CN206351002U - 一种空心纤维血液净化膜专用设备 - Google Patents
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Abstract
一种空心纤维血液净化膜专用设备，涉及血液净化膜制备技术领域，包括纺丝液配料罐、芯液罐、喷丝板、凝胶装置、水洗装置、烘干装置、卷绕装置，所述的水洗装置和烘干装置间设有氧等离子体处理装置。本实用新型制备出的空心纤维血液净化膜亲水性和抗凝血性得到了显著的提高；空心纤维血液净化膜制备流程一体化、自动化，大幅简化了生产流程，降低了生产难度，为大规模工业化生产奠定了技术基础。
Description
技术领域
本实用新型涉及血液净化膜制备设备技术领域，详细讲是一种空心纤维血液净化膜专用设备。
背景技术
我们知道，血液净化所用的透析器也称“人工肾”，其核心在于填充其中的上万根空心纤维膜，而每根空心纤维膜上都分布着无数小孔。血液净化时血液经空心纤维内而透析液经空心纤维外反向流过，血液/透析液中一些小分子的溶质及水分即通过空心纤维上的小孔进行交换，最终结果是血液中的尿毒症毒素及一些电解质、多余的水分进入透析液中被清除，透析液中一些碳酸氢根及电解质等有益物质进入血液中，从而达到清除毒素、水分、维持酸碱平衡及内环境稳定的目的。
众所周知，用于生产血液净化膜的主体材料（如聚砜、聚醚砜）多为疏水性的，现有技术中存在几种可提高膜亲水性的方法。如：美国专利NO.4618533披露了通过直接涂敷膜来使PES膜亲水化的方法；此类方法存在涂敷工艺复杂、费时费力，生产效率低、制造成本高，不便于工业化生产等缺点。文献“Surface modification of POLY(ether sulfone）Ultrafiltration Membranes by Low -Temperature Plasma-Induced GraftPolymerization”（Journal of Applied Polyer science，Vol.72,1699-1711（1999））描述了使亲水性PES膜经过低温氦等离子体处理，并将亲水性单体接枝到膜的表面上，其同样存在工艺复杂、生产效率低、制造成本高，不利于工业化生产的缺点。
发明内容
本实用新型的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种工艺简单、生产效率高、制造成本低廉，利于工业化生产的空心纤维血液净化膜专用设备。
本实用新型解决现有技术的不足所采用的技术方案是：
一种空心纤维血液净化膜专用设备，其特征在于包括纺丝液配料罐、芯液罐、喷丝板、凝胶装置、水洗装置、烘干装置、卷绕装置，所述的水洗装置和烘干装置间设有氧等离子体处理装置。
本实用新型中所述的纺丝液配料罐的结构是：设有罐体，罐体上设有进料口、出料口和加热器，罐体内设有搅拌器；所述的芯液罐的结构是：设有罐体，罐体上设有进料口和出料口，罐体内设有搅拌器；所述的喷丝板为插入管式多孔喷丝板；所述的凝胶装置的结构是：设有凝胶箱，凝胶箱上设有膜丝入口、膜丝出口、箱内温度控制装置和箱内湿度控制装置；所述的水洗装置的结构是：设有水洗箱，水洗箱上部设有膜丝入口和膜丝出口，水洗箱内上部和下部分别经轴承设有变向引导辊，设有循环水泵，循环水泵入水口与水洗箱底部连通，循环水泵出水口与膜丝出口一侧的水洗箱连通；所述的烘干装置的结构是：设有烘干箱，烘干箱上分别设有膜丝入口和膜丝出口，烘干箱内、膜丝入口和膜丝出口间设有膜丝托辊，膜丝托辊下方设有加热装置，加热装置下方设有鼓风装置；所述的卷绕装置的结构是：设有支架，支架上设有绕丝轮，绕丝轮一侧上设有转动驱动装置；所述的氧等离子处理装置的结构是：设有处理箱，处理箱上分别设有膜丝入口和膜丝出口，处理箱内设有氧气入口及等离子发生装置。
本实用新型中所述的纺丝液配料罐内的加热器、搅拌器、芯液罐内的搅拌器、凝胶箱内的箱内温度控制装置和箱内湿度控制装置、水洗装置的循环水泵、等离子发生装置、烘干箱内的加热装置和鼓风装置、转动驱动装置等电控设备与中心控制器相连。
