DE60111791T2

DE60111791T2 - Hohlfaser-Membrane und ihre Herstellung

Info

Publication number: DE60111791T2
Application number: DE60111791T
Authority: DE
Inventors: Tomoki Kurashiki-shi Kakiuchi; Koji Kurashiki-shi Sekiguchi; Takeshi Kurashiki-shi Suehiro; Shuhei Kurashiki-shi Nakaji; Yoichi Kurashiki-shi Matsumoto; Masato Kurashiki-shi Takai; Nozomu Kurashiki-shi Sugo; Hitoshi Kurashiki-shi Tsuruta
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Medical Inc
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2021-02-03
Also published as: EP1134019A2; EP1134019A3; EP1134019B1; US20010015335A1; CN1306883A; US6514409B2; KR100557264B1; DE60111791D1; ES2241692T3; CN1198679C; TW524715B; KR20010078245A

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hohlfasermembran, die aus einem Ethylen-Vinylalkohol-Polymer hergestellt ist (im Folgenden wird der Ausdruck "Ethylen-Vinylalkohol" vereinfacht als "EVA" angegeben und der Ausdruck "Hohlfasermembran, hergestellt aus einem EVA-Polymer" wird einfach als "EVA-Hohlfasermembran" bezeichnet) und ein Verfahren zur Herstellung der Hohlfasermembran. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine EVA-Hohlfasermembran, die für Blutreinigungsmembranen, zum Beispiel Hämodialysemembranen, Hämodiafiltrationsmembranen, Hämofiltrationsmembranen und Membranen zur kontinuierlichen Hämofiltration, verwendet wird, und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Diskussion des relevanten Standes der Technik
Hohlfasermembranen, die aus einem EVA-Polymer hergestellt sind, wurden in großem Umfang bei Anwendungen für verschiedene Trennmembranen für industrielle, medizinische Zwecke und andere Zwecke eingesetzt, da die Hohlfasermembranen eine ausgezeichnete Hydrophilie besitzen (siehe japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 5-42208). Die Hohlfasermembranen sind speziell bezüglich der Biokompatibilität und der chemischen Stabilität ausgezeichnet und haben sehr wenig eluierte Substanzen, so daß die Hohlfasermembranen in großem Umfang für medizinische Anwendungen eingesetzt wurden. Ihre typischen Verwendungen umfassen zum Beispiel Hämodialysefiltrationsmembranen.
Die geprüfte japanische Patentpublikation Nr. Sho 58-36602, die japanischen Offenlegungsschriften Nr. Sho 58-45239 und Hei 5-42208 und dgl. offenbaren Membranen mit einer asymmetrischen Struktur, die eine dichte Schicht an der inneren Oberfläche, die vornehmlich Fraktionalisierung und Permeabilität verleiht, und eine poröse Schicht, die die Dichteschicht stützt, umfaßt, als eine EVA-Hohlfasermembran, die sowohl hohe Permeabilität als auch hohe Fraktionalisierung hat.
EP-A-0 747 113 lehrt eine Hohlfasermembran auf Polyvinylalkohol-Basis, bei der das Verhältnis zwischen der Größe von Partikel mit 90% Rejektion und die von Partikeln mit 10% Rejektion nicht mehr als 5 beträgt. Die Membran wird durch Trockenstrahl-Naßspinnen oder Naßspinnen produziert, wobei die Spinndüse eine wärmeisolierende Struktur hat. Spezifischer ausgedrückt, eine Spinnlösung, die ein Polymer auf Vinylalkohol-Basis, ein Porenbildungsmittel und ein Lösungsmittel, das die vorher genannten auflösen kann, umfaßt, wird gesponnen, wobei die Temperatur des äußeren Koagulierungsbads und der inneren Koagulierungsflüssigkeit niedriger als die obere kritische Trennungstemperatur der Spinnlösung eingestellt sind, welche in den Bereich 30–95°C fällt.
Seit kurzem besteht der starke Wunsch, durch Dialyse nicht nur Substanzen mit niedrigem Molekulargewicht (Molekulargewicht: kleiner als 1000) wie zum Beispiel Harnstoff und Kreatinin, sondern auch Substanzen mit moderatem oder hohem Molekulargewicht (Molekulargewicht: 1000 bis 40 000 oder so), die zum Beispiel durch β₂-Mikroglobulin (Molekulargewicht: 11800) (im folgenden einfach als "β₂-MT" bezeichnet) repräsentiert werden, zu entfernen. Die EVA-Hohlfasermembran, die die oben genannte asymmetrische Struktur hat, wurde hauptsächlich zum Zwecke der Eliminierung der Substanzen mit niedrigem Molekulargewicht, zum Beispiel Harnstoff und Kreatinin, die im Blut enthalten sind, entwickelt. Dementsprechend genügt die EVA-Hohlfasermembran nicht ausreichend der Eliminierung von Substanzen mit moderatem oder hohem Molekulargewicht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer EVA-Hohlfasermembran, die bei der Eliminierung von Substanzen mit moderatem oder hohem Molekulargewicht hervorragend ist und einen geringen Albuminverlust zeigt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Hohlfasermembran.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Hohlfasermembran, die aus einem Ethylen-Vinylalkohol-Polymer besteht, bereitgestellt, umfassend eine dichte Schicht, die an der inneren Oberfläche vorliegt, und eine poröse Schicht, die in der anderen Schicht als der dichten Schicht vorliegt, wobei die Hohlfasermembran eine Porosität von 60 bis 90% hat, einen Gesamtmassentransferkoeffizienten für Myoglobin in einem System auf Wasserbasis von nicht weniger als 0,003 cm/min hat und eine Rejektionsrate für Albumin in einem Rinderblutsystem von nicht weniger als 97% hat.
