DE102010055731A1 - Membrane used for e.g. reverse osmosis, comprises at least two layers which are at least partly covalently and delamination free bonded to each other, where each layer comprises layer-forming material(s) comprising polymer(s) - Google Patents
Membrane used for e.g. reverse osmosis, comprises at least two layers which are at least partly covalently and delamination free bonded to each other, where each layer comprises layer-forming material(s) comprising polymer(s) Download PDFInfo
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- B01D71/14—Esters of organic acids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/08—Polysaccharides
- B01D71/12—Cellulose derivatives
- B01D71/14—Esters of organic acids
- B01D71/16—Cellulose acetate
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Abstract
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membran, insbesondere eine Hohlfasermembran, vorzugsweise delaminationsfrei und harnstoffpermeabel, sowie deren Herstellung und Verwendung, vorzugsweise für Verfahren zur Blutreinigung, insbesondere zur Hämodialyse und Peritonealdialyse.The present invention relates to a membrane, in particular a hollow-fiber membrane, preferably delamination-free and urea permeable, as well as their preparation and use, preferably for methods for blood purification, in particular for hemodialysis and peritoneal dialysis.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Membranen, insbesondere Hohlfasermembranen können bei der Hämodialyse und Peritonealdialyse dazu verwendet werden, um ein Abscheiden schädlicher Stoffwechselprodukte, wie etwa Harnstoff aus dem Blut, zu dessen Reinigung zu ermöglichen. Die Membran dient hierbei als semipermeable Barriere zwischen dem zu reinigenden Blut auf der einen Seite, und dem sogenannten Dialysat auf der anderen Seite. Durch Diffusion und auch Konvektion findet ein Stoffaustausch zwischen Blut und Dialysat statt, wodurch die Reinigung des Blutes erzielt wird.Membranes, particularly hollow fiber membranes, can be used in hemodialysis and peritoneal dialysis to allow deposition of harmful metabolites, such as urea from the blood, to clean it. The membrane serves as a semi-permeable barrier between the blood to be purified on one side, and the so-called dialysate on the other side. By diffusion and convection, a mass transfer between blood and dialysate takes place, whereby the purification of the blood is achieved.
Des weiteren finden Membranen, insbesondere auch Hohlfasermembranen Anwendung bei der Dialysataufbereitung, welche auch während des Dialysevorgangs stattfinden kann. Dabei wird insbesondere Harnstoff aus verbrauchtem Dialysat selektiv entfernt wofür eine sogenannte harnstoffselektive Hohlfasermembran verwendet wird. Der Harnstoff wird über die Membran transportiert, und anschließend durch Urease abgebaut. Gleichzeit werden andere für den Organismus wichtige Elektrolyte, insbesondere mono- und divalente Kationen wie etwa Na+, K+, Ca2+ oder Mg2+ im Dialysat zurückgehalten. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass solche harnstoffselektiven Membranen einen zweischichtigen Aufbau, bestehend aus Selektivschicht und Stütz- bzw. Trägerschicht, besitzen. Aus dem Stand der Technik sind zwei- und mehrschichtige Membranen zur Blutdialyse bekannt, und werden beispielsweise in den Druckschriften
Zwei- oder mehrschichtig aufgebaute Membranen sind dem Fachmann auch als Kompositmembranen bekannt. Die Herstellung solcher zumeist als Flachmembranen ausgebildeter zwei- oder mehrschichtigen Membranen erfolgt dabei über den konsekutiven Auftrag der Schichten auf eine bereits bestehende feste Trägermembran, und ist beispielsweise aus
Die Herstellung von Hohlfasermembranen erfolgt mit Hilfe von sogenannten Hohlfaserdüsen, welche über einen oder mehrere konzentrische Ringkanäle um eine zentrale Bohrung herum verfügen. Über die äußeren konzentrischen Ringe werden gelöste Polymere oder geeignete Polymermischungen extrudiert. Das Lumen der Hohlfaser entsteht durch ein Agens, das durch den zentralen Bohrkanal der Düse gepresst wird. Die jeweilig verwendete Düsenkonstruktion ist mit der Geometrie der Faser und den Eigenschaften der verwendeten Polymere, in diesem Stadium Spinnmasse genannt, so abzustimmen, dass symmetrische Fasern mit gleichmäßiger Wandstärke entstehen. Solch eine Spinndüse ist beispielsweise aus
Bei Kompositmembranen, insbesondere bei Komposithohlfasermembranen, welche durch Koextrusion hergestellt wurden, kann es zur Schichtdelamination, also zur Trennung bzw. Ablösung der Schichten und somit zum Funktionsverlust der Membran kommen. Eine Schichtdelamination tritt vor allem bei Kompositmembranen; deren Schichten aus unterschiedlichen Polymeren bestehen auf, da zwischen den angrenzenden Schichten nur sehr schwache Wechselwirkungen stattfinden können. Dadurch kann keine wirksame Haftung der Schichten aneinander gewährleistet werden. Dieses Problem kann durch die Verwendung identischer Polymere und ähnlicher Polymerkonzentrationen gelöst werden. Da der maximal erreichbare Stoffübergang einer solchen Membran auch vom Material der Stützschicht abhängt, ist es im Sinne einer Leistungsoptimierung besonders vorteilhaft die Polymere von Stützschicht und Selektionsschicht unabhängig voneinander wählen zu können. Ein besonderes Kennzeichen für Kompositmembranen bestehend aus identischen Polymeren ist das Fehlen einer sichtbaren Grenzfläche zwischen den Lagen, welche elektronenmikroskopisch sichtbar gemacht werden kann. Dies unterscheidet Kompositmembranen bestehend aus identischen Polymeren, von Membranen deren Schichten aus unterschiedlichen Polymeren aufgebaut sind. Letztere weisen in elektronenmikroskopischen Aufnahmen eine deutlich erkennbare Grenze zwischen den Schichten auf. Daraus kann gefolgert werden, dass wenige bis keine Wechselwirkungen zwischen den Schichten stattfindenIn the case of composite membranes, in particular composite hollow fiber membranes which have been produced by coextrusion, it is possible for the layer to delaminate, ie for the separation or detachment of the layers and thus for the loss of function of the membrane. A layer delamination occurs mainly in composite membranes; their layers of different polymers are made up, since between the adjacent layers only very weak interactions can take place. As a result, no effective adhesion of the layers to each other can be ensured. This problem can be solved by using identical polymers and similar polymer concentrations. Since the maximum achievable mass transfer of such a membrane also depends on the material of the support layer, it is particularly advantageous in terms of performance optimization to be able to independently select the polymers of the support layer and the selection layer. A particular feature of composite membranes consisting of identical polymers is the lack of a visible interface between the layers, which can be visualized by electron microscopy. This distinguishes composite membranes consisting of identical polymers, of membranes whose layers are composed of different polymers. The latter have a clearly visible boundary between the layers in electron micrographs. From this it can be concluded that few to no interactions take place between the layers
Eine Delamination mit Funktionsverlust kann bei mehrschichtigen Hohlfasermembranen abhängig von der Materialauswahl, Tage oder Wochen nach einer Lagerung der Fasern im wässrigen Medium auftreten. Damit stellt eine Delamination insbesondere bei der Hämo- und Peritonealdialyse ein großes Problem dar. Functional loss delamination may occur with multilayered hollow fiber membranes depending on the choice of material, days or weeks after storage of the fibers in the aqueous medium. Thus, delamination is a major problem, especially in hemodialysis and peritoneal dialysis.
AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Es bestand daher die Aufgabe, eine Membran, insbesondere eine Hohlfasermembran, zur Verfügung zu stellen, deren mindestens zwei Schichten bezüglich des schichtbildenden Materials voneinander verschieden sind, und delaminationsfrei miteinander verbunden sind.It is an object of the present invention to provide a membrane, in particular a hollow-fiber membrane, whose at least two layers are different from one another with respect to the layer-forming material and which are connected to one another without delamination.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This is achieved according to the invention by the teaching of the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Membran, welche mindestens zwei Schichten aufweist, wobei die mindestens zwei Schichten jeweils mindestens ein Polymer aufweisen und bezüglich des stoffbildenden Materials voneinander verschieden sind. Die mindestens zwei Schichten sind zumindest teilweise kovalent miteinander delaminationsfrei verbunden.The object is achieved by a membrane which has at least two layers, wherein the at least two layers each have at least one polymer and are different from one another with regard to the material-forming material. The at least two layers are at least partially covalently bonded to one another without delamination.
Die Erfindung betrifft somit eine Membran aufweisend mindestens zwei Schichten, wobei die mindestens zwei Schichten jeweils mindestens ein Polymer aufweisen und bezüglich des stoffbildenden Materials voneinander verschieden sind
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens zwei Schichten zumindest teilweise kovalent miteinander delaminationsfrei verbunden sind.The invention thus relates to a membrane having at least two layers, wherein the at least two layers each have at least one polymer and are different from each other with respect to the material-forming material
characterized in that
the at least two layers are at least partially covalently bonded together delamination-free.
In einer Ausführungsform sind die mindestens zwei Schichten mit einem Differenzdruck ≤ 3 bar, vorzugsweise ≤ 5 bar, vorzugsweise ≤ 7 bar nicht trennbar.In one embodiment, the at least two layers with a differential pressure ≤ 3 bar, preferably ≤ 5 bar, preferably ≤ 7 bar are not separable.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Membran ohne Annealing-Schritt eine Selektivität von Harnstoff gegenüber Natrium von 5 bis 40, weiterhin bevorzugt von 10 bis 30, insbesondere von 5 bis 20 und weiter bevorzugt von 5 bis 10 auf. Die Selektivität der Membran von Harnstoff gegenüber Natrium kann nach Anwendung eines Annealing-Schrittes auf 200 und mehr ansteigen.In a further embodiment, the membrane without an annealing step has a selectivity of urea to sodium of from 5 to 40, more preferably from 10 to 30, in particular from 5 to 20 and more preferably from 5 to 10. The selectivity of the membrane of urea to sodium may increase to 200 and more after application of an annealing step.
In einer weiteren Ausführungsform sind die mindestens zwei Schichten koextrudierte Schichten.In a further embodiment, the at least two layers are coextruded layers.
In einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine Schicht als Selektionsschicht ausgebildet.In a further embodiment, at least one layer is formed as a selection layer.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Selektionsschicht mindestens ein Polymer auf, welches ausgewählt ist aus Celluloseactat, vorzugsweise ein Celluloseacetat mit einem Acylierungsgrad von 0.5 bis 3, Celluloseester, und Mischester davon.In a further embodiment, the selection layer comprises at least one polymer which is selected from cellulose acetate, preferably a cellulose acetate having an acylation degree of 0.5 to 3, cellulose esters, and mixed esters thereof.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Selektionsschicht noch mindestens einen weiteren Zusatzstoff auf.In a further embodiment, the selection layer has at least one further additive.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Zusatzstoff als haftvermittelnder Zusatzstoff ausgebildet, welcher vorzugsweise reaktive Gruppen aufweist, weiter bevorzugt aminofunktionell ist.In a further embodiment, the additive is formed as an adhesion-promoting additive, which preferably has reactive groups, more preferably is amino-functional.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Zusatzstoff ausgewählt aus Polyethylenimin oder Polyamin oder Mischungen daraus.In a further embodiment, the additive is selected from polyethyleneimine or polyamine or mixtures thereof.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Selektionsschicht im trockenen Zustand eine Schichtdicke zwischen 30 nm und 50 μm, bevorzugt zwischen 30 nm und 200 nm auf.In a further embodiment, the selection layer in the dry state has a layer thickness between 30 nm and 50 μm, preferably between 30 nm and 200 nm.
