CN106606935A - 血液透析用抗菌复合中空纤维膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本案涉及一种血液透析用抗菌复合中空纤维膜及其制备方法，该中空纤维膜包括有聚醚砜、海藻酸盐和炉甘石粉，所述聚醚砜占纤维膜固含量的85％‑99％，所述海藻酸盐占纤维膜固含量的0.95％‑12％，所述炉甘石粉占纤维膜固含量的0.05％‑3％。本案采用海藻酸盐对含水溶性聚合物的聚醚砜中空纤维膜进行改性，聚醚砜可耐蒸汽杀菌，炉甘石粉主能抑制细菌生长，一价海藻酸盐能克服炉甘石的分散性差、在溶液中容易沉降的缺点，同时能提高膜的亲水性；通过二价离子交联后形成的海绵体网状结构具有高亲水性和离子吸附性，能够吸附抗凝血剂而避免血液透析时容易出现的体外凝血现象，因此该膜具有广泛的应用前景。

Description

血液透析用抗菌复合中空纤维膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合中空纤维膜及其制备方法，具体涉及一种血液透析用抗菌复合中空纤维膜及其制备方法。
背景技术
血液透析发展至今已有90多年历史，透析膜材料从铜仿膜、再生纤维素膜、改良纤维素膜发展为人工合成膜。合成膜是高分子聚合物，生物相容性好，种类很多。目前，常用的合成膜材料主要有聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯膜(PC)、聚醚砜(PES)、聚甲基丙烯酸甲酯膜(PMMA)、醋酸纤维素(CA)等。这些膜材料应用广泛，目前应用较多的为聚砜，由于其具有优良的机械性能、物化性质稳定、溶质透过性高，对中分子毒素清除率高且价廉易得。然而，目前先进的血液透析器灭菌方法采用水分蒸汽，而聚砜多孔膜的孔结构在80℃长期使用即可发生变化，不适合采用138℃蒸汽灭菌工艺。聚醚砜的Tg高达223℃，并可在140℃长期使用，是目前首选的可耐蒸汽杀菌的血液透析膜材料。但聚醚砜的亲水性不如醋酸纤维素等，一般选择加入聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)等水溶性聚合物做致孔剂，由于PVP等水溶性聚合物会在膜的水洗过程中被部分甚至完全除去，因此膜的亲水性不高。同时，虽然目前的人工肾透析器无论结构和功能都有了很大的提高，但与人体肾脏的功能相比仍然相差甚远，尤其是一些膜材料在进行血液透析时会造成体外凝血的不良事件。另外，微生物污染是血液透析用中空纤维膜使用过程中常见的一个严峻问题，研制血液透析用抗菌中空纤维膜具有良好的社会效益和经济效益。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种血液透析用抗菌复合中空纤维膜及其制备方法，其采用海藻酸盐对含水溶性聚合物的聚醚砜中空纤维膜进行改性，聚醚砜可耐蒸汽杀菌；炉甘石粉主能抑制细菌生长；一价海藻酸盐能克服炉甘石的分散性差、在溶液中容易沉降的缺点，同时能提高膜的亲水性；通过二价离子交联后形成的海绵体网状结构具有高亲水性和离子吸附性，能够吸附抗凝血剂而避免血液透析时容易出现的体外凝血现象，因此该膜将具有广泛的应用前景。
炉甘石主要成分为碳酸锌(ZnCO3)，有防腐、收敛、消炎作用，并能抑制细菌生长。但炉甘石的分散性差，在溶液中容易沉降，因此必须向体系中加入增稠剂来增加体系的稳定性。
一价海藻酸盐具有优异的亲水性，溶于水，但与高价金属离子发生离子交换，即形成不溶于水的海绵体网状结构，因此具有高离子吸附性；同时可作为增稠剂或稳定剂来应用于食品、医药、纺织、印染、造纸、日用化工等领域。
