CH480080A - Verfahren zur Herstellung eines Membrankapillaren-Austauschers - Google Patents

Description

  



  Verfahren zur Herstellung eines   Membrankapillaren Austauschers   
Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines Membrankapillaren Austauschers, bei welchem die   Austauschmembranen    mit den Wänden von Kapillaren identisch sind, welche in Abständen von einander und praktisch parallel zueinander angeordnet sind und in ihren Stirnseitenbereichen, d. h. an ihren Enden, in gegenüberliegende Trennwände unter Offenhaltung ihrer Stirnseiten eingedichtet sind. Derartige Austauscher werden beispielsweise für die Blutdialyse benötigt, bei welcher im intrakapillaren Raum das zu reinigende Blut fliesst und im interkapillaren Raum die Dialysierflüssigkeit. Bei solchen  künstlichen Nieren  besteht die die Austauschermembran bildende Kapillarenwand beispielsweise aus Hydratzellulose.



   Bisher existieren zwei Probleme bei der Herstellung solcher   Membrankapillaren-Austauscher.    Das erste ist die Erzeugung von dünnwandigen Kapillaren von geringem Durchmesser aus den für die Austauschvorgänge geeigneten Membran-Materialien (die Stärke der Kapillarwand soll im obigen Beispiel der künstlichen Niere weniger als 25 Mikron, und der Durchmesser der Kapillaren weniger als 1 mm betragen).



   Das zweite Problem besteht darin, derartige dünnwandige Kapillaren in die beiden Abschlusstrennwände stabil und dicht einzusetzen, ohne dass auch nur eine einzige der für einen Membranaustauscher der genannten Verwendung erforderlichen grossen Anzahl von Kapillaren verletzt wird.



   Die Erfindung liefert nun eine Lösung dieser beiden Probleme.



   Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines Membrankapillaren-Austauschers mit praktisch parallel zueinander liegenden und in gegenseitigen Abständen zueinander distanzierten, praktisch gleichlangen Kapillaren, deren beiderseitige Enden mit offenen Stirnseiten in Bohrungen von zwei einander   gegenüberliegen-    den Distanzierungswänden dicht eingebettet sind, wobei durch die intrakapillaren Räume ein erstes und durch den interkapillaren Raum zwischen den Distanzierungswänden ein zweites Fluidum fliessen kann, ist dadurch gekennzeichnet, dass man Hilfskapillaren, bestehend aus einer auflösbaren Hilfssubstanz, beispielsweise einem thermoplastischen Material, wie z. B.

   Polystyrol, erzeugt, hierauf jede Hilfskapillare zwecks Aufbringung einer oder mehrerer Membranschichten mit einer Lösung oder mit Lösungen der die Membran selbst bildenden Substanz oder eines in die letztere Substanz umwandelbaren Zwischenprodukts behandelt, hierauf die so behandelte, beschichtete Kapillare mit ihren Enden jeweils in in den zwei einander gegenüberliegenden Trennwänden vorgesehene Bohrungen einschiebt, daraufhin die Kapillaren Enden mit der Innenfläche der in den Trennwänden angebrachten Bohrungen durch Vergiessen mit aushärtbarem Material dicht verbindet, und schliesslich die Hilfskapillare durch Einführen eines nur diese, aber nicht die Membransubstanz oder deren Zwischenprodukt auflösenden Lösungsmittels in das Hilfskapillareninnere herauslöst.



   Es wird somit erreicht, dass unter anderem das dichte Verbinden der Strinseitenbereiche, d. h. den Kapillarenden benachbarten Oberflächenbereiche der Kapillaren mit den Wandbohrungen unter Ausnutzung der beschichteten Kapillaren durch das Vorhandensein der inneren Hilfskapillaren erteilten mechanischen Festigkeit vorgenommen werden kann, ohne dass eine Verletzung der eigentlichen aussenliegenden, dünnwandigen, die Austauschfunktion ausübenden Membranwand eintritt.



   Die Wand der inneren Hilfskapillaren kann um ein Wesentliches stärker sein als die Wand der eigentlichen Membrankapillaren, für welche die Hilfskapillaren als 
Seele dienen. Die lichte Weite der Hilfskapillaren ist dabei, wie weiter unten an einem praktischen Beispiel gezeigt, vorzugsweise wesentlich grösser als die doppelte gemeinsame Dicke von Hilfskapillarenwandung und Beschichtung derselben. Die Hilfskapillaren können insbesondere schmelzspinntechnisch aus thermoplastischem Material in bekannter Weise mit äusserst glatter Oberflä che erzeugt werden.



   Die Ausbildung   einander    mehrschichtiger, die Austauschfunktion übernehmender Membranhüllen auf den Hilfskapillaren kann dadurch geschehen, dass die Lösung der die Membran bildenden Substanz oder die Lösung des Zwischenprodukts nachträglich durch chemische und/oder physikalische Behandlung in die Membransubstanz umgewandelt wird.