In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Schicht als Stützschicht ausgebildet.In a further embodiment, the at least one layer is formed as a support layer.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Stützschicht mindestens ein Polymer auf, welches ausgewählt ist aus
- (a) Polyimin, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyimid, Polyetherimid, Polyethylenimin, Polyvinylpyrrolidon, Polymethylmethacrylimid oder Mischungen daraus; oder
- (b) sulfoniertes Polysulfon, sulfoniertes Polyethersulfon, sulfoniertes Polyetherimid, sulfoniertes Polymethylmethacrylimid oder Mischungen daraus; oder
- (c) Polyimin, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyimid, Polyetherimid, Polyethylenimin, Polyvinylpyrrolidon, Polymethylmethacrylimid und sulfoniertes Polysulfon, sulfoniertes Polyethersulfon, sulfoniertes Polyetherimid, sulfoniertes Polymethylmethacrylimid oder Mischungen daraus
- (a) polyimine, polysulfone, polyethersulfone, polyimide, polyetherimide, polyethylenimine, polyvinylpyrrolidone, polymethylmethacrylimide or mixtures thereof; or
- (b) sulfonated polysulfone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polyetherimide, sulfonated polymethylmethacrylimide, or mixtures thereof; or
- (c) polyimine, polysulfone, polyethersulfone, polyimide, polyetherimide, polyethylenimine, polyvinylpyrrolidone, polymethylmethacrylimide and sulfonated polysulfone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polyetherimide, sulfonated polymethylmethacrylimide, or mixtures thereof
In einer weiteren Ausführungsform weist die Stützschicht im trockenen Zustand eine Schichtdicke von 1 μm bis 500 μm, bevorzugt von 35 μm auf.In a further embodiment, the support layer in the dry state has a layer thickness of 1 .mu.m to 500 .mu.m, preferably of 35 .mu.m.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Membran als Hohlfasermembran ausgebildet.In a further embodiment, the membrane is formed as a hollow fiber membrane.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Hohlfasermembran einen durchschnittlichen Durchmesser des Lumens von 20 μm bis 500 μm, bevorzugt von 200 μm auf.In a further embodiment, the hollow-fiber membrane has an average diameter of the lumen of 20 μm to 500 μm, preferably of 200 μm.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Hohlfasermembran mindestens eine Schicht auf, welche als Selektionsschicht ausgestaltet ist, welche Cellulosediacetat und Polyethylenimin aufweist.In a further embodiment, the hollow-fiber membrane has at least one layer which is configured as a selection layer comprising cellulose diacetate and polyethyleneimine.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Hohlfasermembran mindestens eine Schicht auf, welche als Stützschicht ausgestaltet ist, welche Polyetherimid aufweist.In a further embodiment, the hollow-fiber membrane has at least one layer which is designed as a support layer which comprises polyetherimide.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Hohlfasermembran mindestens eine Schicht auf, welche als Stützschicht ausgestaltet ist, welche Polyethersulfon und Polymethylmethacrylimid aufweist.In a further embodiment, the hollow-fiber membrane has at least one layer which is designed as a support layer which comprises polyethersulfone and polymethylmethacrylimide.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Hohlfasermembran mindestens eine Schicht auf, welche als Stützschicht ausgestaltet ist, welche Polyethersulfon und sulfoniertes Polyethersulfon aufweist.In a further embodiment, the hollow-fiber membrane has at least one layer which is configured as a support layer which comprises polyethersulfone and sulfonated polyethersulfone.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Hohlfasermembran mindestens eine Schicht auf, welche als Stützschicht ausgestaltet ist, welche Polyetherimid und Polyvinylpyrrolidon aufweist.In a further embodiment, the hollow-fiber membrane has at least one layer, which is configured as a support layer which comprises polyetherimide and polyvinylpyrrolidone.
In einer weiteren Ausführungsform Weist die Membran drei koextrudierte Schichten auf.In another embodiment, the membrane has three coextruded layers.
In einer weiteren Ausführungsform weist die mindestens eine Schicht im trockenen Zustand eine Schichtdicke von 30 nm bis 50 μm, bevorzugt von 30 nm bis 200 nm auf, mindestens eine zweite Schicht im trockenen Zustand eine Schichtdicke von 30 nm bis 50 μm, bevorzugt von 30 nm bis 200 nm auf, und mindestens eine dritte Schicht im trockenen Zustand eine Schichtdicke von 1 μm bis 500 μm, bevorzugt 35 μm auf.In a further embodiment, the at least one layer in the dry state has a layer thickness of 30 nm to 50 μm, preferably from 30 nm to 200 nm, at least one second layer in the dry state has a layer thickness of 30 nm to 50 μm, preferably 30 nm to 200 nm, and at least one third layer in the dry state, a layer thickness of 1 .mu.m to 500 .mu.m, preferably 35 .mu.m.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Membran mindestens eine Schicht Cellulosediacetat auf.In a further embodiment, the membrane has at least one layer of cellulose diacetate.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Membran mindestens eine zweite Schicht Cellulosediacetat und Polyethylenimin auf.In a further embodiment, the membrane has at least one second layer of cellulose diacetate and polyethyleneimine.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Membran mindestens eine dritte Schicht Polyetherimid auf.In a further embodiment, the membrane has at least one third layer of polyetherimide.
Verfahren zur Herstellung einer Membran folgende Schritte aufweisend:
- • Bereitstellung mindestens einer ersten klaren Spinmasse, aufweisend ein Material für die mindestens erste Schicht
- • Bereitstellung mindestens einer zweiten klaren Spinnmasse, welche von der ersten klaren Spinnmasse verschieden ist, und ein Material für die mindestens zweite Schicht aufweist
- • Koextrusion der mindestens zwei Spinmassen durch eine Spinndüse, aufweisend eine Anzahl an konzentrischen Ringen entsprechend der Anzahl bereitgestellter Spinnmassen, wobei mindestens ein erster Ring zur Aufnahme und/oder Extrusion mindestens einer ersten Spinnmasse, und mindestens ein zweiter Ring zur Aufnahme und/oder Extrusion mindestens einer zweiten Spinnmasse, welche von der ersten Spinnmasse verschieden ist, befähigt sind, wobei die mindestens zwei konzentrischen Ring um einen zentralen Rundkanal angeordnet sind, welcher zur Aufnahme oder Extrusion oder Aufnahme und Extrusion eines Agens, bevorzugt eines Fällungsagens, bevorzugt Wasser befähigt ist,
- Providing at least a first clear spin mass comprising a material for the at least first layer
- Providing at least one second clear dope which is different from the first clear dope and has a material for the at least second layer
- Coextrusion of the at least two spin masses through a spinneret, comprising a number of concentric rings corresponding to the number of spunbonds provided, at least one first ring for receiving and / or extruding at least one first dope, and at least one second ring for receiving and / or extruding at least a second spinning dope which is different from the first dope, the at least two concentric rings being arranged around a central circular duct which is capable of receiving or extruding or receiving and extruding an agent, preferably a precipitating agent, preferably water,
In einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung einer Membran mindestens eine erste Spinnmasse auf, welche mindestens ein Polymer aufweist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe Celluloseactat, insbesondere ein Celluloseacetat mit einem Acylierungsgrad von 0,5 bis 3, Celluloseester oder Mischester davon oder mindestens ein Polymer aufweist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe Celluloseactat, insbesondere ein Celluloseacetat mit einem Acylierungsgrad von 0,5 bis 3, Celluloseester, oder Mischester davon und noch mindestens einen weiteren Zusatzstoff enthält, vorzugsweise einen haftvermittelnden aminofunktionellen Zusatzstoff, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe Polyethylenimin oder ein Polyamin oder Polyethylenimin und ein Polyamin.In one embodiment, the process for producing a membrane comprises at least one first dope comprising at least one polymer selected from the group consisting of cellulose acetate, in particular a cellulose acetate having an acylation degree of from 0.5 to 3, cellulose esters or mixed esters thereof or at least one Polymer which is selected from the group cellulose acetate, in particular a cellulose acetate having a degree of acylation of 0.5 to 3, cellulose ester, or mixed esters thereof and at least one further additive, preferably an adhesion-promoting amino-functional additive which is selected from the group polyethylenimine or a polyamine or polyethyleneimine and a polyamine.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung einer Membran mindestens eine zweite Spinnmasse auf, welche mindestens ein Polymer aufweist, welches ausgewählt ist aus
- • Polyimin, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyimid, Polyetherimid, Polyethylenimin, Polyvinylpyrrolidon, Polymethylmethacrylimid oder Mischungen daraus; oder
- • sulfoniertes Polysulfon, sulfoniertes Polyethersulfon, sulfoniertes Polyetherimid, sulfoniertes Polymethylmethacrylimid oder Mischungen daraus; oder
- • Polyimin, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyimid, Polyetherimid, Polyethylenimin, Polyvinylpyrrolidon, Polymethylmethacrylimid und sulfoniertes Polysulfon, sulfoniertes Polyethersulfon, sulfoniertes Polyvinylpyrrolidon, sulfoniertes Polymethylmethacrylimid oder Mischungen daraus.
- Polyimine, polysulfone, polyethersulfone, polyimide, polyetherimide, polyethylenimine, polyvinylpyrrolidone, polymethylmethacrylimide or mixtures thereof; or
- Sulfonated polysulfone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polyetherimide, sulfonated polymethylmethacrylimide or mixtures thereof; or
- Polyimine, polysulfone, polyethersulfone, polyimide, polyetherimide, polyethylenimine, polyvinylpyrrolidone, polymethylmethacrylimide and sulfonated polysulfone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polyvinylpyrrolidone, sulfonated polymethylmethacrylimide or mixtures thereof.
Verwendung der erfindungsgemäßen Membran bei der Peritonealdialyse, insbesondere zur Regeneration des Dialysats, Blutreinigung, insbesondere zur Hämodialyse, Umkehrosmose, Energiegewinnung in Osmosekraftwerken, Gasseparation, Pervaporation, Nano-, Ultra-, Mikro- oder Partikelfiltration.Use of the membrane according to the invention in peritoneal dialysis, in particular for the regeneration of the dialysate, blood purification, in particular for hemodialysis, reverse osmosis, power generation in osmotic power plants, gas separation, pervaporation, nano-, ultra-, micro- or particle filtration.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Zur Lösung dieser Aufgabe ist, wie im Folgenden ausführlich beschrieben, eine Membran vorgesehen, insbesondere eine Hohlfasermembran, aufweisend mindestens zwei Schichten, wobei die mindestens zwei Schichten jeweils mindestens ein Polymer aufweisen und bezüglich des stoffbildenden Materials voneinander verschieden sind. Die mindestens zwei Schichten sind zumindest teilweise kovalent miteinander delaminationsfrei verbunden.To achieve this object, as described in detail below, a membrane is provided, in particular a hollow-fiber membrane comprising at least two layers, wherein the at least two layers each have at least one polymer and are different from each other with respect to the material-forming material. The at least two layers are at least partially covalently bonded to one another without delamination.
Unter dem Begriff kovalent ist eine kovalente Bindung bzw. Wechselwirkung zu verstehen, also eine Bindung bzw. Wechselwirkung, bei der die zur Bindung bzw. Wechselwirkung befähigten Gruppen und/oder Elemente über eine Atombindung, homöopolare Bindung, σ-σ-Wechselwirkung, σ-π-Wechselwirkung, Zwei-Elektronen-Zwei-Zentrenbindung, Einfachbindung, Doppelbindung, Dreifachbindung, sowie Kombinationen dieser Wechselwirkungen bzw. Bindungen miteinander verbunden sind. Die genannten Wechselwirkungen bzw. Bindungen können polar bzw. polarisiert sein bzw. unpolar bzw. nicht polarisiert sein.The term covalent is to be understood as meaning a covalent bond or interaction, ie a bond or interaction in which the groups and / or elements capable of binding or interaction are bonded via an atomic bond, homopolar bond, σ-σ interaction, σ- π-interaction, two-electron two-site bonding, single bond, double bond, triple bond, as well as combinations of these interactions or bonds are interconnected. The interactions or bonds mentioned can be polar or polarized or nonpolar or not polarized.
Unter dem Begriff „zumindest teilweise kovalent” ist zu verstehen, dass neben kovalenten Bindungen bzw. Wechselwirkungen auch andere, nicht-kovalente Wechselwirkungen bzw. Bindungen, vorhanden sein können.The term "at least partially covalent" means that in addition to covalent bonds or interactions, other, non-covalent interactions or bonds may also be present.
Unter dem Begriff nicht-kovalent ist zu verstehen, dass die zur Bindung bzw. Wechselwirkung befähigten Gruppen und/oder Elemente vorzugsweise über Zonenpaare, über Wasserstoffbrückenbindungen, über Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, über Charge-Transfer-Wechselwirkungen, über π-π-Elektronen-Wechselwirkungen, über Kation-π-Elektronen-Wechselwirkungen, van-der-Waals-Wechselwirkungen und disperse Wechselwirkungen, über hydrophobe (lipophile) Wechselwirkungen, über Komplexbildung, vorzugsweise Komplexbildung von Übergangsmetallkationen, sowie die Kombination dieser Wechselwirkungen bzw. Bindungen einander zu verbinden mögen.The term non-covalent means that the groups and / or elements capable of binding or interacting preferably via zone pairs, via hydrogen bonds, via dipole-dipole interactions, via charge-transfer interactions, via π-π electrons Interactions, via cation-π-electron interactions, van der Waals interactions and disperse interactions, via hydrophobic (lipophilic) interactions, via complex formation, preferably complex formation of transition metal cations, as well as the combination of these interactions or bonds may combine ,
In einer Ausführungsform sind bis zu 50% der Wechselwirkungen bzw. Bindungen kovalent.In one embodiment, up to 50% of the interactions or bonds are covalent.