一种空心纤维血液净化膜的制备方法，包括配液、喷丝、凝胶化、水洗、烘干、收丝，其特征在于：所述的配液包括纺丝液的配制和芯液的配制，所述纺丝液由高分子聚合物、有机溶剂、添加剂、生物相容性材料在80-120摄氏度下混合、搅拌形成均相溶液，然后经过抽真空脱泡处理制得；所述的芯液为芯液溶剂与水均匀混合制得的浓度0wt%-50wt%的溶液；喷丝头喷出的膜丝经过凝胶化、水洗后，进行氧等离子体处理10-20s，然后进行烘干、收丝操作。
本实用新型中所述的高分子聚合物为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚酰胺中的至少一种和磺化聚砜的共混物；所述的有机溶剂为二甲基乙酰胺、 N- 甲基吡咯烷酮中的至少一种；所述的添加剂具有致孔功效，具体为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、羟基类纤维素中的至少一种；所述的生物相容性材料包括聚乙烯醇和聚氧化乙烯中的一种或两种的混合。所述的芯液溶剂为DMAc、DMF、DMSO、NMP中的至少一种。
本实用新型中所述的纺丝液由高分子聚合物、有机溶剂、添加剂、生物相容性功能聚合物按质量比：高分子聚合物：有机溶剂：添加剂：生物相容性材料=11:25-30:1.5-2:2-3制得。
本实用新型中所述的高分子聚合物中的聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚酰胺中的至少一种和磺化聚砜按质量比为：聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚酰胺中的至少一种：磺化聚砜=8-12:1，优选9.5-10.5:1。该组分配比下的空心纤维血液净化膜，经过氧等离子体处理后的其血超滤率、亲水性和凝血时间都得到了很大的提高。
采用本实用新型的方法制备出的空心纤维血液净化膜亲水性和抗凝血性得到了显著的提高；使用本实用新型的装置实现上述方法，使空心纤维血液净化膜制备流程一体化、自动化，大幅简化了生产流程，降低了生产难度，为大规模工业化生产奠定了技术基础。
附图说明
图1是本实用新型的生产设备结构示意图；
其中，1-配液罐；2-芯液罐；3-凝胶装置；4-水洗装置；5-烘干装置；6-卷绕装置；7-等离子体发生装置；8-等离子体处理装置；9-鼓风装置；10-喷丝板；11、12-从动牵引机构；13-主动牵引机构；14-加热装置，15-氧气接入口。
具体实施方式
如图1所示的空心纤维血液净化膜专用设备，其特征在于包括纺丝液配料罐1、芯液罐2、喷丝板10、凝胶装置3、水洗装置4、烘干装置5、卷绕装置6，所述的水洗装置4和烘干装置5间设有氧等离子体处理装置8。所述的纺丝液配料罐1的结构是：设有罐体，罐体上设有进料口、出料口和加热器，罐体内设有搅拌器；所述的芯液罐的结构是：设有罐体，罐体上设有进料口和出料口，罐体内设有搅拌器；所述的喷丝板为插入管式多孔喷丝板；所述的凝胶装置的结构是：设有凝胶箱，凝胶箱上设有膜丝入口、膜丝出口、箱内温度控制装置（制冷、制热装置）和箱内湿度控制装置（喷雾装置和喷雾头），凝胶箱内经轴承安装有变向引导辊11。所述的水洗装置的结构是：设有水洗箱，水洗箱上部设有膜丝入口和膜丝出口，水洗箱内经轴承设有主动引导辊13，水洗箱外设有与主动引导辊13相连的驱动电机，水洗箱内上部和下部分别经轴承设有变向引导辊。凝胶箱的膜丝出口处和水洗箱的膜丝入口处分别经轴承设有变向引导辊12，对膜丝起到支撑、导向作用，避免与凝胶箱和水洗箱的边缘刮碰。设有循环水泵，循环水泵入水口与水洗箱底部连通，循环水泵出水口与膜丝出口一侧的水洗箱连通；所述的烘干装置5的结构是：设有烘干箱，烘干箱的箱体两侧上分别设有膜丝入口和膜丝出口，烘干箱内、膜丝入口和膜丝出口间设有膜丝托辊，膜丝托辊下方设有加热装置14，加热装置14下方设有鼓风装置9，本实用新型中所述的鼓风装置是在加热装置下方设有风扇，烘干箱上设有与风扇相连、驱动风扇工作的风扇电机；所述的卷绕装置的结构是：设有支架，支架上设有绕丝轮，绕丝轮一侧上设有转动驱动装置，转动驱动装置的具体结构为：卷绕辊一端设有与其同轴的从动轮，设有电机，电机输出轴经动力传动装置与从动轮相连；所述的氧等离子处理装置8的结构是：设有处理箱，处理箱上分别设有膜丝入口和膜丝出口，处理箱内设有氧气入口15及等离子发生装置7；处理箱内、膜丝入口和膜丝出口间设有膜丝托辊。本实用新型中所述的纺丝液配料罐内的加热器、搅拌器、芯液罐内的搅拌器、凝胶箱内的箱内温度控制装置和箱内湿度控制装置、水洗装置的循环水泵、等离子发生装置、烘干箱内的加热装置和鼓风装置、转动驱动装置等电控设备与中心控制器相连；中心控制器集中控制各设备的运行。本实用新型中所述的卷绕装置上设有应力感应器、计数器和报警器。使绕丝轮始终保持设定的张力卷绕，保证膜丝以恒定速率被卷绕。待计数器达到设定值后，报警器报警，绕丝轮上的膜丝被取下。
