CN104689729B - 聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液和制备方法及其制成的中空纤维膜 - Google Patents

Abstract

本发明属于血液净化领域，公开了一种聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液和制备方法及中空纤维膜。制备方法按照以下步骤：将聚砜族材料、PVP材料和有机溶剂混合得到混合液；在50～65℃和辐照条件下搅拌溶解，得到聚砜族材料与PVP交联复合物；加入醋酸纤维素溶液，得到交联混纺复合物；将交联混纺复合物、有机溶剂、聚砜族材料和其他添加物混合，在50～65℃条件下搅拌溶解12小时，经压滤，静置脱泡得到产品。所得聚砜族中空纤维膜液能保证所制备的中空纤维半透膜既具备膜材料的物理化学性能膜孔，钢性结构稳定，耐温、耐压，同时又具备良好的血液相溶性。

Description

聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液和制备方法及其制成 的中空纤维膜

技术领域

本发明属于血液净化领域，特别涉及一种聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液和制备方法及其制备而成的中空纤维膜。

背景技术

聚砜族(聚砜polysulfon和聚醚砜polyether sulfon)工程塑料，是具有优越理化性能的新型高分子材料，广泛应用于医疗器械行业。醋酸纤维素来源于硝化脱脂棉，溶于丙酮等有机溶剂，是一种具有良好的生物相容，早期已大量用于血液透析中空纤维膜制备，广泛运用临床治疗。

聚砜族材料是疏水性极强的聚合物，由其制备的成品膜水湿润性差，突显出结构表面刚硬的毛刺。其与血液净化接触时，就会出现一系列生物反应，材料表面吸附血浆蛋白质，血小板黏附、聚集、变异，以及纤溶系统被激活，导致血小板聚集形成血栓，以及高流速的血流量也会使血红细胞被刮伤，而产生溶血。

因此，用于血液净化领域的中空纤维膜几乎均用亲水性聚合物对聚砜族材料先进行亲水性改性，同时，增加血液相溶性优异的添加剂，由此制备具有良好的生物相溶性和血液相溶性的中空纤维膜。

日本东丽公司申请的专利(公开号为CN1158273A)提供了一种聚砜中空纤维半渗透膜及其组件的制备工艺，具体是以聚砜材料为溶质，与有机溶剂和添加剂按多种重量百分比混合，在加温和搅拌条件下溶解成某一粘度范围的制膜液，并调配一定浓度的有机溶剂溶液为芯溶液，从中空喷头喷出成型，制备出具有β2微球蛋白选择性的，高清除率以及低清蛋白损失的中空纤维。该专利完全没有明确说明，其中空纤维膜具备β2微球蛋白的选择性是因为什么创新的制备工艺或物化手段而取得，实际上，几乎全球的中空纤维膜生产工艺是基本一致的，他们只是补充测定β2微球蛋白的指标。

日本旭医学株式会社申请的专利(公开号为CN1257434A)也是提供了制备工艺类似的方案，但其对膜体中含有(1～10wt％)聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，并在清洗时去除其中的5～50％份量的PVP，残留33～40％进行了限定，该专利是通过变化不同的清洗方法来确保PVP在膜体中的含量，而这一种是放麻烦到最后来解决，当然比不上在初始就解决的方法。

中国欧赛公司申请的专利(公开号为CN1680010A)提供了一种改性聚醚砜中空纤维膜及其制造方法，公开了一种引入活性大分子物质蛋白质的制膜配方，以改善膜的血液相溶性。而中国常州朗生公司申请的专利(公开号为CN1305865A)提供了一种以聚砜和聚醚砜混合而成的聚芳砜中空纤维膜溶质作为溶质组份的技术。

上述四项专利，都是采用一种近似的方法制备膜液，都是将制膜材料、溶剂和添加物混合，在升高温度和搅拌条件下，溶解所有的物质，形成制膜液，并在中空喷头喷出，制成中空纤维膜成品，然后，对其成品膜进行牵引、清洗，在制备成中空纤维组件后，对其进行各种理化，医疗指标参数的测试(清除率、超滤率、蛋白质筛选系数等)。其中，日本公司两项专利，均提及制备成型的中空纤维膜后，利用辐照方式，使中空纤维膜中心亲水性材料PVP与聚砜材料产生关联，从而改变膜品的疏水性质，控制膜中的PVP提洗量，也就是对中空纤维膜进行清洗，去除有机溶剂，多余的PVP和添加剂，用辐照的工艺稳定膜中残余的PVP。而中国欧赛公司和中国常州朗生公司的专利均没有提及对PVP提洗量的控制，仅在制膜材料的配方中按比例加入PVP材料，以改变聚醚砜材料的疏水性质。

