CH647419A5

CH647419A5 - Verfahren zur herstellung einer membran aus celluloseestern.

Info

Publication number: CH647419A5
Application number: CH765/81A
Authority: CH
Inventors: Werner Dr Dipl-Chem Bandel; Gustav Duenweg
Original assignee: Akzo Nv
Priority date: 1980-02-23
Filing date: 1981-02-05
Publication date: 1985-01-31
Also published as: FR2476500B1; GB2069925B; SE8101127L; LU83157A1; JPH035847B2; BE887603A; CA1184716A; ES267109Y; JPS56134209A; ES8201432A1; AT381237B; ES499623A0; DE3006880C2; NL8100701A; ATA82481A; DE3006880A1; IT8147856A0; ES267109U; GB2069925A; IT1170741B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Membran, insbesondere zur Plasmaphorese in Form von

Hohlfäden, Schlauchfolien oder Flachfolien aus Celluloseestern.

Plasmaphoresemembranen dienen zur Plasmaseperation, d.h. der Trennung des Blutplasmas von zellulären Bestand-5 teilen sowie auch der weiteren Trennung von Plasmabestandteilen nach dem Molekulargewicht.

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

15 In der US-PS 1 421 341 wird ein Filter und ein Herstellungsverfahren beschrieben, welches aus einem Celluloseester - beispielsweise - Celluloseacetat besteht und Poren aufweist, die zur Abtrennung von Bakterien geeignet sind. Die beschriebenen Filter können getrocknet werden, ohne 20 dass dabei die Poren kollabieren.

Hergestellt werden die Filter durch Giessen einer Lösung des Celluloseesters in einem Lösungsmittelgemisch und Verdampfen des Lösungsmittels in feuchter Atmosphäre bei niedriger Temperatur. Dem Lösungsmittel wird eine solche 25 Menge Wasser zugesetzt, dass das Gemisch den Celluloseester noch löst. Durch die Menge an Wasser wird die Grösse der Poren beeinflusst. Die erhaltene Membrane wird in Wasser gewaschen, in nassem Zustand gestreckt und nach einer Wärmebehandlung in heissem Wasser oder Dampf getrock-30 net.

Die DE-PS 843 088 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Ultrafiltern und Diaphragmen aus Kunststoffen, bei denen Porosität dadurch erzielt wird, dass einer Kunst-stofflösung, die zur Erzeugung einer dünnen Haut an sich 35 geeignet ist, in ihr lösliche Salze oder andere Stoffe in einer Lösung, die mit der Kunststofflösung mischbar ist, ohne mit ihr eine Reaktion einzugehen, hinzugemischt werden, danach die Mischung eingetrocknet wird und aus der so erzeugten Haut der zugemischte Stoff mittels eines Lösungs-40 mittels, das den Kunststoff nicht löst, herausgelöst wird.

Die DE-AS 1 017 596 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Herstellung einer Celluloseacetatmembran nach dem Phaseninversionsverfahren durch eine Vorgelierung in einer Belüftungskammer bei einer Arbeitstemperatur von 45 20-40 °C bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50-70%.

In der US-PS 2 783 894 wird ein analoges Verfahren zur Herstellung eines mikroporösen Membranfilters aus Nylon beschrieben.

Die DE-AS 1 156 051 beschreibt ein Verfahren, bei dem so Membranen, die nach den genannten US-Patentschriften 1 421 341 oder 2 783 894 hergestellt wurden, in besonderer Weise auf einen mit Durchbrüchen versehenen Hohlkörper aufgebracht werden. Die mikroporösen Filme besitzen Poren, deren wirksamer Durchmesser kleiner als etwa 10 (im 55 und die insgesamt mehr als 80% des Gesamtvolumens des Filtermaterials einnehmen.

