CN101076388A - 一种多孔渗透网，特别适于过滤生物液体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于过滤液体的多孔渗透网，包括很多个具有各向异性特性的纤维材料组成的相邻层，其特征在于，至少相邻两层的给定的矢量特性的各向异性方向是不同的，其角度要大于0°，首选至少是8°。本发明的多孔渗透网特别适合作为过滤生物液体的过滤元件，如血液和血液成分。

Description

一种多孔渗透网，特别适于过滤生物液体

本发明涉及一种多孔渗透网，适合作为过滤元件，以及一种过滤装置，包括所述的多孔渗透网，特别适合过滤生物液体。

本发明的一个具体实施例是过滤血液和血液成分的过滤装置，但是本发明并不局限于这个具体实施例。

多孔渗透元件包括很多个相邻的熔喷法制成的网或层，照常规，用于顾虑血液和血液成分，特别是从中去除白细胞。

近50年来，熔喷工艺已经成功的用于生产非织造布，通过由数百个小孔组成的线性模具挤压热塑性纤维形成聚合体，模具左右两侧的热空气流快速拉伸挤压出的聚合体，以形成直径非常细的纤维。

被拉伸的纤维紧接着被收集罩中的高速空气吹拂，由此，由单独完整的步骤形成精细的自粘结非织造熔喷网。熔喷网通常被认为由随机排列的纤维构成，其中的纤维网状物由纤维在空间随机沉积形成。

仅仅是近几年，人们才开始部分地从物理的角度认识多孔熔喷工艺，这得益于图象技术和强大的数学/物理模型方法，例如计算液体动力学(CFD)。

事实上，熔喷网是有取向的；其取向由材料的流变能力、熔喷装置的设计(尤其是吸气管、环带和模块的设计)、装置的安装以及最主要的工艺条件，尤其是空气动力学和热学条件来决定。

在化学熔喷工艺中，有两个易于识别的方向，被称为机器方向(MD)-随时间前行的方向，沿着生产中滚筒的长度方向，和横向(CD)-等同于熔喷线路的宽度方向，也被称为“滚筒宽度”或“滚筒高度”。

即使很难描述由可能影响最终结果的熔喷工艺的所有变量确定的先验的网(a priori web)的各向异性，但是当非织网生产出来后，预测网的各向异性还是比较容易的。

一个非常容易的张力测试—按照某个国际标准(例如EDANA20.2-89标准)在测力计上进行—通过两组参数：网的断裂负荷(或断裂强度)和最大负荷的伸长(断裂时的伸长)，给出有关网取向的清晰指示，在MD和CD方向均进行测试。所述的张力特性的MD/CD的比值通常可以理解为表示纤维取向。

最近许多有关网的微观结构的研究证实，不同参数的MD/CD比值、纤维横截面积，也是有助于详细描述网的各向异性的方法(比较：“影响熔喷网结构的工艺条件：第一部分-DCD”，作者是Ranadall R.Bresee-田纳西州诺克斯维尔市，田纳西州大学，材料科学和工程学院，和Uzair A.Qureshi-乔治亚州Budford，Jentex公司，INJ，2004年春天出版)。

即使可以通过一些方法改变所述网的断裂负荷，例如热压光(即，改变材料的内在厚度和纤维相互接触的数目)，MD和CD也能通过断裂时的不同伸长保持明显的区别。

同时，夫琅和费衍射法已经成功的被认为是评估纤维取向分布函数的技术(参看：“由机械自动化和熔喷一体化系统形成的熔喷结构的研究：工艺参数对纤维取向的影响”，作者是Raoul Farer等，美国，Raileigh，北卡罗莱纳州大学，纺织学院，INJ，2002年冬天出版)。

网中纤维的各向异性和孔的结构(“孔的形状”)直接相关。近来的研究也表明非织造布的润湿性明显受网结构的各向异性的影响。

本发明研究非织纤维网的各向异性性质，尤其是熔喷网，提供一种作为过滤元件的多层网，具有优良的过滤性能和/或吸附性能。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于过滤液体的多孔渗透网，包括多个具有各向异性特性的纤维材料组成的相邻层，其特征在于，至少相邻两层的给定的矢量特性的各向异性方向是不同的，其角度要大于0°，首选至少是8°。

