CN1729044A - 熔纺的聚砜半透膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别提供了一种用于制备均匀半透膜的组合物，该组合物包括聚砜半透膜，该聚砜半透膜包括如下物质的混合物：超高分子量的亲水聚合物、聚砜化合物和该聚砜化合物的溶剂，该聚砜半透膜具有均匀结构使得该聚砜半透膜具有基本上一致的结构。本发明的另一方面公开了通过均匀地混合组合物、熔化组合物和熔纺该熔融组合物来制备半透膜的方法。本发明的另一方面包括均匀的熔纺半透膜，用于液体分离过程，例如但不限于微量过滤、超滤、透析和反渗透。

Description

熔纺的聚砜半透膜及其制备方法
相关申请
本申请是提交于2001年1月22日的美国专利申请序列号09/767,558的部分继续申请，后者是提交于1999年5月24日的美国专利申请序列号09/317,657的继续申请，现已被授予美国专利6,218,441，后者是提交于1997年9月18日、现已放弃的美国专利申请序列号08/932,680的分案申请，其公开内容被引入本文以供参考。
发明背景
本发明涉及聚砜半透膜及其制备方法。
现代的半透膜以多种形式如片状、管状和中空纤维的形式被使用。“中空纤维”通常具有中空圆筒结构，其中壁根据应用而用作渗透性膜、非渗透性膜或半渗透性(即选择性渗透)膜。通常，中空纤维用作圆筒膜，它允许物质穿过壁进行选择性交换。
液体分离过程利用具有选择渗透性的膜，这些方法包括超滤、微量过滤、透析和反渗透等，它们需要适合于多种应用的各种材料。例如，半透膜当前有利地用于体外血液处理，包括血液透析、血液滤过和血液透析滤过。在这些例子中，膜典型地包括中空纤维，该中空纤维以如下方式被捆扎在一起并聚集在套管中，从而允许血液以平行的方式流过纤维腔管，而血液清洁液同时流过该套管，以便用该清洁液清洗中空纤维的外表面。
根据膜的用途，用于选择性渗透膜的化合物包括聚合物，如纤维素、乙酸纤维素、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜等。聚砜化合物尤为重要，因为它们特别具有极好的物理和化学性质如耐热、耐酸、耐碱和耐氧化性。已经发现聚砜化合物具有生物相容性，能形成极好的孔和孔隙，并且对以下化合物如漂白剂、消毒剂和盐溶液具有化学惰性。聚砜化合物可以通过许多方法来灭菌，这些方法有例如环氧乙烷(EtO)、γ照射、蒸气加热加压釜、和加热的柠檬酸。另外，聚砜化合物具有足够的强度和耐磨损性，以经受反复的使用和灭菌循环。
通常，聚砜中空纤维通过溶液纺丝技术形成。典型地，通过溶液纺丝技术制备聚砜中空纤维的过程包括：在相对大量的非质子溶剂和非溶剂中溶解聚砜化合物，然后通过喷丝头挤压该溶液。对于溶液纺丝，“溶剂”是在膜制备温度(即室温)下聚砜化合物基本上溶解于其中的化合物。对于溶液纺丝，“非溶剂”是在膜制备温度下聚砜化合物基本上不溶解于其中的化合物。对于溶液纺丝技术，溶剂必须足够以充分溶解聚砜化合物并在室温(膜制备温度)下产生均匀液体。
用于溶液纺丝技术的溶剂和非溶剂要求膜在制备后被彻底地沥滤和漂洗，因为即使膜中留下的余量也会导致用膜处理的流体的不可接受的污染。对于通过透析进行的血液处理或通过反渗透进行的水的脱盐中使用的膜，避免这种污染是尤其重要的。当利用溶液纺丝技术制备中空纤维膜时，除去用于形成纤维腔管的芯液体是特别困难的。在除去溶剂、非溶剂和芯液体之后，在干燥膜之前必须需要加入不挥发的水溶性化合物以保护膜的孔结构。不挥发物质也作为表面活性剂，用于膜的随后再润湿。这种方法被称为“再增塑”。
溶液纺丝技术需要包含大量的溶剂和非溶剂，其中许多物质通常是有毒的，并且难于从所得的聚砜纤维中提取。此外，从纤维中除去的大量高毒性的某些溶剂和非溶剂会产生有害废物的处理问题。
此外，常规溶液纺丝技术制得不对称聚砜膜(即不均匀膜的孔隙率穿过膜的厚度维度进行构造)。也就是说，不均匀膜在膜的一个主表面(或两个主表面)上具有致密表皮或微孔阻挡层。该致密表皮或微孔阻挡层包括相对小部分的膜，但是不相称地大量控制了膜的渗透特性。
因此，需要一种聚砜组合物和制备聚砜半透膜的简单方法，该组合物和方法使有毒废物副产物降到最低。另外，需要一种制备聚砜半透膜的方法，其中在膜制备中使用的溶剂、非溶剂和加工助剂在制备后易于从膜中除去和/或具有相对低的毒性。也需要聚砜半透膜在整个厚度维度上具有更一致的结构(即均匀的聚砜膜)，使得整个厚度维度可控制膜的渗透性。
发明概述
总的来说，本发明特别提供了一种新方法和聚砜组合物，用于通过熔纺制备均匀的半透性聚砜膜。聚砜组合物包括超高分子量(UHMW)的亲水聚合物如聚乙烯吡咯烷酮、聚砜化合物、溶剂和非溶剂的液体混合物，它们相对无毒并且优选不会有害地影响环境。
溶剂可以选自如下：四氢噻吩砜(“环丁砜”)、3-甲基环丁砜、二苯甲酮、n，n-二甲基乙酰胺、2-吡咯烷酮、3-甲基环丁烯砜(sulfolene)、吡啶、噻吩、邻二氯苯、1-氯萘、水杨酸甲酯、苯甲醚、邻硝基苯甲醚、二苯醚、二苯氧基甲烷、苯乙酮、对甲氧基苯基-2-乙醇、2-哌啶、安替比林、邻苯二甲酸二乙酯、二苯砜、二苯亚砜、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯、邻苯二甲酸苄基丁基酯、和苯硫醚(phenylsulfide)。
当溶剂包含环丁砜时获得了特别满意的结果。
非溶剂可以选自如下：聚乙二醇、二甘醇、三甘醇、甘油、1，1-二乙基脲、1，3-二乙基脲、二硝基甲苯、1，2-乙二胺、二苯胺、甲苯二胺、邻甲苯甲酸、间甲苯甲酸、甲苯-3，4-二胺、邻苯二甲酸二丁酯、哌啶、萘烷、环己烷、环己烯、氯代环己烷、“溶纤剂”溶剂、n，n-二甲基苄胺、石蜡、矿物油、地蜡、牛油脂肪胺、三乙醇胺、甲基丙烯酸月桂酯、硬酯酸、甘醇、四甘醇、己二酸二乙酯、d-山梨糖醇、三苯基氯化锡、间苯二酚、2-甲基-8-羟基喹啉、喹哪啶、4-苯基吡啶、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(对硝基苯基)酯、N，N-二甲基对苯二胺、2，6-二甲氧基苯酚、4-烯丙基-2-甲氧基苯酚、菲啶、2-萘胺、1-萘胺、1-萘酚、2-萘硫酚、1-溴萘、乙酰丙酸、苯基吡咯-2-基酮、苯基4-吡啶基酮、异硫氰酸间硝基苯酯、2-甲基-1H-吲哚、4-甲基咪唑、咪唑、1，7-庚二醇、9H-芴-9-酮、二茂铁、2，2′，2″-次氮基三乙醇、2，2′-亚氨基二乙醇、氧芴、环己基乙酸、氨腈、courmarin、2，2′-二吡啶、苯甲酸、苯丙酸、邻二硝基苯、9-甲基-9-氮杂双环(3.3.1)壬-3-酮、氯代二苯基砷、溴化锑、对甲氧基苯胺、邻甲氧基苯甲醛、己二腈、对氨基苯乙酮、一醋精、二醋精、三醋精、pentoxane、4-苯甲酰联苯、油酸甲酯、磷酸三乙酯、丁内酯、三联苯、十四烷醇、多氯联苯(“Aroclor 1242”)、肉豆蔻酸、甲基丙烯酸十二烷基酯、异氰酸亚甲基二对亚苯基酯、2-((2-己氧基)乙氧基)乙醇、4-硝基联苯、二苄醚、苯磺酰氯、2，4-二异氰酸-1-1-甲基苯基酯、己二酸二乙酯、2′-硝基-苯乙酮、1′-乙酰萘、十四酮、(二氯苯基)三氯硅烷、二氯二苯基硅烷、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(对硝基苯基)酯、磷酸三邻甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、苯基二氯化磷、对硝基苯酚、异氰酸甲基间亚苯基酯、2，2′-亚氨基二乙醇、N-(2-氨基乙基)-N′-(2-((2-氨基乙基)氨基)乙基-1，2-乙二胺、2，6-二叔丁基对甲酚、氯联苯、4-联苯胺、二苄醚、苯磺酰氯、1，2-(亚甲基二氧)-4-丙烯基苯、2，4-二异氰酸-1-甲基苯基酯、氯代二硝基苯(混合异构体)、六氢-2H-氮杂卓(azepin)-2-酮、4，4′-亚甲基二苯胺、1′-乙酰萘、巯基乙酸、和乙酰苯胺。当非溶剂包括聚乙二醇、二甘醇、三甘醇或其混合物时，获得了特别满意的结果。