Die DE-PS 2 257 697 beschreibt poröse Celluloseacetat-symmetrie-Membranfilter, der hergestellt worden ist durch Lösung von Celluloseacetat mit einem Acetylierungsgrad 60 von 20-65,5% in einem organischen Lösemittel mit einem Gewichtsverhältnis von 5-40% zum Lösemittel und Zusatz eines verdünnenden Lösemittels, dessen Siedepunkt höher als der des vorerwähnten organischen Lösemittels ist, und ferner eines Metallsalzes, dessen Metallkomponente einen 65 Ionenradius von weniger als 1,33 A hat und ein Mitglied der Gruppe I—III des periodischen Systems ist und das ein Verhältnis von 20-200 Gew.-% zum Acetat hat, zur Lösung, so dass eine homogene Lösung geschaffen wird, die auf eine po

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lierte ebene Fläche zu einem dünnen Film aufgetragen wird, aus dem das darin enthaltene Lösemittel durch Verdampfen entfernt und der durch Mikrophasentrennung in seinen Gelzustand überführt wird, worauf schliesslich das darin enthaltene Metallsalz zur Bildung der porösen Membran herausgelöst wird.

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

Eine 6000-fache Vergrösserung unter dem Elektronenmikroskop zeigt bei einer solchen Membran eine Struktur, die von der Oberfläche aus betrachtet, einer Matte aus Fäden ähnlich ist, bei der in Schlaufen gelegte Fäden, die aus gemeinsamen Kreuzungsstellen hervortreten, sich unregelmässig über- und nebeneinanderlegen. Im Bruch zeigt sich, dass die Struktur im Inneren der Membran eine lockere aber doch gleichmässig dichte Masse darstellt.

Die DE-OS 2 606 244 beschreibt eine Hohlfaser für Membranfiltration aus einem synthetischen oder halbsynthetischen, kettenförmigen Hochpolymer, das beim Verspinnen Fäden bildet, wobei die die Hohlfaser bildende zylindrische Wandung zumindest in einem geschlossenen, im Querschnitt als Ringband erscheinenden Bereich eine dreidimensionale netzartige Struktur feiner Filterkanäle mit einem Porenverhältnis von wenigstens 55% als aktive Filterzone aufweist, wobei die aktiven Punkte der Filterkanäle, die die kleinsten Querschnittsgrössen der Kanäle für den Durchlass von in einer Filterflüssigkeit enthaltenen Stoffen bestimmen, zufällig zumindest über die aktive Filterzone verteilt und diese Querschnittsgrössen nahezu gleichförmig sind. Betrachtet man eine solche Membran bei 3000- bis 10 000-facher Vergrösserung unter dem Elektronenmikroskop, so erinnert die zutagetretende Struktur an eine Korallenkolonie. Das Membrangebilde erscheint als aus vielen korallenförmig verzweigten Stengeln zusammengesetzt. An der Oberfläche der Aus-senseite der Hohlfaser gehen die Verzweigungen in einer narbigen Fläche mit länglich, parallel ausgerichteten Porenöffnungen ineinander über.

Ferner beschreibt die DE-OS 2 845 797 eine anisotrope synthetische Membran, die eine vielschichtige Struktur aufweist, wobei jede Schicht als molekulares Sieb für eine genaue, präzise Molekulargewichtsabtrennung wirkt.

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

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

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Membran hergestellt wird nach einem Verfahren,

bei dem eine Spinnlösung, enthaltend aus 8 bis 25 Gew.-% Celluloseester und 55-92 Gew.-% mindestens eines Lösungsmittels, durch eine in ein Fällbad eingetauchte Spinndüse gepresst, der Lösungsstrahl auf einer Fällbadstrecke von mindestens 30 cm an den Lösungsstrahlbegrenzungen der koagulierten Wirkung des Fällbades ausgesetzt, wobei zur Herstellung von Hohlfaden oder Schlauchfolien in das Innere der austretenden Spinnlösung ein Fällbad geleitet wird, der Lösungsstrahl aus dem Fällbad geführt und mit Wasser lösungsmittelfrei gewaschen mit Weichmacherlösung getränkt und schliesslich getrocknet wird.

