DE3821591A1

DE3821591A1 - Poroese hohlraumfaser

Info

Publication number: DE3821591A1
Application number: DE3821591A
Authority: DE
Inventors: Yasushi Shimomura; Masahiko Yamaguchi; Koichiro Fukuzaki
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1987-06-26
Filing date: 1988-06-27
Publication date: 1989-01-05
Anticipated expiration: 2008-06-28
Also published as: IT1219400B; DE3821591C2; CA1315929C; AU601599B2; IT8867600A0; US4859535A; AU1836088A

Description

Die Erfindung betrifft eine poröse Hohlraumfaser mit selekti ven Trennfähigkeiten, die eine Vielzahl feiner Poren in ihren äußeren Wandungen trägt. Insbesondere betrifft die Erfindung eine poröse Hohlraumfaser, die für die Verwendung für künst liche Lungen, für eine Plasmaseparation, für eine Wasserrei nigung und ähnliches geeignet ist.

Ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Films durch Strec ken (Streckziehen) eines kristallinen Polyolefinfilms, wie beispielsweise Polypropylen, und der Ausbildung von Poren in dem Film, wird in der US-PS 35 58 764 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein ungestreckter Film eines Polypropylens geschmolzen und bei einer Temperatur, die im Bereich von 10 bis 40°C über dem Schmelzpunkt liegt, extrudiert, wonach die ser Film aufgenommen wird mit einem Aufnahmeverhältnis (im Beispiel Streckung) von 20-180. Hierbei wird ein Film erhal ten, der miteinander verbundene Poren aufweist, wobei die durchschnittliche Porengröße 1×10^-7 bis 2×10^-7 m (1000- 2000 A) beträgt.

Aus der japanischen Patentpublikation 52 123/1981 ist eine poröse Polypropylenhohlraumfaser und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Die Publikation offenbart eine poröse Polypropylenhohlraumfaser, die mittels Extrudieren bei einer Spinntemperatur von 210°C und durch Aufnehmen (Aufwickeln) der Faser mit einer Streckung (draft) von 180-600 gebildet wurde. Die äußere Wandung der sich ergebenden Faser weist eine Dicke von weniger als 40 µm auf, wobei eine Vielzahl fei ner Poren, jeweils verbunden mit der äußeren Wandung, vorhanden sind und eine Verteilungskurve mindestens ein Maximum in einem Bereich von 2×10^-8 m bis 1,2×10^-7 m (200 bis 1200 A) hat. Auf diese Weise ist es möglich, eine Hohlraumfaser zu erhal ten, die durch ihre Gasdurchlässigkeit charakterisiert ist.

Bei einer konventionellen bekannten Hohlraumfaser sind jedoch die Poren in der Umgebungswandung extrem ungleichförmig, bei gleichzeitiger großer Verteilung der Porengröße, so daß die Faser in bezug auf die selektiven Trennfähigkeiten einen gros sen Nachteil aufweist. Mit anderen Worten, um eine poröse Hohlraumfaser mit einer ausgezeichneten Fähigkeit zur Bewir kung selektiver Separation zu erhalten, ist darauf zu achten, daß die Porengröße möglichst einheitlich ist.

Wird mittels eines bekannten Verfahrens ein Polyolefin, wie beispielsweise ein Polypropylen, durch Strecken fibrilliert, werden zum Teil Poren gebildet, deren Konfiguration und Größe nicht einheitlich sind und die relativ große Maschen und rela tiv schlanke Fibrillen (im folgenden: feine Fasern) bilden, die in diesen Teilen weitgehend parallel zur Längsachse der Hohlfaser laufen.

Daher sind die mit bekannten Verfahren hergestellten Poren in ihrer Konfiguration und Größe nicht einheitlich und die vor stehend relativ großen maschenartigen Teile bilden geschlossene Bereiche. Die Teile, die relativ große Maschen bilden, laufen daher in alle Richtungen relativ zur Längsrich tung der Hohlraumfaser und bilden dabei kontinuierliche, geschlossene Bereiche, beispielsweise Maschen mit verschiedenen Größen einer Dimension, die weitgehend äqui valent zur Länge der vorstehend genannten feinen Fasern ist.