溶剂和非溶剂以一定的比率存在，以形成半透性聚砜膜，该膜用于进行液体分离过程。
根据本发明的另一方面，提供了一种“熔纺”或“熔体挤出”方法，用于制备半透性聚砜膜。熔纺法包括如下步骤：(1)形成一种组合物，包括UHMW的亲水聚合物，优选聚乙烯吡咯烷酮；聚砜化合物；选自前述的候选溶剂中的溶剂；和选自前述的候选非溶剂中的非溶剂；(2)加热该组合物至一温度，在此温度下组合物成为均匀液体(即比室温更高的温度)；(3)通过挤压模(如单孔或多孔中空纤维模(术语称为喷丝头))挤压该组合物；和(4)使挤出物通过淬火区，挤出物在淬火区胶凝并固化，从而形成膜。
根据本发明的另一方面，提供了熔纺半透性聚砜膜，在膜的整个厚度维度中具有一致结构(即“均匀”膜结构)，用于液体的分离，例如但不限于微量过滤、超滤、反渗透和透析。
附图简述
图1说明了制备均匀的聚砜中空纤维(作为典型的膜构造)的方法的优选实施方案。
图2说明了一种制备均匀的聚砜中空纤维的替代方法。
图3是一个三组分的图表，显示了聚砜化合物、溶剂和非溶剂的比例，它们混合在典型的熔纺组合物中。
图4是典型的、均匀的聚砜中空纤维膜的扫描电子显微照片。
图5是包括均匀的聚砜中空纤维膜的血液透析器的示意图。
图6说明了典型的聚砜中空纤维膜的横截面的扫描电子显微照片，该膜包括超高分子量的亲水聚合物。
图7说明了部分纤维壁的横截面的扫描电子显微照片，该纤维壁属于图6中的典型的聚砜中空膜，该膜包括超高分子量的亲水聚合物。
图8示意说明了在实施例8中讨论的体外血小板测试系统。
图9说明了用实施例9中的牛血液进行的体外抗血栓形成评价。
发明详述
本发明特别包括通过熔纺用于形成聚砜半透膜的组合物。该组合物包括超高分子量的亲水聚合物，优选聚乙烯吡咯烷酮(Kollidon 90F，MW＝1,000,000-1,500,000道尔顿)，聚砜化合物，溶剂和非溶剂。在该组合物中，溶剂和非溶剂以一定的比率存在以形成半透膜，该膜用于进行液体分离过程。使用这些组合物的熔纺膜是均匀的。也就是说，熔纺膜是对称的，所以在整个膜的厚度维度中具有基本上一致的结构，如图6和7中的扫描电子显微照片所说明的，这两个图显示了使用这些组合物制备的中空纤维。如本文所指，“均匀的”聚砜膜是指其中膜的每个部分或截面都对膜的渗透特性作出了基本上成比例的贡献。
在本发明的一个实施方案中，膜包括：约34-约36wt％的聚砜、约42-约46wt％的环丁砜、约10-约12wt％甲氧基-PEG(分子量为约2,000)、约1-约1.5wt％的甘油、约2-约3wt％的聚乙烯吡咯烷酮、和约4-约7wt％的n-甲基-吡咯烷酮。
聚砜化合物及其合成在本领域中广为所知。本发明中使用的优选聚砜化合物满足下式：
R1-SO2-R2
其中R1和R2(可以相同或不同)为基团，如烷烃、烯烃、炔烃、芳基、烷基、烷氧基、醛、酐、酯、醚、及其混合物，每个这样的基团含50或更少的碳原子，并且既包括直链结构又包括支链结构。根据美国标准测试方法(ASTM)用挤压式塑性计测定热塑性塑料的流动速率，ASTM D1238-94a，用于本发明的优选聚砜化合物的熔体流动指数(MFI)范围为约1.7dg/min至约9.0dg/min。当聚砜化合物的MFI为约2.0dg/min至约5.0dg/min时，获得了良好的结果。用于本发明的优选聚砜化合物包括但不限于聚芳基砜，例如双酚A聚砜、聚醚砜、聚苯基砜及其混合物。使用双酚A聚砜获得了特别好的结果。
本发明所用的“聚砜化合物的溶剂”是指具有如下特性的化合物：沸点为至少约150℃，在约50℃至约300℃的温度下具有溶解约8wt％至约80wt％的聚砜化合物的溶剂化能力。溶剂优选可以溶解约8wt％至约80wt％的聚芳基砜。
用于本发明的候选溶剂包括但不限于：四氢噻吩砜、3-甲基环丁砜、二苯甲酮、n，n-二甲基乙酰胺、2-吡咯烷酮、3-甲基环丁烯砜、吡啶、噻吩、邻二氯苯、1-氯萘、水杨酸甲酯、苯甲醚、邻硝基苯甲醚、二苯醚、二苯氧基甲烷、苯乙酮、对甲氧基苯基-2-乙醇、2-哌啶、安替比林、邻苯二甲酸二乙酯、二苯砜、二苯亚砜、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯、邻苯二甲酸苄基丁基酯、和苯硫醚。用于本发明的特别优选的溶剂包括但不限于：四氢噻吩砜(“环丁砜”)、安替比林、δ-戊内酰胺、邻苯二甲酸二乙酯、及其混合物。使用四氢噻吩砜作为溶剂获得了特别好的结果。
本发明所用的“聚砜化合物的非溶剂”是指具有如下特性的化合物：沸点为至少约150℃，在约50℃至约300℃的温度下具有溶解小于约5wt％聚砜化合物的足够低的溶剂化能力。
用于本发明的候选非溶剂为1，1-二乙基脲、1，3-二乙基脲、二硝基甲苯、1，2-乙二胺、二苯胺、甲苯二胺、邻甲苯甲酸、间甲苯甲酸、甲苯-3，4-二胺、邻苯二甲酸二丁酯、哌啶、萘烷、环己烷、环己烯、氯代环己烷、“溶纤剂”溶剂、n，n-二甲基苄胺、石蜡、矿物油、地蜡、牛油脂肪胺、三乙醇胺、甲基丙烯酸月桂酯、硬酯酸、二甘醇、三甘醇、甘醇、聚乙二醇、四甘醇、甘油、己二酸二乙酯、d-山梨糖醇、三苯基氯化锡、间苯二酚、2-甲基-8-羟基喹啉、喹哪啶、4-苯基吡啶、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(对硝基苯基)酯、N，N-二甲基-对苯二胺、2，6-二甲氧基苯酚、4-烯丙基-2-甲氧基苯酚、菲啶、2-萘胺、1-萘胺、1-萘酚、2-萘硫酚、1-溴萘、乙酰丙酸、苯基吡咯-2-基酮、苯基-4-吡啶基酮、异硫氰酸间硝基苯酯、2-甲基-1H-吲哚、4-甲基咪唑、咪唑、1，7-庚二醇、9H-芴-9-酮、二茂铁、2，2′，2″-次氮基三乙醇、2，2′-亚氨基二乙醇、氧芴、环己基乙酸、氨腈、courmarin、2，2′-二吡啶、苯甲酸、苯丙酸、邻二硝基苯、9-甲基-9-氮杂双环(3.3.1)壬-3-酮、氯代二苯基砷、溴化锑、对甲氧基苯胺、邻甲氧基苯甲醛、己二腈、对氨基苯乙酮、一醋精、二醋精、三醋精、pentoxane、4-苯甲酰联苯、油酸甲酯、磷酸三乙酯、丁内酯、三联苯、十四烷醇、多氯联苯(“Aroclor 1242”)、肉豆蔻酸、甲基丙烯酸十二烷基酯、异氰酸亚甲基二对亚苯基酯、2-((2-己氧基)乙氧基)乙醇、4-硝基联苯、二苄醚、苯磺酰氯、2，4-二异氰酸-1-1-甲基苯基酯、己二酸二乙酯、2′-硝基-苯乙酮、1′-苯乙酮、十四酮、(二氯苯基)三氯硅烷、二氯二苯基硅烷、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(对硝基苯基)酯、磷酸三邻甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、苯基二氯化磷、对硝基苯酚、异氰酸甲基间亚苯基酯、2，2′-亚氨基二乙醇、N-(2-氨基乙基)-N′-(2-((2-氨基乙基)氨基)乙基-1，2-乙二胺、2，6-二叔丁基对甲酚、氯联苯、4-联苯胺、二苄醚、苯磺酰氯、1，2-(亚甲基二氧)-4-丙烯基苯、2，4-二异氰酸-1-甲基苯基酯、氯代二硝基苯(混合异构体)、六氢-2H-氮杂卓-2-酮、4，4′-亚甲基二苯胺、1′-乙酰萘、巯基乙酸、和乙酰苯胺。用于本发明的特别优选的非溶剂包括但不限于：聚乙二醇、二甘醇、三甘醇、甘油及其混合物。