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

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

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

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

Enthält das Fällbad eine grössere Lösungsmittelmenge, so führt das zu kleineren Porendurchgängen, während ein Fällbad mit einem geringen Lösungsmittelgehalt zu grösseren Porendurchgängen führt. Die Konzentration des Lösungsmittels im Fällbad darf im allgemeinen jedoch 20 Gew.-% nicht überschreiten. Eine gute Übereinstimmung der Oberflächenausbildung der Membran weist eine solche Membran auf, die dadurch hergestellt ist, dass beide Fällbäder gleich zusammengesetzt sind.

Die erfindungsgemässe Membran zeigt eine neuartige Zellenstruktur:

Im Bruch - also im Wandquerschnitt - sieht man bereits bei 100-facher Vergrösserung eine deutlich ausgeprägte Zel- ■ lenstruktur, die an Waben erinnert. Die Begrenzungen der geschlossenen Zellen haben zwar keine übereinstimmenden Formen. In ihrer Form ähneln die Zellengebilde ungefähr Quadern, die sich immer wieder aneinanderreihen und glatt an die Nachbarzellen anschliessen. Die Zellwände weisen eine Vielzahl von Löchern auf. Diese Porendurchgänge mit denen die Aussenwände und die Zellwände durchsetzt sind, bilden Siebplatten, durch die das Ultrafiltrat permeiert. (Vgl. hierzu Fig. 1.)

Für die Strukturausbildung der Membran und die Anwendungseigenschaften der Membran ist die Zusammensetzung der Spinnlösung von besonderer Bedeutung. Dabei wirken sich chemische Zusammensetzung und physikalische Beschaffenheit der Spinnlösung im komplexer Weise auf die Anordnung und Grösse der Zellen und Zellwände aus.

Ein Faktor ist das Lösungsmittel in der Spinnlösung. Als solches kommen beispielsweise Aceton, Dioxan, Dioxolan,

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Methylacetat oder Nitromethan oder Methylenchlorid in Betracht.

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

Auch das Fällbad beeinflusst die Membraneigenschaften erheblich, wobei Wasser ohne Beimischungen zu sehr grossen Porendurchgängen führt, während wässerige Lösungen als Fällbad bevorzugt werden, wenn kleine Porendurchgänge erwünscht sind. Die erfindungsgemässe Membran kann Porendurchgänge mit einem Durchmesser von 0,01 um bis 50 (xm aufweisen je nach den gewählten Arbeitsbedingungen.

Bei den älteren bekannten Plasmaphoresemembranen spielte Nitrocellulose eine bedeutendere Rolle als Acylcellu-losen. Da Nitrocellulose in seiner Handhabung zu Problemen führen kann, haben inzwischen allgemein Acylcellulo-sen grössere Bedeutung erlangt. Diese sind für die erfindungsgemässe Membran ebenso einsetzbar wie Nitrocellulose. Auch Gemische verschiedener Acylcellulosen können zur erfmdungsgemässen Membran verarbeitet werden, beispielsweise Acetylcellulosen und Propionylcellulosen und Butyryl-cellulosen. Bevorzugt ist schon wegen der guten Zugänglichkeit Celluloseacetat.

Eine Filtrationsmembran aus reinem Cellulosetriacetat ist für einen grossen Teil der Anwendungsfalle der erfmdungsgemässen Membran zu hydrophob. In einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Plasmaphoresemem-bran aus einem Celluloseacetat mit einem Substitutionsgrad von 2,0 bis 2,7. Der Substitutionsgrad des in Spinnlösung eingesetzten Celluloseacetats entspricht auch dem der daraus ersponnenen Membran. Vorzugsweise beträgt der Substitutionsgrad 2,3 bis 2,5.