In einer weiteren Ausführungsform sind bis zu 70% der Wechselwirkungen bzw. Bindungen kovalent.In another embodiment, up to 70% of the interactions or bonds are covalent.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind bis zu 100% der Wechselwirkungen bzw. Bindungen kovalent.In a preferred embodiment, up to 100% of the interactions or bonds are covalent.
Unter dem Begriff Membran ist eine Trennschicht zu verstehen. The term membrane is to be understood as a separating layer.
In einer Ausführungsform ist die Membran als Hohlfasermembran ausgebildet.In one embodiment, the membrane is formed as a hollow fiber membrane.
Die erfindungsgemäße Membran weist mindestens zwei Schichten auf.The membrane according to the invention has at least two layers.
In einer Ausführungsform weist die Membran zwischen 2 bis 10 Schichten auf.In one embodiment, the membrane has between 2 to 10 layers.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Membran 2, 3, 4 oder 5 Schichten auf.In a further embodiment, the membrane has 2, 3, 4 or 5 layers.
Erfindungsgemäß weist die Membran Schichten auf, wobei die Schichten jeweils mindestens ein Polymer aufweisen und bezüglich ihres schichtbildenden Materials voneinander verschieden sind. In einer Ausführungsform werden die Schichten unabhängig voneinander ausgehend von verschiedenen Spinnmassen erhalten.According to the invention, the membrane has layers, wherein the layers each have at least one polymer and are different from one another with regard to their layer-forming material. In one embodiment, the layers are obtained independently starting from different spinning masses.
In einer Ausführungsform ist die Membran als Trennschicht zwischen Flüssigkeiten ausgebildet.In one embodiment, the membrane is formed as a separating layer between liquids.
In einer anderen Ausführungsform ist die Membran als Trennschicht zwischen Gasen ausgebildet.In another embodiment, the membrane is designed as a separating layer between gases.
In einer anderen Ausführungsform ist die Membran als Trennschicht zwischen Flüssigkeiten und Gasen ausgebildet.In another embodiment, the membrane is formed as a separating layer between liquids and gases.
Unter dem Begriff Schicht(en) ist zu verstehen, dass diese Schicht(en) eine dreidimensionale Ausbreitung aufweisen, wobei die Ausbreitung in eine Dimension mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 75%, vorzugsweise mindestens 90% kleiner ist, als die Ausbreitung in die anderen beiden Dimensionen. Schicht(en) können aus jedem schichtbildenden Material gebildet werden.The term layer (s) is to be understood as meaning that this layer (s) have a three-dimensional propagation, the propagation in one dimension being at least 50%, preferably at least 75%, preferably at least 90%, smaller than the propagation into the others two dimensions. Layer (s) can be formed from any layer-forming material.
Unter „schichtbildendes Material” sind alle Materialien, beispielsweise Polymere, zu verstehen, welche die Schicht aufweist.By "layer-forming material" is meant all materials, such as polymers, that comprise the layer.
In einer Ausführungsform weisen die Schichten synthetische oder natürliche Polymere auf.In one embodiment, the layers comprise synthetic or natural polymers.
In einer Ausführungsform weisen die Schichten Polymere auf, welche löslich sind in organischen Lösemitteln, welche vorzugsweise mit Wasser zumindest teilweise mischbar sind.In one embodiment, the layers comprise polymers that are soluble in organic solvents, which are preferably at least partially miscible with water.
Unter dem Begriff „löslich” ist zu verstehen, dass man eine im sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichts klare, ungetrübte, optisch transparente Lösung erhält, die vorzugsweise zumindest makroskopisch eine Phase aufweist. Anders ausgedrückt: es lässt sich im sichtbaren Bereich des Lichts kein Tyndal-Effekt feststellen. Makroskopisch bedeutet dies, dass die Lösung eine Phase bildet und frei ist von ungelösten Bestandteilen, wie z. B. Polymer-Gelpartikel.The term "soluble" is to be understood as meaning obtaining a clear, undiluted, optically transparent solution in the visible wavelength range of the light, which preferably has at least one macroscopic phase. In other words, no Tyndal effect can be detected in the visible range of the light. Macroscopically, this means that the solution forms a phase and is free of undissolved constituents, such. B. Polymer gel particles.
Diese Definition ist auch anwendbar bzgl. des später verwendeten Begriffs „klare Spinnlösung”This definition is also applicable with respect to the term "clear spinning solution" used later.
In einer Ausführungsform weisen die Schichten jeweils mindestens ein Polymer auf, welches löslich ist in Dimethylacetamid, Pyrrolidon, N-Methylpyrrolidon, Dimethylsulfoxid, Formamid, N-Methylformamid, primäre Alkohole, sekundäre Alkohole, tertiäre Alkohole, Dioxan, Tetrahydrofuran oder Mischungen daraus.In one embodiment, the layers each have at least one polymer which is soluble in dimethylacetamide, pyrrolidone, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, formamide, N-methylformamide, primary alcohols, secondary alcohols, tertiary alcohols, dioxane, tetrahydrofuran or mixtures thereof.
In einer Ausführungsform weisen die Schichten zusätzlich zu den Polymeren vorzugsweise bis zu 10 Gewichts%, vorzugsweise bis zu 5 Gewichts%, vorzugsweise bis zu 2 Gewichts% Oligomere auf, welche vorzugsweise den verwendeten Polymeren entsprechen, oder vorzugsweise verschieden sind von den verwendeten Polymeren. Typischerweise weisen die Oligomere einen Polymerisationsgrad von 2 bis 10 auf.In one embodiment, in addition to the polymers, the layers preferably have up to 10% by weight, preferably up to 5% by weight, preferably up to 2% by weight of oligomers, which preferably correspond to the polymers used, or preferably are different from the polymers used. Typically, the oligomers have a degree of polymerization of 2 to 10.
Eine erste Schicht kann von einer zweiten Schicht durch unterschiedliche chemische (beispielsweise Permeabilität oder Material) und/oder physikalische (beispielsweise durchschnittliche Porengrößenverteilung) Eigenschaften unterschieden werden.A first layer may be distinguished from a second layer by different chemical (eg permeability or material) and / or physical (eg average pore size distribution) properties.
In einer Ausführungsform ist mindestens eine Schicht als Selektionsschicht ausgebildet.In one embodiment, at least one layer is formed as a selection layer.
Unter dem Begriff Selektionsschicht ist zu verstehen, dass diese Schicht für mindestens einen ausgewählten Stoff, vorzugsweise Harnstoff oder Wasser, aus einem Stoffgemisch, vorzugsweise einem flüssigen Stoffgemisch, vorzugsweise Blut oder Dialysat oder Blut und Dialysat durchlässig ist. The term selection layer is to be understood as meaning that this layer is permeable to at least one selected substance, preferably urea or water, from a substance mixture, preferably a liquid substance mixture, preferably blood or dialysate, or blood and dialysate.
Der Begriff Selektionsschicht bedeutet außerdem, dass diese Schicht gleichzeitig für andere Stoffe, vorzugsweise für mono- und divalente Kationen, vorzugsweise für mono- und divalente Kationen der ersten und zweiten Hauptgruppe des Periodensystems chemischer Elemente, wie beispielsweise Natrium in Form von Na+, Kalium in Form von K+, Magnesium in Form von Mg2+, oder Calcium in Form von Ca2+, sowie deren in wässrigen Milieu wie beispielsweise in Blut oder Dialysat vorliegenden Wasserkomplexe, eine reduzierte, vorzugsweise minimierte Durchlässigkeit besitzt, vorzugsweise undurchlässig ist.The term selection layer also means that this layer simultaneously for other substances, preferably for mono- and divalent cations, preferably for mono- and divalent cations of the first and second main group of the periodic table of chemical elements, such as sodium in the form of Na + , potassium in Form of K + , magnesium in the form of Mg 2+ , or calcium in the form of Ca 2+ , as well as their present in aqueous environments such as in blood or dialysate water complexes, has a reduced, preferably minimized permeability, preferably impermeable.
In einer Ausführungsform weist die Selektionsschicht mindestens ein Polymer auf.In one embodiment, the selection layer comprises at least one polymer.
In einer Ausführungsform weist die Selektionsschicht mindestens ein Polymer auf, welches ausgewählt ist aus Celluloseacetat, insbesondere ein Celluloseacetat mit einem Acylierungsgrad von 0.5 bis 3, also beispielweise ein Cellulosediacteat, oder ein Cellulosetriacetat; Celluloseester, Cellulosediacetat oder Mischester davon.In one embodiment, the selection layer comprises at least one polymer which is selected from cellulose acetate, in particular a cellulose acetate having an acylation degree of from 0.5 to 3, that is, for example, a cellulose diacetate, or a cellulose triacetate; Cellulose ester, cellulose diacetate or mixed esters thereof.
Unter dem Begriff „Acylierungsgrad” ist die mittlere Anzahl der Acylgruppen pro Struktureinheit zu verstehen. In einer Ausführungsform wird ein Acylierungsgrad im Bereich von 2,5 bis 3, z. B. 2,7 verwendet.The term "degree of acylation" means the average number of acyl groups per structural unit. In one embodiment, an acylation level in the range of 2.5 to 3, e.g. B. 2.7 used.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Selektionsschicht ein Polyamid auf, welches auch ein quervernetztes Polyamid sein kann. Dabei ist denkbar, eine unvernetzte Vorstufe zu verspinnen und das versponnene Material anschließend zu vernetzen.In a further embodiment, the selection layer comprises a polyamide, which may also be a crosslinked polyamide. It is conceivable to spin an uncrosslinked precursor and then to crosslink the spun material.
In einer Ausführungsform ist die Selektionsschicht bevorzugt lumenseitig, also im Inneren, also die innere Schicht bildend der Membran, welche in dieser Ausführungsform als Hohlfasermembran ausgebildet ist, angeordnet.In one embodiment, the selection layer is preferably arranged on the lumen side, that is to say in the interior, that is to say the inner layer forming the membrane, which in this embodiment is designed as a hollow-fiber membrane.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Selektionsschicht außen, bzw. die äußere Schicht der Membran bildend, welche in dieser Ausführungsform als Hohlfasermembran ausgebildet ist, angeordnet.In a further embodiment, the selection layer is outside, or the outer layer of the membrane forming, which is formed in this embodiment as a hollow fiber membrane arranged.
In einer Ausführungsform ist mindestens eine Schicht als Trägerschicht ausgebildet.In one embodiment, at least one layer is formed as a carrier layer.
Der Begriff Stützschicht ist synonym zum Begriff Trägerschicht zu verwenden. Unter dem Begriff Stützschicht ist eine Schicht zu verstehen, welche eine hohe Porosität und eine hohe mechanische Stabilität, vorzugsweise eine hohe mechanische Stabilität im Sinne von Beul- und Zugfestifgkeit aufweist. Die Stütz- bzw. Trägerschicht weist mindestens ein Polymer auf, welches bevorzugt ausgewählt ist aus:
- a) Polyimin, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyimid, Polyetherimid, Polyethylenimin, Polyvinylpyrrolidon, Polymethylmethacrylimid oder Mischungen daraus; oder
- b) sulfoniertes Polysulfon, sulfoniertes Polyethersulfon, sulfoniertes Polyetherimid, sulfoniertes Polymethylmethacrylimid oder Mischungen daraus; oder
- c) Polyimin, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyethylenimin, Polyvinylpyrrolidon, Polymethylmethacrylimid und sulfoniertes Polyimin, sulfoniertes Polysulfon, sulfoniertes Polyethersulfon, sulfoniertes Polymethylmethacrylimid oder Mischungen daraus.
- a) polyimine, polysulfone, polyethersulfone, polyimide, polyetherimide, polyethyleneimine, polyvinylpyrrolidone, polymethylmethacrylimide or mixtures thereof; or
- b) sulfonated polysulfone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polyetherimide, sulfonated polymethylmethacrylimide or mixtures thereof; or
- c) polyimine, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyethylenimine, polyvinylpyrrolidone, polymethylmethacrylimide and sulfonated polyimine, sulfonated polysulfone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polymethylmethacrylimide or mixtures thereof.
Mögliche verwendbare Polyimide sind unter dem Handelsnamen Ultem 1000, Matrimid, oder Pleximid bekannt.Possible useful polyimides are known under the trade name Ultem 1000, Matrimid, or Pleximid.