本发明同时提供一种内嵌式过滤装置，包括之前定义的一个或多个多层的多孔渗透网，和一种方法，利用上述过滤装置过滤生物液体，尤其是过滤由体内出来的血液和血液成分，更适合从中过滤白细胞。

本发明的主旨和附带的首选特性将在随附的权利要求书中阐释。

在附图附件中，图1-4是实例1-4的多层多孔渗透网的结构的示意图。应该理解本发明不能被解释为局限于附图附件和实例所示的实施例。

根据本发明，非织纤维网是叠层式的，因此，至少相邻两层的各向异性的方向是交错的(不是直线排列的)；考虑到决定的各向异性的方向时可能有实验误差，所以至少相邻两层的各向异性方向最好不同，至少有8°。

在这种情况下，会导致增加层之间的不规则流动，这样就增大了液体和吸附网中粒子相冲撞的总数目，因此产生更高效率的过滤/提高了粒子的吸附性。这在去除白细胞的过滤中更有优势，在此吸附装置在整个过滤装置中起重要作用，因为-众所周知-大多数白细胞被过滤网的表面吸附而非过滤出去，因为细胞的尺寸比孔的尺寸大。

所提及的各向异性的方向，可能是位于网的平面的方向。沿此方向所选的矢量特性具有最大值；所选的矢量特性一般首选网的张力性质，最好是网断裂时的伸长；然而，可以理解，也可以选择其它的矢量特性，例如-之前指出的-纤维的横截面积。

更特别地，各向异性方向可能是矢量ODF(取向分布函数)，它可以根据下述性质由多层网的每层进行定义。

矢量位于XY平面，平行于层的表面。

座用位置：矢量位于层的几何中心；应该可以理解矢量的应用位置实际是无关紧要的，因为本发明的基本原理不受在XY平面或平行平面上的任何移动的影响。

方向：矢量方向是指沿此方向所选的矢量特性具有最大值，在ODF矢量的定义中是指首选断裂时具有最大伸长的方向。

取向：矢量的取向是无关紧要的，因为本发明的基本原理不受呈л或其倍数的旋转的影响。

长度：矢量的长度可以定义为与所选的矢量特性，首选在断裂负荷时的MD/CD之比呈比例。

熔喷层构成了本发明的多层网和过滤器的首选材料；它们被认为是平面网，当它们被选择用于传送带或旋转鼓时，均可按照上述标准，定义各向异性的方向。但是可以理解，本发明的原理同样适用于其它技术而非熔喷法获得的非织造纤维网。

可以理解，每层的各向异性方向和/或ODF矢量是根据同样标准决定的；特别地，评估MD和CD的断裂伸长和断裂负荷的张力强度测试是在相同的条件(相同的测试装置)下进行的。因为在网上进行测试，所以建议按照已经提过的一个国际标准进行操作，首选EDANA20.2-89标准。

必要地，在尺寸较小的样品网上测试时，建议减小夹具之间的距离，并减慢测试速度，如分别为30mm和20mm/分钟。

在这些条件下，定义ODF矢量的正确取向时，可接受的实验误差是±4°，相应的，如果测试仪器的夹具距离为100mm时，可接受的实验误差是±3.5mm。

鉴于从过滤器中摘取的层的取向是未知的，建议进行张力强度测试时，过滤室的一个轴向和MD或CD方向一致。

鉴于ODF矢量的定义，本发明的原理可以归纳为—相对于至少有两层的多层网而言—ODF矢量的矢积从零开始变化，定义ODF矢量的方向时，可接受的误差是±4°。

换言之，如果我们定义

和

作为第i层和第j层的ODF矢量，位于XY平面内，α_ij是

和 之间的角度，N是发明选用的层的总数，本发明适用的范围包含以下条件：

        i，j：i，j＝1，.....，N

        α_ij＞0°，首选≥8°。

$\∃i,j:|{\stackrel{\→}{A}}_i\×{\stackrel{\→}{A}}_j|\≠0$

但是可以理解，按照本发明的实际目的和多层网的具体生产情况，非织造或熔喷网的机器方向是已知的，没必要如上所述，精确辨认所选矢量特性为最大值的方向或ODF矢量的精确方向。

