[发明专利]具有增强传递性能的高通量中空纤维膜及其制备方法

说明书

在含水生物流体的纯化中，半透膜是有用的，按现有技术制备的半透膜在某些应用中是有利的，尽管如此，它们还是具有某些局限性。本发明的目的是克服现有技术中的膜的缺点并提供至今还没有过的新特征。

参照附图，根据下面的详细描述，对本发明的特征和优点进行论述。

图1是现有技术中的低通量乙酸纤维素膜对麦芽糖糊精的筛分和排斥特征曲线，这些在实施例4中论述。

图2描述了两种现有技术中的血液透析膜对麦芽糖糊精的筛分曲线，这些将在实施例4中论述。

图3是现有技术中的“Ployflux 130”膜与本发明膜比较，对麦芽糖糊精的对比筛分曲线，这些将在实施例4中论述。

图4是描述现有技术中的“Ployflux 130”膜的筛分特性和相应的排斥统计量曲线，这些将在实施例4中论述。

图5是描述现有技术中“F80”膜(对麦芽糖糊精)的筛分和排斥统计量的曲线，这些将在实施例4中论述。

本发明提供了一种半透中空纤维膜，具有水力(即水)渗透性和扩散(即溶质)渗透性的新的结合。在扩散渗透方面，本发明的膜对通常存在于含水生物流体(如血)中的分子量高至30000道尔顿和更高的溶质是可渗透的，因此，当应用在分离过程和血液纯化上时，这种膜提供了最优的操作特征。

本发明还包括了一种制备具有上述特性的乙酸纤维素纤维的方法。

本发明的纤维优选包含热塑性亲水聚合材料，更优选的是乙酸纤维素。用在生物流体方面，亲水性聚合材料优选的是能防止形成血栓的，是无毒性的。已发现纤维素聚合材料特别适合应用在这一方面。

为了形成具有必要的水力和扩散渗透性特征的膜，要液化(即熔化)亲水性聚合材料，与易和水混合的亲水聚合材料的溶剂及易和水混合的亲水聚合材料的非溶剂相结合。当然，溶剂和非溶剂在亲水聚合材料的熔化温度下必需是液体。此外，溶剂和非溶剂优选的是无毒的，是能防止血栓形成的。将所得混合物混合均匀，通过一环形挤出模具进行“熔融纺丝”(即在熔融状态下挤出)。

正如下面将要讨论的，此混合物可以熔融纺丝二次，一次是使用适合于制造固体纤维的模具，第二次是使用能生产中空纤维的环形模具。纺丝两次可以很好地控制中空纤维的组成和特性。

挤出后，所得中空纤维迅速冷却使它们的组成材料固化，并在热水里浸沥去除溶剂和非溶剂。

在熔化状态，溶剂和非溶剂组份的分子随亲水聚合材料的分子均匀地分散。在挤出和接下来的冷却中，相对于溶剂和非溶剂组份，亲水聚合材料分子要经历一定程度的热力学排序。(这一过程叫“热诱导相分离过程”，缩写为“TIPS”)。结果是，在纺丝期间，亲水聚合材料分子相互连结形成迷宫环式结构，在用水浸沥去除溶剂和非溶剂后，这种结构的特征是具有大量的密集的孔径极小的盘旋孔隙。这些孔隙延伸到中空纤维的壁上，提供了水和溶质通过该壁的路径。开始占据这些孔隙的溶剂和非溶剂分子，由于它们是易和水混合的且也不会和亲水聚合材料形成共价键，所以通过用水浸沥就去除掉了。

例如，但不是限定，本发明的乙酸纤维素中空纤维是用包含三种组分的混合物的组合物制备的。第一个组份是乙酸纤维素聚合物，它提供了膜的构架。第二个组份是甘油，在环境温度下对纤维素是一种非溶剂，第三个组份是聚乙二醇，在环境温度下对纤维素是一种溶剂。优选的制备乙酸纤维素膜的混合物基本上包括约32-40％(w/w)的乙酸纤维素，约5-10％(W/W)的甘油，平衡量分子量范围为约150-600道尔顿的聚乙二醇。

按本发明，制备乙酸纤维素膜的方法典型地包括一“化合”步骤，在该步骤中，在接近乙酸纤维素的熔化温度下(约165-180℃)三种化合物混合均匀，所得第一“熔融物”通过模具挤出形成固态丝，用常规方法将丝冷却成球。这些小球的组成基本上和第一熔融物的组成一致。这些程序上的步骤也通常用于生产本发明的其它亲水聚合材料的第一熔融物并挤出第一熔融物。    

从小球生产中空纤维膜是先充分加热小球形成第二“熔融物”，再通过环形喷丝头挤出，所得中空纤维立即空气冷却，在约80℃-95℃的水浴中浸沥。

通过环形喷丝头挤出时的第二熔融物的温度是影响所得膜的水力渗透性的关键参数。例如，对于乙酸纤维素，在纺丝温度上升高一摄氏度，则中空纤维的水力渗透性下降约2ml/min/mmHg/m²。因此，通过简单的控制纺丝温度，就可以“确定”中空纤维的水力渗透性。