   Beispielsweise wird eine   schmelzgesponnene,    aus Polystyrol bestehende Hohlkapillare von 0,5 mm Aussendurchmesser und 80 Mikron Wandstärke durch ein Bad von in Aether-Alkohol gelöster Kollodiumwolle geführt, aus diesem Bad herausgenommen, getrocknet und durch eine wässrige natriumsulfhydratlösung in bekannter Weise denitriert (selbstverständlich unter An  wesenheit    der inneren Hilfskapillare, die diesem Denitrierungsprozess eine genügende Stabilität im technischen Sinne verleiht, auch dann, wenn die äussere, zunächst aus Kollodiumwolle bestehende Membrankapillare sehr dünnwandig, z. B. 5 Mikron stark ist).



   Diese Beschichtung der Hilfskapillare (im Beispiel mit Kollodiumwollelösung), die Trocknung der Beschichtungsschicht und deren allfällige chemische Nachbehandlung (in unserem Beispiel Denitrierung) kann mehrmals wiederholt werden und damit eine mehrschichtige Membranhülle auf der Hilfskapillare aufgebaut wird.



   Als weitere Beispiele seien genannt die Beschichtung einer Hilfskapillare mittels Zellulose-Kupferoxydammoniak-Lösung und Ausfällung dieser Beschichtungshaut im sauren Bad in bekannter Weise unter Bildung einer Hülle aus Hydratzellulose, oder die Beschichtung mit einer mit entsprechenden Härte- und Lösungsmitteln versehenen Silikonkautschuklösung, welche nach Austrocknung, z. B. durch Verflüchtigung des Lösungsmittels und nach chemischer Einwirkung des Härters, eine polymerisierte Silikonkautschukhaut auf der Hilfskapillare erzeugt.



   Dabei kann, wie gesagt, die Umwandlung des Zwischenprodukts, also z. B. der Kollodiumwolle in Hydratzellulose unmittelbar nach der Beschichtung der Hilfskapillare, oder im Anschluss an die Einführung der Enden der beschichteten Kapillare in die Bohrungen der Turmwände, oder auch, vorzugsweise, im Anschluss an das Vergiessen mit aushärtbarem Material oder schliesslich sogar im Anschluss an das Herauslösen der Hilfskapillare erfolgen.



   Die derart erzeugten beschichteten Kapillaren werden gemeinsam im Bereich ihrer Stirnseiten in Bohrungen einander gegenüber liegender Trennwände dicht eingesetzt. Das Einsetzen geschieht am besten dergestalt, dass die Kapillaren mit ihren Enden in die vorgesehenen Bohrungen. die in ihrem Innendurchmesser grösser ausgestaltet sind als der Aussendurchmesser der aus Hilfskapillare und Membranhülle oder -haut bestehenden   Gesamtkapillaren    ist, eingeschoben werden und danach mit   giess- oder    streichfähigen Einbettungssubstanzen, wie z. B. Duroplastgiessharz oder Silikonkautschuk mit der Bohrungsinnenwand verbunden werden.



  Während des Einschiebens der Kapillaren in die Bohrun gen können sie mit mechanischen Hilfsmitteln, wie z. B.



  Pinzetten, relativ kräftig angefasst werden, da die innere Hilfskapillare die mechanische Abstützung garantiert.



  Nach Erhärten der Einbettungssubstanz unterliegen die
Kapillaren keiner weiteren mechanischen   Berührung,    so dass danach die   vorzunehmende      Herauslösung    der inneren Hilfskapillaren vorgenommen werden kann, ohne dass die äusseren, nur noch aus den Membranhüllen bestehenden Kapillaren Schaden erleiden. Dieser Herauslösungsprozess geschieht   zweckmässig,    wie bereits gesagt, dergestalt, dass man ein für die Hilfskapillaren spezifisches, organischse   Lösemittel      intrakapiilar    durch die Hilfskapillaren fliessen lässt,   welches    in radialer Richtung von innen her die Hilfskapillaren abträgt.

   Im oben genannten Beispiel, in welchem als Material der Hilfskapillaren Polystyrol vorgeschlagen wurde, können als spezifische Lösemittel, z. B. chlorierte Kohlenwasserstoffe verwendet werden.



   Die Löslichkeit der Substanz der inneren Hilfskapillaren und der Substanz der die endgültigen Kapillaren bildenden, äusseren eine oder mehrschichtigen Membranhaut muss während des Beschichtungsprozesses und während des Herauslösungsprozesses mindestens für einige Lösemittel unterschiedlich sein. So ist z. B. Kollodiumwolle in einer Alkohol-Aether-Mischung löslich, Polystyrol jedoch nicht. Andererseits ist die denitrierte Kollodiumwolle, die Hydratzellulose, unlöslich z. B. in chlorierten Kohlenwasserstoffen, dagegen Polystyrol darin löslich.