本实用新型的专用设备工作时，在纺丝液配料罐和芯液罐内分别配制纺丝液和芯液，经喷丝头喷出的膜丝凝胶装置内初步凝胶成型，在水洗装置内将溶剂洗脱；为提高膜的亲水性，膜丝需进入等离子体处理系统，进行氧等离子处理；等离子处理引发氢氧自由基的形成，因为氢氧自由基的影响，在膜表面会嫁接上包含-OH的亲水性基团。等离子处理装置内先通入氧气，3-5min后开启等离子体处理装置，设定处理电压为50-100V，处理时间为10-20s。经等离子体处理后的膜丝进入烘干装置烘干，最后由卷绕装置，卷绕成束。
采用本实用新型的方法制备出的空心纤维血液净化膜亲水性和抗凝血性得到了显著的提高；使用本实用新型的装置实现上述方法，使空心纤维血液净化膜制备流程一体化、自动化，大幅简化了生产流程，降低了生产难度，为大规模工业化生产奠定了技术基础。
空心纤维血液净化膜的的制备方法，包括配液、喷丝、凝胶化、水洗、烘干、收丝，其特征在于：所述的配液包括纺丝液的配制和芯液的配制，所述纺丝液由高分子聚合物、有机溶剂、添加剂、生物相容性材料在80-120摄氏度的温度下混合、搅拌形成均相溶液，纺丝液由高分子聚合物、有机溶剂、添加剂、生物相容性功能聚合物按质量比：高分子聚合物：有机溶剂：添加剂：生物相容性材料=11:25-30:1.5-2:2-3；所述的高分子聚合物为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚酰胺中的至少一种与磺化聚砜的共混物，按质量比为：聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚酰胺中的至少一种：磺化聚砜=8-12:1，优选9.5-10.5:1。所述的有机溶剂为二甲基乙酰胺、 N- 甲基吡咯烷酮中的至少一种；所述的添加剂具有致孔功效，具体为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、羟基类纤维素中的至少一种；所述的生物相容性材料包括聚乙烯醇和聚氧化乙烯中的一种或两种的混合；所述的芯液溶剂为DMAc、DMF、DMSO、NMP中的至少一种。然后经过抽真空脱泡处理制得；所述的芯液为芯液溶剂与水均匀混合制得的浓度0wt%-50wt%的溶液；喷丝头喷出的膜丝经过凝胶化、水洗后，进行氧等离子体处理10-20s，然后进行烘干、收丝操作。
通过下述实例对比能够更好地理解本实用新型的作用。
实例1
一种聚偏氟乙烯和磺化聚砜共混的空心纤维血液净化膜，其纺丝液按下述质量比配制而成，聚偏氟乙烯20份、磺化聚砜2份、聚乙烯吡咯烷酮 8 份、溶剂选用二甲基乙酰胺(DMAc)70 份。 将选取的原料投入配液罐1中，在 100 ℃下搅拌 15小时形成均相溶液；抽真空脱泡12h后，在70℃下由计量泵送入喷丝板10中，同时将浓度为30wt% 的DMAc芯液由计量泵也送入喷丝板10中。 喷丝板10中喷出的膜丝进入凝胶装置3后，经牵引机构11、12的引导进入水洗装置4。通过主动牵引机构13，及其下方的从动牵引机构,膜丝在水洗装置中呈V型运动。经过充分的水洗后，进入烘干装置5，膜丝内的水分经过高温蒸发和风干后，在卷绕装置6上收丝，卷绕张力设为5.0N。将所得膜束组装成透析器，测其水超滤率、凝血时间和膜内表面血小板吸附量（使用电子显微镜的计数功能测得），具体结果见表1。
实例2
一种聚偏氟乙烯空心纤维血液净化膜，其纺丝液按下述质量比配制而成，聚偏氟乙烯 20份、磺化聚砜2份、聚乙烯吡咯烷酮 8 份、聚乙烯醇4份、溶剂选用二甲基乙酰胺(DMAc)66 份。