In einer Ausführungsform ist die Trägerschicht bevorzugt nach außen gerichtet, also die Außenschicht der Membran bildend, welche in dieser Ausführungsform als Hohlfasermembran ausgebildet ist, angeordnet.In one embodiment, the carrier layer is preferably directed outwards, thus forming the outer layer of the membrane, which in this embodiment is designed as a hollow-fiber membrane.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Trägerschicht lumenseitig bzw. nach innen gerichtet, also die Innenschicht der Membran bildend, welche in dieser Ausführungsform als Hohlfasermembran ausgebildet ist, angeordnet.In a further embodiment, the carrier layer is directed on the lumen side or inwards, thus forming the inner layer of the membrane, which in this embodiment is designed as a hollow-fiber membrane.
In einer Ausführungsform weist eine Schicht, vorzugsweise die Selektionsschicht eine Schichtdicke, welche vorzugsweise im trockenen Zustand bestimmt wurde zwischen 30 nm und 50 μm, bevorzugt zwischen 30 nm und 200 nm auf. In one embodiment, a layer, preferably the selection layer, has a layer thickness, which was preferably determined in the dry state, between 30 nm and 50 μm, preferably between 30 nm and 200 nm.
In einer Ausführungsform weist eine Schicht, vorzugsweise die Träger- bzw. Stützschicht eine Schichtdicke, welche vorzugsweise im trockenen Zustand bestimmt wurde, von vorzugsweise 1 μm bis 500 μm, vorzugsweise von 35 μm auf.In one embodiment, a layer, preferably the support layer, has a layer thickness, which was preferably determined in the dry state, of preferably 1 .mu.m to 500 .mu.m, preferably of 35 .mu.m.
Die Trocknung der Fasern zur Bestimmung der Schichtdicke erfolgt in einer Ausführungsform in zwei aufeinander folgenden Trockenkammern bei Temperaturen von 120°C ± 5°C.The drying of the fibers to determine the layer thickness takes place in one embodiment in two successive drying chambers at temperatures of 120 ° C ± 5 ° C.
Die Schichtdicke wird in einer Ausführungsform in einem Elektronenmikroskop im Hochvakuum nach Abschluss der Trocknung bestimmt.The layer thickness is determined in one embodiment in an electron microscope under high vacuum after completion of the drying.
Dabei ist es erfindungsgemäß wesentlich, dass die delaminationsfrei zu verbindenden Schichten während des Herstellungsprozesses so ausgebildet sind, dass sie miteinander reagieren können. Bei Verwendung eines haftvermittelnden Zusatzstoffes kann dieser demnach im Gemisch zur Herstellung der Stützschicht oder dem Gemisch zur Herstellung der Selektionsschicht, oder in einer haftvermittelnden Schicht, welche zwischen Selektionsschicht und Stützschicht angeordnet sein kann, enthalten sein.In this case, it is essential according to the invention that the layers to be connected without delamination are formed during the production process in such a way that they can react with one another. If an adhesion-promoting additive is used, it can accordingly be present in a mixture for producing the support layer or the mixture for producing the selection layer, or in an adhesion-promoting layer which can be arranged between the selection layer and the support layer.
Unter dem Begriff delaminationsfrei ist zu verstehen, dass die mindestens zwei Schichten stoffschlüssig, also durch atomare und/oder molekulare Kräfte miteinander verbunden, und nicht zerstörungsfrei voneinander lösbar sind, sodass eine Delamination der Schichten reduziert, vorzugsweise minimiert, weiter bevorzugt verhindert wird. Dies geschieht durch kovalente und/oder nicht-kovalente Wechselwirkungen und/oder Bindungen zwischen den mindestens zwei SchichtenThe term "delamination-free" is to be understood as meaning that the at least two layers are bonded to one another in a material-locking manner, ie by atomic and / or molecular forces, and not destructively detachable from one another, so that delamination of the layers is reduced, preferably minimized, and more preferably prevented. This is done by covalent and / or non-covalent interactions and / or bonds between the at least two layers
Dies wird in einer Ausführungsform erreicht, indem mindestens eine Schicht, vorzugsweise die Schicht, welche als Selektionsschicht ausgebildet ist, mindestens ein Polymer aufweist und noch zusätzlich mindestens einen Zusatzstoff.This is achieved in one embodiment by at least one layer, preferably the layer which is formed as a selection layer, comprising at least one polymer and additionally at least one additive.
In einer weiteren Ausführungsform weist mindestens eine Schicht, vorzugsweise die Selektionsschicht, mindestens ein Polymer auf, welches ausgewählt ist aus Celluloseacetat, insbesondere ein Celluloseacetat mit einem Acylierungsgrad, zwischen 0,5 und 3, also beispielsweise auch Cellulosediacetat oder Cellulosetriacetat, Celluloseester, Cellulosediacetat und/oder Mischester davon, und noch mindestens einen Zusatzstoff.In a further embodiment, at least one layer, preferably the selection layer, comprises at least one polymer which is selected from cellulose acetate, in particular a cellulose acetate having an acylation degree between 0.5 and 3, for example also cellulose diacetate or cellulose triacetate, cellulose ester, cellulose diacetate and / or mixed esters thereof, and at least one additive.
In einer Ausführungsform ist der Zusatzstoff als haftvermittelnder Zusatzstoff ausgestaltet.In one embodiment, the additive is configured as an adhesion-promoting additive.
In einer Ausführungsform ist der haftvermittelnde Zusatzstoff aminofunktionell.In one embodiment, the adhesion promoting additive is amino functional.
In einer Ausführungsform weist der Zusatzstoff ein Material auf, welches reaktive Gruppen aufweist.In one embodiment, the additive comprises a material having reactive groups.
In einer Ausführungsform weist der Zusatzstoff mindestens ein Polymer, welches reaktive Gruppen aufweist, welches ausgewählt ist aus Polyethylenimin, Polyamin, aminhaltige Copolymere, Polyvinylamin, Poly-L-Lysin oder Mischungen daraus.In one embodiment, the additive comprises at least one polymer having reactive groups selected from polyethyleneimine, polyamine, amine-containing copolymers, polyvinylamine, poly-L-lysine, or mixtures thereof.
Mögliche verwendbare Polyamine sind unter den Handelsnamen Epomin oder Polyment (Nippon Shokubai), Lupasol (BASF) oder Jeffamin (Huntsmann) bekannt. Polyvinylamin ist beispielsweise von der Firma BASF zu erwerben.Possible useful polyamines are known under the trade names Epomin or Polyment (Nippon Shokubai), Lupasol (BASF) or Jeffamine (Huntsmann). Polyvinylamine can be purchased, for example, from BASF.
In einer Ausführungsform können auch niedermolekulare Polymere mit reaktiven Gruppen im Zusatzstoff enthalten sein wie etwa Oligoamine.In one embodiment, low molecular weight polymers having reactive groups may also be included in the additive, such as oligoamines.
In einer Ausführungsform weist der Zusatzstoff mindestens ein Polymer auf, welches in organischen Lösemitteln löslich ist.In one embodiment, the additive comprises at least one polymer which is soluble in organic solvents.
In einer Ausführungsform weist der Zusatzstoff mindestens ein Polymer auf, welches in organischen Lösemitteln löslich ist, welche vorzugsweise zumindest teilweise mischbar sind mit Wasser, welche vorzugsweise ausgewählt sind aus Dimethylacetamid, Pyrrolidon, N-Methylpyrrolidon, Dimethylsulfoxid, Formamid, N-Methylformamid, Dimethylformamid, primäre Alkohole, sekundäre Alkohole, tertiäre Alkohole, Dioxan, Tetrahydrofuran oder Mischungen daraus.In one embodiment, the additive comprises at least one polymer that is soluble in organic solvents, which are preferably at least partially miscible with water, which are preferably selected from dimethylacetamide, pyrrolidone, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, formamide, N-methylformamide, dimethylformamide, primary alcohols, secondary alcohols, tertiary alcohols, dioxane, tetrahydrofuran or mixtures thereof.
Der Begriff reaktive Gruppen umfasst alle funktionellen Gruppen und/oder Elemente, welche in der Lage sind mit anderen reaktiven Gruppen bzw. Elementen des gleichen Materials, vorzugsweise aber mit reaktiven Gruppen und/oder Elementen eines mindestens zweiten Materials, vorzugsweise eines mindestens zweiten Polymers, kovalente oder nicht-kovalente oder kovalente und nicht-kovalente Bindungen bzw. Wechselwirkungen einzugehen.The term reactive groups includes all functional groups and / or elements which are capable of other reactive groups or elements of the same material, but preferably with reactive groups and / or elements of an at least second material, preferably at least one second polymer, covalent or non-covalent or covalent and non-covalent bonds or interactions.
In einer Ausführungsform ist der Zusatzstoff so ausgewählt, dass bevorzugt kovalente Bindungen bzw. Wechselwirkungen zwischen den mindestens zwei Schichten ausgebildet werden können.In one embodiment, the additive is selected such that preferably covalent bonds or interactions between the at least two layers can be formed.
Zur Ausbildung derartiger Bindungen bzw. Wechselwirkungen dienen prinzipiell alle dem Fachmann bekannten Reaktionen.In principle, all reactions known to the person skilled in the art are used to form such bonds or interactions.
In einer Ausführungsform handelt es sich dabei um Kondensationsreaktionen, insbesondere Veresterungen und AmidbildungsreaktionenIn one embodiment, these are condensation reactions, in particular esterifications and amide formation reactions
Unter dem Begriff Hohlfasermembran ist synonym auch eine Hohlfaserkapillarmembran zu verstehen. Diese Hohlfasermembran weist bevorzugt einen durchschnittlichen Durchmesser des Lumens zwischen 20 μm bis 500 μm, bevorzugt von 200 μm auf.The term hollow fiber membrane is synonymous synonymous to understand a hollow fiber capillary membrane. This hollow-fiber membrane preferably has an average diameter of the lumen between 20 μm to 500 μm, preferably of 200 μm.
In einer Ausführungsform ist die äußere Form des schematischen Querschnitts der Hohlfasermembran rund, bzw. kreisförmig.In one embodiment, the outer shape of the schematic cross section of the hollow fiber membrane is round, or circular.
Es sind aber auch andere geometrische Figuren des schematischen Querschnitts der Hohlfasermembran denkbar, wie beispielsweise sternartige Figuren oder Figuren mit abwechselnden konvexartigen und konkavartigen Elementen, welche vorzugsweise durch Erhöhung der Oberfläche der Hohlfasermembran entstehen können.But there are also other geometric figures of the schematic cross section of the hollow fiber membrane conceivable, such as star-like figures or figures with alternating convex and concave-like elements, which may preferably arise by increasing the surface of the hollow fiber membrane.
In einer Ausführungsform weist eine Membran, welche in dieser Ausführungsform als Hohlfasermembran ausgebildet ist mindestens drei Schichten auf, welche mit der jeweils benachbarten, in direktem Kontakt stehenden Schicht (also eine erste Schicht mit einer zweiten Schicht, und diese zweite Schicht mit einer dritten Schicht) durch kovalente oder nicht-kovalente oder kovalente und nicht-kovalente Bindungen bzw. Wechselwirkungen miteinander verbunden sind, bevorzugt delaminationsfrei miteinander verbunden sind.In one embodiment, a membrane, which in this embodiment is in the form of a hollow-fiber membrane, has at least three layers which are in contact with the respectively adjacent, directly contacting layer (ie a first layer with a second layer, and this second layer with a third layer). are linked to one another by covalent or non-covalent or covalent and non-covalent bonds or interactions, preferably linked to one another without delamination.
In einer Ausführungsform beträgt die Schichtdicke der als Selektionsschicht ausgebildeten Schicht im trockenen Zustand 30 nm bis 50 μm, bevorzugt 30 nm bis 200 nm.In one embodiment, the layer thickness of the layer formed as a selection layer in the dry state is 30 nm to 50 μm, preferably 30 nm to 200 nm.
In einer Ausführungsform beträgt die Schichtdicke einer zweiten Schicht, bevorzugt die mittlere Schicht im trockenen Zustand 20 nm bis 200 μm, bevorzugt 30 nm bis 50 μm, weiterhin bevorzugt 30 nm bis 200 nm.In one embodiment, the layer thickness of a second layer, preferably the middle layer in the dry state, is 20 nm to 200 μm, preferably 30 nm to 50 μm, more preferably 30 nm to 200 nm.
In einer Ausführungsform beträgt die Schichtdicke einer dritten Schicht, welche als Stützschicht ausgebildet ist, im trockenen Zustand 1 μm bis 500 μm, bevorzugt 20 μm bis 200 μm, insbesondere 25 bis 100 μm, weiterhin bevorzugt 25 bis 35 μm, insbesondere 35 μm.In one embodiment, the layer thickness of a third layer, which is formed as a support layer, in the dry state 1 micron to 500 .mu.m, preferably 20 .mu.m to 200 .mu.m, in particular 25 to 100 .mu.m, more preferably 25 to 35 .mu.m, in particular 35 .mu.m.