组合物中组分的浓度可以变化，取决于变量，其中许多变量通过简单的小型实验就能容易地算出。例如，在确定合适的组分浓度时，在熔体挤出温度下组合物的可混性是需要考虑的一个因素。聚砜化合物溶液的可混性可以由本领域所知的方法根据经验容易地决定。(组合物的组分是否是可混的，这是显而易见的。)在确定合适的掺混组合物时，膜的最终用途是另一个因素，因为根据预期的纤维最终用途，膜的优选孔径、以及液体和溶质通过膜的传输速率可以变化。
在膜被用于液体的微量过滤的情况下，聚砜化合物的浓度优选为至少约8wt％，更优选至少约12wt％。溶剂的浓度优选为至少约40wt％，更优选至少约60wt％。如果存在非溶剂，那么非溶剂的浓度优选为至少约1wt％，更优选至少约5wt％。
在膜被用于超滤或透析的情况下，聚砜化合物的浓度优选为至少约18wt％，更优选至少约25wt％。溶剂的浓度优选为至少约40wt％，更优选至少约45wt％。如果存在非溶剂，那么非溶剂的浓度优选为至少约1wt％，更优选至少约5wt％。
如果有非溶剂存在，溶剂对非溶剂的比率(即“足够形成用于液体分离过程的半透膜”的溶剂对非溶剂的比率)优选为约0.95∶1至约80∶1，更优选约2∶1至约10∶1。例如，如图3所示，对于包括双酚A聚砜、环丁砜(溶剂)和聚乙二醇(非溶剂)的三组分组合物(用于熔纺聚砜中空纤维)，聚砜化合物、溶剂和非溶剂的可接受量在由每个组分的极值所限定的区域中，每个组分形成了区域A、B和C。在如图3所示的区域A、B和C中，由三组分中各个组分的量组成的任意特定组合物都适合于熔纺成为中空纤维膜。
在膜被用于液体的反渗透的情况下，聚砜的浓度优选为至少约30wt％，更优选至少约35wt％。溶剂的浓度优选为至少约12wt％，更优选至少约20wt％。如果存在非溶剂，那么非溶剂的浓度优选为至少约1wt％，更优选至少约5wt％。
本发明的组合物可用于制备用于“液体分离过程”的聚砜半透膜。如本文所指出的，这些方法包括但不限于：微量过滤、超滤、透析和反渗透。图5显示了典型的液体分离装置，其被构造用作体外血液处理装置，具体地是血液透析器。血液透析器10包括外壳12、端盖14、透析液进口16、透析液出口18、血液进口20、血液出口22、和装在外壳内的纤维束24。外壳形成了透析液室，纤维腔管形成血液室。当血液以平行的方式流过纤维腔管时，透析液以逆流方式流过透析室。
本发明的膜可以通过如图1和2说明的替代性方法方案来制备。根据所选的用于研制所需聚砜膜的任选方法步骤，有许多方法方案。
在本发明的一个优选方法中，含UHMW的亲水聚合物、聚砜化合物、溶剂和非溶剂的聚砜组合物，在高剪切混合器中预混合、熔化、挤压(为中空纤维)和淬火(图1)，然后用任意数量的市售卷绕机如Leesona卷绕机在芯或卷轴上卷绕。在这种方法中，要特别小心以保持在卷绕过程中的中空纤维上有轻微的张力。在本发明的另一个优选方法中，聚砜组合物在高剪切混合器中预混合、熔化、通过铸带模挤压(以形成固体铸带)、冷却、造粒、再熔化、挤压(以形成中空纤维)、淬火、然后卷绕(图2)。在本发明的还一个优选方法中，聚砜组合物被预混合、熔化、挤压(为中空纤维)、淬火、卷绕、干燥一段时间、浸泡在基本上是聚砜化合物的非溶剂的液体中、并在浸泡液中存储高达15天(图1)。在本发明的又一个优选方法中，聚砜组合物在高剪切混合器中预混合、熔化、挤压(为中空纤维)、淬火、卷绕、浸泡、沥滤、漂洗、再增塑，然后在烘箱(优选为对流烘箱)中干燥(图1)。在本发明的另一个优选方法中，聚砜组合物被预混合、熔化、挤压(为固体铸带)、冷却、造粒、再熔化、挤压(为中空纤维)、淬火、卷绕，然后在空气中干燥，接着浸泡在基本上是聚砜化合物的非溶剂的液体中(图2)。在本发明的又一个优选方法中，聚砜组合物被预混合、熔化、挤压(为固体铸带)、冷却、造粒、再熔化、挤压(为中空纤维)、淬火、卷绕、浸泡、沥滤、漂洗、再增塑和干燥(图2)。
待挤压的组合物的组分(即UHMW的亲水聚合物、聚砜化合物、溶剂和非溶剂)在挤出前被混合并均匀化，这是通过用常规的混合设备以方便的方式混合来实现的，所述混合设备为例如高剪切混合器，如双螺杆混料压出机。挤出组合物的组分也可以直接在熔化炉中混合和均匀化，该熔化炉提供对熔融液体的合适搅拌。或者，通过铸带模挤压熔融组合物、冷却球形压出物、将挤出物磨碎或造粒得到容易给加热的单螺杆或双螺杆压出机进料的粒度，从而使聚砜挤出组合物被均匀化。或者，为本领域技术人员所知的其它加热/均匀化方法可以被用于制备挤出的均匀、熔化的液体(术语指“熔体”)。
熔体被加热到如下温度，此温度有利于制备均匀液体，其具有适于挤出的粘度。温度不应很高，以免导致聚砜、溶剂或非溶剂的显著降解。温度不应很低，以免使液体太粘而不能挤出。例如，当熔体包括双酚A聚砜时，挤出温度优选为至少约50℃，更优选至少约75℃。挤出温度优选为小于约300℃，更优选小于约220℃。
熔体的粘度不应很高，以免在不会有害地影响聚砜化合物的温度下、在挤出时太粘。但是，熔体的粘度不能太低，以免挤出物在离开挤出模时不能保持所需的形状。熔体可以各种形状挤出，这些形状有例如但不限于：中空纤维、管状、片状和带翅片(fin)的中空纤维。通过冷却，可以帮助挤出物在挤出后保持所需的形状。
对于制备中空纤维膜，熔体通过中空纤维模(喷丝头)挤出。典型地，喷丝头是多孔的，因此产生一束多个中空纤维。喷丝头典型地包括一个装置，用于将流体(气体或液体)提供到挤出物的芯或“腔管”。当芯流体离开喷丝头时，它们被用于防止中空纤维的皱缩。芯流体可以是气体，如氮气、空气、二氧化碳、或其它惰性气体，或是聚砜化合物的非溶剂的液体，例如但不限于水、聚乙二醇、二甘醇、三甘醇、甘油、及其混合物。只要溶剂和非溶剂的混合物不是聚砜化合物的溶剂，该混合物就可以使用。或者，熔体可以首先作为固体铸带通过单孔或多孔铸带模挤出，所得固体铸带被冷却并被造粒成容易给单螺杆或双螺杆压出机进料的粒度(图2)。在这种替代的制备方法中，粒子被再熔化、然后通过单孔或多孔喷丝头挤出，形成中空纤维，如上所述。
离开挤出模的挤出物进入一个或多个淬火区。淬火区的环境可以为气态或液态。在淬火区中，挤出物被充分冷却，从而导致膜的胶凝和固化。在本发明方法的一个实施方案中，在挤出物离开模后开始直到膜被卷绕到芯或卷轴上之前的这个时间段，对于获得膜的所需渗透性是重要的。在这个时间段中，对于给定的组合物，膜的渗透性主要由挤出物经受的冷却速率决定。与从挤出物的不太剧烈的淬火或较慢的胶凝所得的渗透性相比，挤出物的快速淬火可提高渗透性。提高膜的渗透性，会导致更快的淬火，通常影响了膜传输水或其它液体和化合物穿过膜的厚度维度的能力。因此，挤出物的冷却速率(受所用冷却介质的温度和组成的影响)可以变化，以改变所得膜的渗透性。
在本发明的一种方法中，聚砜中空纤维挤出物在空气中淬火。在淬火区中，中空纤维胶凝并固化。空气淬火区的温度优选为小于约27℃，更优选小于约24℃。中空纤维被置于空气区，保持时间优选为小于约180分钟，更优选小于约30分钟。
在本发明的另一种优选方法中，中空纤维挤出物在液体中淬火，该液体基本上是聚砜化合物的非溶剂，如水、聚乙二醇、二甘醇、三甘醇、甘油或其混合物。只要溶剂和非溶剂的混合物基本上是聚砜化合物的非溶剂，该混合物就可以替代性地被使用。当液体淬火包括水和一种或多种其它组分时，水和其它组分的比率优选为约0.25∶1至约200∶1。液体淬火区的温度优选为小于约50℃，更优选小于约25℃，更优选小于约10℃。液体淬火的优点是：从挤出物到冷却介质的传热阻力比在空气淬火中的传热阻力小，因此当膜形成时导致从挤出物中的除热速度更快。这种快速除热改变了所得膜的渗透性，能用于调整膜的渗透性以适应预期的最终用途。