将选取的原料投入配液罐1中，在 100 ℃下搅拌 15小时形成均相溶液；抽真空脱泡12h后，在70℃下由计量泵送入喷丝板10中，同时将浓度为30wt% 的DMAc芯液由计量泵也送入喷丝板10中。 喷丝板10中喷出的膜丝进入凝胶装置3后，经牵引机构11、12的引导进入水洗装置4。通过主动牵引机构13，及其下方的从动牵引机构,膜丝在水洗装置中呈V型运动。经过充分的水洗后，进入烘干装置5，膜丝内的水分经过高温蒸发和风干后，在卷绕装置6上收丝，卷绕张力设为5.0N。 将所得膜束组装成透析器，测其水超滤率、凝血时间和膜内表面血小板吸附量（使用电子显微镜的计数功能测得），具体结果见表1。
实例3
一种聚偏氟乙烯空心纤维血液净化膜，其纺丝液按下述质量比配制而成，聚偏氟乙烯 20份、磺化聚砜2份、聚乙烯吡咯烷酮 8 份、聚乙烯醇4份、溶剂选用二甲基乙酰胺(DMAc)66 份。将选取的原料投入配液罐1中，在 100 ℃下搅拌 15小时形成均相溶液；抽真空脱泡12h后，在70℃下由计量泵送入喷丝板10中，同时将浓度为30wt% 的DMAc芯液由计量泵也送入喷丝板10中。 喷丝板10中喷出的膜丝进入凝胶装置3后，经牵引机构11、12的引导进入水洗装置4。通过主动牵引机构13，及其下方的从动牵引机构,膜丝在水洗装置中呈V型运动。经过充分的水洗后，进入等离子体处理装置，等离子体处理装置内先通入氧气，3-5min后开启等离子体处理装置电源，设定处理电压为50V，处理时间通过改变纺丝的速度来控制，纺丝速度设为15m/min。经过氧等离子体处理的膜丝进入烘干装置5，膜丝内的水分经过高温蒸发和风干后，在卷绕装置6上收丝，卷绕张力设为5.0N。
将所得膜束组装成透析器，测其血超滤率、凝血时间和膜内表面血小板吸附量（使用电子显微镜的计数功能测得），具体结果见表1。
实施例3在常见的纺丝液组分中定量添加了磺化聚砜、聚乙烯醇，后经氧等离子体处理，所得膜丝的亲水性和血液相容性得到极大改善。
表1：不同实施例的膜性能数据.
Claims (2)
1.一种空心纤维血液净化膜专用设备，其特征在于：包括纺丝液配料罐、芯液罐、喷丝板、凝胶装置、水洗装置、烘干装置、卷绕装置，所述的水洗装置和烘干装置间设有氧等离子体处理装置；所述的纺丝液配料罐的结构是：设有罐体，罐体上设有进料口、出料口和加热器，罐体内设有搅拌器；所述的芯液罐的结构是：设有罐体，罐体上设有进料口和出料口，罐体内设有搅拌器；所述的喷丝板为插入管式多孔喷丝板；所述的凝胶装置的结构是：设有凝胶箱，凝胶箱上设有膜丝入口、膜丝出口、箱内温度控制装置和箱内湿度控制装置；所述的水洗装置的结构是：设有水洗箱，水洗箱上部设有膜丝入口和膜丝出口，水洗箱内上部和下部分别经轴承设有变向引导辊，设有循环水泵，循环水泵入水口与水洗箱底部连通，循环水泵出水口与膜丝出口一侧的水洗箱连通；所述的烘干装置的结构是：设有烘干箱，烘干箱上分别设有膜丝入口和膜丝出口，烘干箱内、膜丝入口和膜丝出口间设有膜丝托辊，膜丝托辊下方设有加热装置，加热装置下方设有鼓风装置；所述的卷绕装置的结构是：设有支架，支架上设有绕丝轮，绕丝轮一侧上设有转动驱动装置；所述的氧等离子处理装置的结构是：设有处理箱，处理箱上分别设有膜丝入口和膜丝出口，处理箱内设有氧气入口及等离子发生装置。
2.根据权利要求1所述的空心纤维血液净化膜专用设备，其特征在于所述的纺丝液配料罐内的加热器、搅拌器、芯液罐内的搅拌器、凝胶箱内的箱内温度控制装置和箱内湿度控制装置、水洗装置的循环水泵、等离子发生装置、烘干箱内的加热装置和鼓风装置、转动驱动装置等电控设备与中心控制器相连。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN105964156A (zh) * | 2016-07-10 | 2016-09-28 | 威海威高血液净化制品有限公司 | 一种空心纤维血液净化膜的制备方法及专用设备 |
| CN109745863A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-05-14 | 天津膜天膜科技股份有限公司 | 连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置及方法 |
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2016
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