Dementsprechend variiert die Länge der feinen Fasern in Ab hängigkeit des Ortes und die Verteilung der Porengröße ist daher breit. Solch eine, eine Breitenverteilung aufweisende poröse Hohlraumfaser hat nur geringe selektive Trennfähigkei ten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine poröse Poly olefinhohlraumfaser zu schaffen, die eine weitgehend einheit liche Porengröße hat und ausgezeichnete selektive Trennfähig keiten aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Schaffen ei ner porösen Hohlraumfaser, bestehend aus Polyolefin, wobei die Faser umfaßt: eine äußere Wandung, die gebildet ist durch Gruppen relativ großer Stäbchen, die sich in einer weitgehend senkrechten Richtung zur Längsrichtung der Hohlfaser erstrec ken oder verlaufen und durch Gruppen feiner Fasern, die in einer Längsrichtung der Hohlfaser zwischen benachbarten Stäb chen verlaufen und dazwischen verbunden sind, sowie recht eckige feine Poren vorhanden sind, die gebildet sind durch die Gruppen der Stäbchen und die Gruppen der feinen Fasern, wobei die Faser eine Wanddicke von 50 bis 150 µm und einen inneren Durchmesser von 250 bis 1000 µm und eine Porengröße, bestimmt mittels eines Blasenpunktverfahrens, von 0,1 bis 1,0 µm hat. Die umgebende Wandung bedeutet dabei eine Wand, die sich von einer inneren Wandfläche der Hohlraumfaser zu einer äußeren Wandoberfläche der Faser erstreckt.

Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert; in der zeigt:

Fig. 1 eine elektronenmikroskopische Aufnahme (Mikrobild), die die Konfiguration einer äußeren Wandoberfläche einer erfindungsgemäßen porösen Hohlraumfaser zeigt;

Fig. 2 eine weiter vergrößerte elektronenmikroskopische Auf nahme der porösen Hohlraumfaser gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Konfigura tion eines Teils der porösen Hohlraumfaser und ihren Querschnitt;

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der sauerstoffanreichern den Fähigkeiten in einer künstlichen Lunge, für die eine erfindungsgemäße poröse Hohlraumfaser verwendet wird;

Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung der Kohlensäure ersetzen den Fähigkeiten einer erfindungsgemäßen porösen Hohl raumfaser;

Fig. 6 eine elektronenmikroskopische Aufnahme zur Darstellung der Konfiguration einer äußeren Wandfläche der porösen Hohlraumfaser gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 7 eine elektronenmikroskopische Aufnahme zur Darstellung der Konfiguration einer äußeren Wandfläche der porösen Hohlraumfaser gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft eine Gruppe von Stäbchen, Litzen oder Platten des Polyolefins weitgehend senkrecht zu der Längsrichtung einer Hohlraumfaser, wobei die Stäbchen geschlossene Bereiche bilden, mit ei ner drei- oder mehrfachen Länge der Durchschnittslänge ( ) der feinen Fasern des Polyolefins, die zwischen den Stäbchen gebil det sind (siehe Fig. 1, 2 und 3, in denen die Längsrichtung der Faser die vertikale Richtung der photomikroskopischen Aufnahmen wiedergibt; wobei die "Stäbchen" sich in horizontaler Richtung der photomikroskopischen Aufnahmen und die "Fibrillen" sich in verti kaler Richtung erstrecken). Vorzugsweise werden die geschlosse nen Bahnen mit einer fünf- oder mehrfachen Länge, insbesondere einer zehn- oder mehrfachen Länge der Durchschnittslänge ( ) der feinen Fasern gebildet. Die Durchschnittslänge ( ) der fei nen Fasern wird ausgedrückt durch die Durchschnittslänge von 20 Fibrillen, die zufällig ausgewählt sind von jenen in der Nach barschaft eines Zufallspunkts auf den Stäbchen, der ebenfalls zufällig ausgewählt ist.

Erfindungsgemäß werden durch vorsichtiges Auswählen von ver schiedenen Bedingungen für die Bildung relativ große stäbchen förmige Teile nur senkrecht zu der Längsachse der Hohlraum faser gebildet. Mit anderen Worten, es wurde eine spezielle Hohlraumfaser entwickelt, bei der die relativ großen stäbchen förmigen Teile nicht in der Längsrichtung der Hohlraumfaser gebildet sind.

Bei einer durch ein herkömmliches Verfahren gebildeten Hohl raumfaser variiert die Größe des die geschlossene Bahn oder die geschlossenen Bereiche bildende Umhüllung oder der Rahmen und die Länge der dazwischen verlaufenden feinen Fasern variiert dabei entsprechend. Das bedeutet, daß die Größe der Poren, die mit rechteckiger Gestalt gebildet sind, nicht einheitlich ist und deren Verteilung daher breit ist.

Die erfindungsgemäße Hohlraumfaser hat folgende physikalische Eigenschaften: eine Film- oder Wanddicke von 50 bis 150 µm, vorzugsweise 50 bis 100 µm; einen Innendurchmesser von 250 bis 1000 µm, vorzugsweise 270 bis 400 µm; und einen Porendurchmes ser, bestimmt durch ein Blasenpunktverfahren von 0,1 bis 1,0 µm, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 µm.