In einer bevorzugten Ausführungsform der EVA-Hohlfasermembran ist die Klärung (Clearance) für Harnstoff in einem Rinderblutsystem nicht weniger als 175 ml/min und die Klärung für β₂-Mikroglobulin nicht weniger als 35 ml/min pro Membranfläche von 1,6 m² bei einer Blutflußrate von 200 ml/min und einer Dialysatfließrate von 500 ml/min.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der EVA-Hohlfasermembran hat die Hohlfasermembran auch eine Rate der Porenfläche von nicht weniger als 30% bei einer Tiefe von 1 μm von der Innenoberfläche und einen Durchmesser eines Knötchens, das die Dichteschicht bildet, von 5 bis 50 nm.
Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlfasermembran, die aus einem Ethylen-Vinylalkohol-Polymer hergestellt ist, bereit, umfassend die Schritte: Extrusion einer Spinnlösung zur Bildung der Hohlfasermembran, die ein Ethylen-Vinylalkohol-Polymer und ein Lösungsmittel umfaßt, aus einer doppelten ringförmigen Düse unter Gießen eines Lochbildungsmittels in die Innenseite der ringförmigen Doppeldüse, wobei die Spinnlösung transparent und homogen bei einer hohen Temperatur ist, aber eine Phasentrennung induziert, wenn die Temperatur erniedrigt wird; Leiten der Hohlfasermembran, die aus der ringförmigen Doppeldüse extrudiert wird, durch Luft und anschließendes Einführen der Hohlfasermembran in ein Wasserbad, wobei die Temperatur (°C) der Spinnlösung zur Bildung der Membran (T_D), die Temperatur (°C) für die Phasentrennung (LST) und die Temperatur (°C) der Luft, durch die die Hohlfasermembran geleitet wird, die von der ringförmigen Doppeldüse extrudiert wird, (T_A) die folgenden Beziehungen erfüllen: 5 ≤ LST ≤ 40, TD ≤ ST + 20und TA ≤ LST.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In der EVA-Hohlfasermembran der vorliegenden Erfindung hat die poröse Schicht, die in der anderen Schicht als der dichten Schicht vorliegt, relativ große Poren. Die Form der Poren kann willkürlich gewählt werden, solange ihr Einfluß auf die Permeabilität gering ist. Die Form kann eine beliebige aus einer Netzwerkstruktur, Makroporen und dgl. sein.
Da die Porosität der EVA-Hohlfasermembran der vorliegenden Erfindung nicht weniger als 60% ist, ist die Permeabilität für Substanzen mit mäßigem bzw. moderatem oder hohem Molekulargewicht hoch. Da die Porosität nicht mehr als 90 ist, ist auch ihre mechanische Festigkeit hoch. Es ist bevorzugt, daß die Porosität 65 bis 85% ist.
Die Porosität wird durch die folgende Gleichung errechnet: Porosität](%) = {(WW – WD)/ρW}/{WD/ρE + (WW – WD}/ρW} × 100worin W_W das Gewicht einer wasserhaltigen Membran ist; W_D das Gewicht einer trockenen Membran ist; ρ_W das spezifische Gewicht von Wasser ist und ρ_E das spezifische Gewicht von EVA ist.
Der Gesamtmassentransfer-Koeffizient für Myoglobin der EVA-Hohlfasermembran ist in einem System auf Wasserbasis nicht weniger als 0,003 cm/min, vorzugsweise nicht weniger als 0,005 cm/min, und zwar unter dem Gesichtspunkt der Verstärkung der Entfernungseffizienz der Substanzen mit moderatem oder hohem Molekulargewicht.
Die Rejektionsrate der EVA-Hohlfasermembran in einem Rinderblutsystem ist nicht weniger als 97%, vorzugsweise nicht weniger als 98%, und zwar unter dem Gesichtspunkt der Unterdrückung der Leckage von für den menschlichen Körper nützlichen Proteinen auf einen minimalen Level.
Außerdem ist die Klärung für Harnstoff in einem Rinderblutsystem vorzugsweise nicht weniger als 175 ml/min, bevorzugt nicht weniger als 180 ml/min, noch bevorzugter nicht weniger als 185 ml/min pro Membranfläche von 1,6 m² bei einer Blutflußrate von 200 ml/min und einer Dialysatfließrate von 500 ml/min, und zwar unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung der Entfernungseffizienz für Substanzen mit niedrigem Molekulargewicht.
