,3 mm 4 Membranen (M) auf einer Glasplatte ausgezogen und Membran 1 mit einer wässri- gen Ammoniumsulfatlösung von 264 g/1 ausgefällt, Membran 2 mit einem wässrigen Bad, bestehend aus 80 g/1 Schwefelsäure und 140 g/1 Natriumsulfat, Membran 3 mit einem wässrigen Fällbad aus 20 g/1 Essigsaure und die vierte Membran mit einem wässrigen Fällbad von 5g/l Natronlauge und 100 g/1 Natriumsulfat bei Zimmertemperatur koaguliert. Alle diese Memb- ranen wurden einheitlich nachbehandelt: Membranzersetzung in einem wässrigen Natriumcarbonatbad von 50g/l bei 60° C auf einen Carbamatstickstoffgehalt von 1,5 % zersetzt, mit entionisiertem Wasser gewaschen zur reinen Cellulosecarbamatmembran gewaschen und initialfeucht in einer Druckapparatur eingespannt und durch Beaufschlagung mit einem Druck von 500 Torr
die reine Wasserdurchlässigkeit (PWP) gemessen. Ein Satz gleicher Membranen M5 bis M8 wurde nach gleicher Herstellung wie M 1 bis M4 in eine 10%ige wässrige Glycerinlösung eingelegt und bei 30° C an der Luft getrocknet. M5 bis M8 erfuhren vor der PWP-Bestimmung ein Freiwaschen von. Glycerin mit destilliertem Wasser. Folgende PWP-Werte in ml/Stunde pro m2 und pro kPa wurden gemessen:
Die Membranen M6 verursachen nach Spülung mit physiologischer Kochsalzlösung bei einem Carbamatstick- stoffgehalt von 1,5 % eine Komplementaktivierung von 61 %.
Beispiel 2 :
Aus der gleichen Lösung wie in Beispiel 1 wurde nach Verdünnen der Spinnlösung mit 7,3 prozentiger wässri- ger Natronlauge auf 7,3 % CC-Gehalt in definierter kontinuierlicher Fahrweise durch Auspressen dieser Lösung mittels üblicher Zahnradpumpen mit einer Reife von 19° H und einer Viskosität von 3 Pas durch eine Hohlkerndüse (Außendurchmesser des Ringspaltes 540 μm, Schlitzbreite 120 μm) in ein wässriges Fällbad von 80 g/1 Schwefelsäure und 260 g/1 Ammoniumsulfat
von 16° C gepresst, mit einem Innenüberdruck über dem hydrostatischen Druck des Senkrechtf llbades aus Stickstoff durch die Hohlkerndüse in das Lumen beaufschlagt, so dass nach allen Behandlungsstufen die Hohlmembranen im getrockneten Zustand einen Innendurchmesser von 223 μm und eine Wandstärke von 12,4 μm besaßen. Die Behandlungsstufen bestanden nach dem Koagulieren im Senkrechtspinnbad von untern nach o- ben, ' dem Verziehen zwischen Düse und Galette 1 und dem Recken an der Luft von 40 % zwischen den Galetten 1 und 2, dem Zersetzen in einem Bad von 20 g/1 Natronlauge und 110 g/1 Natriumsulfat von 97° C auf Galette 2, dem Waschen dieses Hohlfadens mit verdünnter Schwefelsäure und entionisiertem Wasser auf Waschwal- zen, seinem Präparieren mit einer wässrigen Lösung von jeweils 2,5 % Glycerin, Sorbitol und PEG 600 und seinem isometrischen Trocknen bei 50° C. In der Zersetzungsstufe wird der Hohlfaden um 1,5 %• relaxiert. Die Hohlmembran besaßen nach Einbettung in einen Prüfdialysator, Aufquellen der Fasern mit Wasser und dem Freispülen von den Präparationsmittel folgende Leistungsdaten gegenüber wässrigen Lösungen von Prüf- substanzen: Permeabilitätskoeffizient für Harnstoff PUrea*10"3=34 cm/min; eine PWP für Wasser von 47 ml/h*m2*kPa und einen Cut offPEG von 13000 Dalton. Die Hohlmembranen besitzen nach Spülung mit physiologischer Kochsalzlösung bei einem Carbamatstickstoffgehalt von 0,5 % eine Komplementaktivierung von 52 %.