Die physikalische Eigenschaft der Spinnlösung, die sich auf die Struktur der Membran in besonderem Masse auswirkt, ist die Viskosität. So ergeben Spinnlösungen höherer Viskosität dünnere Zellwände in der Membran, was insbesondere dann nicht zu Beeinträchtigungen der mechanischen Beanspruchbarkeit führt, wenn zugleich die Zellenstruktur weniger symmetrisch gestaltet wird. Die Viskosität der Spinnlösung kann zum einen durch den Gehalt an Celluloseester aber auch durch viskositätsverändernde Lösungsmittel oder Zusätze beeinflusst werden. Lösungsmittel, die beispielsweise Isopropanol als einwertigen Alkohol enthalten, weisen eine höhere Viskosität auf, als solche, die Methanol enthalten. Erniedrigt werden kann die Viskosität beispielsweise auch durch einen Zusatz von Halogenkohlenwasserstoffen, beispielsweise Trichlortrifluoräthan. Die Viskosität der Spinnlösung beträgt im allgemeinen 5 bis 200 Pas, vorzugsweise 10 bis 100 Pas.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung einer Membran, insbesondere zur Plasmaphorese, in Form von Hohlfaden, Schlauch- oder Flachfolien aus Celluloseacetat zeichnet sich dadurch aus, dass eine Spinnlösung aus 8 bis 25 Gew.-% Celluloseester, 55 bis 92 Gew.-% Lösungsmittel, und gegebenenfalls bis zu 20 Gew.-% weiteren Zusätzen, durch eine in ein Fällbad eingetauchte Spinndüse gepresst,

der Lösungsstrahl auf einer Fällbadstrecke von mindestens 30 cm an den Lösungsstrahlbegrenzungen der koagulierten Wirkung eines Fällbades ausgesetzt, aus dem Fällbad geführt und mit Wasser lösungsmittelfrei gewaschen, mit Weichmacherlösung getränkt und schliesslich getrocknet wird. Das Trocknen sollte im allgemeinen unter solchen Temperaturbedingungen erfolgen, dass eine mittlere Guttemperatur von 70 °C nicht überschritten wird.

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

Als Lösungsmittel werden vorteilhaft Gemische eingesetzt. Ein bevorzugtes Gemisch besteht aus 50 bis 90 Gew.-% Aceton 5 bis 25 Gew.-% einwertigem Alkohol und 5 bis 25 Gew.-% Weichmachern, worin der einwertige Alkohol zweckmässig 1-3 Kohlenstoffatome enthält und als Weichmacher mehrwertige Alkohole, bei medizinischen Einsatzgebieten vor allem Glyzerin eingesetzt werden.

Als Fällbäder kommen vor allem Wasser und wässrige Lösungen infrage. Als membranbildendes Polymer ist unter den Celluloseestern vor allem Celluloseacetat bevorzugt, insbesondere solches, mit einem Substitutionsgrad von 2,0 bis 2,7. Besonders bevorzugt ist ein Substitutionsgrad von 2,3 bis 2,5. Störungen beim Spinnen können weitgehend vermieden werden, wenn die Viskosität der Spinnlösung 5 bis 200 Pas vorzugsweise 10 bis 100 Pas, beträgt.

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

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

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

Im allgemeinen ist die Membran so aufgebaut, dass die geschlossenen Zellen keine übereinstimmenden Formen und Volumina aufweisen. Jedoch ergibt sich häufig aufgrund der Herstellung eine etwa symmetrisch in der Wandmitte liegende Zellwand. Es lassen sich aber auch Bedingungen einstellen, durch die eine mittlere Zellwand sich mäanderförmig durch den Querschnitt erstreckt.

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

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

Anhand der nachfolgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1

Herstellung einer Spinnlösung aus Celluloseacetat

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

3000 g Methanol

4000 g Glycerin

2000 g Celluloseacetat, Substitutionsgrad 2,48

11000 g Aceton

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Nach zweistündigem Rühren bei Zimmertemperatur war das Celluloseacetat gelöst. Die Lösung wurde anschliessend durch ein Filter mit einer Maschenweite von 20 |im filtriert, entlüftet und war nach 4-6 Stunden spinnfertig. Die Viskosität der Spinnlösung betrug 15 Pas.