上述四项专利，均说明了使用PVP聚合物参与聚砜族材料的改性，但是从其制作工艺看出，均对PVP聚合物的物化手段存在很大的失误，导致PVP参与对聚砜族材料改性的中空纤维膜其亲水性能存在很大的不稳定性；其一，以此类工艺生产出的中空纤维膜，其亲水性能将无法稳定：有机溶剂溶于水，PVP亲水聚合物也同样溶于水，因此，如果伴随着同等份量的有机溶剂和PVP添加物的残余，对长期透析者而言，会造成很大的伤害；如果为保证PVP存余，而完全清除有机溶剂，则要对中空纤维膜经辐照后，进行二次清洗，不仅加大工艺上难度，还会产生大量的污水。其二，中空纤维膜在凝固浴成型的过程中，已有大量的溶剂溶解在凝固池中，聚砜族材料已经基本成型，从液相转化为固相，进入清洗浴池之后，有机溶剂以及PVP将被进一步提洗，在这种固相的聚砜材料半透膜形态加以辐照物化手段，就很难保证有多少量的PVP残余，更难确定有多少PVP亲水基因被激发为自有基因，并与固相的聚砜材料产生交联。为此导致其膜材料亲水性能的评价变得十分艰难。为了取得稳定的PVP残余量，就必须控制被提洗量的水温、水流量，以及清洗的时间，这在大规模产业化生产时，就加大控制的难度，很易生产出亲水性能波动的中空纤维成品膜。其三，利用PVP亲水聚合物对聚砜族材料的改性，实质是对聚合物的聚合度变大的化学转变，正确的理解应是PVP亲水性聚合物亲水基因在辐照后被激活成自由基，与疏水性聚砜族材料发生物理交联，使分子基团聚合度变大，形成聚砜与PVP聚合物分子链交联的复合物，从而改变了聚砜族疏水性的特性。从聚合物定义与命名而言，聚砜族材料已经发生了变化，不再是聚砜和PVP聚合物的单纯聚合物质，因此，如果将中空纤维成品膜以单体物质确定其含量百分比是不完全正确的，在此理论的基础上设计的制备工艺，也就存在很大的弊端。其四,中空纤维的生产制造工艺，最后一项是检测有机溶剂的残余量，而PVP溶于水同时也溶解于有机溶剂，既要控制中空纤维膜微孔径，确保清除率，又要将灌于中空膜芯中的有机溶质清除，容易发生有机溶剂残余在中空纤维膜孔之中，造成成品膜大批量报废，直接导致生产成本大幅度提高，单只纤维束价格上升。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述制备方法制备得到的聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液。

本发明的再一目的在于提供一种由上述聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液制备而成的中空纤维膜。该聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液可以制得亲水性能稳定的中空纤维膜。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液的制备方法，按照以下操作步骤：

(1)将聚砜族材料4～10wt％、PVP材料4～10wt％和有机溶剂20～34wt％混合得到混合液，在温度50～90℃和辐照条件下搅拌溶解，得到聚砜族材料与PVP交联复合物；

(2)加入醋酸纤维素溶液3～8wt％，得到交联混纺复合物；

(3)将步骤(2)所得交联混纺复合物，在保温连续搅拌下，持续加入有机溶剂25～47wt％、聚砜族材料7～15wt％和其他添加物1～10wt％混合，在温度50～90℃条件下搅拌溶解12小时，经压滤，静置脱泡得到聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液；步骤(1)和(3)所述聚砜族材料为聚砜或聚醚砜。

步骤(1)所述辐照是将UV紫外线灯管插入混合液中，采用20～120W功率辐照1～60分钟。

步骤(1)所述聚砜族材料与PVP交联复合物采用清水清洗时，其中PVP被提洗量不超过20wt％。

步骤(1)所述有机溶剂为二甲基乙酰胺或N-甲基吡啶烷酮；所述搅拌的转速为20～200转/分钟。

步骤(2)所述醋酸纤维素溶液按照以下方法制备：取羧甲基纤维素或甲基纤维素30～40wt％，置入60～70wt％丙酮溶剂中，在60～90℃条件下搅拌制备而成。

步骤(3)所述有机溶剂为丙酮、二甲基乙酰胺和N-甲基吡啶烷酮；所述搅拌的转速为20～200转/分钟。

步骤(3)所述其他添加物为致孔剂和增塑剂。

所述致孔剂为聚乙二醇；所述增塑剂为质量浓度40～99％的丙三醇。

一种由上述制备方法制备而成的聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液。

一种由上述的聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液制备而成的中空纤维膜，该中空纤维膜经烘干后，用纯净水浸透，捞起不滴水后，称其含水量在每克膜含水量在4克以上。