Die Klärung für β₂-MG ist in einem Rinderblutsystem vorzugsweise nicht weniger als 35 ml/min, bevorzugter nicht weniger als 40 ml/min, noch bevorzugter nicht weniger als 45 ml/min pro Membranfläche von 1,6 m² bei einer Blutflußrate von 200 ml/min und einer Dialysatfließrate von 500 ml/min, und zwar unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung der Entfernungseffizienz der Substanzen mit mäßigem oder hohem Molekulargewicht.
In der vorliegenden Erfindung können der Gesamtmassentransferkoeffizient für Myoglobin, die Rejektionsrate für Albumin, die Klärung für Harnstoff und die Klärung für β₂-MG entsprechend den Beurteilungskriterien für Dialysatoreigenschaften bestimmt werden [beschrieben von T. Satoh et al.: Kakushu no Ketsuekijokaho no Kino to Tekio-Ketsuekijokaki no Seinohyokaho to Kinobunrui (Functions and Application of Various Methods for Hemopurification-Performance Evaluation Methods and Function Classifications of Hemopurification Devices), Tosekikaishi, veröffentlicht von Shadanhojin Nippon Toseki Igakukai, 29(8), 1231–1245, 1996].
Der Gesamtmassentransferkoeffizient für Myoglobin wird aus der Klärung, bestimmt in einem System auf Wasserbasis (Filtrationsfließgeschwindigkeit Q_F' = 0 ml/min/m²) gemäß der folgenden Gleichung errechnet: K (Gesamtmassentransferkoeffizient für Myoglobin) (cm/min) = QB/A × (1 – Z) × ln(1 – E × Z)/(1 – E)worin E CL/Q_B und Z = Q_B/Q_D, worin CL die Klärung (ml/min) ist, Q_B die Fließrate (ml/min) am Einlaß an der Blutseite ist und Q_D die Fließrate (ml/min) am Einlaß an der Dialysatseite ist.
Die Rejektionsrate für Albumin, die Klärung für Harnstoff und die Klärung für β₂-MG werden in einem Rinderblutsystem (Q_F' = 10 ml/min/m²) bestimmt.
In der EVA-Hohlfasermembran der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Rate der Porenfläche nicht weniger als 30% bei einer Tiefe von 1 μm von der Innenoberfläche ist und daß der Durchmesser eines Knötchens, das die dichte Schicht der inneren Oberfläche ist, 5 bis 50 nm ist, und zwar unter dem Gesichtspunkt des Erhalts einer hohen Permeabilität der Substanzen mit moderatem oder hohem Molekulargewicht. Die Rate der Porenfläche ist bevorzugter nicht kleiner als 35 und der Durchmesser eines Knötchens, das die dichte Schicht der inneren Oberfläche bildet, liegt bevorzugter in einem Bereich von 5 bis 45 nm.
Die Rate der Porenfläche kann bestimmt werden, indem eine Bildanalyse mit einer mikroskopischen Aufnahme (Vergrößerung: 60 000) der EVA-Hohlfasermembran durchgeführt wird. Genauer ausgedrückt, die Rate der Porenfläche wird erhalten, indem die Poren, die in einer mikroskopischen Aufnahme eines Querschnitts der Hohlfasermembran in einer Tiefe von 1 μm von der inneren Oberfläche mit einer schwarzen Tinte ausgemalt werden, die Porenfläche S₁ und die Gesamt S₂ mit einem Bildverarbeitungsgerät bestimmt werden und die Rate der Porenfläche auf der Basis der folgenden Gleichung errechnet wird: [Rate der Porenfläche] (%) = (S1/S2) × 100
Das Knötchen besteht aus dichtgepackten Partikeln von hochmolekularen Verbindungen. Das Knötchen wird als fibrilläre Fasern oder Partikeln, die in Längsrichtung der Hohlfasermembran angeordnet sind, beobachtet, wenn seine innere Oberfläche mit einem Rasterkraft-Mikroskop betrachtet wird.
In der EVA-Hohlfasermembran bezeichnet die dichte Schicht eine Region mit einer Porengröße von 5 bis 50 nm. Die Porengröße der dichten Schicht wird bestimmt, indem die Oberfläche der dichten Schicht, d.h. die Innenoberfläche der EVA-Hohlfasermembran mit einem Elektronenmikroskop (Vergrößerung: 60 000) betrachtet wird.
Unter dem Gesichtspunkt, daß es weniger leicht ist, Defekte in der dichten Schicht zu verursachen und eine hohe Rejektionsrate für Albumin und eine hohe Permeabilität für Substanzen mit moderatem oder hohem Molekulargewicht zu erhalten, ist es bevorzugt, daß die Dicke der dichten Schicht innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 2 μm liegt. Unter dem Gesichtspunkt der Gewährleistung einer sogar höheren Permeabilität für Substanzen mit moderatem oder hohem Molekulargewicht ist es bevorzugt, daß die Dicke der dichten Schicht 0,1 bis 1 μm ist.