Wird eine, diese physikalischen Eigenschaften aufweisende Hohl raumfaser für eine künstliche Lunge verwendet, ist es möglich, eine künstliche Lunge zu erhalten, deren gasersetzende Fähig keiten (sauerstoffanreichernde Fähigkeiten und Kohlensäure ersetzende Fähigkeiten) ausgezeichnet sind und bei der der Verlust von Plasma nicht für lange Zeit auftritt, selbst wenn die Fläche der Membran klein ist.

Wird solch eine Hohlraumfaser weiterhin für andere Einsatz gebiete verwendet, beispielsweise für die Plasmatrennung und die Wasserreinigung, ist es aufgrund der gleichförmigen Größe der Poren der Hohlraumfaser möglich, ausgezeichnete selektive Trenneigenschaften zu erhalten.

Die vorstehend genannten Stäbchen bilden vorzugsweise geschlos sene Bereiche mit einer drei- oder mehrfachen Länge der Durch schnittslänge ( ) der feinen Fasern mit einem Zufallspunkt auf den Stäbchen, gesetzt als Startpunkt (diese Durchschnittslänge ist ausgedrückt durch die Durchschnittslänge von 20 feinen Fasern, die zufällig ausgewählt sind aus einer den Startpunkt umgebenden Fläche). Mit anderen Worten, dies bedeutet, daß die Länge der feinen Fasern im vorstehend genannten Bereich weit gehend konstant ist.

Erfindungsgemäß ist eine Größe (t) der Stäbchen in einem Bereich von 0,1 µm bis 40 µm bevorzugt, wobei die folgende Beziehung zwischen der Größe (t) der Stäbchen und der Größe (Δ l), bei spielsweise der Dicke (siehe Fig. 2) der feinen Fasern lautet:

3Δ l t 400 Δ l.

Falls t kleiner ist als 3Δ l, wird die Stärke ungenügend, wäh rend bei t größer als 400Δ l die Porosität abnimmt und die Trenneigenschaften oder Fähigkeiten ebenfalls unvorteilhaft absinken.

Der Begriff "Stäbchen" gemäß der Erfindung bedeutet eine Form, die sich von einer äußeren Wandoberfläche der Hohlraumfaser (siehe Fig. 1 und 2) erstreckt und bedeutet nicht insbesondere eine "stabförmige" Konfiguration. Der horizontale Querschnitt der Hohlraumfaser hat eine Form wie in dem oberen Teil der Hohlraumfaser in Fig. 3 dargestellt ist (diese ist eine elek tronenmikroskopische Aufnahme, die einen Teil der Hohlraum faser im Querschnitt zeigt). Der obere Bereich der in dieser Figur gezeigten Hohlraumfaser ist als waagerechtes Querprofil gezeigt, beispielsweise als Querschnitt senkrecht zur Längs richtung der Hohlraumfaser und der tiefer liegende Teil auf der linken Seite der Hohlraumfaser zeigt eine innere Wandfläche der Hohlraumfaser. Dementsprechend bedeutet der Begriff "Größe des Stäbchens" die "Größe", beispielsweise Dicke, die durch die äußere Wandfläche der Hohlraumfaser gezeigt ist. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, ist die Form des "Stäbchens" sowohl in der inne ren Wandfläche und des senkrechten Querprofils (Querschnitts) ähnlich zu dem in der äußeren Wandfläche.

Die erfindungsgemäße Hohlraumfaser hat bei Einsatz als Plasma trennmembran ein Verhältnis der Durchschnittslänge ( ) der Faser zu dem Durchschnittsintervall (l) zwischen den Fasern (d/l) im Bereich von 2 bis 60, vorzugsweise 5 bis 30, wobei l vorzugsweise im Bereich von 0,02 µm bis 1 µm, insbesondere von 0,05 µm bis 0,8 µm liegt.

Wenn l kleiner ist als 0,02 µm , ist die Filtrationsgeschwin digkeit des Plasmas langsam, während, wenn l 1 µm übersteigt, die Erythrozyten zusammen mit dem Plasma abgefiltert werden. Um diese Werte zu erreichen, genügt es, die Bedingungen für die Bildung in geeigneter Weise zu ändern, einschließlich den Prozentteil der Streckung und der Strecktemperatur, so daß eine einfache Angleichung erreicht wird.

Falls mindestens ein Teil der äußeren Wandfläche der erfin dungsgemäßen Hohlraumfaser sowie die inneren Flächen der fei nen Poren mit Glyzerinfettsäureester bedeckt sind, wird der Hohlraumfaser eine bemerkenswerte hydrophile Eigenschaft ver liehen, so daß sie Verwendung finden kann als Präzisionsfilter oder als Ultrafilter, um Wasser einer wäßrigen Lösung zu fil trieren.