为实现上述目的，本发明的技术方案概述如下：
一种血液透析用抗菌复合中空纤维膜，其包括有聚醚砜、海藻酸盐和炉甘石粉，所述聚醚砜占纤维膜固含量的85％-99％，所述海藻酸盐占纤维膜固含量的0.95％-12％，所述炉甘石粉占纤维膜固含量的0.05％-3％。
优选的是，所述的血液透析用抗菌复合中空纤维膜，其中，所述聚醚砜的粘均分子量为40000-120000g/mol。
优选的是，所述的血液透析用抗菌复合中空纤维膜，其中，所述海藻酸盐的粘均分子量为70000-150000g/mol。
优选的是，所述的血液透析用抗菌复合中空纤维膜，其中，所述炉甘石粉的粒径≤1微米。
一种血液透析用抗菌复合中空纤维膜的制备方法，其包括：
步骤1)将聚醚砜、致孔剂和有机溶剂混合搅拌溶解，制得均一的聚合物溶液，所述聚合物溶液中聚醚砜的质量分数为8％-20％，再经过滤、脱泡后得到纺丝原液；
步骤2)将所述纺丝原液与水配成纺丝凝固浴，控制有机溶剂的质量分数为1-20％，所述纺丝凝固浴的温度控制在0℃-70℃；
步骤3)在质量分数为0.5％-15％的一价海藻酸盐溶液中，加入炉甘石粉，制得一价海藻酸盐/炉甘石粉混合液，其中，混合液中炉甘石粉的质量分数为5％-20％；
步骤4)将一价海藻酸盐/炉甘石粉混合液加入到步骤2)得到的纺丝凝固浴中搅拌溶解，其中，一价海藻酸盐和炉甘石粉的总质量占纺丝凝固浴总重量的0.5％-15.0％；
步骤5)将步骤4)得到的液体用纺制中空纤维膜的喷丝头挤出，采用湿法纺丝或干-湿法纺丝法固化成型，得到含一价海藻酸盐/炉甘石粉的聚醚砜中空纤维膜，该中空纤维膜中的空气层高度为0.1-20cm；
步骤6)将含一价海藻酸盐/炉甘石粉的聚醚砜中空纤维膜经过质量分数为0.5％-3.5％的二价金属盐水溶液处理，再经50℃-99℃的水浴拉伸1-3倍，在70℃-99℃水浴中水洗，在80℃-180℃干燥，即得到血液透析用抗菌复合中空纤维膜。
优选的是，所述的血液透析用抗菌复合中空纤维膜的制备方法，其中，所述有机溶剂选自二甲基亚砜、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种。
优选的是，所述的血液透析用抗菌复合中空纤维膜的制备方法，其中，所述一价海藻酸盐选自海藻酸钠、海藻酸钾或海藻酸铵中的一种。
优选的是，所述的血液透析用抗菌复合中空纤维膜的制备方法，其中，所述二价金属盐选自CaCl2、ZnCl2、CuCl2、FeCl2或MgCl2中的一种。
优选的是，所述的血液透析用抗菌复合中空纤维膜的制备方法，其中，所述致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮。
本发明的有益效果是：
(1)本发明制得的中空纤维膜的主体材料聚醚砜可耐蒸汽杀菌，有利于人工肾透析器采用先进的方法灭菌。
(2)本发明制得的聚醚砜中空纤维膜的大孔中填充了二价海藻酸盐形成的海绵体网状结构，因此具有高离子吸附性，能够吸附抗凝血剂而避免血液透析时容易出现的体外凝血现象；海藻酸盐海绵体网状结构中均匀分布有炉甘石粉，因此具有抗菌作用。
