專利名稱：中空纖維膜及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有外壁表面、內(nèi)壁表面和沿其長度延伸的內(nèi)腔的半 透中空纖維膜。更具體地涉及外壁表面具有選擇性層的膜。
背景技術：
半透中空纖維膜在例如EP-A-0 568 045、 EP-A-0 168 783、 EP-B-0 082 433、 WO 86/00028和EPO 824 960中詳細已知。這些膜由聚合合成材料制 得，它們具有具有高擴散滲透率的非對稱結(jié)構(間隙)，并且具有從低通量 到高通量范圍的超濾的濾水能力。在EP-A-0 305 787中，公開了3層結(jié)構 膜和具有相應性能的過濾器。
根據(jù)現(xiàn)有技術的膜表現(xiàn)好，但仍存在改進和優(yōu)化的一些空間。 這些膜的一個限制性特征是待過濾的流體將在中空膜的內(nèi)腔中流動， 并且濾液從內(nèi)腔側(cè)通過纖維壁到外壁側(cè)。為了不將這些過濾器污染或堵 塞，中空纖維的尺寸如內(nèi)直徑、壁厚等必須大到足以允許在中空纖維腔內(nèi) 好而高速的流動。
在DE 199 13 416中，建議進行從外到內(nèi)的過濾，即外側(cè)具有選擇性層。
但是，當處理體液如血時，最重要的是將與體液接觸的膜表面要盡可 能光滑，具有低蛋白質(zhì)吸附、高生物相容性和低凝血活性 (thrombogenicity)。
發(fā)明描述
本發(fā)明涉及一種半透中空纖維膜，其具有外壁表面、內(nèi)壁表面和沿其長度延伸的內(nèi)腔，并且在外壁表面上具有選擇性層。根據(jù)本發(fā)明，膜在外 壁表面具有最小的孔尺寸，并且其外壁表面在納米級上光滑、連續(xù)和均勻，
粗糙度參數(shù)Ra和Rq不大于10 nm而基本沒有粗糙度；該粗糙度利用原子 力顯微鏡(AFM)測定，并利用下面方程計算粗糙度參數(shù)Ra和Rq:
其中N是數(shù)據(jù)點總數(shù)，Zj是數(shù)據(jù)點在平均圖像平面(average picture level) 以上的高度。以該光滑的外表面，并結(jié)合所用的聚合物體系和膜形成條件， 實現(xiàn)了膜的低凝血活性。極度光滑的表面如果與血直接接觸使用則抑制了 溶血。血細胞在與光滑表面的接觸過程中不破裂。該光滑性還減少了與蛋 白質(zhì)的相互作用以及蛋白質(zhì)吸附到中空纖維膜的外表面上。
在一個實施方案中，中空纖維膜壁具有孔尺寸和質(zhì)量密度不同的至少 4層，其中距纖維壁中間最近的層具有比在該層的內(nèi)外兩側(cè)上直接相鄰的2 層小的孔尺寸和高的質(zhì)量密度。以這種結(jié)構，膜的物理穩(wěn)定性得到保持， 即^M具有小的內(nèi)直徑和小的壁厚。它還允許通過改變外層和中間層的結(jié) 構密度和孔尺寸來調(diào)節(jié)分離特性，即截留(cut-off)和液壓滲透率。
在另 一實施方案中，中空纖維膜壁具有孔尺寸和質(zhì)量密度不同的4層。 第一層在外壁表面，具有最小的孔尺寸和最高的質(zhì)量密度。第二層鄰接第 一層并且設置在第一層向內(nèi)側(cè)面上，它具有比第一層大的孔尺寸和低的質(zhì) 量密度。第三層鄰接第二層并且設置在第二層向內(nèi)側(cè)面上，它具有比第二 層小的孔尺寸和高的質(zhì)量密度但比第一層大的孔尺寸和低的質(zhì)量密度。第 四層在內(nèi)壁表面，鄰接第三層并且設置在第三層向內(nèi)側(cè)面上，它具有比第 一層、第二層和第三層大的孔尺寸和低的質(zhì)量密度。以該結(jié)構可以增大中 空纖維內(nèi)腔側(cè)的開放程度，這提供了如果需要提高擴散傳遞性質(zhì)的可能 性。而且渦流狀流體流動可以直接在內(nèi)腔側(cè)實現(xiàn)，這對物質(zhì)傳遞現(xiàn)象有利。
