Brevet FR2148022A1 — publié le 19730311

L'invention concerne de nouveaux adsorbants sélectifs et un procédé pour leur préparation. La présente invention concerne également des méthodes d'utilisation pour des adsorbants sélectifs. On connaît depuis longtemps des matières adsorbantes de différents types et compositions, telles par exemple que les alumines, les alumino-silicates, les charbons activés, certaines résines synthétiques, etc. En général, ces matières adsorbantes sont caractérisées par une porosité élevée (variant en géncral entre 5 et 60 % en volume) et par une surface spécifique particulièrement étendue. Ces matières adsorbantes présentent l'inconvénient de posséder une sélectivité médiocre sinon nulle, en ce sens qu'elles manifestent un effet adsorbant généralement indifféren ié, qui dépend uniquement de la distribution diamètrale des micropores et des caractéristiques superficielles. En d'autres termes, elles sont aspécifiques.L'un des buts de la présente invention est de fournir un procédé qui confére une spécificité ele à des adsorbants de ce type qui sont "naturellement" aspécifiques Un autre but de l'invention est de fournir des méthodes d'utilisation pour de tels adsorbants. La présente invention a encore pour but de fournir des substances dotées d'excellentes caractéristiques mécaniques, susceptibles de remplacer avantageusement les membranes semiperméables utilisées dans la consruction des dialyseurs. L'invention consiste essentiellement à revoir la surface de grains de substances adsorbantes telles par exemple que les alumines, les alumino-silicates, les charbons activés, etc., d'une membrane polymère dotée, de manière contrôlabl, d'une perméabilité aux gaz, aux liquides et aux solutés. Plus précisément, la présente invention consiste à revêtir la surface des grains des adsorbants sus-mentionn3 avec la membrane d'un polymère caractérisé par le fait qu'il possède des propriétés superficielles, par exemple la porosité, qui se prévent à un réglage au cours du processus de revêtement des grains ou. au moyen de post-traitements qui seront précisés ci-après. Il existe des techniques et morI.#li#és bien connues de fabrication de polymères de ce genre, qui apparaitront évidentes à l'homme de l'art. La présente invention est basée essentiellement sur 13 découverte qutil.est possible de sélectionner, en fonction de leur taille moléculaire, les molécules à adsorber en revêtant les grains de matières adsorbantes avec ces substances polymères. Conformément à l'invention, il est par exemple possible de revêtir les grains d'une terre à foulon avec une pellicule d'acétate de cellulose, puis de soumettre le polymère qui recouvre les grains de l'adsorbent à un traitement de déacétulation dans l'hydroxyde de potassium en solution aqueuse à I5 e10 Ce traitement a pour but de régler la porosité du revêtement de polymère à travers lequel ne sont alors an mesure de diffuser que les molécules à bas poids moléculaire, et non celles dont le poids moléculaire est supérieur à 50 000 environ. Les exemples suivants, qui mettront plus nettement en évidence l'objet de l'invention, ne doivent pas être interprétés dans un sens limitatif, mais comme de simples illustrations de l'idée de solution proposée par l'invention. Exerle 1.- Un charbon activé d'origine végétale, caractérise par une porosité interne de 60 % et par une surface spécifique de 600 m2/g environ, est finement pulvérisé. Dans un récipient séparé, on met en solution 50 g de polyvinyl-pyrrolidone dans 3 400 cm d'un mélange de 4 parties de diméthylformamide et de 1 partie de pyridine. A la solution obtenue, on ajoute 2,5 g de inethyl-bis-4-phényl-isocyanate, on agite la masse visqueuse pendant 2 à 3 mn de manière à disperser l'agent de réticulation et on ajoute ensuite 30 à 40 9 de charbon actif.On mélange dans un mélangeur rotatif jusqu'à l'obtention d'un mélange homogène, puis on verse la suspension sur des surfaces de polypropylène, de Teflon ou d'un quelconque autre polymère susceptible de permettre de détacher la pellicule réticulée qui est obtenue par évaporation, lente ou forcée, du mélange solvant. A4kours de l'évaporation, il se produit et s ' achève une réticulation de la polyvinyl-pyrrolidone (PVP) qui, d'un polymère facilement hydrosoluble, se transi forme en un gel hydrophile.Les particules de charbon actif, revêtues de la pellicule de PVP obtenue selon la présente invention sont mises an contact par immersion avec une solution physiologi- 3 que