(3)按照常规工艺，聚醚砜和海藻酸盐复合中空纤维膜的纺丝原液包括聚醚砜、致孔剂、溶剂和海藻酸盐，组分复杂。本发明将聚醚砜和海藻酸盐复合中空纤维膜的纺丝原液组分改为较为简单的聚醚砜、致孔剂、溶剂三组分；而利用纺丝原液在凝固浴中固化时形成大孔的特点，将一价海藻酸盐扩散至大孔中，再通过一价金属离子与二价金属离子的置换使海藻酸盐形成海绵体网状结构嵌入多孔膜的大孔中。按照常规工艺，由于炉甘石粉分散性差容易沉降，因此在纺丝时必须向体系中加入增稠剂来增加体系的稳定性。本发明将炉甘石粉加入海藻酸盐溶液，由于海藻酸盐是由海带中提取的天然多糖碳水化合物，本身是增稠剂，因此不再需要额外添加增稠剂来增加体系的稳定性，因此本发明的体系比较简单，制备方法适合于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
(1)纺丝原液制备：将分子量为70000的聚醚砜粉体烘干后，按下例组分和质量百分比配料：聚醚砜20％，二甲基乙酰胺75％，PVP(K30)5％。将上述原料加入容器中，加热到50℃，搅拌溶解制成聚合物溶液，过滤，真空脱泡5h，装入到具有加热保温功能的料筒中，保持温度在50℃。
(2)凝固浴调配：先将海藻酸钠粉与碱液按质量比1∶100制得海藻酸钠碱溶液，然后按7％质量浓度加入平均粒径为700纳米的炉甘石粉体，制得炉甘石/海藻酸钠混合溶液；同时将二甲基乙酰胺与水配成纺丝凝固浴，二甲基乙酰胺的重量浓度为2％，凝固浴温度为50℃；将海藻酸钠加入凝固浴搅拌溶解，炉甘石/海藻酸钠占凝固浴总重量的8％。
(3)纺丝：将纺丝原液用纺制中空纤维膜的喷丝头挤出，采用干湿法纺丝工艺固化成型，空气层高度10cm，喷丝头内插入管内的填充液为二甲基乙酰胺重量浓度为40％的水溶液。
(4)置换：将固化成型的含海藻酸钠的聚醚砜中空纤维膜，经过百分比浓度为3％的CaCl2水溶液处理，再经温度80℃水浴拉伸1.5倍；在95℃水浴中水洗；在120℃干燥，即得聚醚砜和海藻酸钙复合中空纤维膜。
实施例2
(1)纺丝原液制备：将分子量为80000的聚醚砜粉体干后，按下例组分和质量百分比配料：聚醚砜18％，二甲基亚砜78％，PVP(K90)5％。将上述原料加入容器中，加热到55℃，搅拌溶解制成溶液，过滤溶液，真空脱泡5h，装入到具有加热保温功能的料筒中，保持温度在55℃。
(2)凝固浴调配:先将海藻酸钠粉与碱液按质量比1∶100制得海藻酸钠碱溶液，然后按10％质量浓度加入平均粒径为500纳米的炉甘石粉体，制得炉甘石/海藻酸钠混合溶液；同时将二甲基亚砜与水配成纺丝凝固浴，二甲基亚的重量浓度为5％，凝固浴温度为30℃；最后将炉甘石/海藻酸钠混合溶液加入凝固浴搅拌溶解，炉甘石/海藻酸钠占凝固浴总重量的12％。
(3)纺丝：将纺丝原液用纺制中空纤维膜的喷丝头挤出，采用湿法纺丝工艺固化成型，喷丝头内插入管内的填充液为二甲基亚砜重量浓度为30％的水溶液。
(4)置换：将固化成型的含海藻酸钠的聚醚砜中空纤维膜，经过百分比浓度为5％的CaCl2水溶液处理，再经温度90℃水浴拉伸1.8倍；在99℃水浴中水洗；在130℃干燥，即得聚醚砜/海藻酸盐/炉干石粉复合中空纤维膜。
实施例3
(1)纺丝原液制备：将分子量为60000的聚醚砜粉体干后，按下例组分和质量百分比配料：聚醚砜22％，二甲基乙酰胺72.5％，PVP(K30)5.5％。将上述原料加入容器中，加热到50℃，搅拌溶解制成溶液，过滤溶液，真空脱泡5h，装入到具有加热保温功能的料筒中，保持温度在50℃。
(2)凝固浴调配:凝固浴调配:先将海藻酸钠粉与碱液按质量比1∶100制得海藻酸钠碱溶液，然后按15％质量浓度加入平均粒径为600纳米的炉甘石粉体，制得炉甘石/海藻酸钠混合溶液；同时将N-甲基-2-吡咯烷酮与水配成纺丝凝固浴，N-甲基-2-吡咯烷酮的重量浓度为2％，凝固浴温度为50℃；最后将炉甘石/海藻酸钠混合溶液加入凝固浴搅拌溶解，海藻酸钠占凝固浴总重量的10％.