任选地，利用导丝辊或其它常规设备将中空纤维拉伸至合适的纤维直径。更具体地，通过将中空纤维经过一系列辊可以实现纤维的拉伸或伸展。通过控制第二个辊或第二组辊相对于纤维遇到的第一个辊的旋转速度，可以获得所需的伸展度。线速通常不是很重要，可以在大范围中变化。优选的线速为至少约10英尺/分钟，且小于约1000英尺/分钟。
在本发明的另一种优选方法中，如图2中所示，在淬火后，膜经过至少一个含液体的沥滤浴，该液体基本上是聚砜化合物的非溶剂，如水、或水和环丁砜和/或非溶剂的混合物、或水和在熔融组合物中使用的溶剂的混合物。当沥滤浴是水时，获得了良好的结果。膜被沥滤以除去至少一部分的溶剂和非溶剂。至少部分根据膜预期的最终用途，沥滤浴不需要从膜中除去所有的溶剂和非溶剂。
沥滤浴的最低温度是这样的，使得从膜中除去溶剂和非溶剂是相对于生产速度需求以合理的速度发生的。沥滤浴的最低温度优选地为至少约20℃，更优选至少约40℃。沥滤浴的最高温度低于如下温度，在该温度下膜的完整性受到有害的影响。因此，沥滤浴的温度优选地为小于约95℃。
作为例子，中空纤维膜在沥滤浴中的停留时间优选地为小于约1200秒，更优选小于约300秒。任选地，在中空纤维进入沥滤浴前、在沥滤浴中的停留时间段中、在离开沥滤浴后、或在其任意组合中，中空纤维可以被拉伸至所需尺寸。
在浸入沥滤浴之后，任选地，膜可以经过含水的漂洗浴。漂洗浴除去了沥滤过程中膜中的残余物。漂洗浴优选地保持在室温。对于中空纤维，在漂洗浴中纤维的停留时间优选地为小于1200秒，更优选小于300秒。
沥滤后，膜再进行再增塑过程。对被用于透析的中空纤维膜来说，使用的再增塑浴优选地包含至少约50wt％的甘油、更优选小于约45wt％的甘油，余量为水。再增塑浴的最低温度是这样的，使得膜的再增塑相对于制备需求以合理的速度发生。例如，含甘油的再增塑浴的最低温度优选地为至少约20℃，更优选至少约35℃。再增塑浴的最高温度低于如下温度，在该温度下膜的完整性会被有害地影响。因此，再增塑浴的最高温度优选地小于约100℃，更优选小于约50℃。
从再增塑浴中除去膜之后，附着在膜上的过量液体可以被任选地除去，优选地在约10psig至约60psig的压力下使用常规气刀进行。对于中空纤维，当气刀保持在约30psig的压力时获得了良好的结果。
任选地，所得的聚砜膜可以在烘箱(优选对流烘箱)中干燥。烘箱温度保持在约20℃至约200℃。对于中空纤维，当烘箱温度为约70℃时获得了良好的结果。膜在对流烘箱中干燥的时间为约5秒至约1200秒。对于中空纤维，当纤维干燥至少约140秒时获得了良好的结果。
由所述方法形成的半透性聚砜膜可用于液体分离过程，例如但不限于：微量过滤、超滤、透析和反渗透。在本发明范围的方法中，选择了所用的特定制备方法，以使所得的膜适应预期的最终用途。基于本文的教导，本领域的技术人员可以容易地实现这种改变。
作为例子而不是限制，现在给出本发明的实施例。
实施例1
制备了一种组合物，其包括约36wt％的Udel P1835NT11，双酚A聚砜的商品名(来自Amoco Polymers，Inc.of Alpharetta，Georgia)、约44.3wt％的无水环丁砜(来自Phillips Chemical Company of Borger，Texas)、和约17.7wt％的平均分子量为约1000道尔顿的聚乙二醇(来自Dow Chemical Company of Midland，Michigan)。溶剂与非溶剂的比率为约2.5∶1。该组合物在约132℃下在同向旋转双螺杆压出机中混合。挤出组合物被冷却，使用RCP 2.0造粒机(来自Randcastle ExtrusionSystems，Inc.of Cedar Grove，New Jersey)造粒，然后再熔化，并在约149℃下、用单螺杆压出机挤压通过30孔的中空纤维喷丝头。所得的中空纤维挤出物在空气中、约21℃下淬火约15秒，从第一导丝辊(表面转速为172英尺/分钟)拉伸至第二导丝辊(表面转速为182英尺/分钟)，使纤维的长度提高约5.57％，卷绕在芯上，在温度为约25℃的水浴中浸泡约4小时。
浸泡在水中后，通过以约30ft/min的速度从芯上退绕纤维，并使纤维在约40秒内经过37℃的水浴，从而处理中空纤维。然后，纤维在室温的水漂洗浴中浸没139秒。在漂洗浴之后，通过在约37℃下、在40％的甘油水溶液再增塑浴中浸没140秒，使纤维再增塑。在从甘油水溶液浴中除去纤维之后，使用在约30psig下运行的气刀从纤维中除去过量液体。然后，被处理的中空纤维在约70℃的对流烘箱中干燥155秒。
所得中空纤维的平均腔管直径为160μm，平均壁厚为18μm。该中空纤维被制成含150根纤维的透析测试单元。该装置的 体外水通量为102.5ml/(hr·mmHg·m2)，并且在穿过纤维腔管的溶液流速为约0.02毫升/分钟/纤维的情况下，发现氯化钠的平均Kov为1.92×10-2厘米/分钟。Kov的定义参见如下方程式：
1 K ov = 1 K b + 1 P m
此处Kb为存在于中空纤维腔管中的流体内的传质阻力，Pm为膜的渗透性。单独使用测试仪器测定膜的渗透性Pm是不可能的，因为穿过单个纤维的溶液流不可能制得足够大以使Kb可以忽略。
该中空纤维膜可以制成合适的装置，以用作超滤器从水或水溶液中除去污染物。
实施例2
制备了一种组合物，其包括约36wt％的Udel P1835NT11聚砜(Amoco Polymers，Inc.)、约45.7wt％的无水环丁砜(PhillipsChemical)、和约18.3wt％的平均分子量为约1000道尔顿的聚乙二醇(Dow Chemical)，得到的溶剂与非溶剂的比率为约2.5∶1。该组合物在约173℃下在同向旋转双螺杆压出机中混合。然后，挤出组合物被造粒、再熔化，并在约178℃下、用单螺杆压出机挤压通过30孔的中空纤维喷丝头。所得的中空纤维挤出物在空气中、约22℃下淬火7-8秒。所得的中空纤维膜以约110英尺/分钟的速度卷绕在芯上，并干燥约1小时。然后，中空纤维被放在温度为约25℃的水浴中，保持约12-15小时。
然后，通过以约30ft/min的速度从芯上退绕纤维，并使纤维在约40秒内经过36℃的水浴，从而处理中空纤维。纤维在室温的水漂洗浴中浸没139秒。然后，在37℃的约40wt％甘油水溶液浴中使纤维再增塑140秒。在从甘油水溶液浴中除去纤维之后，使用在约30psig下运行的气刀从纤维中汽提过量液体。然后，将被处理的纤维在约70℃的对流烘箱中干燥155秒。
所得中空纤维的平均腔管直径为约142μm，平均壁厚为约31μm。制造分别含150根中空纤维的透析测试单元。装置的平均 体外水通量为68.0ml/(hr·mmHg·m2)，并且在穿过纤维腔管的溶液流速为约0.02毫升/分钟/纤维的情况下，氯化钠的平均Kov为约2.28×10-2厘米/分钟。该中空纤维膜用于超滤，如用于在超滤器中从水或水溶液中除去污染物。
实施例3
制备了一种组合物，其包括约38wt％的Udel P1835NT11聚砜(Amoco Polymers，Inc.)、约44.3wt％的无水环丁砜(PhillipsChemical)、和约17.7wt％的平均分子量为约1000道尔顿的聚乙二醇(Dow Chemical)，得到的溶剂与非溶剂的比率为约2.5∶1。该组合物在约99℃下在同向旋转双螺杆压出机中混合，并通过30孔的中空纤维喷丝头而直接挤出。挤出物在空气中、约26℃下淬火约6秒。所得的中空纤维膜以约160英尺/分钟的速度卷绕在芯上，并立即在水浴中放置约12-15小时。
然后，以约30ft/min的速度从芯上退绕中空纤维，并在约40秒内经过37℃的水沥滤浴。接着，纤维在室温的水漂洗浴中浸没约140秒。在约38℃的浴温下、在含约40wt％甘油的甘油水溶液浴中使纤维再增塑140秒。在从甘油水溶液浴中除去纤维之后，使用在约30psig的压力下运行的气刀从纤维中除去过量液体。然后，纤维在约70℃的对流烘箱中干燥约155秒。