Beispiel 2

Herstellung einer erfindungsgemässen Membran in Hohlfadenform Mittels einer Zahnraddosierpumpe wurden 6 ml/min der nach Beispiel 1 hergestellten Spinnlösung einer Hohlfadenspinndüse bekannter Bauart zugeführt, deren äusserer Ringschlitz einen Durchmesser von 1300 (am und eine Schlitzbreite von 150 (im hatte. Die Zentralbohrung zur Zuführung der hohlraumbildenden Flüssigkeit hatte einen Durchmesser von 600 |xm. Als hohlraumbildende Flüssigkeit wurden 4,5 ml/min keimfreies Wasser von 20-22 °C zugeführt, die als Fällbad für die innere Lösungsstrahlbegrenzung koagulierend wirkt.

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

Der aus der Spinndüse nach unten austretende Strahl der Spinnlösung mit der Innenflüssigkeit wurde nach Durchlaufen einer Strecke von 60 cm an einer am Boden der Spinnwanne angeordneten Walze so umgelenkt, dass er das Bad unter einem Winkel von 50° zur Badoberfläche wieder ver-liess.

Um das restliche Lösungsmittel zu entfernen, wurde der Faden über eine Strecke von 120 m durch ein Wasserbad geführt. An diese Wasserwäsche schliesst sich ein Weichmacherbad an, das eine Wasserglycerinmischung von 92% Wasser und 8% Glycerin enthielt. In einem Warmluftstrom von 60-70 °C wurde der Hohlfaden getrocknet. Die Fadenlaufgeschwindigkeit am Auslauf der Anlage betrug 20 mj min. Der fertige Hohlfaden wurde auf einer spannungsgesteuerten Trommel zu einem Strang gewünschter Fadenzahl zusammengefasst, in gewünschte Längen zerteilt und zu Filtrationseinheiten verarbeitet.

An den hergestellten Hohlfaden wurden folgende Kenndaten ermittelt.

Aussendurchmesser 700 |xm

Innendurchmesser 500 um

Reissfestigkeit 78 cN

Reissdehnung 9,1 %

Porenvolumen 89,3%

hydraulische

Permeabilität 2870 m/h • m2 • mm Hg

Rückhaltevermögen für Albumin (MW 69 000) 2,3% bei 0,6 bar

Maximale Porenweite 1,3 |im

Blaspunkt 1,6 bar

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

Beispiel 3

Herstellung einer Plasmaphoresemembran in Form einer Schlauchfolie Mittels einer Zahnraddosierpumpe wurden einer Ring-Schlitzdüse mit einem Ringdurchmesser von 70 mm und einer Schlitzbreite von 300 (im 325 ml/min der in Beispiel 1 beschriebenen Spinnlösung zugeführt. Die Düse tauchte 10 mm tief in das Fällbad ein und ist senkrecht angeordnet.

Das Fällbad bestand aus entkeimtem Wasser von 20-22 °C. In das Innere des schlauchförmig austretenden Lösungsfilmes wurde mit Hilfe einer Dosierpumpe entkeimtes Wasser gepumpt. Eine entsprechende Menge dieser Fällbadflüssig-5 keit wurde gleichzeitig mittels einer weiteren Dosierpumpe aus dem Inneren wieder abgezogen. Dieses abgezogene Wasser enthielt 50 g/1 Aceton. 50 cm unterhalb der Düse wurde der entstandene Schlauch an einer Breithaltevorrichtung flachgelegt und an einer Umlenkwalze unter einem Winkel io von 40° zur Badoberfläche geführt. Nach Passieren einer Waschstreckt von 72 m, in der die Schlauchfolie mit entkeimtem. Wasser von 20 bis 22 °C gewaschen wurde, wurde sie durch ein Weichmacherbad von 7,20 m Länge geleitet und in einem Kanaltrockner mit Warmluft von 64-74 °C geistrocknet. Als Weichmacherbad wurde eine Lösung von 8 Gew.-% Glycerin in Wasser eingesetzt.