事实上，在这种情况下，每层根据相同的标准，对应于CD或MD，各向异性方向可以任意选择，组成多层网的各层可以堆叠起来，因此，至少相邻两层的MD或CD以大于0°和首选大于8°的角度交错。

组成多层网中各层的材料从树脂中首选，它更适于细纤维进行熔喷生产，这种树脂具体包括聚丙烯(polypropylene)、聚甲基戊烯(polymethylpentene)、尼龙6，聚酯PET，首选聚酯PBT；也包括多组分纤维生产的层。

层可以由相同的或不同的材料组成。

熔喷网为首选，同时熔喷网也已经过进一步的生产工序，如砑光、层压、浸渍、涂层等。

用于多层网的层首选具有相同或相似的筛选(物理)过滤作用。在本发明的范围内也包括使用具有不同的孔尺寸和/或不同CWST的层。

典型地，多层网的总厚度(深度)范围是1至200mm，单层的范围是0.1至3mm。

应该认识到本发明的基本原理能够用于几个不同的实施例。

图1-4表示几个典型的实施例，将在实例1-4中进行描述。本发明的实施例包括这种情况，即所选的上述定义的矢量特性或ODF矢量为代表的矢量，仅仅是它们的方向不同，但有相同的量级，也包括所述矢量的方向和量级都不同(例如，在sinα≠0时，它们的级别相差50％， $\left|{\stackrel{\→}{A}}_i\right|=k\left|{\stackrel{\→}{A}}_j\right|,k\≤1.5)$

实例1(图1)

在此例中，多层网由两组层组成；其中一组的所有层均在MD方向，另外一组的所有层则在CD方向。每组可以包含相同数目的层(如图所示)也可以包含不同数目的层。根据所示设备，通过传统切削/冲压技术堆叠层后获得多层网。

实例2(图2)

在此例中，多层网由四组层组成，每组包括多个层(即三层)。每组的所有层在相同方向上。上面一组的层在MD方向上，随后的每组的MD方向相对于前面那组的MD方向交错90°。

实例3(图3)

例3中的装置和例2中的相同，其中每组中的层只有一层。

参照图1-3，可以理解构成每组的网层数可在大范围内变化，例如1-50，网层的组数也可以在大范围内变化，例如2-50。

实例4(图4)

尽管所有上述实例中每组层的各向异性方向均改变90°，但在本例中，每层的各向异性方向以360°：m的角度交错，其中m指层的总数，相对于之前的各向异性方向。

实例1a-4a

在后面的表1中，提供了过滤性能的数据，根据过滤时间和过滤后的白细胞平均数(WBC)进行测试，采用按照本发明(实例1a-4a)原理生产的4个过滤装置。

实例1a-4a的过滤器由相同的熔喷PBT层制成，具有50g/m²的基本重量。

实例1a的过滤器由38层构成，按照图1的设置进行排列，重复3次；该过滤器包括一组3层网和五组7层网。每组中的各层朝向同一方向。所有奇数组的层朝向同一方向，所有偶数组的层朝向同一方向。每个偶数组中的层相对于它前面的奇数组具有90°的转动。因此，多层网的特征有5个旋转总数和用于各向异性方向的两个位置。

实例2a的过滤器同样包含38层，选择以每组3和4层的方式排列，共有12组。这些组按照图2的设置排列，重复3次；因此，每个偶数组的方向相对于它前面的奇数组有90°的转动。因此，有11个旋转数，并有用于异性方向的4个位置。

实例3a的过滤器由34层构成，根据图3的设置进行排列，即每个偶数层相对于它前面的奇数层有90°的转动。因此，该过滤器装置具有34个旋转和用于各向异性方向的4个位置。

实例4a由34层构成，按照图4所示设置进行排列。每层相对于前一层旋转9-10°。

实例1a-4a的过滤器的各向异性归纳在表1中，还有平均过滤时间和过滤后白细胞的平均数，在相同的过滤条件下测定的。

实例1a-2a的过滤器的过滤性能很容易进行比较，因为两者具有相同总数目的层。可以看出，具有四个用于各向异性方向的位置和11个旋转总数的实例2的过滤器，其过滤时间较长，去除白细胞的性能比实例1a的过滤器要好，实例1a有两个用于各向异性方向的位置和总共5个旋转。