In einer Ausführungsform einer Membran, welche als Hohlfasermembran ausgestaltet ist, weist eine erste Schicht, bevorzugt die innere Schicht (Selektionsschicht) ein Polymer auf, welches ausgewählt ist aus Celluloseacetat, insbesondere ein Celluloseacetat mit einem Acylierungsgrad zwischen 0,5 und 3, Celluloseester, Cellulosediacetat und/oder Mischester. Insbesondere ist diese erste Schicht, bevorzugt die innere Schicht, ausgebildet als Selektionsschicht, welche besonders bevorzugt Celluloseacetat aufweist.In one embodiment of a membrane which is configured as a hollow-fiber membrane, a first layer, preferably the inner layer (selection layer), comprises a polymer which is selected from cellulose acetate, in particular a cellulose acetate having an acylation degree between 0.5 and 3, cellulose ester, cellulose diacetate and / or mixed esters. In particular, this first layer, preferably the inner layer, is formed as a selection layer, which particularly preferably comprises cellulose acetate.
In einer Ausführungsform einer Membran, welche als Hohlfasermembran ausgestaltet ist, weist eine zweite Schicht, bevorzugt die mittlere Schicht, mindestens ein Polymer auf, welches ausgebildet ist aus Celluloseacetat, insbesondere ein Celluloseacetat mit einem Acylierungsgrad zwischen 0,5 und 3, Celluloseester, Cellulosediacetat und/oder ein Mischester davon sowie einen Zusatzstoff, vorzugsweise einen haftvermittelnden Zusatzstoff, welcher vorzugsweise aminofunktionell ist, welcher ausgewählt ist aus Polyethylenimin und/oder ein Polyamin, insbesondere ein Polymer, welches reaktive Gruppen und/oder Elemente aufweist.In one embodiment of a membrane, which is configured as a hollow fiber membrane, a second layer, preferably the middle layer, at least one polymer which is formed from cellulose acetate, in particular a cellulose acetate having a degree of acylation between 0.5 and 3, cellulose ester, cellulose diacetate and or a mixed ester thereof and an additive, preferably an adhesion-promoting additive, which is preferably amino-functional, which is selected from polyethyleneimine and / or a polyamine, in particular a polymer which has reactive groups and / or elements.
Vorhergehende Definitionen von Zusatzstoff und reaktiven Gruppen und/oder Elementen ist auch hierfür gültig.Previous definitions of additive and reactive groups and / or elements is also valid for this.
In einer Ausführungsform einer Membran, welche als Hohlfasermembran ausgestaltet ist, weist die zweite Schicht, bevorzugt die mittlere Schicht, Cellulosediacetat und Polyethylenimin auf. Vorzugsweise ist die zweite Schicht, bevorzugt die mittlere Schicht, ausgebildet als Selektionsschicht. In one embodiment of a membrane, which is configured as a hollow-fiber membrane, the second layer, preferably the middle layer, comprises cellulose diacetate and polyethyleneimine. Preferably, the second layer, preferably the middle layer, is formed as a selection layer.
In einer Ausführungsform einer Membran, welche als Hohlfasermembran ausgestaltet ist, weist eine dritte Schicht, vorzugsweise die äußere Schicht, mindestens ein Polymer auf, welches ausgewählt ist aus Polyimin, Polyimid, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyethylenimin, Polyvinylpyrrolidon, Polymethylmethacryalimid, Polyethersulfon oder Mischungen daraus, welche sulfoniert und/oder nicht-sulfoniert sind, bzw. sulfonierte und/oder nicht-sulfonierte Gruppen aufweist. Vorzugsweise ist diese dritte Schicht, vorzugsweise die äußere Schicht, ausgebildet als Stütz- bzw. Trägerschicht. Vorzugsweise weist diese dritte Schicht, vorzugsweise die äußere Schicht, Polyetherimid auf.In one embodiment of a membrane configured as a hollow fiber membrane, a third layer, preferably the outer layer, comprises at least one polymer selected from polyimine, polyimide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyethylenimine, polyvinylpyrrolidone, polymethylmethacryalimide, polyethersulfone or mixtures from which are sulfonated and / or non-sulfonated, or sulfonated and / or non-sulfonated groups. Preferably, this third layer, preferably the outer layer, is formed as a support or carrier layer. Preferably, this third layer, preferably the outer layer, comprises polyetherimide.
Erfindungsgemäß ist auch das Verfahren zur Herstellung der Membran, welches folgende Schritte aufweist:
- • Bereitstellung mindestens einer ersten klaren Spinmasse, aufweisend ein Material für die mindestens erste Schicht
- • Bereitstellung mindestens einer zweiten klaren Spinnmasse, welche von der ersten klaren Spinnmasse verschieden ist, und ein Material für die mindestens zweite Schicht aufweist
- • Koextrusion der mindestens zwei Spinmassen durch eine Spinndüse, aufweisend eine Anzahl an konzentrischen Ringen entsprechend der Anzahl bereitgestellter Spinnmassen, wobei mindestens ein erster Ring zur Aufnahme und/oder Extrusion mindestens einer ersten Spinnmasse, und mindestens ein zweiter Ring zur Aufnahme und/oder Extrusion mindestens einer zweiten Spinnmasse, welche von der ersten Spinnmasse verschieden ist, befähigt sind, wobei die mindestens zwei konzentrischen Ringe um einen zentralen Rundkanal angeordnet sind, welcher zur Aufnahme oder Extrusion oder Aufnahme und Extrusion eines Agens, bevorzugt eines Fällungsagens, bevorzugt Wasser befähigt ist
- • Bereitstellung eines Spülbades, welches befähigt ist, den Gehalt an verwendeten Lösemittel(n), welche(s) enthalten ist in vorgehend erhaltener Membran, zu reduzieren, vorzugsweise zu minimieren, vorzugsweise das/die verwendete(n) Lösemittel vollständig zu entfernen.
- Providing at least a first clear spin mass comprising a material for the at least first layer
- Providing at least one second clear dope which is different from the first clear dope and has a material for the at least second layer
- Coextrusion of the at least two spin masses through a spinneret, comprising a number of concentric rings corresponding to the number of spunbonds provided, at least one first ring for receiving and / or extruding at least one first dope, and at least one second ring for receiving and / or extruding at least a second spinning mass which is different from the first spinning mass, wherein the at least two concentric rings are arranged around a central circular channel which is capable of receiving or extruding or receiving and extruding an agent, preferably a precipitating agent, preferably water
- Providing a rinsing bath which is capable of reducing, preferably minimizing, the content of solvent (s) used which is contained in the previously obtained membrane, preferably completely removing the solvent (s) used.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren noch folgenden Schritt auf, welcher sich anschließen kann:
- • Trocknung der vorhergehend erhaltenen und behandelten Membran oder Hohlfaser, diese Membran aufweisend.
- Drying of the previously obtained and treated membrane or hollow fiber comprising this membrane.
Die klare Spinnlösung weist mindestens ein Polymer auf, welches vorzugsweise ausgewählt ist aus
- • der Gruppe Celluloseacetat, insbesondere ein Celluloseacetat mit einem Acylierungsgrad zwischen 0,5 und 3, Celluloseester, Cellulosediacetat oder Mischester davon; oder
- • der Gruppe Polyethylenimin, Polyamin, Polyvinylamin, aminhaltige Copolymere, Poly-L-Lysin, Oligoamin oder Mischungen daraus; oder
- • der Gruppe Polyimid, Polyimin, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyethylenimin, Polyvinylpyrrolidon, Polymethylmethacrylimid, Polyethersulfon und/oder sulfonierte bzw. nicht-sulfonierte Derivate davon;
- • sowie Mischungen vorstehend genannter Polymere.
- The group of cellulose acetate, in particular a cellulose acetate having an acylation degree between 0.5 and 3, cellulose ester, cellulose diacetate or mixed esters thereof; or
- The group polyethyleneimine, polyamine, polyvinylamine, amine-containing copolymers, poly-L-lysine, oligoamine or mixtures thereof; or
- The group polyimide, polyimine, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyethylenimine, polyvinylpyrrolidone, polymethylmethacrylimide, polyethersulfone and / or sulfonated or non-sulfonated derivatives thereof;
- • and mixtures of the aforementioned polymers.
In einer Ausführungsform weist die Spinnmasse mindestens ein Lösemittel auf, welches befähigt ist vorhergenannte Polymere zu lösen, und dadurch eine klare Spinnmasse zu erzeugen.In one embodiment, the dope comprises at least one solvent which is capable of dissolving the aforementioned polymers and thereby producing a clear dope.
In einer Ausführungsform weist die Spinnmasse organische Lösemittel auf, welche bevorzugt zumindest teilweise mit Wasser mischbar sind, vorzugsweise ausgewählt aus Dimethylacetamid, Pyrrolidon, N-Methylpyrrolidon, Dimethylsulfoxid, Formamid, N-Methylformamid, primäre Alkohole, sekundäre Alkohole, tertiäre Alkohole, Dioxan, Tetrahydrofuran oder Mischungen daraus.In one embodiment, the spinning mass comprises organic solvents which are preferably at least partially miscible with water, preferably selected from dimethylacetamide, pyrrolidone, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, formamide, N-methylformamide, primary alcohols, secondary alcohols, tertiary alcohols, dioxane, tetrahydrofuran or mixtures thereof.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren den Schritt auf, dass mindestens eine erste Spinnmasse mit mindestens einer zweiten Spinnmasse in Kontakt treten kann, wobei dies bevorzugt durch Koextrusion einer ersten Spinnmasse mit gleichzeitig mindestens einer zweiten Spinnmasse geschieht, vorzugsweise durch Bereitstellen und Verwendung einer Spinndüse. Vorzugsweise wird eine Hohlfaserdüse als Spinndüse verwendet. Dabei werden über einen oder mehrere konzentrisch angeordnete Ringkanäle vorgehend beschriebene Spinnmasse/n extrudiert, während gleichzeitig durch den zentral angeordneten Rundkanal ein flüssiges oder viskoses Agens gepresst wird. Dieses Agens ist vorzugsweise Wasser, und leitet beim Phaseninversionsverfahren die Fällungsreaktion ein. Weiterhin ist der Schritt umfasst, dass besagte Membran bzw. Hohlfasermembran durch einen abschließenden Waschprozess vom Lösemittel befreit wird. An diesen Waschschritt schließt sich eine Trocknung der so erhaltenen und gewaschenen Membran bzw. Hohlfasermembran an, welche bevorzugt in einem Warmluftstrom stattfindet. Vorteilhafterweise weist mindestens eine vorhergehend beschriebene Spinnmasse ein Material bzw. Polymer auf, welches befähigt ist eine Selektionsschicht wie vorhergehend definiert auszubilden, während mindestens eine zweite Spinnmasse vorteilhafterweise ein Material/Polymer aufweist, welches zur Ausbildung einer, Stütz- bzw. Trägerschicht befähigt ist. Synonym zur Spinnmasse wird auch der Begriff Spinnlösung verwendet. Bevorzugte Verfahren zur Herstellung besagter Membran bzw. besagter Hohlfasermembran sind Spinnverfahren, besonders bevorzugt das Phaseninversionsverfahren, das Dry-Wet-Spinnverfahren oder Schmelzspinnverfahren.In one embodiment, the method comprises the step that at least one first dope can come into contact with at least one second dope, preferably by coextrusion of a first dope with at least one second dope, preferably by providing and using a spinneret. Preferably, a hollow fiber nozzle is used as the spinneret. In this case, over one or more concentrically arranged annular channels previously described spinning mass / n are extruded, while at the same time a liquid or viscous agent is pressed through the centrally located circular channel. This agent is preferably water, and initiates the precipitation reaction in the phase inversion process. Furthermore, the step comprises that said membrane or hollow-fiber membrane is freed from the solvent by a final washing process. This washing step is followed by drying of the membrane or hollow-fiber membrane thus obtained and washed, which preferably takes place in a hot air stream. Advantageously, at least one spinning composition described above comprises a material or polymer which is capable of a selection layer such as previously defined, while at least one second spinning mass advantageously comprises a material / polymer which is capable of forming a support or carrier layer. The term dope is also used synonymously with the spinning dope. Preferred methods for producing said membrane or said hollow-fiber membrane are spinning processes, particularly preferably the phase inversion process, the dry-wet spinning process or the melt-spinning process.