Beispiel 3 :
Die Hohlmembranen, hergestellt nach Beispiel 2, ergeben ohne Zersetzungsstufe folgende Werte:
Spinnreife [°H] : 14
Innendurchmesser [μm] : 211
Wandstärke [μm] : 12 , 4
N [%] : 1 , 5
PWP [ml/h*m *kPa] : 48
Pure [cm/min] : 39
PPEGI383 [cm/min] : 3 , 2
Selektivität für PEG 6110 [%] : 67
Beispiel 4 :
Aus einer unverdünnten Spinnlösung nach Beispiel 1 wurden in gleicher Fahrweise wie in Beispiel 2 aber mit einer Zersetzungsbadtemperatur von 82° C Hohl- membranen erzeugt mit folgenden Eigenschaften:
Spinnreife [ °H] : 11 , 4
Innendurchmesser [μm] : 223
Wandstärke [μm] : 11 , 4
N [%] : 0 , 8 PWP [ml/h*m2 *kPa] : 45 , 6
Purea [cm/min] : 30 , 3
Selektivität für PEG 6110 [%] : 71
Beispiel 5
Aus einem CC mit einem N von 3,4 % und einem DP von 296 wurde auf dem Wege von Beispiel 1 eine Spinnlösung hergestellt mit einem CC-Gehalt von 7,5 % und einem Alkaligehalt von 8,0 %. Sie wurde in einem wässrigen Fällbad von 79 g/1 Schwefelsäure, 264 g/1
Ammoniumsulfat und 33 g/1 Natriumsulfat bei 36° C und einem Reckbad von 34° C, bestehend aus 98 g/1 Schwefelsäure, 11 g/1 Natriumsulfat und 7 g/1 Ammoniumsulfat, bei einer Reckung von 5 % und einem Düseverzug von 1,42 auf dem Wege nach Beispiel 2, aber ohne Zer-
setzungsbad, zu Hohlmembranen verformt und die Eigenschaften bestimmt :
Spinnreife [°H] : 6,5 Innendurchmesser [μm] : 301
Wandstärke [μm] : 26,6
N [%] : 0,77 (Durchschnittssubstitutionsgrad DS ca. 0,1) PWP [ml/h*m2*kPa] : 76 Purea [cm/min] : 19,6
PPEGI383 [cm/min] : 3,3
Selektivität für PEG 6110 [%] : 46
Diese Hohlmembranen lösten eine Komplementaktivierung von 46 % aus. Sie ließen sich einwandfrei mittels physiologischer Kochsalzlösung vom eingesetzten Humanblut freispülen.
Beispiel 6
Eine Spinnlösung, hergestellt nach dem Vorgehen gemäß Beispiel 1 aus einem CC (N = 2,8 %) mit einem DP von 290, wurden mit der Zusammensetzung 9,1 % CC und 7,2 % Natronlauge wie in Beispiel 2 beschrieben bei einer Reife von 11,9 OH in einem wässrigen Fällbad von 105 g/1 Schwefelsäure und 140 g/1 Natriumsulfat mit 15° C und einem wässrigen Zersetzungsbad von 16 g/1 Natronlauge und 76 g/1 Natriumsulfat mit 59° C (Faser 1) bzw. 82° C (Faser 2) Hohlfasern mit folgenden Eigen- Schäften erzeugt:
Hohlfaser 1 2
Innendurchmesser [μm] : 225 222
Wandstärke [μm] : 13 , 3 14 , 2
N [%] : 1 , 5 1 , 2
PWP [ml/h*m2*kPa] : 22 26
Purea [cm/min] : 2 1 , 5 26 , 0
Selektivität für PEG 6110 [%] : 74 75
Beispiel 7 :
Zur Herstellung einer Spinnlösung (CC = 8,4 %; NaOH = 7,3 %) wurde auf ein CC mit N = 2,9 Und DP = 286 zurückgegriffen, das wie in Beispiel 1 beschrieben gelöst wurde. Zu Hohlfäden versponnen wurde diese Lδ- sung bei einer Reife von 15 °H wie in Beispiel 2 beschrieben, aber mit einem Fällbad von 80 g/1 Schwefelsäure, 262 g/1 Ammoniumsulfat mit 17° C und einem Zersetzungsbad von 19 g/1 Natronlauge und 108 g/1 Natriumsulfat mit 81° C mit einer Reckung von 60 % bei einem Endabzug von 20,1 m/min. Die Hohlmembranen besaßen folgende Eigenschaften:
Innendurchmesser [μm] : 210
Wandstärke [μm] : 10,3 N [%] : 0 , 7
PWP [ml/h*m2 *kPa] : 34
Purea [cm/min] : 36 , 5
Selektivität für PEG 6110 [%] : 79
Beispiel 8 :
Hohlfäden wurden wie in Beispiel 7 beschrieben hergestellt mit dem Unterschied, dass die Reife 10 °H, die Reckung 40 % und der Endabzug 26,5 m/min betrug. Die Hohlmembranen hatten folgende Eigenschaften:
