CN101703893A - 空心纤维超滤复合膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空心纤维超滤复合膜，其原料由具有如下重量百分比的组分组成，15-25％的膜材料、5-15％的致孔剂、55-75％的有机溶剂和5-10％的氯化锂，所述的膜材料为聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或三醋酸纤维素的其中之一与壳聚糖的混合物，其中，所述的壳聚糖为原料总量的1-5％，且壳聚糖粘均分子量可在300000-1000000；所述的致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚乙烯醇其中之一或混合物，所述的有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲亚砜其中之一。本发明具有良好的生物活性、生物相容性、抗凝血性的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种空心纤维超滤膜及其制备方法和试应用，属于用于血液透析器和血液滤过器的空心纤维膜技术领域。
背景技术
目前用于血液透析器和血液血液滤过器的空心纤维膜种类繁多，聚砜透析膜由于其生物相容性好，机械性能优良，溶质透过性高，对中分子毒素清除率高，残血量少，价格便宜，是目前最常用的膜材料之一。然而由于聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈等人工合成的膜材料属于强疏水性材料，为了提高聚砜膜在的亲水性能国内外目前主要采取添加聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)等亲水性材料。如CN1158273A所公开的《聚砜中空纤维半渗透膜》，加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)会增大膜对血液中补体激活因子，但激活程度会随着PVP含量的增加而增加，从而影响聚砜膜材料固有的生物相容性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好的生物活性、生物相容性、抗凝血性的空心纤维超滤复合膜及其制备方法和应用。
本发明为达到上述目的的技术方案是：一种空心纤维超滤复合膜，其特征在于：其原料由具有如下重量百分比的组分组成，15-25％的膜材料、5-15％的致孔剂、55-75％的有机溶剂和5-10％的氯化锂，所述的膜材料为聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或三醋酸纤维素的其中之一与壳聚糖的混合物，其中，所述的壳聚糖为原料总量的1-5％，且壳聚糖粘均分子量可在300000-1000000，其壳聚糖N-脱乙酰度在60％～100％；所述的致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚乙烯醇其中之一或混合物，所述的有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲亚砜其中之一。
所述壳聚糖粘均分子量在500000-800000。
本发明空心纤维超滤膜的制备方法，其特征在于：先将14-20％的聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或三醋酸纤维素的其中之一以及5-15％的致孔剂加入到55-75％的有机溶剂中在50～70℃下搅拌充分溶解后，在搅拌条件下，继续向混合溶液中添加5-10％氯化锂和1-5％的壳聚糖使其形成均一溶液制得纺丝原液，将制备的纺丝原液，在真空度-0.6～-0.9bar下进行抽真空脱泡得到纺丝原液，纺丝原液经过滤、抽真空脱泡、干湿法纺丝、水洗、拉伸和干燥制得空心纤维超滤复合膜。
本发明的空心纤维超滤复合膜在血液净化中的应用。
本发明与已有技术相比具有下列优点：
1、本发明采用聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或三醋酸纤维素的其中之一与壳聚糖混合作为膜材料，一方面保持原有聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或三醋酸纤维素的优点，另一方面由于壳聚糖的每个结构单元中均含有羟基和氨基，而具有很好的亲水性并在酸性条件下氨基质子化成-NH3 +而具有荷正电性，可吸附荷负电粒子，而对荷正电的粒子有排斥作用，使亲水性的膜或与溶质同性电荷的膜具有较强的抗溶质污染能力，因此本发明的空心纤维超滤膜不但解决了纤维膜不能清除血液中中分子相对质量有毒物质的问题，而且还改善了聚砜类膜材料的血液相容性问题，内表面更加光滑，与血液接触面积大大减少，减小了对凝血因子的刺激，最大程度的降低了凝血，最低的程度的补体激活因子，透析器残血量少，清洗方便，提高了血液透析质量降低患者治疗费用提供了很好的客观条件.