在另 一實施方案中，中空纖維膜壁具有孔尺寸和質(zhì)量密度不同的5層。 第一層在外壁表面，具有最小的孔尺寸和最高的質(zhì)量密度。第二層鄰接第一層并且設置在第一層向內(nèi)側(cè)面上，它具有比第一層大的孔尺寸和低的質(zhì) 量密度。第三層鄰接第二層并且設置在第二層向內(nèi)側(cè)面上，它具有比第二 層小的孔尺寸和高的質(zhì)量密度但比第一層大的孔尺寸和低的質(zhì)量密度。第 四層鄰接第三層并且設置在第三層向內(nèi)側(cè)面上，它具有比第一層、第二層 和第三層大的孔尺寸和低的質(zhì)量密度。第五層在內(nèi)壁表面，鄰接第四層并 且設置在第四層向內(nèi)側(cè)面上，它具有比第一層、第二層、第三層和第四層 大的孔尺寸和低的質(zhì)量密度。以該結(jié)構可以增大中空纖維內(nèi)腔側(cè)的開放程 度，這提供了如果需要提高擴散傳遞性質(zhì)的可能性。而且渦流狀流體流動 可以直接在內(nèi)腔側(cè)實現(xiàn)，這對物質(zhì)傳遞現(xiàn)象有利。
在另 一實施方案中，中空纖維膜壁具有孔尺寸和質(zhì)量密度不同的5層。 第一層在外壁表面，具有最小的孔尺寸和最高的質(zhì)量密度。第二層鄰接第
一層并且^:置在第一層向內(nèi)側(cè)面上，它具有比第一層大的孔尺寸和低的質(zhì) 量密度。第三層鄰接第二層并且設置在第二層向內(nèi)側(cè)面上，它具有比第二 層小的孔尺寸和高的質(zhì)量密度但比第一層大的孔尺寸和低的質(zhì)量密度。第 四層鄰接第三層并且設置在第三層向內(nèi)側(cè)面上，它具有比第一層、第二層 和第三層大的孔尺寸和低的質(zhì)量密度。第五層在內(nèi)壁表面，鄰接第四層并 且設置在第四層向內(nèi)側(cè)面上，它具有比第四層小的孔尺寸和高的質(zhì)量密 度。對于該結(jié)構，內(nèi)表面也可以具有光滑的內(nèi)表面，這在高度可能污染的 兩種流體體系分別在中空纖維膜的內(nèi)側(cè)和外側(cè)傳遞時需要。光滑的內(nèi)表面 減小了溶血風險(在接觸血的情況下)和表面污染并吸附物質(zhì)的風險。除此 以外，可以通過精細調(diào)節(jié)內(nèi)層形態(tài)，即結(jié)構來調(diào)節(jié)擴散和對流傳遞
(convectivetransport)性質(zhì)。由于該層結(jié)構，機械性質(zhì)可以進一步提高。
在另一實施方案中，中空纖維膜的液壓滲透率為 lxl0 4 100xl()cm3/cm2x巴xsj，優(yōu)選1x10 4 70><10 4lcm3/cm2x巴xsj ，最優(yōu) 選lxl0-4 27xl(r4[cm3/cin2x巴xsj。以該液壓滲透率，針對分子尺寸(根據(jù)流 體和測量條件至多100,000道爾頓)或分子形狀，通過膜壁的對流傳遞達到 最小，同時具有寬范圍的高擴散傳遞。在另一實施方案中，中空纖維膜包含含聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚 芳基醚砜(PAES)和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的聚合物組合物。
在甚至另 一實施方案中，膜中的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)包含至少兩 種聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)均聚物的共混物，其中一種均聚物具有10,000 g/mol~100,000 g/mol，優(yōu)選30,000 g/mol 60，000 g/mol(—氐分子量PVP)的 平均相對分子量，另一種均聚物具有500，000g/mol~2，000，000g/mol，優(yōu)選 800,000 g/mol 2，000，000 g/mol(-高分子量PVP)的平均相對分子量。
在一種實施方案中，中空纖維膜壁具有50-2000 nm，優(yōu)選104-1464
的內(nèi)直4圣。
在一種實施方案中，中空纖維膜壁具有10 200 fim，優(yōu)選22 155nm
的壁厚。
在另一實施方案中，中空纖維膜壁具有對于脲(60 g/mol)為 4xl0-6 15xl(r6 cm2/秒的跨膜有效擴散系數(shù)。