所得中空纤维膜的平均腔管直径为约237μm，平均壁厚为约35μm。从该纤维制造分别含150根所得纤维的透析测试单元。这些装置的平均 体外水通量为143.5ml/(hr·mmHg·m2)，并且在穿过纤维腔管的溶液流速为约0.02毫升/分钟/纤维的情况下，发现氯化钠的平均Kov为0.88×10-2厘米/分钟。该中空纤维膜可以用于在超滤器中从水或水溶液中除去污染物。
实施例4
制备了一种组合物，其包括约38wt％的Udel P1835NT11聚砜(Amoco Polymers，Inc.)、约45.7wt％的无水环丁砜(PhillipsChemical)、和约18.3wt％的平均分子量为约1000道尔顿的聚乙二醇(Dow Chemical)，得到的溶剂与非溶剂的比率为约2.6∶1。该组合物在约143℃下在同向旋转双螺杆压出机中混合，并通过30孔的中空纤维喷丝头而直接挤出。该挤出物在空气中、约25℃下淬火约0.08分钟，然后以约160英尺/分钟的速度卷绕在芯上，在25℃水浴中放置约3天之前干燥30分钟。
然后，以约30ft/min的速度从芯上退绕中空纤维，并在约30秒内经过38℃的水沥滤浴。纤维在室温的水漂洗浴中浸没148秒。在约38℃的浴温下、在包含约40wt％甘油的甘油水溶液浴中使纤维再增塑149秒。在从甘油水溶液浴中除去纤维之后，使用在约30psig的压力下运行的气刀从纤维中除去过量液体。被处理的中空纤维在约70℃的对流烘箱中干燥147秒。
所得中空纤维膜的平均腔管直径为约192μm，平均壁厚为约29.5μm。制造分别含150根所得纤维的透析测试单元。这些装置的平均 体外水通量为141.2ml/(hr·mmHg·m2)，并且在穿过纤维腔管的溶液流速为约0.02毫升/分钟/纤维的情况下，发现氯化钠的平均Kov为1.20×10-2厘米/分钟。该中空纤维膜用于在超滤器中从水或水溶液中除去污染物。
实施例5
制备了一种组合物，其包括约34wt％的Udel P1835NT11聚砜(Amoco Polymers，Inc.)、约54wt％的无水环丁砜(Phillips Chemical)、约12wt％的平均分子量为约1000道尔顿的聚乙二醇(Dow Chemical)、和约1wt％的甘油(Van Waters & Rogers，Inc.，Seattle，Washington)，得到的溶剂与非溶剂的比率为约4.5∶1。该组合物在约144℃下在同向旋转双螺杆压出机中混合。然后，挤出物被冷却、造粒、再熔化，并在约134℃下、使用单螺杆挤出机使其通过30孔的中空纤维喷丝头而被挤出。所得挤出物在空气中、约20℃下淬火约0.08分钟，并以约200英尺/分钟的速度卷绕在芯上。整个卷绕芯被立即放置在25℃的水浴中，保持约15-20小时。
然后，通过以约30ft/min的速度从芯上退绕纤维，并在约97秒中使纤维经过室温水沥滤浴，从而处理中空纤维。在约38℃下的、含约40wt％甘油的甘油水溶液浴中使纤维再增塑145秒。在从甘油水溶液浴中除去纤维之后，使用在约30psig的压力下运行的气刀从纤维中汽提过量液体。被处理的中空纤维在约62℃的对流烘箱中干燥151秒。
所得中空纤维膜的平均腔管直径为约165μm，平均壁厚为约18μm。制造分别含约150根所得纤维的测试单元。这些装置的平均 体 外水通量为67.2ml/(hr·mmHg·m2)，并且在穿过纤维腔管的溶液流速为约0.02毫升/分钟/纤维的情况下，发现氯化钠的平均Kov为2.19×10-2厘米/分钟。
实施例6
制备了一种组合物，其包括约34wt％的Udel P1835NT11聚砜(Amoco Polymers，Inc.)、约54wt％的无水环丁砜(Phillips Chemical)、约6wt％的平均分子量为约1000道尔顿的聚乙二醇(Dow Chemical)、和约6wt％的三甘醇(Aldrich Chemical Company，Inc.，Milwaukee，Wisconsin)，得到的溶剂与非溶剂的比率为约9∶1。该组合物在约153℃下在同向旋转双螺杆压出机中混合。然后，将挤出物冷却、造粒、再熔化，并在约137℃下、使用单螺杆挤出机使其通过30孔的中空纤维喷丝头被挤出。所得中空纤维挤出物在空气中、约20℃下淬火0.08分钟，并以约200英尺/分钟的速度卷绕在芯上。整个纤维芯被立即放置在25℃的水浴中，保持15-20小时。
然后，通过以约30ft/min的速度从芯上退绕纤维，并在95秒内使纤维经过室温水沥滤浴，从而处理中空纤维。然后，纤维在室温的水漂洗浴中浸没134秒。在约38℃下、在含约40％甘油的甘油水溶液浴中使纤维再增塑146秒。在从甘油水溶液浴中除去纤维之后，使用在约30psig的压力下运行的气刀从纤维中汽提过量液体。被处理的纤维在约70℃的对流烘箱中干燥150秒。
所得中空纤维膜的平均腔管直径为约180μm，平均壁厚为约20μm。制造分别含约150根所得纤维的测试单元。这些装置的平均 体 外水通量为60.0ml/(hr·mmHg·m2)，并且在穿过纤维管腔的溶液流速为约0.02毫升/分钟/纤维的情况下，发现氯化钠的平均Kov为2.17×10-2厘米/分钟。
实施例7
制备了一种组合物，其包括约32wt％的Udel P1835NT11聚砜(Amoco Polymers，Inc.)、约53wt％的无水环丁砜(Phillips Chemical)、约15wt％的平均分子量为约1000道尔顿的聚乙二醇(Dow Chemical)，得到的溶剂与非溶剂的比率为约3.5∶1。该组合物在约131℃下在同向旋转双螺杆压出机中混合，并通过30孔的中空纤维喷丝头而直接挤出。挤出物在约7℃的水中淬火约6秒钟。所得的中空纤维膜以约244英尺/分钟的速度卷绕在芯上。整个纤维芯被立即放置在25℃的水浴中，保持约15-20小时。
然后，通过以约30ft/min的速度从芯上退绕纤维，并在97秒内使纤维经过室温的水沥滤浴，从而处理中空纤维。然后，纤维在室温的水漂洗浴中浸没135秒。在约38℃下、含约40wt％甘油的甘油水溶液浴中使纤维再增塑146秒。在从甘油水溶液浴中除去纤维之后，使用在约20psig的压力下运行的气刀从纤维中汽提过量液体。被处理的纤维在约45℃的对流烘箱中干燥152秒。
所得中空纤维膜的平均腔管直径为约203μm，平均壁厚为约37μm。制造分别含约150根所得纤维的测试单元。这些装置的平均 体 外水通量为9.1ml/(hr·mmHg·m2)，并且在穿过纤维腔管的溶液流速为约0.02毫升/分钟/纤维的情况下，发现氯化钠的平均Kov为1.76×10-2厘米/分钟。
实施例8
基于应用于血液透析器的AMMI和EN123指导方针，测定了体外的膜的性能，如下：
1.小溶质的清除率
使用如下条件下的开环线路，确定了脲、肌酸酐和磷酸酯的清除率。
血液进口流速，  QBin＝300ml/min
透析液进口流速，Qd＝500ml/min
超滤流速，      Qf＝10ml/min
溶质在溶液中的浓度如下：
    脲＝1.0g/l
肌酸酐＝0.2g/l
磷酸酯＝0.12g/l
清除率的计算表达式：
清除率(ml/min)-QBin(CBin-CBout)/CBin+Qf(CBout/CBin)
此处CBin和CBout是溶质在血液进口和出口处的浓度。
2.中分子溶质的清除率
与在小溶质清除率的情况下相同的流速下，溶质浓度范围为300至500ppm，使用闭环线路，测定了中等溶质如维生素B12和细胞色素C的清除率。清除率的计算如下：