Als Fettsäurekomponenten der Glyzerinfettsäureester sind vor zugsweise Caprylsäure, Caprinsäure, Laurinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Behenolsäure und ähnliche verwendbar. Zusätzlich kann irgendein Monoglyzerid, ein Diglyzerid, und ein Triglyzerid oder deren Kombination als Glyzerinfettsäure ester verwendet werden, der hergestellt ist durch Reaktion zwischen dieser Säurekomponenten und dem Glyzerin. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, erstrecken sich in Wandteilchen, die die äußeren Wandungen der erfindungsgemäßen porösen Hohlraum faser bilden, feine Fasern zwischen benachbarten Stäbchen, die weitgehend parallel zueinander verlaufen.

Mit anderen Worten, gemäß Fig. 3 bilden die Stäbchen keine geschlossenen Bereiche über Entfernungen von 50 oder mehr hinsichtlich der Durchschnittslänge ( ) der feinen Fibrillen. Dies bedeutet, daß die Porosität bemerkenswert verbessert wird und dies bedeutet, daß die Bereitstellung identischer Flächen der Fasern bemerkenswert verbessert ist.

Die Verfahren zur Herstellung der porösen Hohlraumfaser gemäß der Erfindung sind nachfolgend beschrieben.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß es wichtig ist, die Dehnungs- oder Streckungsrate relativ niedrig zu halten, wenn die Hohl raumfaser gestreckt wird, um eine poröse Hohlraumfaser mit ein heitlicher Größe der Poren zu erhalten.

Die poröse Hohlraumfaser ist mittels eines ersten Verfahrens herstellbar, bei dem die schmelzgesponnene Hohlraumfaser zu erst in einem Medium, beispielsweise flüssigem Stickstoff, bei niedriger Temperatur gestreckt (verstreckt) wird und an schließend in einem Streckverfahren oder Dehnungsverfahren bei hoher Temperatur, beispielsweise in einem Bereich von 110 bis 155°C und bei einer Streckrate von weniger als 22,0%/min, vorzugsweise in einem Bereich von 8 bis 18%/min, gestreckt wird. Die Faser kann auch mittels eines zweiten Verfahrens hergestellt sein, bei dem die schmelzgesponnene Hohlraumfaser mit einem Streck- oder Dehnungsverfahren bei einer Streckrate von weniger als 10%/min, die niedriger ist als diejenige im er sten Verfahren, gestreckt wird und zwar bei einer hohen Temperatur von 120 bis 145°C, vorzugsweise 130 bis 140°C, ohne daß ein Streck- oder Dehnungsschritt bei niedrigen Tempe raturen durchgeführt wird. Ähnliche Verfahren sind ebenfalls einsetzbar.

Bei dem zweiten Verfahren, bei dem die Hohlraumfasern nicht bei einer niedrigen Temperatur gestreckt wird, ist also die Streck- oder Dehnungsrate im Streckungsprozeß niedriger als bei dem ersten Verfahren, bei dem die Hohlraumfaser bei einer niedrigen Temperatur gestreckt wird.

Es wird vermutet, daß bei dem ersten Verfahren das Strecken bei einer niedrigen Anfangstemperatur die Bildung einheitli cher feiner Poren auf der Hohlraumfaser bewirkt und das nach folgende Strecken diese feinen Poren erweitert und daß im Gegen satz hierzu bei dem zweiten Verfahren es notwendig ist, die Streckungsrate zu erniedrigen, da ein Strecken bei einer hohen Temperatur ohne vorherige Bildung einheitlicher feiner Poren durchgeführt wird.

Bei den vorstehend beschriebenen Verfahren erhält man für den Fall, daß die Streckungsrate einen gewissen Wert übersteigt, nur eine poröse Hohlraumfaser mit kleinen Poren.

Der Prozentsatz an Streckung (Verstreckungsverhältnis) kann in Einklang mit der Durchschnittsporengröße entsprechend der gewünschten Verwendung der porösen Hohlraumfaser geändert werden. Die prozentuale Streckung (Verstreckungsverhältnis) wird auf 100 bis 700% gesetzt, vorzugsweise 150 bis 600%, bezüglich der anfänglichen Länge der ungestreckten Hohlraum faser. Wenn der Prozentsatz der Streckung 700% überschreitet, kann die Hohlraumfaser unvorteilhafterweise brechen.

Vorzugsweise wird die mittels des vorstehend genannten Verfah rens hergestellte Hohlraumfaser hitzebehandelt. Diese Hitze behandlung hat den Hauptzweck, die Hohlraumfaser thermisch zu fixieren, um die bei dem Streckungsverfahren gebildeten Poren zu erhalten. Die Hitzebehandlung wird mittels eines Verfahrens durchgeführt, bei dem die poröse Hohlraumfaser für 3 Minuten oder länger in einer Luftatmosphäre erhitzt wird auf eine Tem peratur von 110 bis 155°C, während die Streckungsbedingung aufrechterhalten wird.