Die Form der EVA-Hohlfasermembran ist wie ein Hohlrohr. Unter den Gesichtspunkten der Gewährleistung von Strangigkeit und der mechanischen Festigkeit und der Gewährleistung der Entfernungseffizienz der Substanzen mit moderatem oder hohem Molekulargewicht ist es vorteilhaft, daß die Membrandicke der EVA-Hohlfasermembran innerhalb eines Bereichs von 3 bis 2000 μm, bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 10 bis 1000 μm und noch bevorzugter innerhalb eines Bereichs von 10 bis 400 μm liegt. Es ist erwünscht, daß der äußere Durchmesser der EVA-Hohlfasermembran üblicherweise innerhalb eines Bereichs von 40 bis 5000 μm, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 40 bis 3000 μm und bevorzugter innerhalb eines Bereichs von 100 bis 1000 μm liegt.
Als nächstes wird das Verfahren zur Herstellung der EVA-Hohlfasermembran beschrieben. Zuerst wird das EVA-Polymer in einem Lösungsmittel unter Erhalt einer Spinnlösung zu Bildung einer Membran gelöst.
Das EVA-Polymer kann ein beliebiges aus Random-Copolymeren, Blockcopolymeren und Pfropfcopolymeren aus Ethylen und Vinylalkohol sein. Es ist bevorzugt, daß das EVA-Polymer einen Ethylen-Gehalt von 10 bis 60 mol% und einen Verseifungsgrad von nicht weniger als 95 mol% hat, und zwar unter den Gesichtspunkten der Sicherstellung der mechanischen Festigkeit während des Benetzens und der Gewährleistung von Biokompatibilität. Das EVA-Polymer kann mit einem copolymerisierbaren Monomer, zum Beispiel Methacrylsäure, Vinylchlorid, Methylmethacrylat oder Acrylonitril in einer Menge von nicht mehr als 15 mol% copolymerisiert sein.
Das Lösungsmittel zum Lösen des EVA-Polymers umfaßt Dimethylsulfoxid (im folgenden als DMSO bezeichnet), N,N-Dimethylacetamid (im folgenden als DMAc bezeichnet), N-Methylpyrrolidon (im folgenden als NMP) bezeichnet und gemischte Lösungsmittel, die diese Komponenten enthalten. Unter diesen ist DMSO unter den Gesichtspunkten, das leicht eine EVA-Hohlfasermembran erhalten werden kann, die eine Membranstruktur und physikalische Eigenschaften hat, wie sie in der vorliegenden Erfindung gewünscht sind und die relativ niedrige Toxizität hat.
Die Konzentration des EVA-Polymers in der Spinnlösung zur Bildung einer Membran liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 50 Gew.-%, bevorzugter in einem Bereich von 10 bis 30 Gew.-%. Wenn die Konzentration zu hoch ist, zeigt sie die Tendenz, daß die Permeabilität für Substanzen mit moderatem oder hohen Molekulargewichten abnimmt. Wenn die Konzentration zu niedrig ist, zeigt sie die Tendenz, daß die Strangform der Hohlfasermembran abnimmt, da die Viskosität der Spinnlösung verringert ist und sie zeigt die Tendenz, daß die mechanische Festigkeit der Hohlfasermembran verringert wird.
Der Spinnlösung zur Bildung einer Membran kann ein Additiv zu Zwecken der Einstellung der Phasetrennungstemperatur und der Viskosität zugesetzt werden. Das Additiv umfaßt Wasser; Alkohole wie Methanol, Ethanol, Glycerin, Ethylenglykol und Diethylenglykol; Ketone wie Aceton und Methylethylketon; Verbindungen mit hohem Molekulargewicht, zum Beispiel Polyethylenglykole, Chitosan, Chitin, Dextran und Polyvinylpyrrolidone; Salze wie Lithiumchlorid, Natriumchlorid, Calciumchlorid, Lithiumacetat, Natriumsulfat und Natriumhydroxid und dgl. Unter diesen ist Wasser, das keine Flüchtigkeit und keine Toxizität aufweist, vorzuziehen. Zur Bildung einer gewünschten dichten Schicht auf der Innenoberfläche ist es außerdem bevorzugt, ein Lithiumsalz wie Lithiumchlorid oder Lithiumacetat zu verwenden.