contenant 0,5 cm d'albumine humaine, marquée avec 8 C de I . Au bout de 6 11 de contact dans un récipient therrnostatique à 370C, on prélève un échantillon de la solution que l'on soumet à un comptage au moyen d'un détecteur à cristal de manière à déceler son activité. On constate que l'activité de la solution soumise au traitement par la pellicule de PVP/charbon activé est considérablement augmentée par rapport à celle d'un échantillon témoin non traité.Ce phénomène s'explique si l'on considère le fait qu'à cause de l'hydrophilie marquée de la PVP réticulée, la pellicule absorbe une quantité notable d'eau de la solution. L'albumine, qui a un poids moléculaire de 67 000 environ, ne réus Bit pas à dialyser à travers les pores de la membrane de PVP et reste ainsi séparée à l'extérieur. Il en résulte une véritable concentration de la solution d'albumine. Une expérience analogue a été effectuée en utilisant une insuline ayant un poids moléculaire de 23 000 environ et marquée avec I 25 Les comptagesde l'activité du liquide contenant la pellicule de PVP/charbon activé au bout d'environ 4 h de contact ont mis en évidence l'absence quasiment totale de traces d'insuline dans la solution.Ce phénotnè- ne indique qu'en raison de sa dimension moléculaire, l'insuline diffuse à travers la membrane de PVP et rejoint la matièr adsorbante qui la sépare entièrement de la solution. Cet exemple démontre la possibilité d'utiliser les adsorbants modifiés selon l'invention, en tant que matières capables de réaliser des séparatinns et concentrations sélectives de substance, organiques. On sait qutil est nécessaire d'utiliser, dans la construction de dialyseurs, des membranes dites semi-pèrnCables, par exemple en une matière cellulosique, qui sont tendues sur diverses sortes de structures, par exemple des treillis de matière plastique jouant le rôle de support mécanique pour ces membranes. En général, ces membranes sont très minces et, en conséquence, susceptibles. de se déchirer facilement, avec les inconvénients évidents qui en resultent en ce qui concerne la longévité et la manipulation des dialyseurs. Ces inconvénients deviennent particulièrement graves au cas où les dyaliseurs sont utilisés dans le traitement de substitution de la fonction rénale (rein artificiel) et où leur mise hors service pourrait donner lieu à des situations véritable- ment critiques. Or, il a été découvert que ces absorbants sélectif s selon la présente invention peuvent remplacer avantageusemeit les fragiles membranes semi-perméables utilisées jusqu'ici dans la dialyse. Il est évident qu'il est avantageux de pouvoir remplacer une membrane extrêmement mince, susceptible de se déchirer facilement, par une matière granulaire dotée d'excellentes caracté ristiques mécaniques. Il est tout aussi évident qu'une telle matière granulaire nta apas besoin de supports mécaniques compli- qués pour sa mise en oeuvre ; il suffit d'un simple récipient muni dtune entrée et d'une sortie pour le liquide à dialyser. En outre, les opérations de manipulatlon-et de remplacement sont simplifiées. L'exemple qui suit se rapporte particulièrement à là préparation d'une matière selon la présente invention, susceptible de remplacer avantageusement les membranes de dialyse. Exemple 2.- On prépare une solution de PVP dans l'eau (concentration de PVP variable entre 5 % et 65 %) t on ajoute des quantités de charbon activé pulvérisé comprises entre 10 % et 30 % du poids de la PVP présente en solution. On homogénéise la dispersion, dans un mélangeur rotatif et on la met en suspension, en la maintenant en agitation constante dans un récipient contenant un mélange d'hydrocarbures de densité comprise entre 0,95 et i,l. Dans ces conditions, il se forme des sphères de PVP/charbon activé qui sont maintenues en suspension par l'agitation mécanique.Le récipient contenant la suspension sus-mentionnée est soufis à l'irradiation de rayons gamma, d'électrons accélérés, de rayons ultra-violets ou à d1 autres traitements connus dans la technique et capables de provoquer des réticulations dans la PVP, La réticulation de la PVP augmente et sa perméabilité diminue en fonction de l'augmentation du temps d'exposition aux rayons ionisants ou actiniques. Lorsque le degré voulu de réticulation et, par suite, de perméabilité est atteint, on recueille les sphères réticulées obtenues et on les soumet à une dessiccation dans un courant d'fuir tiède.Ces sphères présentent les propriétés suivantes a) introduites dans une solution