Wenn mindestens ein Teil der Oberfläche der umgebenden Wandung und der inneren Oberflächen der feinen Poren der porösen Hohl raumfaser mit einem Glyzerinfettsäureester beschichtet werden, wird folgendes Verfahren angewendet:

Der Glyzerinfettsäureester wird in einem Lösungsmittel gelöst derart, daß die Konzentration 0,1 bis 10 Gew.-Teile des Lösungs mittels beträgt. Als Lösungsmittel sind ein Alkohol, wie Metha nol, Ethanol, oder Aceton, Benzol, Toluol, Xylol, Chloroform und ähnliche Lösungsmittel für den Glyzerinfettsäureester einsetz bar.

Nachfolgend wird die poröse Hohlraumfaser in die derart erhal tene Glyzerinfettsäureesterlösung eingetaucht und nachdem die Glyzerinfettsäureesterlösung auf genügende Weise in die feinen Poren der porösen Hohlraumfaser eingedrungen ist, wird die poröse Hohlraumfaser zur Entfernung des Lösungsmittels getrock net, wonach eine poröse Hohlraumfaser mit einem darauf beschich teten Glyzerinfettsäureester erhalten wird.

Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Hohlraumfaser lassen sich Polyolefine, wie beispielsweise ein kristallines Polyole fin, wie ein Polyethylen, Polypropylen und Poly-4-methylpentan verwenden. Vorzugsweise werden Polyethylen oder Polypropylen eingesetzt.

Vorzugsweise wird als Polyolefin ein solches eingesetzt, das eine enge Molekulargewichtsverteilung aufweist. Vorzugsweise wird ein Polyolefin verwendet, das ein Verhältnis des durch schnittlichen Molekulargewichts (Mw) zum zahlenmittleren Mole kulargewicht (Mn), d. h. (Mw/Mn) von nicht mehr als 7, hat.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Messung der Porengröße mittels eines Blasenpunktverfahrens beschrieben.

Dieses Blasenpunktverfahren ist in der American Society of Testing Materials (A.S.T.M.) (ASTM F 316) beschrieben und wird eingesetzt, um die maximale Porengröße eines feinen porösen Materials, in diesem Fall einer Hohlraumfaser, zu messen.

Bei diesem Verfahren wird Druckluft graduell auf die Innen seite der in einem Lösungsmittel benetzten Hohlraumfaser an gewendet und die maximale Porengröße wird mittels des Druckes der Blasen, die zuerst aus der Hohlraumfaser austreten, unter Verwendung folgender Formel bestimmt:

r =2σ/p

wobei r ein Radius (cm) der maximalen Porengröße, p der Druck (dyn/cm) und σ die Oberflächenspannung (dyn/cm) bedeuten.

In der Erfindung bedeutet der Begriff Porengröße nicht die maximale Porengröße, jedoch eine Porengröße, die mittels des Druckes, bei dem die Blasen gleichzeitig erscheinen, bestimmt ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Polypropylen (hergestellt von Ube Industries, Ltd., MFI=5 g/ 10 min, Mw/Mn=5,5) wird geschmolzen und mittels eines her kömmlichen Verfahrens unter Verwendung einer kreisförmigen Schlitzdüse mit einem Durchmesser von 30 mm gesponnen, wobei die Hohlraumfaser mit einer Aufnahmerate von 116 m/min gespon nen wird.

Nach Hitzebehandlung bei 150°C für 5 Minuten wird die Hohl raumfaser in ein Niedrigtemperaturbad (flüssiger Stickstoff) eingeführt bei einer Temperatur von -196°C und um 15% gestreckt. Nachfolgend wird die Hohlraumfaser bei einer Temperatur von 150°C für 45 sec hitzebehandelt, um thermisch fixiert zu wer den und nachfolgend auf 300% gestreckt in einem auf 135°C heißen Medium, wobei die Streckungsrate 17,3%/min beträgt, wodurch die Hohlraumfaser fibrilliert wird. Nachfolgend wird die Hohlraumfaser bei derselben Temperatur für eine Dauer von 5 Minuten hitzebehandelt, um eine konstante Länge aufrechtzu erhalten.

Fig. 1 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer äuße ren Wandfläche der derart erhaltenen Hohlraumfaser.