Die Spinnlösung zur Bildung einer Membran ist bei hohen Temperatur transparent und homogen, induziert aber eine Phasentrennung, wenn die Temperatur vermindert wird. Es ist vorteilhaft, daß die Temperatur, bei der Phasentrennung induziert wird (diese Temperatur wird im folgenden einfach als "LST" bezeichnet) induziert wird, auf 5 ≤ LST ≤ 40 (°C) eingestellt wird. Um die LST wie oben spezifiziert einzustellen, ist es bevorzugt, daß die Konzentration des Additivs in der Spinnlösung zur Bildung einer Membran nicht mehr als 20 Gew.-% ist. Wenn die Konzentration zu hoch ist, besteht die Tendenz, daß es schwierig wird eine gewünschte LST zu erhalten, und manchmal würde das EVA-Polymer nicht in der Spinnlösung gelöst. Die LST liegt bevorzugter in einem Bereich von 10° bis 40°C, noch bevorzugter in einem Bereich von 15 bis 40°C. Die LST, auf die hier Bezug genommen wird, ist eine Temperatur, bei der die Spinnlösung zur Formung einer Membran trübe bzw. flockig wird, wenn die Temperatur mit einer Rate von 1°C pro Minute von 90°C gesenkt wird.
Um die EVA-Hohlfasermembran mit einer gewünschten Membranstruktur und mit gewünschten physikalischen Eigenschaften, die in der vorliegenden Erfindung verlangt werden, zu erhalten, ist das Verfahren zur Bildung einer Membran vorzugsweise ein Trocken-Naß-Verfahren. Nach dem Trocken-Naß-Verfahren wird die EVA-Hohlfasermembran durch Extrusion der Spinnlösung zur Bildung der Hohlfasermembran aus einer doppelten ringförmigen Düse in die Luft extrudiert, und zwar unter Gießen eines Lochbildungsmittels in die innere Seite der ringförmigen Doppeldüse; Koagulieren des extrudierten Produktes von seiner Innenoberfläche unter Bildung einer dichten Schicht in der Innenoberfläche und danach Einführen des extrudierten Produktes in ein Wasserbad. In einer Membran, die durch ein Naßverfahren gebildet wird, welches direktes Extrudieren der Spinnlösung zur Bildung einer Membran in ein Wasserbad unter Koagulation des extrudierten Produktes umfaßt, wird die dichte Schicht wahrscheinlich auch in der Außenoberfläche gebildet, da eine Koagulation von der Außenoberfläche wie auch von der Innenoberfläche aus erfolgt.
Es ist bevorzugt, daß die Temperatur der Spinnlösung zur Bildung einer Membran (T_D), LST und die Temperatur der Luft (T_A), durch welche das extrudierte Produkt geleitet wird, den Beziehungen T_D ≤ LST + 20 und T_A ≤ LST genügt. Wenn T_D LSt und T_A der Bedingung T_D > LST + 20 oder TA > LST genügen, besteht die Tendenz, daß die Rejektionsrate für Albumin gesenkt wird und es besteht die Tendenz, daß es schwierig ist, eine Membran zu bilden. Es ist bevorzugter, daß die oben genannte Temperatur der Luft (T_A) nicht mehr als LST –5°C ist.
Da es erforderlich ist, daß die Koagulation beschleunigt wird, um eine gewünschte Dichteschicht in der Innenoberfläche zu bilden, ist es vorteilhaft, als Lochbildungsmittel eine Lösung mit der Funktion zur Koagulation des EVA-Polymers zu verwenden. Das Lochbildungsmittel kann ohne Beschränkung verwendet werden, solange das Mittel die Funktion zur Koagulation des EVA-Polymers hat und Mischbarkeit mit dem oben genannten Lösungsmittel aufweist. Als Lochbildungsmittel wird üblicherweise ein wasserlösliches Medium eingesetzt. Das Lochbildungsmittel umfaßt zum Beispiel Wasser, Gemische aus Wasser und einem Lösungsmittel, das in Wasser löslich ist, zum Beispiel DMSO, DMAc, NMP oder ein Alkohol und dgl. Außerdem kann eine wäßrige Lösung, die ein anorganisches Salz wie Lithiumchlorid, Natriumchlorid, Calciumchlorid, Lithiumacetat, Natriumsulfat oder Natriumhydroxid enthält, bei Bedarf als Lochbildungsmittel eingesetzt werden.
Im allgemeinen wird die EVA-Hohlfasermembran nach Beendigung der Koagulation einer nassen Wärmebehandlung unterworfen. Es ist zu bevorzugen, daß die Temperatur währen der nassen Wärmebehandlung üblicherweise innerhalb eines Bereichs von 40° bis 80°C, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 55° bis 70°C liegt. Wenn die Temperatur während der nassen Wärmebehandlung unter dem obigen Bereich liegt, besteht die Tendenz, daß die Lagerungsstabilität, die Abmessungsgenauigkeit und die physikalischen Eigenschaften nach der Trocknung vermindert werden. Wenn die Temperatur den obigen Bereich übersteigt, so besteht auch die Tendenz der Änderung der Membranstruktur und ihre Eigenschaften. Die nasse Wärmebehandlung kann üblicherweise durch ein Verfahren durchgeführt werden, umfassend das Leiten der EVA-Hohlfasermembran durch heißes Wasser, welches auch als Spülwasser für die Hohlfasermembran dient. Es ist nicht notwendigerweise erforderlich, daß die nasse Wärmebehandlung und das Spülen gleichzeitig durchgeführt werden. Es ist möglich, die nasse Wärmebehandlung, die das Durchleiten der EVA-Hohlfasermembran durch eine Atmosphäre aus gesättigtem Wasserdampf umfaßt, und danach das Spülen der Membran durchzuführen. Umgekehrt ist es möglich, daß zuerst ein Spülen durchgeführt wird und daß danach die nasse Wärmebehandlung durchgeführt wird. Allerdings ist es unter dem Gesichtspunkt der Vereinfachung des Verfahrens vorzuziehen, daß die nasse Wärmebehandlung und das Spülen gleichzeitig durchgeführt werden.