aqueuse, elles absorbent des quantités d'eau qui varient entre 1 dJ et 1000 70 du poids de l'eau ; b) la perméabi ité de la PVP varie elle aussi en fonction du degré de réticulation, de sorte qu'elle absorbe, outre l'eau, des quantités variables en fonction de la taille moléculaire des molécules présentes dans la solution. Ce phénomène peut autre mis à profit pour en-tranrendrc des opérations d'épuration3 du sang humain et le débarrasser de substances toxiques d'origine endogène et exogène.Par un réglage judicieux de la permabilité, il est en fait possible d'adsorber, à partir du sang de malades souffrant d'insuffisance rénale, tant l'eau que les produits du catabolisme qui ont généralem~nt un bas poids moléculaire, en évitant de retenir les matières protéiques et les plaquettes. La matière qui fait l'objet de la présente invention se prête donc, entre autres applications, à la réalisation de reins artificiels et d'épurateurs du sang utilisés en tant que dispositifs auxiliaires dans de nombreux types d'intoxication, dans le coma hépatique, etc. I1 est bien entendu que la présente invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation décrits, mais qu'elle embrasse toute variante ou forme équivalente conforme à son esprit. REVE#\ID1CAT1ON5 1. - Matière adsorbante, dotée de sélectivité spécifique élevée, caractérisée en ce qu'elle comprend un support granulaire poreux et de grande surface spécifique, revêtu d'une membrane de polymère à porosité contrôlez. 2. - Matière selon la revendication i, caractérisée par le fait que le support granulaire est formé de charbon activé, d'alumine, d'alumino-silicates, d'argiles, de terre à foulon ou similaires, ou d'adsorbants organiques analogues. 3. - Matière selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le charbon activé est d'origine végétale, avec une porosité interne de 60 % environ et une surface spécifique de 600 m2/ g environ. 4. - Matière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée par le fait que la membrane de polymère comprend un polymère choisi dans le groupe constitué par des polyacrylamides l'alcool polyvinylique, la polyvinylpyrrolidone et leurs mélanges. 50 -Procédé pour la préparation de matières adsorbantes selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé par le fait qu'il consiste à recouvrir des supports granulaires poreux de grande surface spécifique, avec une membrane de polymère à porosité contrôlable. 6. - Procédé selon la revendication 5, carqctérisé par le stade ultérieur de post-traitement chimique et/ou physique de la membrane de polymère, pour an régler la porosité. 7. - Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le post-traiternent chimique de la membrane consiste en une désacétylation au moyen de solutions alcalines. 8. - Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le post-traitement de la membrane de polymère consiste en une réticulation contrôle de cette membrane. 9. ~ Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la réticulation contrôlée est provoque au moyEn de rayons gamma, d'électrons accélérés, de rayons ultra-violets ou similaires. 10. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 9 caractérisé par le fait que le support granulaire est ciiolsi dans le groupe comprenant le charbon activé, l'alumine, des alumino-silicates, des argiles, la terre à foulon ou similaires. Il. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 è IO, caractérisé par le fait que la membrane de polymère est constituée par un polymère choisi dans le groupe comprenant des polyacrylamides, l'alcool polyvinylique, la polyvinylpyrrolidone et leurs mélanges. 12. - Dialyseurs, caractérisés par le fait qu'ils contiennent, en tant que structure dialysante, l'une quelconque des matières adsorbantes selon les revendications I à 4. I3. - Dialyseurs, caractérisés par le fait qu'ils contiennent, en tant que structure dialysante, l'une quelconque des matières adsorbantes préparées selon le procédé des revendications 5 à Il. 14. - Dialyseurs selon la revendication 12 ou 13, caractérisés par le fait qu'ils comprennent, en tant que structure dialysante, un support granulaire poreux de grande surface spécifique, constitué par du charbon activé d'origine végétale à porosité interne de 60 % environ et à surface spécifique de 600 m2/g environ, recouvertd'une membrane de polymère formée de polyvinylpyrrolidone à porosité contrôlée au moyen de rayon gamma, d'électrons accélérés, de rayons ultra-violets ou similaires.