本发明的原理是：

本发明是在对制膜材料亲水性改性的正确理解上进行了一系列的研究和实验，最终发现既要保证聚砜族(聚砜、聚醚砜)材料优异的理化性能，又要使其具有稳定的亲水性，以其形成聚砜族与PVP交联体物质，形成优异的生物工程材料，在此基础上添加入亲水性纤维素材料，使其亲水性能稳定，又便以大规模生产中空纤维膜。

本发明是在中空纤维膜成型之前，在配制膜液过程中，让特定重量百分比的制膜材料与亲水性聚合物发生关联反应，形成不能被水提洗的制膜材料的复合体，经特定时间内完成物理交联之后，再按特定的重量百分比加入良血液相容纤维素材料以及膜材料聚合物，采用此制膜液配制工艺，所形成的制膜液产生制膜材料亲水性复合物，从而改变制膜材料疏水性，以及亲水性聚合物PVP溶于水的物理性能。在停止物理交联反应后，随后加入的制膜纤维素材料和制膜材料聚合物，使其达到所控制的制膜材料重量百分比，即可得到能保证所制备的半透膜既具备膜材料的物理化学性能膜孔，钢性结构稳定，耐温、耐压，同时又具备良好的血液相溶性的制膜液。

本发明所制得的制膜液，在外孔径为0.4mm，内孔径为0.25的中空喷头喷出，芯液用40％浓度的DMAC水溶液，芯液和制膜液0.4～0.8Mpa的压力下从中空喷头锐孔喷出，牵引速度为20～40米\分钟，拉伸速率为1:1.2～2.0，可制得表面平滑，有光泽的中空纤维膜。

本发明是在膜液配制时，确定了聚砜族材料的重量百分比，并且与相应重量百分比进行有机溶剂溶解时，同步进行相应的物化交联处理，这部分亲水性聚合物已变性，在制备成品半透膜后，不被清水提洗掉。因此，用这一工艺制备的膜液，PVP成份的投放量减少，在节省成本的同时，不担心在成型膜后清除有机溶剂的同时被提洗掉，也就可以在对成品膜提洗时，在一定水温条件下，可以用足够量的提洗液对有机溶剂(DMAC)进行清洗，确保所得的中空纤维膜中不存在被血液提洗出有机溶剂和亲水性聚合物，以此取得到稳定的PVP交联量，使中空纤维膜表面平滑有光泽，而且具备良好的亲水性和优异的血液相溶性能。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明制备工艺简化，节省用水量，成品率高；

(2)本发明用PVP对聚砜族材料进行亲水性改性，加入纤维素材料，不仅取得膜表面平滑有光泽，而且血液相容性更优良的中空纤维膜。

(3)由本发明工艺制得的中空纤维膜，其膜孔稳定，水润性好，临床使用预冲时间短，清除率性能优异。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)取聚砜材料9wt％，有机溶剂DMAC 30wt％，聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)K30，4wt％，放于容器之中，插入紫外光管，搅拌器，在温度70℃的条件下，开始搅拌溶解。在材料搅拌溶解过程中开启紫外光管(功率在10～60W)，3分钟后关闭，以此取得43wt％含有聚砜与聚乙烯基吡咯烷酮的交联复合物的溶液；

(2)保持连续搅拌，加入5wt％的纤维素溶液，得到交联混纺复合物；

(3)向交联混纺复合物中加入7wt％的聚砜材料、聚乙二醇(PEG)5wt％以及有机溶剂37wt％、3wt％增塑剂(质量浓度为60％的丙三醇)完全溶解成溶液后，在70℃温度下，静置12小时，制备成聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液。

步骤(2)所述纤维素溶液的制备按照以下步骤：取优选物质羧甲基纤维30～40wt％，置入70～60wt％丙酮溶剂(二甲基酮)中，在65℃条件下搅拌制得。

将制得的聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液50ml，倒在A3页大小的不锈钢平板框中，用刮刀尽管刮平。然后将之缓慢浸入45℃的清水池中，凝固成型后，用65℃的足量的清水循环清洗30分钟，把形成的平板膜(A)捞出置入烘干箱，90℃进行烘干。

将取得烘干后的平板膜进行亲水湿润性测试，将所烘干的平板膜置于电子天平之中，加减均出膜重量为10g，然后，将膜完全浸入水温36℃±5℃的反渗透水中，待其润迹湿透，然后架起，在没有滴水的情况下测试平板膜的重量，所称得膜的净含水量20.6g±5g。