Ebenso erfindungsgemäß ist die Verwendung der Membran bzw. der Hohlfasermembran, aufweisend mindestens zwei Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Schichten kovalent und/oder nicht-kovalent miteinander, verbunden sind, bevorzugt delaminationsfrei verbunden sind, bei Verfahren der Peritonealdialyse, insbesondere im Verfahren zur Regeneration des Dialysats, bei Verfahren der Hämodialyse, bei Verfahren der Umkehrosmose, bei Verfahren zur Energiegewinnung in Osmosekraftwerken, sowie bei Verfahren der Gasseparation, Pervaporation und in der Nano-, Ultra-, Mikro- und Partikelfiltration.Likewise, according to the invention, the use of the membrane or the hollow-fiber membrane, comprising at least two layers, is characterized in that the at least two layers are covalently and / or non-covalently bonded to one another, preferably delamination-free, in processes of peritoneal dialysis, in particular in the process for the regeneration of the dialysate, in hemodialysis, in reverse osmosis, in processes for power generation in osmotic power plants, as well as processes of gas separation, pervaporation and in nano-, ultra-, micro- and particle filtration.
Bestimmung der Delaminationsfestigkeit einer MembranDetermination of the delamination strength of a membrane
Da bei der Herstellung einer mehrschichtigen Membran, insbesondere einer Hohlfasermembran mit zeitgleich extrudierten Schichten eine zeitlich verzögerte Delamination erfolgen kann, wird eine Untersuchungsmethode für die Bestimmung der Delaminationsfestigkeit einer Membran benötigt, welche nachfolgend beschrieben ist. Dazu stellt man Kleinmodule mit einer ca. 10 cm langen Einzelfaser, her. Die Fasern werden zunächst innen mit Wasser gefüllt und dann von der Außenseite für ca. 10 s mit einer Lösung von 50% Isopropanol in Wasser hydrophilisiert. Nach restloser Entfernung des Alkohols wird die Faser über Nacht bei 85°C in Wasser gelagert. Bei Bedarf kann die Zeitdauer auch verlängert werden. Dann wird die Hohlfaser bei Raumtemperatur von der Lumenseite mit Wasser dauerhaft so durchspült, dass ein deutlicher Wasseraustritt beobachtet werden kann. Daraufhin wird von der Außenseite der Faser ein Wasserdruck aufgebracht, dessen Höhe durch einen Druckmesser bestimmt wird. Der angelegte Druck ist ein statischer Druck, welcher an jedem Punkt der Faser den gleichen Wert hat. Der Druck wird langsam so weit erhöht, bis der Wasseraustritt von der Lumenseite nicht mehr zu beobachten ist. Bei diesem Grenzdruck ist entweder die Innenschicht durch den äußeren Druck kollabiert oder die gesamte Faser zusammengepresst worden, so dass der Durchfluss im Lumen unterbleibt. Welche der beiden Situationen vorliegt, wird entschieden indem die Faser quer geschnitten und dann lichtmikroskopisch begutachtet wird.Since in the production of a multilayer membrane, in particular a hollow-fiber membrane with simultaneously extruded layers, a time-delayed delamination can take place, an investigation method for determining the delamination strength of a membrane is required, which is described below. For this one manufactures small modules with an approx. 10 cm long single fiber. The fibers are first filled inside with water and then hydrophilized from the outside for about 10 s with a solution of 50% isopropanol in water. After complete removal of the alcohol, the fiber is stored overnight at 85 ° C in water. If necessary, the duration can also be extended. Then, the hollow fiber is rinsed at room temperature from the lumen side with water permanently so that a significant water leakage can be observed. Then, a water pressure is applied from the outside of the fiber, the height of which is determined by a pressure gauge. The applied pressure is a static pressure which has the same value at each point of the fiber. The pressure is slowly increased until the water leakage from the lumen side is no longer observed. At this limit pressure either the inner layer has collapsed due to the external pressure or the entire fiber has been compressed, so that the flow in the lumen is omitted. Which of the two situations is present, is decided by the fiber is cut across and then examined by light microscopy.
Die folgende Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Delaminationstests für die Fasern aus den verschiedenen Beispielen. Tabelle 1
Die Ergebnisse zeigen, dass die erfindungsgemäße Membran mit kovalenten oder kovalenten und nicht-kovalenten Wechselwirkungen zwischen den Schichten im Vergleich zur Referenzfaser aus Beispiel 1 eine mehrfach erhöhte Beständigkeit gegen Delamination aufweist, vorzugsweise sind die Schichten der erfindungsgemäßen Membran mit einem Druck von bis zu 3 bar, vorzugsweise von bis zu 5 bar, vorzugsweise von bis zu 7 bar nicht voneinander trennbar, also delaminationsfrei.The results show that the membrane of the invention with covalent or covalent and non-covalent interactions between the layers compared to the reference fiber of Example 1 has a multiple increased resistance to delamination, preferably, the layers of the membrane according to the invention with a pressure of up to 3 bar , preferably of up to 5 bar, preferably of up to 7 bar are not separable from each other, so delamination-free.
In einer Ausführungsform ist der vorstehend genannte Druck als angelegter Außendruck welcher auf die Membran wirkt ausgestaltet.In one embodiment, the aforementioned pressure is designed as an applied external pressure which acts on the membrane.
Messung der Kationenrückhaltung und HarnstoffdurchlässigkeitMeasurement of cation retention and urea permeability
Zur Charakterisierung einer Membarn, insbesondere einer Hohlfasermembran aufweisend eine celluloseacetathaltige Schicht, wird der Übertritt von Kationen, insbesondere von Na+, Ca2+, K+ oder Mg2+ oder Kombinationen davon und Harnstoff gemessen und miteinander verglichen. Dazu wird die Lumenseite der Fasern einer Hohlfasermembran mit einer Lösung bestehend aus 226 mM Glucose, 2.5 mM CaCl2, 141 mM NaCl und 25 mM Harnstoff in Wasser mit einem Fluss von 50 ml/min einmalig durchströmt. Die Dialysatseite enthält ein definiertes Volumen von 550 ml einer isoosmotischen Glucoselösung in Wasser. Dieses Volumen ist druckdicht eingeschlossen, so dass die Dialysatseite über die Versuchsdauer ein konstantes Volumen aufweist. Die Lösung wird mit einem Fluss von 1000 ml/min zirkuliert. Der Versuch wird bei Raumtemperatur durchgeführt.For the characterization of a membrane, in particular a hollow-fiber membrane comprising a cellulose acetate-containing layer, the conversion of cations, in particular Na + , Ca 2+ , K + or Mg 2+ or Combinations thereof and urea measured and compared. For this purpose, the lumen side of the fibers of a hollow fiber membrane is flowed through once with a solution consisting of 226 mM glucose, 2.5 mM CaCl 2 , 141 mM NaCl and 25 mM urea in water at a flow rate of 50 ml / min. The dialysate side contains a defined volume of 550 ml of an isoosmotic glucose solution in water. This volume is enclosed in a pressure-tight manner so that the dialysate side has a constant volume over the duration of the experiment. The solution is circulated at a flow rate of 1000 ml / min. The experiment is carried out at room temperature.
Nun werden zeitabhängig die Konzentrationsveränderungen für Natriumkationen, Calciumkationen und Harnstoff auf der Dialysatseite der Hohlfasermembran bestimmt. Bei der Probenahme wird das entnommene Flüssigkeitsvolumen durch ein gleich großes Volumen eines massiven Stempels ersetzt, der in das Flüssigkeitsreservoir eingeschraubt wird.Now, the concentration changes for sodium cations, calcium cations and urea on the dialysate side of the hollow fiber membrane are determined time-dependent. During sampling, the volume of fluid removed is replaced by an equal volume of a solid punch, which is screwed into the fluid reservoir.
Die Konzentrationen können mit bekannten Analysegeräten, wie dem Cobas Integra 400 der Firma Roche, bestimmt werden.The concentrations can be determined with known analyzers, such as the Cobas Integra 400 from Roche.
Aus den Anfangskonzentrationen und den Konzentrationsänderungen lassen sich die Transportparameter der Membran berechnen.From the initial concentrations and the concentration changes, the transport parameters of the membrane can be calculated.
Die Natriumdurchlässigkeit für erfindungsgemäße Membranen, die in dieser Weise bestimmt wurden, liegen vorzugsweise bei 20–30 mmol/m2d. Die Harnstoffdurchlässigkeiten liegen vorzugsweise bei 20–30 g/m2d. Die Werte können aber auch höher oder niedriger sein.The sodium permeability for membranes of the invention as determined in this manner is preferably 20-30 mmol / m 2 d. The urea permeabilities are preferably 20-30 g / m 2 d. The values can also be higher or lower.
Zur Berechnung der oben angegebenen Werte aus den Messdaten wurde ein Harnstoffgradient von 0.86 g/l und ein Natriumgradient von 140 mM über die Membran zugrunde gelegt.To calculate the values given above from the measured data, a urea gradient of 0.86 g / l and a sodium gradient of 140 mM across the membrane were used.
Alle in der Patentschrift enthaltenen Bereichangaben verstehen sich inklusive der angegebenen Bereichsgrenzen.All range data contained in the patent specification are inclusive of the specified range limits.
Die folgenden Beispiele mögen die Erfindung näher erläutern. Alle prozentualen Konzentrationsangaben verstehen sich als Massenprozente [w/w]. Die Viskositäten der Lösungen wurden mit einem Haake VT550 Rotationsviskosimeter bei 40°C bestimmt.The following examples may explain the invention in more detail. All percentages of concentration are in mass percentages [w / w]. The viscosities of the solutions were determined with a Haake VT550 rotational viscometer at 40 ° C.
BEISPIELEEXAMPLES
Beispiel 1: Referenzexperiment ohne Fixierung der SchichtenExample 1: Reference experiment without fixation of the layers
Über zwei konzentrisch angeordnete Kanäle einer Spinndüse wurde eine innere, lumenseitig orientierte Polymerlösung und eine äußere Polymerlösung extrudiert. Über einen zentral angeordneten Rundkanal wurde Wasser zur Fällung der Polymerlösungen zugeführt. Die Spinnmasse für die Stützschicht, welche hier die äußere Schicht bildet, bestand aus 20% Udel 3500 Polysulfon und 5% Polyvinylpyrrolidon K90 sowie 1% Wasser und wird unter Rühren in Dimethylacetamid gelöst. Die Viskosität der Lösung betrug etwa 11500 mPas. Die Spinnmasse für die Selektionsschicht, welche hier die innere Schicht bildet, bestand aus 30% Cellulosediacetat mit einem Molekulargewicht von 29 kD und einem Acetylgehalt von 40% (#22188, Sigma/Aldrich) unter Rühren gelöst in Dimethylacetamid p. a. Die Viskosität dieser Lösung lag bei etwa 15200 mPas. Die Temperatur des Düsenblocks lag bei 20°C. Die extrudierte Hohlfaser durchlief einen Luftspalt von 250 mm, bevor sie in ein wassergefülltes Fällbad mit einer Temperatur von 42°C eintauchte. Daran schloss sich ein Spülbad an, das auf 75°C temperiert war. Die Frischwasserzufuhr der verbundenen Bäder erfolgte mit 2.6 l/min. Die Hohlfaser wurde anschließend bei 95°C getrocknet. Die Abzugsgeschwindigkeit der Faser betrug 250 mm/s. Die trockene Faser wurde gehaspelt. Ein Bündel der Hohlfaser bestand aus 2300 Fasern mit einer Gesamtfläche von 0.4 m2. Der Faserinnendurchmesser betrug 200 μm. Der Faseraussendurchmesser lag bei 261 μm. Die Stärke der trockenen Innenschicht lag im Mittel bei 500 nm. Die resultierende Faser wies eine Selektivität von Harnstoff gegen mono- und divalente Kationen auf. Zur Überprüfung der Haftfähigkeit von Innen- und Außenschicht wurde ein von Außen nach Innen gerichteter Differenzdruck an eine nass gelagerte Membran angelegt und der Grenzdruck bestimmt, der zur Ablösung der Innenschicht von der Außenschicht führte. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 dargestellt.An inner, lumen-side oriented polymer solution and an outer polymer solution were extruded through two concentrically arranged channels of a spinneret. Water was supplied via a centrally arranged circular channel for the precipitation of the polymer solutions. The spinning material for the backing layer, which here forms the outer layer, consisted of 20% Udel 3500 polysulfone and 5% polyvinylpyrrolidone K90 and 1% water and is dissolved with stirring in dimethylacetamide. The viscosity of the solution was about 11500 mPas. The spinning material for the selection layer, which forms the inner layer here, consisted of 30% cellulose diacetate having a molecular weight of 29 kD and an acetyl content of 40% (# 22188, Sigma / Aldrich) dissolved in dimethylacetamide pa while stirring. The viscosity of this solution was included about 15200 mPas. The temperature of the nozzle block was 20 ° C. The extruded hollow fiber passed through an air gap of 250 mm before immersing in a water-filled precipitation bath at a temperature of 42 ° C. This was followed by a rinse, which was heated to 75 ° C. The fresh water supply of the connected baths was 2.6 l / min. The hollow fiber was then dried at 95 ° C. The take-off speed of the fiber was 250 mm / s. The dry fiber was reeled. One bundle of hollow fibers consisted of 2300 fibers with a total area of 0.4 m 2 . The fiber inside diameter was 200 μm. The fiber outer diameter was 261 μm. The thickness of the dry inner layer was on average 500 nm. The resulting fiber had a selectivity of urea against mono- and divalent cations. To check the adhesion of the inner and outer layer, a differential pressure directed from outside to outside was applied to a wet-laid membrane and the limit pressure was determined, which led to the detachment of the inner layer from the outer layer. The result is shown in Table 1.