Die EVA-Hohlfasermembran wird in nassem Zustand in ein mit Wasser mischbares flüchtiges organisches Lösungsmittel eingetaucht, um Wasser, das an der Oberfläche oder im Inneren der Membran vorhanden ist, durch das organische Lösungsmittel zu ersetzen, und wird danach bei Normaldruck oder reduziertem Druck getrocknet. In diesem Fall ist es vorteilhaft, einen niederen aliphatischen Alkohol, der 1 bis 5 Kohlenstoffatome hat, oder ein Keton als organischen Lösungsmittel zu verwenden. Bevorzugte organische Lösungsmittel umfassen zum Beispiel Methanol, Ethanol, Amylalkohol, Aceton, Methylethylketon, Diethylketon und dgl. Es ist wünschenswert, daß die Temperatur während der Trocknung nicht höher als 55°C, bevorzugter nicht niedriger als 50°C ist. Außerdem ist es wünschenswert, daß der Wasserdampfdruck nicht mehr als etwa 0,0027 MPa (200 mmHg), vorzugsweise nicht mehr als etwa 0,0014 MPa (10 mmHg) ist. Unter diesen Bedingungen kann die EVA-Hohlfasermembran getrocknet werden, während ihre physikalischen Eigenschaften in nassem Zustand aufrechterhalten werden.
Die EVA-Hohlfasermembran wurde nach Trocknung einer trockenen Wärmebehandlung unterzogen. Es ist wünschenswert, daß die Temperatur während der trockenen Wärmebehandlung in einem Bereich von 30 bis 70°C, vorzugsweise in einem Bereich von 30 bis 65°C liegt. Wenn die Temperatur während der trockenen Wärmebehandlung den obigen Bereich übersteigt, besteht die Tendenz, daß eine Änderung in der Membranstruktur und in ihren Eigenschaften erzeugt wird. Auch wenn die Temperatur unter dem obigen Bereich liegt, besteht die Tendenz, daß es schwierig ist, eine ausreichende thermische Fixierung zu erreichen und dadurch würden Dimensionsstabilität und Lagerungsstabilität verschlechtert. Es ist bevorzugt, daß der Wasserdampfdruck der Atmosphäre für die trockene Wärmebehandlung nicht mehr als etwa 0,0080 MPa (60 mmHg) ist. Wenn der Wasserdampfdruck die obige Obergrenze übersteigt, besteht die Tendenz, daß die Adsorption der Wassermoleküle an dem EVA-Copolymer unter Änderung der Membranstruktur und ihre physikalischen Eigenschaften infolge der Desorption von Wassermolekülen bewirkt wird, wenn das EVA-Copolymer einer Atmosphäre von Raumtemperatur nach der trockenen Wärmebehandlung ausgesetzt wird.
Da die in der oben beschriebenen Weise erhaltene getrocknete EVA-Hohlfasermembran in trockenem Zustand eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität hat, ist sie zum Transport geeignet. Bei einem erneuten Befeuchten der getrockneten EVA-Hohlfasermembran mit Wasser oder physiologischer Salzlösung vor einer Verwendung würden ihre Struktur und ihre physikalischen Eigenschaften vor Trocknung wieder auftreten.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele spezifischer beschrieben, ohne dadurch die vorliegende Erfindung auf diese Beispiele beschränken zu wollen.
Beispiel 1
15 Gew.-Teile eines EVA-Polymers, das einen Ethylen-Gehalt von 32 mol% und einen Verseifungsgrad von 99% hat (im Handel erhältlich von Kuraray Co., Ltd., mit der Handelsbezeichnung: EVAL EC-F100A), 73 Gew.-Teile DMSO, 10 Gew.-Teile Wasser und 2 Gew.-Teile Lithiumchlorid wurden unter Erhitzen bei 90°C aufgelöst, wobei eine Spinnlösung zur Bildung einer Membran erhalten wurde. Die LST der resultierende Spinnlösung war 28°C. Die Spinnlösung wurde bei 40°C aus einer doppelten ringförmigen Düse unter Gießen von Wasser in das Innere der doppelten ringförmigen Düse extrudiert. Die extrudierte Lösung wurde durch Luft mit 15°C geleitet und in ein Wasserbad eingeführt. Anschließend wurden die Verfahren Spülen mit Wasser, nasse Wärmebehandlung, Trocknung und trockene Wärmebehandlung nach einem üblichen Verfahren durchgeführt, wodurch ein trockene Hohlfasermembran erhalten wurde.