实施例2

所采用的配方与实施例1相同，虽有启动紫外线灯时间延期到30分钟，和60分钟用同样的处理取得烘干后的二种平板膜(B、C)，分别将膜的重量调节到10g重量，然后用实施例1的湿浸办法，测定其含水的重量，膜B净含水量为32.5±5g，膜C净含水量为45.6±5g。

实施例3

依实施例1同重量百分比的配方仅将聚砜族材料改为聚醚砜材料，分别制作紫外线灯照射时间为3、30、60分钟的三种平板膜D、E、F分别将D、E、F三种膜调整重量为10g，分别取得的净含水量为C为15.6g，E为30.6g，F为40.2g，三者精度为±5g。

对比实施例4

将17wt％的聚砜，聚醚砜各取8.5wt％，分别加入68wt％的有机溶剂DMAC，4wt％的PVP(1×30)，以及3wt％(PEG)，5wt％纤维素溶液和3wt％增塑剂，在70℃温度下，搅拌溶解，保温静置12小时，分别取得A’、B’、C’、D’四种制膜液，用实施例一的办法，分别制得A’、B’、C’、D’四种平板膜，A’、B’为聚砜材料，C’、D’为聚醚砜材料。

其中，A’膜、C’膜仅清洗水温65℃清洗时间1分钟，而B’、D’膜在水温65℃清洗时间30分钟，分别将A’、C’、B’、D’膜在湿润的条件下施以r射线辐照，辐照量为20KGB，辐照之后，将四类膜置与65℃水温，清洗30分钟后，膜烘干，取得四种平板膜并在电子天平上调均出其膜重量均为10g，然后将这四种膜完全浸湿、浸透，架封凉干，在膜不滴水后，称其净含水重量为A’44.2g，B’15.6g，C’41.9g，D’12.9g，精度±5g。

由此可见，本发明将A的膜缩短清洗时间，让膜中含有足够量的有机溶剂以及PVP聚合物，径辐照之后，其亲水性得到改变，在辐照之后，径二次清洗，完全除掉膜中的有机溶剂，这样发现，A’、C’膜的含水量远高于B’、D’膜，其原因是B’、D’膜在清洗时，大量的有机溶剂和PVP(K30)已被提洗，尽管辐照之后，其膜还是处于极强疏水性。

对膜A-F和A’-D’的净含水量测试如表1和表2所示。

表1膜A-F的净含水量测试结果

表2膜A’-D’的净含水量对比实施例数据

如将所有四个实施例数据放在一起比较，可以看出，实施例1-3，其亲水性随着紫外线光照的时间延长而增加，而径UV辐照后的膜液，不受其后膜品清洗的提洗量增加而变化，这样即得到亲水性强的半透膜，同时又完全清除掉DMAC。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤：

(1)将聚砜族材料4～10wt％、PVP材料4～10wt％和有机溶剂20～34wt％混合得到混合液，在温度50～90℃和辐照条件下搅拌溶解，得到聚砜族材料与PVP交联复合物；所述辐照是将UV紫外线灯管插入混合液中，采用20～120W功率辐照1～60分钟；

(2)加入醋酸纤维素溶液3～8wt％，得到交联混纺复合物；

(3)将步骤(2)所得交联混纺复合物，在保温连续搅拌下，持续加入有机溶剂25～47wt％、聚砜族材料7～15wt％和其他添加物1～10wt％混合，在温度50～90℃条件下搅拌溶解12小时，经压滤，静置脱泡得到聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液；步骤(1)和(3)所述聚砜族材料为聚砜或聚醚砜。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述聚砜族材料与PVP交联复合物采用清水清洗时，其中PVP被提洗量不超过20wt％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述有机溶剂为二甲基乙酰胺或N-甲基吡啶烷酮；所述搅拌的转速为20～200转/分钟。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述醋酸纤维素溶液按照以下方法制备：取羧甲基纤维素或甲基纤维素30～40wt％，置入60～70wt％丙酮溶剂中，在60～90℃条件下搅拌制备而成。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述有机溶剂为丙酮、二甲基乙酰胺和N-甲基吡啶烷酮；所述搅拌的转速为20～200转/分钟。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述其他添加物为致孔剂和增塑剂。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述致孔剂为聚乙二醇；所述增塑剂为质量浓度40～99％的丙三醇。

8.一种由权利要求1～7任一项所述制备方法制备而成的聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液。

9.一种由权利要求8所述的聚砜族与醋酸纤维素混纺中空纤维膜液制备而成的中空纤维膜，其特征在于：该中空纤维膜经烘干后，用纯净水浸透，捞起不滴水后，称其含水量在每克膜含水量在4克以上。