Die Geschwindigkeit am Ende des Trockners betrug 9,8 m/min. An der erhaltenen Schlauchfolie wurden folgende

Daten ermittelt:

20 Breite (flachgelegt) 53 mm

. Wandstärke 105 jxm

Reissfestigkeit Ìli Längsrichtung 102 CN

in Querrichtung 48 CN

Reissdehnung in Längsrichtung 4,3%

25 in Querrichtung 7,1% Hydraulische Permeabilität 1200 ml/hm2 mm Hg • Rückhaltevermögen f. Albumin

(MW 69 000) 4,4 % bei 0,6 bar maximaler Porendurchmesser 1,3 [im

30 Blaspunkt - 1,6 bar

Die erhaltene Schlauchfolie weist im Querschnitt eine relativ symmetrische Anordnung der mittleren Zellwände auf.

, Diese Struktur eignët sich besonders für Anwendungen, bei denen es auf optimale Filterwirkung und gute Selektivität 35 ankommt ;

Beispiel 4

Herstellung einer Plasmaphoresemembran in Form einer Flachfolie 40 Mittels einer Zahnradpumpe wurden 460 ml/min der in Beispiel 1 beschriebenen Spinnlösung einer Breitschlitzdüse von 300 mm Breite und 270 |xm Schlitzbreite, die 15 mm tief in das Fällbad eintauchte, zugeführt. Das Fällbad bestand aus entkeimtem Wasser von 20 °C. Die Breitschlitzdüse war 45 um 30° zur Laufrichtung der Folie geneigt. Im Abstand von 1,40 m unterhalb der Breitschlitzdüse wurde die weitgehend verfestigte Folie an einer Umlenkwalze umgelenkt und unter einem Winkel von 30° durch das Fällbad geführt. Die Folie wurde durch eine Waschstrecke von 62 m Länge geführt und so dort mit entkeimtem Wasser von 20-22 °C gewaschen. Nach Durchlaufen eines Weichmacherbades von 6 m Länge, in dem sich eine Lösung von 8 Gew.-% Glycerin in Wasser befand, wurde das anhaftende Wasser abgestreift und nach Durchlaufen einer Luftstrecke von 3 m einem Trockner zu-55 geführt. Mit einem Warmluftkanal für Lufttemperatur von 40-45 C als, Trockner konnten ebenso einwandfreie Mem-; branen erhalten werden, wie mit einem Trommeltrockner, bei dem die Oberflächentemperaturen zwischen 62 und 72 °C betrugen. Die Produktionsgeschwindigkeit betrug an der 60 Aufwicklung 10,3 m/min.

Von der erhaltenen Flachfolie wurden die folgenden Daten ermittelt:

Breite 216 mm

Wandstärke 110 (im

65 Reissfestigkeit in Längsrichtung 82 CN

in Querrichtung 38 CN

Reissdehnung in Längsrichtung 5,6 %

in Querrichtung 11,2 %

647 419

6

hydraulische Permeabilität 1510 ml/h m2 mm Hg Rückhaltevermögen f. Albumin

(MW 69 000) 0,2% bei 0,6 bar maximaler Porendurchmesser 1,3 (im

Blaspunkt 1,6 bar.

Beispiel 5

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

Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde eine Spinnlösung folgender Zusammensetzung hergestellt.

16,3 Gew.-% Celluloseacetat Substitutionsgrad 2,40 63,3 Gew.-% Aceton 10,2 Gew.-% Methanol 10,2 Gew.-% Glyzerin.

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

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

Am fertigen Hohlfaden wurden folgende Kenndaten ermittelt:

Innendurchmesser 580 um

Aussendurchmesser 700 (im

Reissfestigkeit 174 cN

Bruchdehnung 14,7%

Blaspunkt 10 bar maximale Porengrösse 0,2 um hydraulische Permeabilität 372 ml/hm2 mm Hg

Rückhaltevermögen für Albumin 83,3%

Die Membranstruktur des erhaltenen Hohlfadens, wie sie im Querschnitt sichtbar wird, zeigt eine asymmetrische Anordnung der wabenartigen Zellen. Membranen dieser Art haben eine besonders gute Reissfestigkeit und Bruchdehnung. Sie sollten dort eingesetzt werden, wo entsprechende mechanische Beanspruchungen zu erwarten sind.