Beispiel 2: Herstellung einer Spinnmasse für die innere PolymerschichtExample 2: Preparation of a dope for the inner polymer layer
Eine Polymerlösung mit Cellulosediacetat [Sigma/Aldrich #22188] in Dimethylacetamid p. a. (DMAc) wurde mit einer Polyethyleniminlösung von 0.044 g/ml (Sigma/Aldrich #40,872-7; Mn = 10000 g/mol) in DMAc auf eine Konzentration von 30% Celluloseacetat und 0.1% Polyethylenimin eingestellt. Dazu wurde eine entsprechende Menge einer Polyethyleniminlösung (0.044 g/g in DMAc) unter Rühren zügig einer Celluloseacetatlösung zugesetzt. Dann wurde für 30 min bei 45°C möglichst luftblasenfrei gerührt. Anschließend wurde die Lösung 1:1 (w/w) mit DMAc p. a. verdünnt und für weitere 30 min gerührt, so dass eine homogene Lösung entstand. Durch den Zusatz der Polyethyleniminlösung stieg die Viskosität der Lösung an. Die resultierende Spinnmasse war klar und wies eine leicht gelbliche Farbe auf. Die Viskosität der verdünnten Lösung lag zwischen 600 und 800 mPas. Es versteht sich, dass das Polyethylenimin durch andere Amine und Polyamine ersetzt werden kann, sofern das entsprechende Gemisch mit dem Celluloseester zu einer klaren Spinnmasse führt und nach der Reaktion mit dem Celluloseester genügend freie Aminogruppen verbleiben, um mit einer Komponente der Außenmasse wechselwirken zu können.A polymer solution containing cellulose [Sigma / Aldrich # 22188] in dimethylacetamide pa (DMAc) was treated with a polyethyleneimine of 0.044 g / ml (Sigma / Aldrich # 40.872 to 7; M n = 10000 g / mol) in DMAc adjusted to a concentration of 30% cellulose acetate and 0.1% polyethyleneimine. An appropriate amount of a polyethyleneimine solution (0.044 g / g in DMAc) was added rapidly to a cellulose acetate solution with stirring. The mixture was then stirred at 45 ° C. for as little as possible without air bubbles for 30 minutes. Subsequently, the solution was diluted 1: 1 (w / w) with DMAc pa and stirred for a further 30 min, so that a homogeneous solution was formed. The addition of the polyethyleneimine solution increased the viscosity of the solution. The resulting dope was clear and had a slightly yellowish color. The viscosity of the diluted solution was between 600 and 800 mPas. It is understood that the polyethyleneimine can be replaced by other amines and polyamines, provided that the corresponding mixture with the cellulose ester leads to a clear spinning mass and after reaction with the cellulose ester enough free amino groups remain to interact with a component of the outer mass can.
Beispiel 3: Erspinnen einer zweilagigen Hohlfasermembran mit einem Polyimid/PolyethyleniminsystemExample 3: Spinning a two-ply hollow fiber membrane with a polyimide / polyethyleneimine system
Die Spinnmasse der Selektionsschicht, welche hier die innere Schicht bildet, hergestellt nach Beispiel 2 bestand aus 15% Cellulosediacetat [Sigma/Aldrich #22188) und 0.05% Polyethylenimin (Sigma/Aldrich #40,872-7; Mn = 10000 g/mol) in Dimethylacetamid p. a. Die Polymermischung ist auch bei höheren Polymerkonzentrationen von 29% Cellulosediacetat mit 0.2% Polyethylenimin klar. Die relativen Anteile der beiden Polymere können grundsätzlich frei gewählt werden, so lange eine klare Masse resultiert, die hinsichtlich ihrer Viskosität noch verspinnbar sein muss und eine erfindungsgemäß selektive Schicht gegen Kationen bei gleichzeitiger Harnstoffpermeabilität ergibt. Die Spinnmasse der Stützschicht, welche hier die äußere Schicht bildet, bestand aus einer Lösung von 20% Polyetherimid (Ultem 1000) in DMAc p. a. Die Stützschicht der Faser ist damit hydrophob und bedarf einer Hydrophilisierung vor der Verwendung. Es versteht sich, dass eine solche Schicht durch weitere Zusätze auch in hydrophiler Form erhalten werden kann. So ergibt eine Mischung von 17.5% Polyetherimid mit 2.5% Polyvinylpyrrolidon eine hydrophile haftende Stützschicht. Die Spinnmassen wurden über eine Hohlfaserspinndüse mit zwei konzentrisch angeordneten Massekanälen extrudiert. Über einen zentral angeordneten Kanal der Hohlfaserspinndüse wurde Wasser ausgepresst, welches das Lumen der Faser füllte und zur Phasenseparation der Spinnmassen führte. Die Temperatur des Spinnblocks wurde auf 5°C eingestellt. Die Faser wurde nach dem Austritt aus dem Block durch einen 50 mm langen Luftspalt geführt. Die Abzugsgeschwindigkeit betrug 250 mm/s. Die Temperatur des wassergefüllten Fallbades lag bei 20°C. Im nachfolgenden Spülbad wurde ein Temperaturgradient von 20°C auf 60°C eingestellt. Hier ist darauf zu achten, dass die Faser hinreichend vom Lösungsmittel befreit wird, da es bei der Trocknung ansonsten zu Fadenrissen in der Anlage oder zu einer unzureichenden Leistung der Faser kommt. Die Trocknung der Faser erfolgte zwischen 120 und 130°C. Nach der Trocknung der Faser lag die Selektionsschichtdicke bei 100 nm, die Stützschichtdicke der Faser bei etwa 35 μm. Der Lumendurchmesser betrug 200 μm.The spinning mass of the selection layer, which here forms the inner layer produced according to Example 2, consisted of 15% cellulose diacetate [Sigma / Aldrich # 22188) and 0.05% polyethyleneimine (Sigma / Aldrich # 40,872-7; M n = 10,000 g / mol) in Dimethylacetamide pa The polymer blend is clear even at higher polymer concentrations of 29% cellulose diacetate with 0.2% polyethylenimine. The relative proportions of the two polymers can in principle be chosen freely as long as a clear mass results, which still has to be spinnable in terms of its viscosity and results in a layer according to the invention which is selective against cations with simultaneous urea permeability. The spinning mass of the backing layer, which here forms the outer layer, consisted of a solution of 20% polyetherimide (Ultem 1000) in DMAc pa The support layer of the fiber is thus hydrophobic and requires hydrophilization before use. It is understood that such a layer can be obtained by further additions also in hydrophilic form. Thus, a mixture of 17.5% polyetherimide with 2.5% polyvinylpyrrolidone gives a hydrophilic adhesive backing layer. The spun masses were extruded over a hollow fiber spinneret with two concentrically arranged mass channels. Water was squeezed out via a centrally arranged channel of the hollow-fiber spinning nozzle, which filled the lumen of the fiber and led to the phase separation of the spinning masses. The temperature of the spinning block was set at 5 ° C. The fiber, after exiting the block, was passed through a 50 mm long air gap. The take-off speed was 250 mm / s. The temperature of the water-filled precipitation bath was 20 ° C. In the subsequent rinse, a temperature gradient of 20 ° C was set to 60 ° C. Here it must be ensured that the fiber is adequately freed from the solvent, since during drying otherwise thread breaks occur in the system or insufficient performance of the fiber. The drying of the fiber took place between 120 and 130 ° C. After the fiber had dried, the selection layer thickness was 100 nm, the support layer thickness of the fiber was about 35 μm. The lumen diameter was 200 μm.
Die Fasern wurden zu Bündeln gesammelt und weiter zu Dialysemodulen verarbeitet. Vor der Charakterisierung der Faser wurde die Lumenseite eines Dialysemoduls mit Wasser gefüllt und von der Außenseite her für etwa 10 s mit einer 50% Isopropanol/Wassermischung hydrophilisiert. Danach erfolgte im wassergefüllten Modul eine Wärmebehandlung bei 90°C über Nacht, die dem Fachmann unter dem Begriff „Annealing” bekannt ist. Darauf wurde die Natrium-, Calcium- und Harnstoffdurchlässigkeit der Faser ermittelt. Sie lag typisch bei 23–30 g/m2d für Harnstoff und bei 23–32 mmol/m2d für Natrium. Die Calciumpermeabilität bei einer Konzentrationsdifferenz von 2.5 mM über die Membran lag unterhalb der Nachweisgrenze. Zur Überprüfung der Haftfähigkeit von Stütz- und Selektionsschicht wurde ein von Außen nach Innen gerichteter Differenzdruck an eine nass gelagerte Membran angelegt und der Grenzdruck bestimmt, der zur Ablösung der Selektionsschicht von der Stützschicht führte. Das Ergebnis ist vorstehend in Tabelle 1 dargestellt.The fibers were collected into bundles and further processed into dialysis modules. Prior to fiber characterization, the lumen side of a dialysis module was filled with water and hydrophilized from the outside for about 10 seconds with a 50% isopropanol / water mixture. This was followed by a heat treatment at 90 ° C. in the water-filled module overnight, which is known to the person skilled in the art by the term "annealing". Then the sodium, calcium and urea permeability of the fiber was determined. It was typically 23-30 g / m 2 d for urea and 23-32 mmol / m 2 d for sodium. The calcium permeability at a concentration difference of 2.5 mM across the membrane was below the detection limit. To check the adhesion of backing and selection layer, a differential pressure directed from outside to outside was applied to a wet-laid membrane and the limit pressure was determined, which led to detachment of the selection layer from the backing layer. The result is shown in Table 1 above.
Beispiel 4: Erspinnen einer zweilagigen Hohlfasermembran mit einem Polyimid/Polyethylenimin/PMMI/PolyethersulfonsystemExample 4: Spinning a two-ply hollow fiber membrane with a polyimide / polyethyleneimine / PMMI / polyethersulfone system
Verwendet wird die Spinnmasse der Selektionsschicht, welche hier die innere Schicht bildet, hergestellt nach Beispiel 2 ohne den dort beschriebenen Verdünnungsschritt, besteht aus 30% Cellulosediacetat [Sigma/Aldrich #22188) und 0.1% Polyethylenimin (Sigma/Aldrich #40,872-7; Mn = 10000 g/mol) in Dimethylacetamid p. a.The spinel composition of the selection layer, which here forms the inner layer prepared according to Example 2 without the dilution step described therein, consists of 30% cellulose diacetate [Sigma / Aldrich # 22188] and 0.1% polyethyleneimine (Sigma / Aldrich # 40,872-7; n = 10000 g / mol) in dimethylacetamide pa
Die Spinnmasse der Stützschicht, welche hier die äußere Schicht bildet, besteht aus einer Mischung von Polyethersulfon (Radel A-100) und Polymethylmethacrylimid (PMMI) bekannt unter dem Handelsnamen Pleximid. Eine Mischung aus 20% Polyethersulfon und 2% Pleximid in Dimethylacetamid ergab eine klare Spinnmasse mit einer Viskosität von 814 mPas gemessen bei 40°C. Eine reine Pleximidmasse ließ sich wegen des zu geringen Molekulargewichtes des Polymers nicht sinnvoll verspinnen. Das geringere Molekulargewicht des Pleximids dürfte auch die Ursache für die relativ gute Mischbarkeit mit dem Polyethersulfon sein. Eine vollständige Mischbarkeit ist nicht gegeben. Die Spinnmassen wurden über eine Hohlfaserspinndüse mit zwei konzentrisch angeordneten Massekanälen extrudiert. Über einen zentral angeordneten Kanal der Hohlfaserspinndüse wurde Wasser ausgepresst, das das Lumen der Faser füllte und zur Phasenseparation der Spinnmassen führte.The dope of the support layer, which forms the outer layer here, consists of a mixture of polyethersulfone (Radel A-100) and polymethylmethacrylimide (PMMI) known under the trade name Pleximid. A mixture of 20% polyethersulfone and 2% pleximide in dimethylacetamide gave a clear dope with a viscosity of 814 mPas measured at 40 ° C. A pure Pleximidmasse could not meaningfully spin because of the low molecular weight of the polymer. The lower molecular weight of the pleximide should also be the cause of the relatively good miscibility with the polyethersulfone. A complete miscibility is not given. The spun masses were extruded over a hollow fiber spinneret with two concentrically arranged mass channels. Water was squeezed out via a centrally arranged channel of the hollow-fiber spinneret, filling the lumen of the fiber and leading to the phase separation of the spinning masses.