清除率(ml/min)＝Qf[(BT/In(1-QfT/V)+1)]
此处
B＝经过的时间与测试溶液浓度的自然对数的回归分析斜率
T＝经过的时间
V＝零时间点的储蓄器容积
Qf＝超滤速度
3.清蛋白筛分系数和超滤速度的计算如下：
在这些测试中使用了牛血清。总蛋白质的含量是60±5g/l。牛血清通过血液室以Qb＝300ml/min和Qf＝60ml/min进行循环，没有液体通过其它室进行循环。在Qf＝60ml/min下循环1小时后，确定了超滤速度Kuf。Qf对可透性膜压(TMP-mmHg)的斜率被用于Kuf的计算。
Kuf＝(Qf×60)/TMP，ml/h/mmHg
清蛋白筛分系数，S通过如下表达式得到：
S＝2Cp/(CBin+CBout)
此处Cp是超滤液中溶质的浓度。
4.血小板的下降根据如下确定：
在这个测试中使用了新鲜的牛血液。测试血小板下降的透析器，包括膜，用1L的盐溶液灌注，然后连接到测试系统的透析器上，如图8所示。每个测试中使用了500ml保持在37±1℃的血液。血液以300ml/min的速度用密闭的透析液口进行循环。通过库乐尔特差分细胞计数器(Coulter Differential Cell Counter)在0、1、15、30、60、90、120和180分钟分别采集1ml血液样品，进行血小板计数。两次读数的平均值用于评估血小板对循环时间的变化。
实施例9
作为实施例，由如下配方熔纺聚砜纤维A：
聚砜＝37.6％
聚乙二醇(MW＝1,000道尔顿)＝11.0wt％
环丁砜＝49.2wt％
甘油＝1.2wt％
聚乙烯吡咯烷酮(UHMW)＝1.0wt％
为此，制备如下组合物，其包括约37.6wt％的Udel聚砜、约49.2wt％的无水环丁砜、约11.0wt％的聚乙二醇、约1.2wt％的甘油、和约1.0％的UHMW聚乙烯吡咯烷酮。该组合物在约160℃下、在同向旋转双螺杆压出机中混合，接着在约145℃下通过16孔的中空纤维喷丝头而被挤出。挤出物在空气中、约18℃下淬火约30秒钟。所得的中空纤维膜在约10秒内经过约37℃的水浴后，以约200m/min的速度卷绕在芯上。
然后，以约60ft/min的速度从芯上退绕中空纤维膜，并使其在约150秒内经过40℃的水浴。纤维在含约40wt％甘油的甘油水溶液中被再增塑约30秒，浴温为约38℃。在从甘油水溶液浴中除去纤维之后，使用在约12psig的压力下运行的气刀从纤维中除去过量液体。然后，纤维在约70℃的对流烘箱中干燥约200秒，并以约60ft/min的速度卷绕在芯上。
如图6和7所示，所得纤维显示了对称结构。纤维维度和功能特性在下表I中给出。用牛血液测试得到的体外血小板结果如图9所示。3小时循环后，血小板没有下降。
实施例10
作为实施例，由含如下的配方熔纺聚砜纤维B：
聚砜＝36.0％
聚乙二醇(MW＝1,000道尔顿)＝11.5wt％
甘油＝1.3wt％
环丁砜＝51.2wt％
没有聚乙烯吡咯烷酮(UHMW)＝0wt％
为此，制备了如下组合物，其包括约36.0wt％的Udel聚砜、约51.2wt％的无水环丁砜、约11.5wt％的聚乙二醇、和约1.3wt％的甘油。该组合物在约160℃下、在同向旋转双螺杆压出机中混合，然后在约145℃下通过16孔的中空纤维喷丝头被挤出。挤出物在约18℃的空气中淬火约30秒钟。所得的中空纤维膜在约10秒内经过约37℃的水浴后，以约200m/min的速度卷绕在芯上。
然后，以约60ft/min的速度从芯上退绕中空纤维膜，并在约150秒内经过40℃的水浴。纤维在含约40wt％甘油的甘油水溶液中被再增塑约30秒，浴温为约38℃。在从甘油水溶液浴中除去纤维之后，使用在约12psig的压力下运行的气刀从纤维中除去过量液体。然后，纤维在约70℃的对流烘箱中干燥约200秒，并以约60ft/min的速度卷绕在芯上。
如图6和7所示，所得纤维显示了对称结构。纤维维度和功能特性在表I和II中给出。用牛血液获得的体外血小板结果如图9所示。3小时循环后，血小板减少了约40％。
实施例11
作为实施例，由含如下的配方熔纺聚砜纤维C：
聚砜＝36.0％
甲基聚乙二醇(MW＝2,000道尔顿)＝11.0wt％
环丁砜＝44.2wt％
甘油＝1.3wt％
聚乙烯吡咯烷酮(UHMW)＝2.5wt％
N-甲基-吡咯烷酮＝5.0wt％
为此，制备了如下组合物，其包括约36.0wt％的Udel聚砜、约44.2wt％的无水环丁砜、约11.0wt％的聚乙二醇、约1.3wt％的甘油、约5.0wt％的NMP、和约2.5％的UHMW聚乙烯吡咯烷酮。该组合物在约160℃下、在同向旋转双螺杆压出机中混合，然后在约145℃下通过16孔的中空纤维喷丝头挤出。挤出物在约18℃的空气中淬火约30秒钟。所得的中空纤维膜在约10秒内经过约37℃的水浴后，以约200m/min的速度卷绕在芯上。
然后，以约60ft/min的速度从芯上退绕中空纤维膜，并在约150秒内经过40℃水浴。纤维在含约40wt％甘油的甘油水溶液中被再增塑约30秒，浴温为约38℃。在从甘油水溶液浴中除去纤维之后，使用在约12psig的压力下运行的气刀从纤维中除去过量液体。然后，纤维在约70℃的对流烘箱中干燥约200秒，并以约60ft/min的速度卷绕在芯上。
如图6和7所示，所得纤维显示了对称结构。纤维维度和功能特性在表I和II中给出。用牛血液测试获得的体外血小板结果如图9所示。3小时循环后，血小板没有下降。
实施例12
作为实施例，由含如下的配方熔纺聚砜纤维D：
聚砜＝35.0％
甲基聚乙二醇(MW＝2,000道尔顿)＝11.0wt％
环丁砜＝43.2wt％
甘油＝1.2wt％
聚乙烯吡咯烷酮(UHMW)＝2.1wt％
N-甲基-吡咯烷酮＝7.2wt％
为此，制备了如下组合物，其包括约35.0wt％的Udel聚砜、约43.2wt％的无水环丁砜、约11.0wt％的聚乙二醇、约1.2wt％的甘油、7.2wt％的NMP、和约2.1％的UHMW聚乙烯吡咯烷酮。该组合物在约160℃下、在同向旋转双螺杆压出机中混合，然后在约145℃下通过16孔的中空纤维喷丝头挤出。挤出物在约18℃的空气中淬火约30秒钟。所得的中空纤维膜在约10秒内经过约37℃的水浴后，以约200m/min的速度卷绕在芯上。
然后，以约60ft/min的速度从芯上退绕中空纤维膜，并在约150秒内经过40℃水浴。纤维在含约40wt％甘油的甘油水溶液中被再增塑约30秒，浴温为约38℃。在从甘油水溶液浴中除去纤维之后，使用在约12psig的压力下运行的气刀从纤维中除去过量液体。然后，纤维在约70℃的对流烘箱中干燥约200秒，并以约60ft/min的速度卷绕在芯上。
如图6和7所示，所得纤维显示了对称结构。纤维维度和功能特性在表I和II中给出。用牛血液测试获得的体外血小板结果如图9所示。3小时循环后，血小板没有下降。
图9和表II中的数据暗示了，配方中少量UHMW亲水聚合物和聚乙烯吡咯烷酮的使用产生了适于透析应用的无血栓形成的聚砜纤维。
表I：聚砜纤维的规格和功能
  纤维内径   纤维壁   透水性   断裂强度
  聚砜纤维   微米   微米   ml/h/m2/mmHg   g/cm2
  纤维A   197   20   44   550,000
  纤维B   192   25   23   441,000
  纤维C   184   21   38   430,000
  纤维D   189   22   50   324,000
  Fresenius F60B   199   42   35   85,000
表II：体外性能
聚砜 表面(m2) 溶质清除，ml/min
  脲   肌酸酐   磷酸酯   B12   Cyt-c   Kuf   Alb S.C.