Beispiel 6

Es lassen sich gemäss der Erfindung auch Membranen mit ausserordentlich grossen Porendurchgängen, wie im folgenden gezeigt wird herstellen.

Die Membran wurde als Hohlfaden analog zu Beispiel 2 und 5 hergestellt. Die Spinnlösung hatte folgende Zusammensetzung;

8,5 Gew.-% Celluloseacetat Substitutionsgrad 2,40 46,5 Gew.-% Aceton 20,0 Gew.-% Methanol 25,0 Gew.-% Glyzerin

Die Fällbäder bestanden aus reinem Wasser von 20 °C. Die Spinndüse war so in das Fällbad geneigt eingetaucht, dass der austretende Lösungsstrahl mit der Fällbadoberfläche einen Winkel von etwa 10° bildete. Nach einer Fällbad10

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strecke von 3 m wurde der Lösungsstrahl umgelenkt und aus dem Fällbad geführt. Der erhaltene Hohlfaden wurde mit Wasser lösungsmittelfrei gewaschen, mit 5%iger Glyzerinlösung behandelt und im Warmluftstrom von 70 °C getrock-s net. Die Fadenlaufgeschwindigkeit am Auslauf der Anlage betrug 22 m/min.

Es wurden die folgenden Kenndaten ermittelt. Aussendurchmesser 700 (im

Innendurchmesser 495 (im

Reissfestigkeit 32 cN

Bruchdehnung 4,2%

hydraulische

Permeabilität 4200 ml/h m2 mm Hg

Blaspunkt 0,05 bar maximale Porengrösse 40 um

Rückhaltevermögen für Albumin 0

Beispiel 7

20 In diesem Beispiel wird eine Spinnlösung verwendet, die durch Zusatz eines viskositätserniedrigenden Zusatzes zur Spinnlösung nur noch eine Viskosität von 6 Pas bei niedrigem Gehalt an Celluloseacetat aufwies. Die Spinnlösung hatte folgende Zusammensetzung:

25 8,5 Gew.-% Celluloseacetat 48,5 Gew.-% Aceton 10,0 Gew.-% Methanol 18,0Gew.-% Glyzerin 15,0 Gew.-% Trichlortrifluoräthan 30 Von dieser Spinnlösung wurden 18 ml/min der im Beispiel 2 beschriebenen Hohlfadenspinndüse zugeführt. In das Innere des austretenden Lösungsstrahles wurden gleichzeitig 6,6 ml/min Wasser als hohlraumbildende Flüssigkeit und zugleich als Fällbad der innen liegenden Lösungsstrahlbegren-35 zung gepumpt. Die Düse tauchte 20 mm tief in das ebenfalls aus Wasser bestehende Fällbad für die äussere Lösungsstrahlbegrenzung ein. Der Lösungsstrahl wurde 60 cm unterhalb der Spinndüse umgelenkt und nach Verlassen des Fällbades mit Wasser lösungsmittelfrei gewaschen. Nach Be-40 handlung mit 10%iger Glyzerinlösung wurde der Hohlfaden im Luftstrom bei 62 °C getrocknet.

Folgende Kenndaten wurden ermittelt: Aussendurchmesser 780 um

Innendurchmesser 608 um

45 Reissfestigkeit 90 cN

Bruchdehnung 15,6%

hydraulische

Permeabilität 2450 ml/h m2 mm Hg

Blaspunkt 0,4 bar so maximale Porengrösse 5 (im

Rückhaltevermögen für Albumin 2,4%

In Fig. 3 ist eine lOOOfache Vergrösserung eines Quer-55 schnittsabschnittes dieses Hohlfadens gezeigt, der mit einem Rasterelektronenmikroskop untersucht wurde. Sie zeigt eine grosse Zahl von geschlossenen Zellen und eine leicht asymmetrische Anordnung der Zellen. Die Unterschiede in den Zellengrössen sind deutlich stärker ausgeprägt als bei der in 60 Fig. I gezeigten Membran. Alle Aussen- und Zellwände sind analog zu Fig. 2 mit einer Vielzahl von Porendurchgängen durchsetzt.