Die resultierende Hohlfasermembran hatte einen Außendurchmesser von 265 μm, einen Innendurchmesser von 175 μm und eine Dicke von 45 μm. Die Bedingungen zur Bildung einer Membran sind in Tabelle angegeben und die Struktur der Membran wurde mit einem Elektronenmikroskop (Vergrößerung 60 000) betrachtet und auch mit einem Atomic force-Mikroskop betrachtet und die physikalischen Eigenschaften der Membran sind in Tabelle 2 angegeben.
Beispiel 2
Unter den Bedingungen zur Bildung einer Membran, wie sie in Tabelle 1 gezeigt sind und unter Verwendung derselben Spinnlösung zur Bildung einer Membran wie in Beispiel 1 wurde eine Membran gebildet und eine trockene Hohlfasermembran erhalten. Andere Bedingungen als die in Tabelle 1 angegeben sind dieselben wie in Beispiel 1.
Die resultierende Hohlfasermembran hatte einen Außendurchmesser von 265 μm, einen Innendurchmesser von 175 μm und eine Dicke von 45 μm. Die Struktur und die physikalischen Eigenschaften der Membran sind wie in Tablette 2 gezeigt.
Beispiel 3
Eine Spinnlösung zur Bildung einer Membran wurde aus 15 Gew.-Teilen eines EVA-Polymers mit einem Ethylen-Gehalt von 47 mol% und einem Verseifungsgrad von 99% (im Handel verfügbar von Kuraray Co., Ltd. unter der Handelsbezeichnung: EVAL ES-G110A), 78 Gew.-Teile DMSO, 5 Gew.-Teile Wasser und 2 Gew.-Teile Lithiumchlorid hergestellt und unter Verwendung dieser Spinnlösung wurde eine Membran unter den Bedingungen zur Bildung einer Membran wie in Tabelle 1 angegeben gebildet und es wurde eine trockene Hohlfasermembran erhalten. Andere Bedingungen als die in Tabelle 1 aufgelisteten sind dieselben wie in Beispiel 1.
Die resultierende Hohlfasermembran hatte einen Außendurchmesser von 265 μm, einen Innendurchmesser von 175 μm und eine Dicke von 45 μm. Die Struktur und die physikalischen Eigenschaften der Membran sind in Tabelle 2 gezeigt.
Beispiel 4
Es wurde eine Spinnlösung zur Bildung einer Membran aus 16 Gew.-Teile eines EVA-Polymers mit einem Ethylen-Gehalt von 47 mol% und einem Verseifungsgrad von 99%, 83 Gew.-Teilen DMSO und 1 Gew.-Teil Wasser gebildet und es wurde eine Membran unter Verwendung dieser Spinnlösung unter den Bedingungen zur Bildung einer Membran, wie sie in Tabelle 1 angegeben sind, geformt, wodurch eine trockene Hohlfasermembran erhalten wurde. Andere Bedingungen als die in Tabelle 1 aufgelisteten sind dieselben wie in Beispiel 1.
Die resultierende Hohlfasermembran hatte einen Außendurchmesser von 265 μm, einen Innendurchmesser von 175 μm und eine Dicke von 45 μm. Die Struktur und die physikalischen Eigenschaften der Membran sind in Tabelle 2 angegeben.
Vergleichsbeispiel 1
Eine Spinnlösung zur Bildung einer Membran wurde aus 15 Gew.-Teilen eines EVA-Polymers mit einem Ethylen-Gehalt von 32 mol% und einem Verseifungsgrad von 99%, 84 Gew.-Teilen DMSO und 1 Gew.-Teil Wasser hergestellt und es wurde eine Membran unter Verwendung dieser Spinnlösung unter den Bedingungen zur Bildung einer Membran, wie sie in Tabelle 1 angegebenen sind, geformt, wodurch eine trockene Hohlfasermembran erhalten wurde. Andere Bedingungen als die in Tabelle 1 aufgelisteten sind dieselben wie in Beispiel 1.
Die resultierende Hohlfasermembran hatte einen Außendurchmesser von 265 μm, einen Innendurchmesser von 175 μm und eine Dicke von 45 μm. die Struktur und die physikalischen Eigenschaften der Membran sind in Tabelle 2 gezeigt.
Vergleichsbeispiele 2 und 3
Jede Membran wurde unter den Bedingungen zur Bildung einer Membran, wie sie in Tabelle 1 gezeigt sind, und unter Verwendung derselben Spinnlösung zur Bildung einer Membran wie in Vergleichsbeispiel 1 geformt, wodurch eine trockene Hohlfasermembran erhalten wurde. Andere Bedingungen als die in Tabelle 1 aufgelisteten sind dieselben wie in Beispiel 1.