(3)纺丝：将纺丝原液用纺制中空纤维膜的喷丝头挤出，采用干湿法纺丝工艺固化成型，空气层高度17cm，喷丝头内插入管内的填充液为N-甲基-2-吡咯烷酮重量浓度为30％的水溶液。
(4)置换：将固化成型的含海藻酸钠的聚醚砜中空纤维膜，经过百分比浓度为6％的CaCl2水溶液处理，再经温度80℃水浴拉伸1.5倍；在95℃水浴中水洗；在120℃干燥，即得聚醚砜和海藻酸钙复合中空纤维膜。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出的实施例。

Claims (9)

1.一种血液透析用抗菌复合中空纤维膜，其特征在于，包括有聚醚砜、海藻酸盐和炉甘石粉，所述聚醚砜占纤维膜固含量的85％-99％，所述海藻酸盐占纤维膜固含量的0.95％-12％，所述炉甘石粉占纤维膜固含量的0.05％-3％。
2.根据权利要求1所述的血液透析用抗菌复合中空纤维膜，其特征在于，所述聚醚砜的粘均分子量为40000-120000g/mol。
3.根据权利要求1所述的血液透析用抗菌复合中空纤维膜，其特征在于，所述海藻酸盐的粘均分子量为70000-150000g/mol。
4.根据权利要求1所述的血液透析用抗菌复合中空纤维膜，其特征在于，所述炉甘石粉的粒径≤1微米。
5.一种血液透析用抗菌复合中空纤维膜的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1)将聚醚砜、致孔剂和有机溶剂混合搅拌溶解，制得均一的聚合物溶液，所述聚合物溶液中聚醚砜的质量分数为8％-20％，再经过滤、脱泡后得到纺丝原液；
步骤2)将所述纺丝原液与水配成纺丝凝固浴，控制有机溶剂的质量分数为1-20％，所述纺丝凝固浴的温度控制在0℃-70℃；
步骤3)在质量分数为0.5％-15％的一价海藻酸盐溶液中，加入炉甘石粉，制得一价海藻酸盐/炉甘石粉混合液，其中，混合液中炉甘石粉的质量分数为5％-20％；
步骤4)将一价海藻酸盐/炉甘石粉混合液加入到步骤2)得到的纺丝凝固浴中搅拌溶解，其中，一价海藻酸盐和炉甘石粉的总质量占纺丝凝固浴总重量的0.5％-15.0％；
步骤5)将步骤4)得到的液体用纺制中空纤维膜的喷丝头挤出，采用湿法纺丝或干-湿法纺丝法固化成型，得到含一价海藻酸盐/炉甘石粉的聚醚砜中空纤维膜，该中空纤维膜中的空气层高度为0.1-20cm；
步骤6)将含一价海藻酸盐/炉甘石粉的聚醚砜中空纤维膜经过质量分数为0.5％-3.5％的二价金属盐水溶液处理，再经50℃-99℃的水浴拉伸1-3倍，在70℃-99℃水浴中水洗，在80℃-180℃干燥，即得到血液透析用抗菌复合中空纤维膜。
6.根据权利要求5所述的血液透析用抗菌复合中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自二甲基亚砜、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种。
7.根据权利要求5所述的血液透析用抗菌复合中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述一价海藻酸盐选自海藻酸钠、海藻酸钾或海藻酸铵中的一种。
8.根据权利要求5所述的血液透析用抗菌复合中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述二价金属盐选自CaCl2、ZnCl2、CuCl2、FeCl2或MgCl2中的一种。
9.根据权利要求5所述的血液透析用抗菌复合中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮。
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