Innendurchmesser [μm] : 200
Wandstärke [μm] : 8,3
N [%] : 0,8 PWP [ml/h*m2*kPa] : 50,2
Purea [cm/min]: 36,0
Selektivität für PEG 6110 [%] : 74,8
Beispiel 9:
Aus einem weiteren CC mit einem DP von 212 und einem N-Gehalt von 2,6 % wurde eine wässrigalkalische Spinnlösung nach dem Vorgehen in Beispiel 1 erzeugt, die eine Zusammensetzung von 8,4 % Cellulose und 7,3 % Alkali hatte. Die Ausbildung von zwei Hohlmembranen daraus erfolgte durch Fällung in ein saures Fällbad (79 g/1 Schwefelsäure; 330 g/1 Ammoniumsulfat) und Teilzersetzen in einem wässrigen Zersetzungsbad von 95 °C, bestehend aus 21 g/1 Natronlauge und 110 g/1 Natriumsulfat, nach dem Ablauf in Beispiel 2. Es wur- den drei unterschiedliche Hohlfasern hergestellt . Eine Teilmenge der Hohlfaser 2 wurde nach der Präparierung als Hohlfaser 3 initialfeucht auf eine Haspel als Schar aufgenommen, vollständig entspannt und bei Zimmertemperatur ohne Spannung frei schrumpfend ge- trocknet. Die differierenden Versuchsbedingungen und die erzielten Eigenschaften sind die Folgenden:
Hohlfaser 1 2 3
Fällbadtemperatur [C°] 15 30 30 Reife [°H] : 15 15 15
Innendurchmesser [μm] : 223 227 230
Wandstärke [μm] : 11,4 12,4 13,1
N ['%] : 0,8 0,9 0,8
PWP [ml/h*m2 *kPa] : 100,2 56,6 89,3 PUrea [cm/min] : 20,4 30,3 36,0
Selektivität für
PEG 6110 [%] : 46 , 6 50 , 2 45 , 3
Beispiel 10 :
Unter den gleichen Bedingungen des Beispiels 9 wurden weitere Hohlmembranen in weiteren Versuchen hergestellt. Die differierenden Versuchsbedingungen und die erzielten Eigenschaften ergeben sich wie folgt:
Hohlfaser 1 2 3 4
Fällbadtemperatur [°C] : 15 30 15 30
Reife [°H] : 10,3 10,3 7,5 7,5
Innendurchmesser [μm] : 220 223 208 210
Wandstärke [μm] : 12,4 12,4 12,9 12,4
N [%] : 0,6 0,6 0,4 0,4
PWP [ml/h*m2*kPa] : 71,3 66,5 71,2 57,8
Purea [cm/min] : 33,7 35,9 35,4 32,2
Selektivität für PEG 6110 [%] :53,6 56,7 54,2 69,9
Beispiel 11:
Unter den gleichen Bedingungen des Beispiels 9 wurden weitere Hohlmembranen in weiteren Versuchen hergestellt. Die differierenden Versuchsbedingungen und die erzielten Eigenschaften sind nachfolgend aufgeführt : Hohlfaser 1 2 3
Schwefelsäure im
Fällbad [g/1]: 40,2 40,2 ' 119,0
Ammoniumsulfat im Fällbad [g/1] : 268 268 268 Fällbadtemperatur [°C] 15,5 30 16
Reife [°H] : 1 4,3 14,3 14,5 Innendurchmesser [μm] : 212 256 243 Wandstärke [μm] • 12,4 10,3 10,3 N [%] : 0,8 0,9 1,0 PWP [ml/h*m2*kPa] : 63,7 96,1 64,2
Purea [cm/min] : 38,3 35,3 28,8
PPEGI383 [cm/min] : 3 , 4 4 , 3 3 , 1
Selektivität für
PEG 6110 [%] : 62,5 54,1 64,5
Beispiel 12 :
Unter den Bedingungen des Beispiels 9 wurden weitere
Hohlmembranen in weiteren Versuchen mit unterschiedlicher SpinnlösungsZusammensetzung hergestellt. Die differierenden Versuchsbedingungen und die erzielten
Eigenschaften sind nachfolgend aufgeführt :
Hohlfaser 1 2 3
Cellulose in der
Spinnlösung [%] : 7,2 7,2 7,2 Natronlauge in der
Spinnlösung: 8,3 6,3 6,3
Schwefelsäure im
Fällbad [g/1] : 80 80 80
Ammoniumsulf t im Fällbad [g/1] : 339 339 339
Fällbadtemperatur [°C] 15 15 30
Reife [°H] : 14,8 • 14,1 14,1
Innendurchmesser [μm] : 220 246 257
Wandstärke [μm] : 14,5 12,4 10,3 N [%] : 1,0 0,9 0,8
PWP [ml/h*m2 *kPa] : 104,2 108,6 107,2
Purea [cm/ltlin] : 35,5 37,5 35,1
PPEGI383 [cm/min] : 4,9 4,3 4,7 Selektivität für PEG 6110 [%] : 53 , 7 45 , 8 51 , 2
Beispiel 13 :