Beispiel 8

65 Die erfindungsgemässen Membranen mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften lassen sich ohne Schwierigkeit herstellen, so dass einerseits für das gesamte Blutplasma durchlässige Membranen hergestellt werden können, die nur

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die zellulären Bestandteile zurückhalten und anderseits können auch Membranen hergestellt werden, deren Ausschlussgrenze bei einem Molekulargewicht von etwa 100 000 liegt, so dass sie für Albumin durchlässig sind, jedoch die anderen Plasmaproteine zurückhalten.

Es wurde eine Plasmaphoresemembran gemäss Beispiel 6 in Form eines Hohlfadens hergestellt und in einen Membranmodul mit einer Membranfläche von 0,01 m2 eingebaut.

Es wurde eine andere Plasmaphoresemembran mit analogen Daten zu Beispiel 3 in Form eines Hohlfadens hergestellt und in einem Membranmodul von 0,01 m2 Membranfläche eingebaut.

Das einem Patienten entnommene Blut wurde zunächst durch den ersten Modul bei 100 mm Hg transmembranen

Druck mit 3 ml/min geleitet, wobei ein Filtrat I von 0,5 ml/ min anfiel. Die zurückgehaltene Fraktion enthielt die gesamten zellulären Bestandteile. Das Filtrat wurde anschliessend bei einer Druckdifferenz von 30 mm Hg durch den zweiten Modul geleitet.

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

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

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S

I Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Herstellung einer Membran, insbesondere zur Plasmaphorese in Form von Hohlfäden, Schlauchfolien oder Flachfolien aus Celluloseestern, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spinnlösung enthaltend 8-25 Gew.-% Celluloseester und 55-92 Gew.-% mindestens eines Lösungsmittels, durch eine in ein Fällbad eingetauchte Spinndüse gepresst, der Lösungsstrahl auf einer Fällbadstrecke von mindestens 30 cm den Lösungsstrahlbegrenzungen der koagulierten Wirkung des Fällbades ausgesetzt, wobei zur Herstellung von Hohlfäden oder Schlauchfolien in das Innere der austretenden Spinnlösung ein Fällbad geleitet wird, der Lösungsstrahl aus dem Fällbad geführt und mit Wasser lösungsmittelfrei gewaschen mit Weichmacherlösung getränkt und schliesslich getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Hohlfaden oder Schlauchfolien innen und aussen je ein Fällbad gleicher Zusammensetzung eingesetzt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel Gemische eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus 50-90 Gew.-% Aceton, 5-25 Gew.-% einwertigem Alkohol und 5-25 Gew.-% Weichmacher besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der einwertige Alkohol 1-3 Kohlenstoffatome enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Weichmacher ein mehrwertiger Alkohol eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als mehrwertiger Alkohol Glyzerin eingesetzt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass als Fällbad eine wässrige Lösung eingesetzt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass als Fällbad Wasser eingesetzt wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass der Celluloseester Celluloseacetat ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Substitutionsgrad des Celluloseacetats 2,0 bis 2,7 beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Substitutionsgrad 2,3 bis 2,5 beträgt.

13. Verfahren nach Anspruch 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität der Spinnlösung 5 bis 200 Pas beträgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität der Spinnlösung 10 bis 100 Pas beträgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität durch viskositäts-beeinflussende Zusätze zur Spinnlösung eingestellt wird.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösungsstrahl nach Durchlaufen einer Fällbadstrecke von mindestens 30 cm an einem nach der Spinndüse angeordneten Umlenkorgan herumgeführt und unter einem Winkel 15 bis 60° mit der Fällbadoberfläche aus dem Fällbad geleitet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinndüse mit der Fällbadoberfläche einen spitzen Winkel bildet.