  纤维B   1.9   231   204   182   102   43   22   0.01
  纤维C   1.6   236   203   186   107   45   7.8   0.01
  纤维D   2.6   275   251   240   191   115   14.6   0.02
应理解，对本文描述的现有优选实施方案的各种变化和修改对本领域的技术人员是显而易见的。在不背离本发明的精神和范围且不减少预期优点的前提下，可以作出这些变化和修改。因此，旨在将这些变化和修改包括于附加的权利要求书中。

Claims (45)

1.一种聚砜半透膜，该聚砜半透膜包括如下物质的混合物：超高分子量的亲水聚合物、聚砜化合物和该聚砜化合物的溶剂，该聚砜半透膜具有均匀结构，使得该聚砜半透膜具有基本上一致的结构。
2.如权利要求1所述的聚砜半透膜，其中超高分子量的亲水聚合物为聚乙烯吡咯烷酮。
3.如权利要求1所述的聚砜半透膜，其中聚砜化合物选自：双酚A聚砜、聚醚聚砜、聚苯基聚砜及其混合物。
4.如权利要求1所述的聚砜半透膜，其中超高分子量的亲水聚合物的分子量为约1,000,000至约1,500,000道尔顿。
5.如权利要求1所述的聚砜半透膜，包括至少30wt％的聚砜化合物。
6.如权利要求1所述的聚砜半透膜，包括n-甲基-吡咯烷酮。
7.如权利要求1所述的聚砜半透膜，包括甘油。
8.一种由组合物形成的聚砜半透膜，该组合物包括如下物质的混合物：聚砜化合物、超高分子量的亲水聚合物、聚砜化合物的溶剂、和聚砜化合物的非溶剂，该聚砜半透膜具有均匀结构，使得该聚砜半透膜具有基本上一致的结构。
9.如权利要求8所述的聚砜半透膜，其中非溶剂选自：1，1-二乙基脲、1，3-二乙基脲、二硝基甲苯、1，2-乙二胺、二苯胺、甲苯二胺、邻甲苯甲酸、间甲苯甲酸、甲苯-3，4-二胺、邻苯二甲酸二丁酯、哌啶、萘烷、环己烷、环己烯、氯代环己烷、溶纤剂溶剂、n，n-二甲基苄胺、石蜡、矿物油、地蜡、牛油脂肪胺、三乙醇胺、甲基丙烯酸月桂酯、硬酯酸、二甘醇、三甘醇、甘醇、聚乙二醇、四甘醇、甘油、己二酸二乙酯、d-山梨糖醇、三苯基氯化锡、间苯二酚、2-甲基-8-羟基喹啉、喹哪啶、4-苯基吡啶、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(对硝基苯基)酯、N，N-二甲基-对苯二胺、2，6-二甲氧基苯酚、4-烯丙基-2-甲氧基苯酚、菲啶、2-萘胺、1-萘胺、1-萘酚、2-萘硫酚、1-溴萘、乙酰丙酸、苯基吡咯-2-基酮、苯基-4-吡啶基酮、异硫氰酸间硝基苯酯、2-甲基-1H-吲哚、4-甲基咪唑、咪唑、1，7-庚二醇、9H-芴-9-酮、二茂铁、2，2′，2″-次氮基三乙醇、2，2′-亚氨基二乙醇、氧芴、环己基乙酸、氨腈、courmarin、2，2′-二吡啶、苯甲酸、苯丙酸、邻二硝基苯、9-甲基-9-氮杂双环(3.3.1)壬-3-酮、氯代二苯基砷、溴化锑、对甲氧基苯胺、邻甲氧基苯甲醛、己二腈、对氨基苯乙酮、一醋精、二醋精、三醋精、pentoxane、4-苯甲酰联苯、油酸甲酯、磷酸三乙酯、丁内酯、三联苯、十四烷醇、多氯联苯、肉豆蔻酸、甲基丙烯酸十二烷基酯、异氰酸亚甲基二对亚苯基酯、2-((2-己氧基)乙氧基)乙醇、4-硝基联苯、二苄醚、苯磺酰氯、2，4-二异氰酸-1-1-甲基苯基酯、己二酸二乙酯、2′-硝基-苯乙酮、1′-苯乙酮、十四酮、(二氯苯基)三氯硅烷、二氯二苯基硅烷、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(对硝基苯基)酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、苯基二氯化磷、对硝基苯酚、异氰酸甲基间亚苯基酯、2，2′-亚氨基二乙醇、N-(2-氨基乙基)-N′-(2-((2-氨基乙基)氨基)乙基-1，2-乙二胺、2，6-二叔丁基对甲酚、氯联苯、4-联苯胺、二苄醚、苯磺酰氯、1，2-(亚甲基二氧)-4-丙烯基苯、2，4-二异氰酸-1-甲基苯基酯、氯代二硝基苯(混合异构体)、六氢-2H-氮杂卓-2-酮、4，4′-亚甲基二苯胺、1′-乙酰萘、巯基乙酸、乙酰苯胺、甘油及其混合物。
10.如权利要求8所述的聚砜半透膜，其中超高分子量的亲水聚合物为聚乙烯吡咯烷酮。
11.如权利要求8所述的聚砜半透膜，其中聚砜化合物选自：双酚A聚砜、聚醚聚砜、聚苯基聚砜及其混合物。
12.如权利要求8所述的聚砜半透膜，其中超高分子量的亲水聚合物的分子量为约1,000,000至约1,500,000道尔顿。
13.如权利要求8所述的聚砜半透膜，包括至少30wt％的聚砜化合物。
14.如权利要求8所述的聚砜半透膜，包括小于3wt％的超高分子量的亲水聚合物。
15.如权利要求8所述的聚砜半透膜，其中溶剂选自：四氢噻吩砜、3-甲基环丁砜、二苯甲酮、n，n-二甲基乙酰胺、2-吡咯烷酮、3-甲基环丁烯砜、吡啶、噻吩、邻二氯苯、1-氯萘、水杨酸甲酯、苯甲醚、邻硝基苯甲醚、二苯醚、二苯氧基甲烷、苯乙酮、对甲氧基苯基-2-乙醇、2-哌啶、安替比林、δ-戊内酰胺、邻苯二甲酸二乙酯、二苯砜、二苯亚砜、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯、邻苯二甲酸苄基丁基酯、苯硫醚及其混合物。
16.如权利要求8所述的聚砜半透膜，其中亲水聚合物为聚乙烯吡咯烷酮，其分子量为约1,000,000至1,500,000道尔顿。
17.如权利要求8所述的聚砜半透膜，包括n-甲基-吡咯烷酮。
18.如权利要求8所述的聚砜半透膜，包括甘油。
19.一种聚砜半透膜，其在整个膜的厚度维度上具有基本上一致的结构，该聚砜半透膜由如下物质的混合物构造而成：聚砜化合物、超高分子量的聚乙烯吡咯烷酮、聚砜化合物的溶剂、和聚砜化合物的非溶剂。
20.如权利要求19所述的聚砜半透膜，包括n-甲基-吡咯烷酮。
21.如权利要求19所述的聚砜半透膜，其中非溶剂选自：1，1-二乙基脲、1，3-二乙基脲、二硝基甲苯、1，2-乙二胺、二苯胺、甲苯二胺、邻甲苯甲酸、间甲苯甲酸、甲苯-3，4-二胺、邻苯二甲酸二丁酯、哌啶、萘烷、环己烷、环己烯、氯代环己烷、溶纤剂溶剂、n，n-二甲基苄胺、石蜡、矿物油、地蜡、牛油脂肪胺、三乙醇胺、甲基丙烯酸月桂酯、硬酯酸、二甘醇、三甘醇、甘醇、聚乙二醇、四甘醇、甘油、己二酸二乙酯、d-山梨糖醇、三苯基氯化锡、间苯二酚、2-甲基-8-羟基喹啉、喹哪啶、4-苯基吡啶、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(对硝基苯基)酯、N，N-二甲基-对苯二胺、2，6-二甲氧基苯酚、4-烯丙基-2-甲氧基苯酚、菲啶、2-萘胺、1-萘胺、1-萘酚、2-萘硫酚、1-溴萘、乙酰丙酸、苯基吡咯-2-基酮、苯基-4-吡啶基酮、异硫氰酸间硝基苯酯、2-甲基-1H-吲哚、4-甲基咪唑、咪唑、1，7-庚二醇、9H-芴-9-酮、二茂铁、2，2′，2″-次氮基三乙醇、2，2′-亚氨基二乙醇、氧芴、环己基乙酸、氨腈、courmarin、2，2′-二吡啶、苯甲酸、苯丙酸、邻二硝基苯、9-甲基-9-氮杂双环(3.3.1)壬-3-酮、氯代二苯基砷、溴化锑、对甲氧基苯胺、邻甲氧基苯甲醛、己二腈、对氨基苯乙酮、一醋精、二醋精、三醋精、pentoxane、4-苯甲酰联苯、油酸甲酯、磷酸三乙酯、丁内酯、三联苯、十四烷醇、多氯联苯、肉豆蔻酸、甲基丙烯酸十二烷基酯、异氰酸亚甲基二对亚苯基酯、2-((2-己氧基)乙氧基)乙醇、4-硝基联苯、二苄醚、苯磺酰氯、2，4-二异氰酸-1-1-甲基苯基酯、己二酸二乙酯、2′-硝基-苯乙酮、1′-苯乙酮、十四酮、(二氯苯基)三氯硅烷、二氯二苯基硅烷、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(对硝基苯基)酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、苯基二氯化磷、对硝基苯酚、异氰酸甲基间亚苯基酯、2，2′-亚氨基二乙醇、N-(2-氨基乙基)-N′-(2-((2-氨基乙基)氨基)乙基-1，2-乙二胺、2，6-二叔丁基对甲酚、氯联苯、4-联苯胺、二苄醚、苯磺酰氯、1，2-(亚甲基二氧)-4-丙烯基苯、2，4-二异氰酸-1-甲基苯基酯、氯代二硝基苯(混合异构体)、六氢-2H-氮杂卓-2-酮、4，4′-亚甲基二苯胺、1′-乙酰萘、巯基乙酸、乙酰苯胺、甘油及其混合物。