Diese Hohlraumfaser weist einen Innendurchmesser von 320 µm, eine Wanddicke von 55 µm und eine Porengröße von 0,25 µm auf, ermittelt aus einer Messung entsprechend des Blasenpunktverfah rens. Eine künstliche Lunge vom Hohlraumfasertyp hat eine Mem branfläche von 1,3 m² und wurde unter Verwendung dieser Hohl raumfaser hergestellt. Bei einem ausgewachsenen Hund (Gewicht: 9 kg) wird das venöse Hundeblut zu venösem Standardblut gemacht, Sauerstoffsättigung: 65 ± 5%; Pvco: 45 ± 5 mmHg; Wert des Bluthämoglobins: 12 ± 1 g/dl; Temperatur: 37 ± 2°C), wie dies durch die Association for the Advance of Medical Instru mentation (A.A.M.I.) festgesetzt ist und die gasersetzenden Eigenschaften der künstlichen Lunge werden unter Verwendung des venösen Blutes gemessen. Die Ergebnisse sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt.

Beispiel 2

Auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 wird eine poröse Poly propylenhohlraumfaser mit einem Innendurchmesser von 320 µm, einer Wanddicke von 55 µm und einer Porengröße von 0,4 µm er halten, wobei die Blasen gleichzeitig bei einem Luftdruck von 1,5 kg/cm² unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel gemäß des Blasenpunktverfahrens gebildet werden, erhalten. Unter Verwendung dieser Faser wird eine künstliche Lunge vom Hohlraumfasertyp mit einer Membranfläche von 0,5 m² hergestellt und heparinisiertes Rinderblut wird in Standardblut entspre chend der A.A.M.I. überführt. Nachfolgend strömt das Blut für 50 min mit einer Strömungsrate von 1 l/min durch die künst liche Lunge, wobei kein Absinken der sauerstoffanreichernden Eigenschaften und der Kohlensäuregas ersetzenden Eigenschaften beobachtet werden, wobei auch kein Serumverlust auftritt.

Beispiel 3

Eine Untersuchung und eine Messung wird in bezug auf die Serum verlustzeit und die Porengröße einer auf eine ähnliche Weise wie in Beispiel 1 hergestellten porösen Polypropylen-Hohlraum faser durchgeführt, wobei in diesem Fall das Rinderblut auf dieselbe Art wie in Beispiel 2 eingesetzt wird. Die Ergebnis se sind in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle I

Als Vergießungsmaterial (Kleber) wird ein Polyurethankunst harz verwendet.

Wie dieses Ergebnis zeigt, tritt für den Fall, daß die poröse Hohlraumfaser einen Porendurchmesser von 0,2 µm oder mehr und eine Dicke von 50 µm oder mehr hat, kein Serumverlust inner halb einer kurzen Zeit auf und praktisch kein Verlust nach der Sterilisation erfolgt.

Beispiel 4

Polypropylen (Brandname: UBE-PP-J109G von Ube Industries Ltd., MFI= 9 g/10 min, Mw/Mn=6) wird bei einer Spinntemperatur von 210°C, einer Dehnungs- oder Streckungsrate von 200 m/min und einem Streckungsverhältnis von 726 gesponnen unter Verwendung einer die Hohlraumfaser produzierenden Düse, die mit einem Gaszufüh rungsrohr, das einen Durchmesser von 8 mm und einen inneren Durchmesser von 7 mm aufweist, beschickt wird.

Die derart erhaltene Polypropylenhohlraumfaser wird 6 min hitzebehandelt bei einer Temperatur von 145°C in einem heißen Luftofen und anschließend in flüssigem Stickstoff (-195°C) um 20% bezüglich seiner Anfangslänge gestreckt. Nachfolgend wird die Polypropylenhohlraumfaser in einem erhitzten Luftofen, der auf eine Temperatur von 145°C eingestellt ist, für 2 min hitzebehandelt, wobei der gestreckte Zustand aufrechterhalten wird.

Nachdem diese Hohlraumfaser um 380% in einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 140°C und einer Streckungsrate von 17,3%/min unter Hitze gestreckt wurde, wurde die Hohlraum faser in einem heißen Luftofen bei einer Temperatur von 145°C für einen Zeitraum von 5 min unter Aufrechterhaltung des gestreckten Zustandes hitzebehandelt, wodurch die poröse Poly propylenhohlraumfaser hergestellt wurde. Die poröse Polypropy lenhohlraumfaser hat einen Innendurchmesser von 320 µm, eine Wanddicke von 55 µm und eine Porengröße von 0,54 µm (gemessen mit dem Blasenpunktverfahren). Fig. 6 zeigt eine elektronen mikroskopische Aufnahme der äußeren Wandfläche dieser porösen Hohlraumfaser.

Ein Plasmaseparator mit einer Membranfläche von 0,5 m² wurde unter Verwendung dieser Faser hergestellt und ein Plasmasepa rationstest an einem erwachsenen Mischling mit einem Gewicht von 10,4 kg durchgeführt.