2、本发明的空心纤维超滤复合膜采用壳聚糖作为膜材料之一，由于壳聚糖为亲水性高分子天然高分子材料，不仅具有良好的生物相容性，而且具有可降解并无毒性，对人体细胞无损害作用，在体内被细胞降解吸收，而其共混后制备的空心纤维超滤膜不但物化性质稳定，机械强度高，溶质清除率好，且具有优良的血液相容性，较小的蛋白吸附及最低凝血刺激，对补体激活因子低等诸多优点，是一种较为理想的成本低、制备设备简单用于血液透析、血液滤过等的空心纤维膜的新材料物化性质稳定，机械性能优良，同时生物相容性好，能够耐高温消毒、多种化学试剂或γ-射线灭菌。
3、本发明通过原料配方以及制作工艺方便控制膜的孔径大小及孔径分布，保证膜的超滤系数。因此采用不同配方及调整工艺条件备出不同超滤系数的多规格多品种的血液透析器，不但能制作低超滤系数透析器，还可制备出高通量血液滤过器，以清除β2-微球蛋白、维生素B12和其他中分子物质，提高了肾病病人的透析效果。
4、本发明采用聚砜类膜材与壳聚糖共混制备的空心纤维超滤复合膜，血液相容性好，减少了血小板的吸附，膜的抗污染能力得到大幅度提高，大大减少了肝素的用量，降低了血液透析的成本。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
图1是本发明的血液透析器透在析过程中血液中补体激活因子C3a随透析时间变化曲线图。
图2是本发明的血液透析器透在析过程中血液中补体激活因子C3a随透析时间变化曲线图。
图3是是本发明的血液透析器透在透析过程中血液中白细胞、血小板随透析时间变化曲线图。
具体实施方式
本发明的空心纤维超滤复合膜，其原料由具有如下重量百分比的组分组成，15-25％的膜材料、5-15％的致孔剂、55-75％的有机溶剂和5-10％的氯化锂，膜材料为聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或三醋酸纤维素的其中之一与1-5％的壳聚糖的混合物。本发明壳聚糖粘均分子量在300000-1000000，该壳聚糖粘均分子量最好控制在500000-800000之间，其壳聚糖N-脱乙酰度在60％～100％本发明的有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基乙酰胺或二甲亚砜其中之一，而致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇及聚乙烯醇其中之一或其中任意两种混合物，上述各原料均为市售产品，具体原料的重量百分比见表1。
表1
本发明空心纤维超滤复合膜的制备方法将先将14-20％的聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或三醋酸纤维素的其中之一以及5-15％的致孔剂加入到55-75％的有机溶剂中在50～70℃下搅拌充分溶解后，在搅拌条件下，继续向混合溶液中添加5-10％氯化锂和1-5％的壳聚糖使其形成均一溶液制得纺丝原液，将制备的纺丝原液，在真空度-0.6～-0.9bar下进行抽真空脱泡得到纺丝液，并将其转移至供料釜中备用，纺丝液经3-5微米滤芯孔径过滤后，然后向供料釜充入氮气，直到釜内氮气压力达到0.25～0.55Mpa，打开供料釜底的阀门和计量泵，纺丝液在釜内的氮气压力下流向计量泵，并经过计量泵进入中芯通氮气的环型外管，同时在制膜喷头的内管注入内凝胶介质，凝胶浴为外凝胶介质，内、外凝胶介质的温度为40～60℃，纺丝液从环型喷嘴喷出，纺丝液和内凝胶介质被同时注入到凝胶浴中，纺丝液在凝胶浴中凝固成单外皮层聚砜空心纤维复合膜，该内凝胶介质选自重量百分比40～65％的二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺的其一种与余量纯化水的溶液，该纯化水为反渗透膜处理的水，同样外凝胶介质采用纯化水，经25cm-55cm的干纺程，进入凝固浴，凝固成中空纤维膜后，丝束经牵伸，再经过水洗槽水洗，后在烘箱中干燥，再收丝，制得空心纤维超滤复合膜。
本发明采用干湿法纺丝，该制膜喷头的内管直径为0.25～0.45mm，制膜喷头的外管直径为0.55～1.55mm，计量泵转速6～10r/min，纺丝机的挤出速度7～15m/min，进入纯化水凝固浴水温控制在40～70℃，水浸长度控制在0.5～1.5m，凝固成含有有机溶剂的空心纤维膜，再在85～90℃水洗槽内的对空心纤维丝膜上的有机溶剂进行水洗，以清除膜丝上的残留有机溶剂并对其进行拉伸，可采用多组拉伸辊进行拉伸，且各拉伸辊速度分别控制为13m/min、15m/min和18m/min，其卷绕速度控制在20m/min，拉伸后的空心纤维丝膜再在烘箱内在100℃-120℃进行干燥制得空心纤维超滤复合膜，该具体制备方法的参数见表2所示.