22.如权利要求19所述的聚砜半透膜，包括n-甲基-吡咯烷酮。
23.如权利要求19所述的聚砜半透膜，包括甘油。
24.一种制备聚砜半透膜的熔纺方法，该方法包括如下步骤：
(a)形成一种组合物，其包括聚砜化合物、聚砜化合物的溶剂、超高分子量的亲水聚合物、和聚砜化合物的非溶剂，溶剂和非溶剂以一定的比率存在于组合物中，足以形成用于液体分离过程的半透膜；
(b)加热该组合物至某一温度，在此温度下组合物为均匀液体；
(c)挤压该均匀液体以形成挤出物；和
(d)热淬火该挤出物以引起相的分离，由此形成半透膜
25.如权利要求24所述的方法，其中溶剂选自：四氢噻吩砜、3-甲基环丁砜、二苯甲酮、n，n-二甲基乙酰胺、2-吡咯烷酮、3-甲基环丁烯砜、吡啶、噻吩、邻二氯苯、1-氯萘、水杨酸甲酯、苯甲醚、邻硝基苯甲醚、二苯醚、二苯氧基甲烷、苯乙酮、对甲氧基苯基-2-乙醇、2-哌啶、安替比林、δ-戊内酰胺、邻苯二甲酸二乙酯、二苯砜、二苯亚砜、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯、邻苯二甲酸苄基丁基酯、苯硫醚及其混合物。
26.如权利要求24所述的方法，其中淬火挤出物的步骤包括使挤出物通过淬火区，该淬火区包括选自如下的流体：空气、水、甘油、四氢噻吩砜及其混合物。
27.如权利要求24所述的方法，还包括拉伸半透膜的步骤。
28.如权利要求24所述的方法，还包括使半透膜储存于液体中约4小时至约15天的步骤。
29.如权利要求24所述的方法，还包括使半透膜经过沥滤浴的步骤。
30.如权利要求29所述的方法，其中沥滤浴包括聚砜化合物的非溶剂。
31.如权利要求29所述的方法，其中沥滤浴包括水。
32.如权利要求24所述的方法，还包括使半透膜经过漂洗浴的步骤。
33.如权利要求32所述的方法，其中漂洗浴包括水。
34.如权利要求32所述的方法，还包括使半透膜经过再增塑浴的步骤。
35.如权利要求34所述的方法，其中再增塑浴包括甘油水溶液。
36.如权利要求35所述的方法，其中甘油水溶液包括小于约50wt％的甘油。
37.如权利要求34所述的方法，还包括干燥半透膜的步骤。
38.如权利要求37所述的方法，其中半透膜在烘箱中干燥。
39.一种制备用于液体分离过程的聚砜半透膜的熔纺方法，该方法包括如下步骤：
(a)形成一种组合物，其包括聚砜化合物、聚砜化合物的溶剂、超高分子量的聚乙烯吡咯烷酮、和聚砜化合物的非溶剂，其中溶剂和非溶剂以一定的比率存在，足以形成用于液体分离过程的半透膜；
(b)加热该组合物至某一温度，在此温度下组合物为均匀液体；
(c)使均匀液体穿过铸带模，制得固体铸带；
(d)热淬火该均匀液体以制得铸带；
(e)将铸带造粒成容易给挤出机进料的粒度；
(f)再熔化粒子，形成液体；和
(g)挤压该液体以形成挤出物，并热淬火该挤出物以引起相分离，形成半透膜。
40.如权利要求39所述的方法，其中溶剂选自：四氢噻吩砜、3-甲基环丁砜、二苯甲酮、n，n-二甲基乙酰胺、2-吡咯烷酮、3-甲基环丁烯砜、吡啶、噻吩、邻二氯苯、1-氯萘、水杨酸甲酯、苯甲醚、邻硝基苯甲醚、二苯醚、二苯氧基甲烷、苯乙酮、对甲氧基苯基-2-乙醇、2-哌啶、安替比林、邻苯二甲酸二乙酯、二苯砜、二苯亚砜、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯、邻苯二甲酸苄基丁基酯、苯硫醚、δ-戊内酰胺、邻苯二甲酸二乙酯、及其混合物。
41.如权利要求39所述的方法，其中非溶剂选自：1，1-二乙基脲、1，3-二乙基脲、二硝基甲苯、1，2-乙二胺、二苯胺、甲苯二胺、邻甲苯甲酸、间甲苯甲酸、甲苯-3，4-二胺、邻苯二甲酸二丁酯、哌啶、萘烷、环己烷、环己烯、氯代环己烷、溶纤剂溶剂、n，n-二甲基苄胺、石蜡、矿物油、地蜡、牛油脂肪胺、三乙醇胺、甲基丙烯酸月桂酯、硬酯酸、二甘醇、三甘醇、甘醇、聚乙二醇、四甘醇、甘油、己二酸二乙酯、d-山梨糖醇、三苯基氯化锡、间苯二酚、2-甲基-8-羟基喹啉、喹哪啶、4-苯基吡啶、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(对硝基苯基)酯、N，N-二甲基-对苯二胺、2，6-二甲氧基苯酚、4-烯丙基-2-甲氧基苯酚、菲啶、2-萘胺、1-萘胺、1-萘酚、2-萘硫酚、1-溴萘、乙酰丙酸、苯基吡咯-2-基酮、苯基-4-吡啶基酮、异硫氰酸间硝基苯酯、2-甲基-1H-吲哚、4-甲基咪唑、咪唑、1，7-庚二醇、9H-芴-9-酮、二茂铁、2，2′，2″-次氮基三乙醇、2，2′-亚氨基二乙醇、氧芴、环己基乙酸、氨腈、courmarin、2，2′-二吡啶、苯甲酸、苯丙酸、邻二硝基苯、9-甲基-9-氮杂双环(3.3.1)壬-3-酮、氯代二苯基砷、溴化锑、对甲氧基苯胺、邻甲氧基苯甲醛、己二腈、对氨基苯乙酮、一醋精、二醋精、三醋精、pentoxane、4-苯甲酰联苯、油酸甲酯、磷酸三乙酯、丁内酯、三联苯、十四烷醇、多氯联苯、肉豆蔻酸、甲基丙烯酸十二烷基酯、异氰酸亚甲基二对亚苯基酯、2-((2-己氧基)乙氧基)乙醇、4-硝基联苯、二苄醚、苯磺酰氯、2，4-二异氰酸-1-1-甲基苯基酯、己二酸二乙酯、2′-硝基-苯乙酮、1′-苯乙酮、十四酮、(二氯苯基)三氯硅烷、二氯二苯基硅烷、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(对硝基苯基)酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、苯基二氯化磷、对硝基苯酚、异氰酸甲基间亚苯基酯、2，2′-亚氨基二乙醇、N-(2-氨基乙基)-N′-(2-((2-氨基乙基)氨基)乙基-1，2-乙二胺、2，6-二叔丁基对甲酚、氯联苯、4-联苯胺、二苄醚、苯磺酰氯、1，2-(亚甲基二氧)-4-丙烯基苯、2，4-二异氰酸-1-甲基苯基酯、氯代二硝基苯(混合异构体)、六氢-2H-氮杂卓-2-酮、4，4′-亚甲基二苯胺、1′-乙酰萘、巯基乙酸、乙酰苯胺、甘油及其混合物。
42.如权利要求39所述的聚砜半透膜，包含至少30wt％的聚砜化合物。
43.如权利要求39所述的聚砜半透膜，包括n-甲基-吡咯烷酮。
44.如权利要求39所述的聚砜半透膜，包括甘油。
45.如权利要求39所述的聚砜半透膜，包括小于3wt％的超高分子量的亲水聚合物。
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