Jede der resultierenden Hohlfasermembranen hatte einen Außendurchmesser von 265 μm, einen Innendurchmesser von 175 μm und eine Dicke von 45 μm. Die Struktur und die physikalischen Eigenschaften der Membranen sind in Tabelle 2 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 4
Es wurde eine Spinnlösung zur Bildung einer Membran aus 15 Gew.-Teile eines EVA-Polymers mit einem Ethylen-Gehalt von 32 mol% und einem Verseifungsgrad von 99%, 63 Gew.-Teile DMSO, 20 Gew.-Teilen Wasser und 2 Gew.-Teilen Lithiumchlorid hergestellt und unter Verwendung dieser Spinnlösung unter den Bedingungen zur Bildung einer Membran, wie sie in Tabelle 1 angegeben sind, wurde eine Membran gebildet und es wurde eine trockene Hohlfasermembran erhalten. Andere Bedingungen als die in Tabelle 1 aufgelisteten sind dieselben wie in Beispiel 1.
Die resultierende Hohlfasermembran hatte einen Außendurchmesser von 265 μm, einen Innendurchmesser von 175 μm und eine Dicke von 45 μm. Die Struktur und die physikalischen Eigenschaften der Membran sind in Tabelle 2 angegeben.
Vergleichsbeispiel 5
Eine Membran wurde unter den Bedingungen zur Bildung einer Membran, wie sie in Tabelle 1 angegeben sind, geformt, wobei dieselbe Spinnlösung zur Bildung einer Membran wie in Beispiel 3 verwendet wurde; dadurch wurde eine trockene Hohlfasermembran erhalten. Andere Bedingungen als die in Tabelle 1 aufgelisteten sind dieselben wie in Beispiel 1.
Die resultierende Hohlfasermembran hatte einen Außendurchmesser von 265 μm, einen Innendurchmesser von 175 μm und eine Dicke von 45 μm. Die Struktur und die physikalischen Eigenschaften der Membran sind in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 1
Erfindungsgemäß wird eine EVA-Hohlfasermembran erhalten, die eine dichte Schicht an der inneren Oberfläche und eine poröse Schicht in der anderen Schicht als der dichten Schicht umfaßt, die Effekte der hohen Permeabilität für Myoglobin, eine repräsentative Substanz mit moderatem oder hohem Molekulargewicht, und eine hohe Rejektionsrate für Albumin aufweist.

Claims

Hohlfasermembran, umfassend eine dichte Schicht an ihrer inneren Oberfläche und eine andere poröse Schicht als die dichte Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasermembran (i) aus einem Ethylen-Vinylalkohol-Polymer erzeugt ist; (ii) eine Porosität von 60 bis 90% hat; (iii) einen Gesamtmassentransferkoeffizienten für Myoglobin in einem System auf Wasserbasis von nicht weniger als 0,003 cm/min hat und (iv) eine Rejektionsrate für Albumin in einem Rinderblutsystem von nicht weniger als 97% hat.
Hohlfasermembran nach Anspruch 1, worin die Klärung für Harnstoff in einem Rinderblutsystem nicht weniger als 175 ml/min und die Klärung für β₂-Mikroglobulin nicht weniger als 35 ml/min pro Membranfläche von 1,6 m² bei einer Blutflussrate von 200 ml/min und eine Dialysatfließrate von 500 ml/min ist.
Hohlfasermembran nach Anspruch 1 oder 2, worin die Hohlfasermembran eine Rate der Porenfläche von nicht weniger als 30% bei einer Tiefe von 1 μm von der Innenoberfläche und einen Durchmesser eines Knötchens, das die dichte Schicht bildet, von 5 bis 50 nm hat.
Verfahren zur Erzeugung einer Hohlfasermembran, umfassend eine dichte Schicht an ihrer inneren Oberfläche und eine andere poröse Schicht als die dichte Schicht und umfassend folgende Schritte: (i) Extrusion einer Spinnlösung zur Bildung der Hohlfasermembran aus einer doppelten ringförmigen Düse unter Gießen von Wasser oder einer Mischung aus Wasser und einem Lösungsmittel, das in Wasser löslich ist, als Lochbildungsmittel in der inneren Seite der ringförmigen Doppeldüse, wobei die Spinnlösung transparent und homogen bei einer hohen Temperatur ist, aber eine Phasentrennung induziert, wenn die Temperatur erniedrigt wird; (ii) Leiten der Hohlfasermembran, die von der ringförmigen Doppeldüse extrudiert ist, durch Luft; und (iii) anschließendes Einführen der Hohlfasermembran in ein Wasserbad, worin die Temperatur (°C) der Spinnlösung zur Bildung der Membran (T_D), die Temperatur (°C) für die Phasentrennung (LST) und die Temperatur (°C) der Luft, durch die die Hohlfasermembran geleitet wird, die von der ringförmigen Doppeldüse extrudiert ist, (T_A) die folgenden Beziehungen erfüllen: 5 ≤ LST ≤ 40, TD ≤ LST + 20,und TA ≤ LST;dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnlösung ein Ethylen-Vinylalkohol-Polymer und ein Lösungsmittel umfasst.