Die Ergebnisse waren folgende: Der Siebungskoeffizient (SC) des gesamten Proteins (TP) im Plasma ergab sich zu einem Wert von 0,94 bei 120 min, SC des Plasmaalbumins ergab sich zu einem Wert von 0,96 bei 120 min und SC des gesamten Choleste rols ergab sich zu einem Wert von 0,91 bei 120 min.

Zusätzlich ergab sich SC des IgG zu einem Wert von 1,0 bei 120 min, während der Transmembrandruck TMP[(Moduleinlaßdruck + Modulauslaßdruck) / 2 - gefiltertem Lösungsseitendruck] 30 mmHg oder weniger während des Plasmaseparationstests (3 h) betrug. Für die Filtrationsmenge ergab sich ein Wert von 4,9 l/ h/m² bei 120 min.

Unter Verwendung desselben Moduls wie bei dem vorstehend genannten Separationstest, der an dem erwachsenen Hund durch geführt wurde, läßt man menschliches Blut in dem Modul fließen mittels einer Blutpumpe, deren Auslaßseite am Modul angeklemmt ist und das Auftreten oder die Abwesenheit einer Hämolyse, herrührend von einer Änderung des Druckes (Transmembrandruck TMP) zu dieser Zeit wird visuell beobachtet.

Der Druck, bei dem die Hämolyse begann, betrug 260 mmHg bis 41 mmHg in sechs Beispielen. Dies repräsentiert ein hohes Niveau eines Hämolysewiderstands im Vergleich zu einer her kömmlichen Plasmatrennmembran.

Beispiel 5

Polypropylen (Handelsname: UBE-PP-J109G von Ube Industries, Ltd., MFI=9 g/10 min, Mw/Mn=6) wurde bei einer Spinntempe ratur von 200°C und einer Streckungsrate von 116 m/min unter Verwendung einer eine Hohlraumfaser herstellenden Düse, die mit einem Rohr für die Gasabgabe mit einem Durchmesser von 33 mm und einem Innendurchmesser von 27 mm, gesponnen, wobei die Polypropylenhohlraumfaser erhalten wurde.

Die Polypropylenhohlraumfaser wurde für 6 min in einem erhitz ten Luftofen mit einer Temperatur von 145°C hitzebehandelt, und anschließend in flüssigem Stickstoff (-195°C) um 20% bezüglich seiner Anfangslänge gestreckt. Nachfolgend wurde die Polypropylenhohlraumfaser in einem erhitzten Luftofen mit einer Temperatur von 145°C für 2 Minuten hitzebehandelt, wo bei der gestreckte Zustand aufrechterhalten wurde.

Danach wurde die Polypropylenhohlraumfaser unter Hitze um 400% in einer Luftatmosphäre bei 125°C und mit einer Strec kungsrate von 17,3%/min gestreckt und anschließend in einem erhitzten Ofen mit einer Temperatur von 145°C 15 min thermisch fixiert, wobei der gestreckte Zustand aufrechterhalten blieb, und dabei die poröse Polypropylenhohlraumfaser hergestellt wurde.

Die poröse Polypropylenhohlraumfaser hat eine durchschnittliche Porengröße von 0,25 µm und eine Porosität von 70%.

Beispiel 6

Polypropylen (Brandname: UBE-PP-J109G hergestellt von Ube Industries, Ltd., MFI=9 g/10 min, Mw/Mn=6) wurde geschmol zen und mittels eines herkömmlichen Verfahrens unter Verwendung einer Kreisschlitzdüse mit einem Durchmesser von 30 mm gespon nen und die Hohlraumfaser wurde mit einer Aufnahmerate von 116 m/min gesponnen.

Nach Hitzebehandlung in einem heißen Luftofen bei 540°C für 5 min wurde diese Hohlraumfaser um 280% in bezug auf ihre An fangslänge bei einer Temperatur von 135°C und einer Streckungs- oder Dehnungsrate von 8,33%/min gestreckt. Die Hohlraumfaser wurde anschließend in einem heißen Luftofen bei 145°C für 5 min unter Aufrechterhaltung des gestreckten Zustandes hitze behandelt, wodurch die poröse Polypropylenhohlraumfaser her gestellt wurde.

Fig. 7 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme der äuße ren Wandoberfläche einer derart erhaltenen Hohlraumfaser. Die se Hohlraumfaser hat einen Innendurchmesser von 320 µm, eine Wanddicke von 55 µm und eine Porengröße von 0,2 µm (gemessen entsprechend des Blasenpunktverfahrens).

Beispiel 7

2400 Stücke dieser porösen Polypropylenhohlraumfaser gemäß Beispiel 6 werden in ein Gehäuse eingebracht, das einen Innen durchmesser von 45 mm, einen Außendurchmesser von 52 mm, und eine Länge von 380 mm hat und deren gegenüberliegenden End teile werden mittels eines Klebematerials fixiert. Nachfolgend wird der zentrale Bereich der Teile an den Endbereichen des Hohlraumfaserbündels verklebt und gesichert mittels des Klebe materials senkrecht zur Längsrichtung des Hohlraumfaserbündels geschnitten und offengelegt.