同样，实例3a-4a的过滤器的过滤性能很容易进行比较，因为两者具有34层这一相同数目的层，并且每层相对于前一层进行转动。实例4a的过滤器，各层逐渐旋转，其过滤时间较长，去除白细胞的性能比实例3a的过滤器要好，实例3a中每层相对于于前一层旋转90°。

                            表1

实例	层数	旋转数	各向异性的类型	位置数	平均过滤时间(mm.ss)	平均WBC(10^3/unit)
							1a	38	5	0°-90°	2	16.21	90
2a	38	11	0°-90°-180°-270°	4	19.57	60
							3a	38	34	0°-90°-180°-270°	4	15.02	135
4a	38	34	比前一层+9°-10°	34	16.32	90

本发明也涉及具有一个或多个过滤元件的过滤装置，过滤元件如上所述由多层网构成，在过滤室内具有进口和出口通道。

所述的多层网和过滤装置的具体应用涉及到血液和血液组分的过滤，如全血、血小板的浓血浆、红细胞集合、浓缩血小板和血浆。

这种过滤装置的上述应用在本领域里是众所周知的，可以根据已知的原理涉及它们的结构，如在EP-A-0313348中描述的例子。它们包括一次性的过滤器用于一次性的血袋系统中。这种过滤装置可以另外包括去除白细胞的过滤元件，附加的过滤元件具有不同的功能，如去除凝胶体凝胶体。

应该认识到，本发明的基本原理适用于任何这种类型的过滤器构件，不受它们的具体功能的限制。

同时还公开一种方法，用于过滤由体内出来的生物液体，特别适用于从血液和上述血液成分中去除白细胞。

Claims (17)

1.一种用于过滤液体的多孔渗透网，包括多个由纤维材料构成的相邻层，具有各向异性，其特征在于，至少相邻两层的给定的矢量特性的各向异性方向相差一角度，其角度要大于0°，最好至少有8°。

2.如权利要求1所述的多孔渗透网，其特征在于，各向异性方向位于网的平面内，矢量特性沿该方向具有最大值。

3.如权利要求1或2所述的多孔渗透网，其特征在于，所述的矢量特性是所述层的张力性能。

4.如权利要求1至3中任一项所述的多孔渗透网，其特征在于，所述的矢量特性是断裂时的伸长。

5.如上述权利要求中任一项所述的多孔渗透网，其特征在于，所述各向异性方向是指层的ODF矢量的方向。

6.如上述权利要求中任一项所述的多孔渗透网，其特征在于，所述至少相邻两层的各向异性方向的交错角度是8°-90°。

7.如上述权利要求中任一项所述的多孔渗透网，其特征在于，所有层的代表各向异性方向的矢量具有相同的量级。

8.如权利要求1至6中任一项所述的多孔渗透网，其特征在于，所述至少相邻两层代表各向异性方向的矢量的量级相差50％。

9.如上述权利要求中任一项所述的多孔渗透网，其特征在于，所述层是熔喷纤维网。

10.如上述权利要求中任一项所述的多孔渗透网，其特征在于，所述层由聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸丁二酯材料形成的纤维制成。

11.如上述权利要求中任一项所述的多孔渗透网，其特征在于，它包括多组层，每组包含多个层，根据相同的各向异性方向，每组中的每层在多个多孔渗透网中取向，至少连续两组的各向异性方向是不同的，相差至少8°的角度。

12.如权利要求11所述的多孔渗透网，其特征在于，包括2至50组层，每组包括1至50个层。

13.如权利要求11或12所述的多孔渗透网，其特征在于，给定组的层的各向异性方向和相邻组的层的各向异性方向相互交错90°的角度。

14.如权利要求1至10中任一项所述的多孔渗透网，其特征在于，它包括多个层，每层的机器方向与它前面那层的机器方向相互交错8°至90°的角度。

15.如权利要求1至10中任一项所述的多孔渗透网，其特征在于，包括m层，其中m是2至100，每层的各向异性方向和它前面那层的各向异性方向相互交错360°：m的角度。

16.一种用于过滤生物液体的过滤装置，包括具有进口和出口通道的腔室和前述权利要求之一所述的至少一种多孔渗透网。

17.一种过滤体内生物液体的方法，特别适于从血液或血液成分中过滤白细胞，包括通过权利要求16的过滤装置输送所述生物液体。

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