   Schliesslich sei noch erwähnt. dass die allfällige physikalische und/oder chemische Behandlung der äusseren, durch Beschichtung aufgebrachten   Membranhaut    auch nach   dem    Eindichten der Kapillaren in die Trennwandbohrungen in der Gesamtanordnung erfolgen kann, und zwar entweder vor dem Herauslösen der Hilfskapillaren oder auch danach.



   Der solchermassen hergestellte, erfindungsgemässe Membrankapillaren-Austauscher hat praktisch parallel zueinander liegende und in gegenseitigen Abständen zueinander distanzierte, praktisch gleich lange Kapillaren, deren beiderseitige Enden mit offenen Stirnseiten in Bohrungen von zwei gegenüberliegenden Trennwänden dicht eingebettet sind, wobei durch die intrakapillaren Räume ein erstes und durch den interkapillaren Raum ein zweites Fluidum fliessen kann. Dabei sind in den Bohrungen der Trennwände Kapillaren dicht eingebettet, die als   einander    mehrschichtige Körper ausgestaltet sind.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur Herstellung eines Membrankapillaren Austauschers mit praktisch parallel zueinander liegenden und in gegenseitigen Abständen zueinander distanzierten, praktisch gleich langen Kapillaren, deren beiderseitige Enden mit offenen Stirnseiten in Bohrungen von zwei einander gegenüberliegenden Distanzierungswänden dicht eingebettet sind, wobei durch die intrakapillaren Räume ein erstes und durch den interkapillaren Raum zwischen den Distanzierungswänden ein zweites Fluidium fliessen kann, dadurch gekennzeichnet, dass man Hilfskapillaren, bestehend aus einer auflösbaren Hilfssubstanz, erzeugt, hierauf jede Hilfskapillare zwecks Aufbringung einer oder mehrerer Membranschichten mit einer Lösung oder mit Lösungen der die Membran selbst bildenden Substanz oder eines in die letztere Substanz umwandelbaren Zwischenprodukts behandelt,

   hierauf die erhaltene beschichtete Kapillare mit ihren Enden jeweils in in den zwei einander gegenüberliegenden Trennwänden vorgesehene Bohrungen einschiebt, daraufhin die Kapillarenenden mit der Innenfläche der in den Trennwänden angebrachten Bohrungen durch Vergiessen mit aushärtbarem Material dicht verbindet, und schliesslich die Hilfskapillare durch Einführen eines nur diese, aber nicht die Mernbransubstanz oder deren Zwischenprodukt auflösenden Lösungsmittels in das Hilfskapillaren-Innere herauslöst.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskapillare schmelzspinntechnisch erzeugt wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskapillare aus einem thermoplastischen Material besteht.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskapillare aus Polystyrol besteht.

   4. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskapillare mit einer Zellulose-Kupferoxydammoniak-Lösung beschichtet und die beschichtete Kapillare anschliessend in einem sauren Bad behandelt wird, wobei die Zellulose in der Schicht als Hydratzellulose ausfällt.

   5. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskapillare mit einer Kollodium-Lösung beschichtet und die Schicht anschliessend getrocknet wird.

   6. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskapillare mit einer Kollodiumwolle-Lösung beschichtet und die gebildete Schicht anschliessend denitriert wird.

   7. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskapillare mit einer Härtemittel enthaltenden Silikonkautschuck Lösung beschichtet, die gebildete Schicht getrocknet und anschliessend unter Erzeugung einer polymerisierten Silikonkautschukhaut gehärtet wird.

   8. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung des Zwischenprodukts in die Membransubstanz unmittelbar nach Beschichtung der Hilfskapillare erfolgt.

   9. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung des Zwischenprodukts in die Membransubstanz im Anschluss an die Einführung der Enden der behandelten Kapillare in die Bohrungen der Trennwände erfolgt.

   10. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung des Zwischenprodukts in die Membransubstanz im Anschluss an das Vergiessen mit aushärtbarem Material erfolgt.

   11. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung des Zwischenprodukts in die Membransubstanz im Anschluss an das Herauslösen der Hilfskapillare erfolgt.

   12. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfssubstanzkapillare aus Polystyrol besteht und mit einer Kollodium-Wolle-Lösung oder einer Zellulose-Kupferoxydammoniak-Lösungbeschichtet und die Beschichtung in eine Hydratzellulose-Hülle umgewandelt wird, wobei die Polystyrol-Hilfskapillare durch Einführung einer Polystyrol lösenden, Hydratzellulose jedoch nicht lösenden organischen Kohlenwasserstoff-Verbindung in das Hilfskapillaren-Innere aus der Hydratzellulose-Hülle herausgelöst wird.

   PATENTANSPRUCH II Membrankapillaren-Austauscher, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I.

   UNTERANSPRÜCHE 13. Austauscher nach Patentanspruch II, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I und Unteranspruch 1.

   14. Austauscher nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche der Membrankapillaren der negative Abdruck der Oberfläche einer schmelzspinntechnisch aus thermoplastischem Material erzeugten Seele ist.