Unter Verwendung eines derart hergestellten Hohlraumfaser moduls wird ein Bakterien (Challenging)-Test durchgeführt. Als (Challenging)-Bakterien werden Serratia marcescens, Preseudo monas diminuta und Mycoplasma Laidlawii verwendet.

Für den Test wird bei Verwendung der Bakterien S. marcescens und P. diminuta der Modul sterilisiert mittels Wasserdampf unter Hochdruck und mit 5 l einer sterilisierenden physiolo gischen Salzlösung gewaschen. Nachfolgend strömt diese Salz lösung durch den Modul und die sterilisierenden Eigenschaften des Moduls werden verifiziert. Anschließend wird eine physio logische Salzlösung durch Sterilisierung auf 10^7-8 org/ml hergestellt,durch den Modul filtriert und die Zahl der leben den Organismen in der filtrierten Lösung gemessen. Trypticase agar wurde für die Messung der Zahl der lebenden Organismen eingesetzt. Die Eigenschaften zur Eliminierung der Organismen werden ausgedrückt mittels LRV, das eine Abkürzung eines loga rithmischen Verminderungswertes bedeutet.

Zusätzlich wird bei Verwendung von Mycoplasma laidlawii der Modul wie vorstehend beschrieben einer Sterilisierungsbehand lung unterzogen und die Verifizierung der sterilisierenden Eigenschaften wird mittels eines direkten Verfahrens unter Verwendung einer Mycoplasmabouillon (broth) durchgeführt. Eine Sterilisierung auf 10⁴ org/ml hergestellte physiologi sche Salzlösung wird mit dem Modul filtriert und die Zahl der lebenden Organismen in der filtrierten Lösung wird gemessen (direktes Verfahren). Die Eigenschaften oder Fähigkeiten zur Organismuseliminierung werden mittels LRV ausgedrückt.

Die Ergebnisse des vorstehend beschriebenen (Challenge)-Tests sind nachstehend aufgeführt:

(Challenging)-BakterienLRV Serratia marcescensLRV 12,2< Preseudomonas diminutaLRV 12,2< LRV 11,4< Mycoplasma laidlawiiLRV 10,1<

Wie vorstehend beschrieben, hat die erfindungsgemäße poröse Hohlraumfaser eine gleichförmige Porengröße und ausgezeich nete Fähigkeiten oder Eigenschaften für eine selektive Tren nung. Demnach ist es möglich, unter Verwendung dieser porösen Hohlraumfaser einen Hohlraumfasermodul bereitzustellen, der geeignet ist für die Verwendung in künstlichen Lungen, für eine Plasmatrennung, für eine Wasserreinigung, und ähnliches.

Claims

1. Aus Polyolefin gebildete poröse Hohlraumfaser, gekennzeichnet durch eine Umfangswandung, die gebildet ist durch eine Viel zahl relativ großer Stäbchen des Polyolefins, die sich in eine weitgehend senkrechte Richtung zu der Längsrichtung der Hohlraumfaser erstrecken sowie durch eine Vielzahl fei ner Fibrillen (Fäserchen), welche sich in Längsrichtung der Hohlraumfaser zwischen benachbarten Stäbchen erstrecken und damit verbunden sind, wobei die Vielzahl der Stäbchen und die Vielzahl damit verbundener feiner Fibrillen rechteck förmige feine Poren in dieser Wandung bilden und die Wand dicke 50 bis 150 µm, der Innendurchmesser der Faser 250 bis 1000 µm und die mittels eines Blasenpunktverfahrens bestimm te Porengröße 0,1 bis 1,0 µm betragen.

2. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nahe beieinanderliegenden Stäbchen an ihren Enden verbunden sind und geschlossene Bereiche bilden, die sich über eine drei- oder mehrfache Länge der Durchschnittslänge ( ) der feinen Fibrillen erstrecken.

3. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe (t) jedes der Stäbchen im Bereich von 0,1 bis 40 µm liegt und folgende Beziehung zwischen der Größe (t) des Stäbchens und einer Größe (l) der Fibrillen steht: 3Δ l t 400 Δ l.

4. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver hältnis einer Durchschnittslänge ( ) der feinen Fibrillen zu einem Durchschnittsintervall (l) zwischen den anein andergrenzenden Fibrillen im Bereich von 2 bis 60 liegt und (l) im Bereich von 0,02 µm bis 10 µm liegt.

5. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß minde stens ein Teil der Oberflächen der Umfangswandung und der inneren Flächen dieser feinen Poren mit einem Glyzerin fettsäureester beschichtet ist.