表2
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
| 真空度(bar) | -0.7 | -0.7 | -0.8 | -0.8 | -0.9 | -0.9 |
| 纺丝压力(Mpa) | 0.25 | 0.35 | 0.4 | 0.4 | 0.5 | 0.55 |
| 计量泵转速(r/min) | 6 | 7 | 8 | 8 | 9 | 10 |
| 挤出速度(m/min) | 7 | 12 | 13 | 13 | 14 | 15 |
| 干纺程长度(cm) | 45 | 25 | 45 | 50 | 50 | 55 |
| 凝固浴温度(℃) | 40 | 45 | 50 | 60 | 55 | 55 |
| 水浸长度(cm) | 0.5 | 0.8 | 1.0 | 0.8 | 1.5 | 0.8 |
| 水洗槽温度(℃) | 70 | 80 | 85 | 85 | 90 | 90 |
| 第一级拉伸辊速度(m/min) | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 |
| 第二级拉伸辊速度(m/min) | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
| 第三级拉伸辊速度(m/min) | 18 | 18 | 18 | 18 | 18 | 18 |
| 卷绕速度(m/min) | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
本发明制得的空心纤维超滤复合膜在血液净化中的应用。
实施例1至实施例6将制得空心纤维膜捆扎、切头、并安装在壳体内、注胶、检漏和干燥后制成血液透析器，使空心纤维超滤复合膜作为血液净化中的应用，其制得的血液透析器的具体产品指标和产品的使用性能技术参数见表3。
表3.
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
| 膜面积(m2) | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 |
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
| 壁厚(um) | 42 | 40 | 40 | 39 | 39 | 40 |
| 内径(um) | 202 | 199 | 200 | 198 | 199 | 200 |
| 超滤系数(ml/m2hmmHg) | 18 | 19 | 19 | 20 | 20 | 19 |
| 尿素清除率(ml/min) | 220 | 225 | 223 | 230 | 225 | 220 |
| 肌酐清除率(ml/min) | 195 | 200 | 205 | 210 | 205 | 208 |
| 磷酸盐清除率(ml/min) | 155 | 160 | 165 | 162 | 160 | 163 |
| 维生素B12(ml/min) | 75 | 78 | 80 | 78 | 76 | 77 |
本发明通过对利用壳聚糖对人工合成材料聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或三醋酸纤维素进行共混改性，改性后的空心纤维膜不仅保留了原有的优良的特性，而且还改善了聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或三醋酸纤维素膜的表面性能，提高了其亲水性能和力学强度。
本发明通过壳聚糖对人工合成聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或三醋酸纤维素进行改性后，其制得的血液透析器的具体产品生物相容性使用技术参数从图1和图2可以看出，在透析过程中，血液中补体激活因子C3a、C5a随透析时间变化，其透析前后的补体激活因子C3a、C5a无明显变化，有利于改善或减轻透析相关并发症的发生，从图3可以看出，透析前后的白细胞、血小板无明显变化，说明该透析器具有优异的生物相容性。
Claims (5)
1.一种空心纤维超滤复合膜，其特征在于：其原料由具有如下重量百分比的组分组成，15-25％的膜材料、5-15％的致孔剂、55-75％的有机溶剂和5-10％的氯化锂，所述的膜材料为聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或三醋酸纤维素的其中之一与壳聚糖的混合物，其中，所述的壳聚糖为原料总量的1-5％，且壳聚糖粘均分子量可在300000-1000000，壳聚糖N-脱乙酰度在60％～100％；所述的致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚乙烯醇其中之一或混合物，所述的有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲亚砜其中之一。
2.根据权利要求1所述空心纤维超滤复合膜，其特征在于：所述壳聚糖粘均分子量在500000-800000。
3.根据权利要求1所述空心纤维超滤复合膜，其特征在于：所述其原料为18-22％的膜材料、6-10％的致孔剂、60-70％的有机溶剂以及6-7％的氯化锂。
4.根据权利要求1所述空心纤维超滤膜的制备方法，其特征在于：先将14-20％的聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或三醋酸纤维素的其中之一以及5-15％的致孔剂加入到55-75％的有机溶剂中在50～70℃下搅拌充分溶解后，在搅拌条件下，继续向混合溶液中添加5-10％氯化锂和1-5％的壳聚糖使其形成均一溶液制得纺丝原液，将制备的纺丝原液，在真空度-0.6～-0.9bar下进行抽真空脱泡得到纺丝液，纺丝液经过滤、抽真空脱泡、干湿法纺丝、水洗、拉伸和干燥制得空心纤维超滤复合膜。
5.根据权利要求1所述的空心纤维超滤复合膜在血液净化中的应用。
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