Eine nach Beispiel 1 hergestellte Cellulosecarbamat- lösung wurde gemäß dem Ablauf in Beispiel 2 in ein wässrig-alkalisches Fällbad , bestehend aus 10 g/1
Natronlauge und 221 g/1 Natriumsulfat bei einer Reife von 8,5 °H zu einem Hohlfaden verformt, in dem zur Lumenbildung Onicetan, ein Fettsäureester, mit einer Zahnradpumpe zudosiert wurde. Die Reckung zwischen Galette 1 und 2 an der Luft beträgt 20 %, der Endabzug 15,3 m/min. Der Hohlfaden durchläuft nach der Koagulation ein Säuerungsbad von Zimmertemperatur, bestehend aus 40 g Schwefelsäure pro Liter Wasser, um dann ohne Zersetzungsbad direkt in die Waschstrecke von destilliertem Wasser von 40 °C einzulaufen und wie in Beispiel 2 beschrieben weiterbehandelt zu werden. Die Trocknung erfolgte unter Relaxation von 3 %. Ein zweiter Teil der Spinnlösung wurde unter Austausch des Fällbades durch Essigsäure in ein Fällbad von 200 g Essigsäure pro Liter Wasser gefällt, ohne Vorschalten einer Säuerungsstrecke wieder direkt in die Zersetzungsstrecke gemäß dem Ablauf in Beispiel 2 behandelt, gesäuert, gewaschen, präpariert und getrocknet, sowie ein Dritter Teil der Lösung auf die gleiche Weise wie beim zweiten Teil der Spinnlösung unter Zusatz von Ethanol zum essigsauren Fällbad (50 g/1 Ethanol im Fällbad) zu Hohlmembranen verformt . Nach Einbettung dieser Hohlfäden im Prüfdialysator wurden sie mit Ethanol von Onicetan freigewaschen und mit destilliertem Wasser von dem Ethanol befreit.
Diese Hohlmembranen hatten folgende Eigenschaften:
Hohlfaden 1 2 3 Fällbad alkalisch essigsauer essigsauer mit Ethanol
Fällbadtemperatur [°C] : 28 23 25
Innendurchmesser [μm] : 238 240 230
Wandstärke [μm] : 12,9 12,0 12,4
N [%] : 1,3 0,5 0 , 6
PWP [ml/h*m2 *kPa] : 2244 25 19
Purea [cm/min] : 26 25 30
Selektivität für
PEG 6110 [%] : 75 72 81
Komplementakti- vierung [%] 63
Beispiel 14:
Aus einem Cellulosecarbamat, hergestellt nach DE 102 23 174 und mit verdünnter Essigsäure und destilliertem Wasser rückstandsfrei gewaschen, mit einem DPcuoxam von 255 und einem N von 3,7 % wurden Hohlmembranen unter Verwendung von gasförmigem Stickstoff unter Zusatz von ca. 2 Volumen-% S03 als Lumenfüller hergestellt. Die nach Beispiel 1 erzeugte Cellulosecarbamatspinnlösung mit einem CC-Gehalt von 8,8 % und einem NaOH-Gehalt von 7,2 % hatte nach dem Filtrieren und Entlüften eine Spinnreife von 12,5 °H. Sie wurde in ein sauer wässriges Spinnbad von 10 °C mit einem Gehalt von 79 g Schwefelsäure und 288 g Ammoniumsulfat pro Liter wässrigem Spinnbad zu Hohlmembranen verformt . Die Zersetzungsstrecke wurde mit einem Zersetzungsbad von 60 °C mit einem Gehalt an Natriumsulfat von 120 g/1 und steigenden Natronlaugegehalten
von 5 g/1 (Hohlfaser 1) , 18 g/1 (Hohlfaser 2) und 36 g/1 (Hohlfaser 3) zersetzt und wie in Beispiel 2 beschrieben weiter behandelt . Die Hohlmembranen hatten nachfolgend aufgeführte wesentliche Eigenschaften:
Hohlfaden 1 2 3
NaOH im Zersetzungsbad [g/] : 5 18 36
Innendurchmesser [μm] : 240 246 238
Wandstärke [μm] : • ' 11,7 11,5 11,2 N [%] : 1,2 0,8 0,4
PWP [ml/h*m2*kPa] : 64 69 74
Pürea [cm/min]-: 29 34 33 Selektivität für PEG 6110 [%] : 62 60 58
Komplementaktivierung [%] : 67 55 58
Die Hohlmembranen waren nach dem Freispülen des eingesetzten Humanblutes mittels physiologischer Kochsalzlösung vollständig farblos und rückstandsfrei.