Die Spinnbedingungen wurden analog zu den Bedingungen des Beispiels 3 gewählt.The spinning conditions were chosen analogously to the conditions of Example 3.
Die resultierende Faser wies eine Selektivität gegen mono- und divalente Kationen auf und zeigte eine Harnstoffpermeabilität.The resulting fiber exhibited selectivity to mono- and divalent cations and exhibited urea permeability.
Die Selektionsschicht haftete im Druckbelastungstest.The selection layer adhered in the pressure load test.
Beispiel 5: Erspinnen einer zweilagigen Hohlfasermembran mit einem System geladener PolymereExample 5: Spinning a two-layered hollow fiber membrane with a charged polymer system
Die Spinnmasse der Selektionsschicht, welche hier die innere Schicht bildet, hergestellt nach Beispiel 2 ohne den dort beschriebenen Verdünnungsschritt, bestand aus 30% Cellulosediacetat [Sigma/Aldrich #22188) und 0.1% Polyethylenimin (Sigma/Aldrich #40,872-7; Mn = 10000 g/mol) in Dimethylacetamid p. a. Die Spinnmasse der Stützschicht, welche hier die äußere Schicht bildet, bestand aus 20% Polyethersulfon und 4% sulfoniertem Polyethersulfon in einem Lösungsmittelgemisch aus Dimethylacetamid und Pyrrolidon gemischt im Verhältnis 1:1. Der Sulfonierungsgrad des Polyethersulfons ist dabei so zu wählen, dass keine Wasserlöslichkeit gegeben ist. Die Spinnmassen wurden über eine Hohlfaserspinndüse mit zwei konzentrisch angeordneten Massekanälen extrudiert. Über einen zentral angeordneten Kanal der Hohlfaserspinndüse wurde Wasser ausgepresst, das das Lumen der Faser füllte und zur Phasenseparation der Spinnmassen führte. Die Temperatur des Spinnblocks wurde auf 20°C eingestellt. Die Faser wurde nach dem Austritt aus dem Block durch einen 200 mm langen Luftspalt geführt. Die Abzugsgeschwindigkeit betrug 250 mm/s. Die Temperatur des wassergefüllten Fällbades lag bei 40°C. Im nachfolgenden Spülbad wurde eine Temperatur von 70°C eingestellt. Hier ist darauf zu achten, dass die Faser hinreichend vom Lösungsmittel befreit wird, da es bei der Trocknung ansonsten zu Fadenrissen in der Anlage oder zu einer unzureichenden Leistung der Faser kommt. Die Trocknung der Faser erfolgte bei 90°C. Nach der Trocknung der Faser lag die Selektionsschichtdicke bei 500 nm und die Stützschichtdicke der Faser bei etwa 40 μm. Der Lumendurchmesser betrug 203 μm. Die Fasern wurden zu Bündeln gesammelt und weiter zu Dialysemodulen verarbeitet. Vor der Charakterisierung der Faser wurde die Lumenseite eines Dialysemoduls zunächst mit Wasser gefüllt und von der Außenseite her für etwa 10 s mit einer 50% Isopropanol/Wassermischung hydrophilisiert. Die erhaltenen Membranen zeigten eine Selektivität gegen mono- und divalente Kationen, die typischerweise zwischen 5 und 20 lag, ohne dass die Membran zuvor einem „Annealing” unterzogen wurde. Die Membranen waren harnstoffdurchlässig. Zur Überprüfung der Haftfähigkeit von Selektions- und Stützschicht wurde ein von Außen nach Innen gerichteter Differenzdruck an eine nass gelagerte Membran angelegt und der Grenzdruck bestimmt, der zur Ablösung der Innenschicht von der Außenschicht führte. Das Ergebnis ist vorstehend in Tabelle 1 dargestellt.The spinning material of the selection layer, which here forms the inner layer prepared according to Example 2 without the dilution step described therein, consisted of 30% cellulose diacetate [Sigma / Aldrich # 22188] and 0.1% polyethyleneimine (Sigma / Aldrich # 40,872-7; M n = 10000 g / mol) in dimethylacetamide pa The spinning mass of the support layer, which forms the outer layer here, consisted of 20% polyethersulfone and 4% sulfonated polyethersulfone mixed in a solvent mixture of dimethylacetamide and pyrrolidone in a ratio of 1: 1. The degree of sulfonation of the polyethersulfone is to be chosen so that no water solubility is given. The spun masses were extruded over a hollow fiber spinneret with two concentrically arranged mass channels. Water was squeezed out via a centrally arranged channel of the hollow-fiber spinneret, filling the lumen of the fiber and leading to the phase separation of the spinning masses. The temperature of the spinning block was set at 20 ° C. The fiber, after exiting the block, was passed through a 200 mm long air gap. The take-off speed was 250 mm / s. The temperature of the water-filled precipitation bath was 40 ° C. In the subsequent rinsing bath, a temperature of 70 ° C was set. Here it must be ensured that the fiber is adequately freed from the solvent, since during drying otherwise thread breaks occur in the system or insufficient performance of the fiber. The drying of the fiber was carried out at 90 ° C. After drying the fiber, the selection layer thickness was 500 nm and the support layer thickness of the fiber was about 40 μm. The lumen diameter was 203 μm. The fibers were collected into bundles and further processed into dialysis modules. Prior to characterization of the fiber, the lumenal side of a dialysis module was first filled with water and hydrophilized from the outside for about 10 seconds with a 50% isopropanol / water mixture. The resulting membranes exhibited selectivity to mono- and divalent cations, typically between 5 and 20, without the membrane being previously annealed. The membranes were permeable to urea. To check the adhesion of the selection and support layer, a differential pressure directed from outside to outside was applied to a wet-laid membrane and the limit pressure was determined which led to the detachment of the inner layer from the outer layer. The result is shown in Table 1 above.
Beispiel 6: Erspinnen einer dreilagigen Membran mit einem Polyimid/PolyethyleniminsystemExample 6: Spinning a three-layer membrane with a polyimide / polyethyleneimine system
Die Spinnmasse der Selektionsschicht, welche hier die innere Schicht bildet, bestand aus einer Lösung von 15% Cellulosediacetat (Sigma/Aldrich #22188) in Dimethylacetamid. Die Spinnmasse der haftvermittelnden mittleren Schicht hergestellt nach Beispiel 2 bestand aus 15% Cellulosediacetat (Sigma/Aldrich #22188) und 0.05% Polyethylenimin (Sigma/Aldrich #40,872-7; Mn = 10000 g/mol) in Dimethylacetamid p. a. Die Spinnmasse der Stützschicht, welche hier die äußere Schicht bildet, bestand aus Polyetherimid (Ultem 1000) das mit 20% in DMAc gelöst wurde. Die drei Spinnmassen wurden durch drei konzentrisch angeordnete Kanäle einer Hohlfaserspinndüse koextrudiert. Über einen zentral angeordneten Kanal wurde Wasser gepresst, das das Lumen der Faser füllte und die Phasenseparation der drei Spinnmassen auslöste. Die Temperatur des Spinnblocks wurde auf 10°C eingestellt. Die Faser wurde nach dem Austritt aus dem Block durch einen 50 mm langen Luftspalt geführt. Die Abzugsgeschwindigkeit betrug 250 mm/s. Die Temperatur des wassergefüllten Fällbades lag bei 16°C. Im nachfolgenden Spülbad wurde ein Temperaturgradient von 20°C auf 60°C eingestellt. Hier ist darauf zu achten, dass die Faser hinreichend vom Lösungsmittel befreit wird, da es bei der Trocknung ansonsten zu Fadenrissen in der Anlage oder zu einer unzureichenden Leistung der Faser kommt. Die Trocknung der Faser erfolgte zwischen 120 und 130°C. Nach der Trocknung der Faser lag die Selektionsschichtdicke bei ca. 60 nm, die Dicke der haftvermittelnden mittleren Schicht betrug etwa 40 nm, die Stützschichtdicke der Faser lag bei 35 μm. Der Lumendurchmesser betrug 170 μm. Die mittlere, haftvermittelnde Schicht und die Selektionsschicht konnten elektronenmikroskopisch nicht unterschieden werden. Die relativen Schichtdicken ergaben sich aus den gemessenen Flüssen der beiden Spinnmassen. Die Fasern wurden zu Bündeln gesammelt und weiter zu Dialysemodulen verarbeitet. Vor der Charakterisierung der Faser wurde die Lumenseite eines Dialysemoduls mit Wasser gefüllt und von der Außenseite her für etwa 10 s mit einer 50% Isopropanol/Wassermischung hydrophilisiert. Danach erfolgte im wassergefüllten Modul eine Wärmebehandlung bei 90°C über Nacht, die dem Fachmann unter dem Begriff „Annealing” bekannt ist. Darauf wurde die Natrium-, Calcium- und Harnstoffdurchlässigkeit der Faser ermittelt. Sie lag typisch bei 23–30 g/m2d für Harnstoff und bei 23–32 mmol/m2d für Natrium. Die Calciumpermeabilität bei einer Konzentrationsdifferenz von 2.5 mM über die Membran lag unterhalb der Nachweisgrenze. Zur Überprüfung der Haftfähigkeit der Schichten wurde ein von Außen nach Innen gerichteter Differenzdruck an eine nass gelagerte Membran angelegt und der Grenzdruck bestimmt, der zur Ablösung der Schichten führte. Das Ergebnis ist vorstehend in Tabelle 1 dargestellt.The dope of the selection layer, which here forms the inner layer, consisted of a solution of 15% cellulose diacetate (Sigma / Aldrich # 22188) in dimethylacetamide. The dope of the adhesion-promoting middle layer prepared according to Example 2 consisted of 15% cellulose diacetate (Sigma / Aldrich # 22188) and 0.05% polyethyleneimine (Sigma / Aldrich # 40,872-7; M n = 10,000 g / mol) in dimethylacetamide pa The dope of the backing layer , which forms the outer layer here, consisted of polyetherimide (Ultem 1000) which was dissolved at 20% in DMAc. The three spun masses were coextruded through three concentrically arranged channels of a hollow fiber spinneret. Water was pressed through a centrally located channel that filled the lumen of the fiber and triggered the phase separation of the three spinning masses. The temperature of the spinning block was adjusted to 10 ° C. The fiber, after exiting the block, was passed through a 50 mm long air gap. The take-off speed was 250 mm / s. The temperature of the water-filled precipitation bath was 16 ° C. In the subsequent rinse, a temperature gradient of 20 ° C was set to 60 ° C. Here it must be ensured that the fiber is adequately freed from the solvent, since during drying otherwise thread breaks occur in the system or insufficient performance of the fiber. The drying of the fiber took place between 120 and 130 ° C. After drying the fiber, the selection layer thickness was about 60 nm, the thickness of the adhesion-promoting middle layer was about 40 nm, the support layer thickness of the fiber was 35 microns. The lumen diameter was 170 μm. The middle, adhesion-promoting layer and the selection layer could not be distinguished by electron microscopy. The relative layer thicknesses resulted from the measured fluxes of the two spinning masses. The fibers were collected into bundles and further processed into dialysis modules. Before characterizing the fiber, the lumen side became a dialysis module filled with water and hydrophilized from the outside for about 10 s with a 50% isopropanol / water mixture. This was followed by a heat treatment at 90 ° C. in the water-filled module overnight, which is known to the person skilled in the art by the term "annealing". Then the sodium, calcium and urea permeability of the fiber was determined. It was typically 23-30 g / m 2 d for urea and 23-32 mmol / m 2 d for sodium. The calcium permeability at a concentration difference of 2.5 mM across the membrane was below the detection limit. To check the adhesion of the layers, a differential pressure directed from outside to outside was applied to a wet-laid membrane and the limit pressure was determined, which led to the separation of the layers. The result is shown in Table 1 above.
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