此外，本發(fā)明涉及一種制備半透中空纖維膜的方法，包括將聚合物溶 液通過中空纖維紡絲噴嘴的外環(huán)縫口擠出，同時將孔液體通過中空纖維紡 絲噴嘴的內(nèi)孔擠出，進入沉淀浴。根據(jù)本發(fā)明，聚合物溶液包含10 20重 量y。聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES)， 2 15重量。/。聚乙烯基 吡咯烷酮(PVP)和溶劑；孔液體包含50 75重量％溶劑和25~50重量％水； 沉淀浴包含50 70重量％溶劑和30 50重量％水并具有22~31°C的溫度， 并且中空纖維紡絲噴嘴的排放出口與沉淀浴表面之間的距離為0 10cm。
在才艮據(jù)本發(fā)明方法的一種實施方案中，沉淀浴包含52 69重量％溶劑 和31 48重量Y。7jC。
在才艮據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方案中，聚合物溶液、孔液體和沉淀浴 中的溶劑選自N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-辛基吡咯烷酮、二甲 基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、Y-丁內(nèi)酯或其混合物。
在根據(jù)本發(fā)明方法的甚至另一實施方案中，聚合物溶液、孔液體和沉 淀浴中的溶劑選自N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-辛基吡咯烷酮或其混合物，優(yōu)選N-曱基吡咯烷酮。
在根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方案中，聚合物溶液包含17~18重量％ 聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES)， 8~11.25重量％聚乙烯基 吡咯烷酮(PVP)和70 75重量％溶劑。
在根據(jù)本發(fā)明方法的另 一實施方案中，聚合物溶液中的聚乙烯基吡咯 烷酮(PVP)包含至少兩種聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)均聚物的共混物，其中一 種均聚物具有10,000 g/mo1 100，000 g/mol，優(yōu)選30,000 g/mol 60，000 g/mol 的平均相對分子量(=低分子量PVP)，另一種均聚物具有500,000 g/mo1 2，000，000 g/mo1，優(yōu)選800,000 g/mol 2，000，000 g/mol的平均相對分 子量(-高分子量PVP)。
在根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方案中，基于聚合物溶液的總重量，聚 合物、溶液包含1 10重量％、優(yōu)選5 8重量％的低分子量PVP和1 5重量 %、優(yōu)選3 3.25重量。/。的高分子量PVP。在根據(jù)本發(fā)明方法的甚至另一實 施方案中，沉淀浴具有22~27°C的溫度。
在根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方案中，中空纖維紡絲噴嘴保持在 4() 70"C、優(yōu)選54 60。C的溫度。
在根據(jù)本發(fā)明方法的一種實施方案中，中空纖維紡絲噴嘴的排放出口 與沉淀浴表面之間的距離為0 4 cm。排放出口即聚合物溶液離開紡絲噴嘴 的出口。
在根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方案中，中空纖維膜的紡絲速度為5 70 米/分，優(yōu)選7.5 45米/分。
在根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方案中，聚合物溶液具有在室溫下測得 為10 000 100 000 mPaxs，優(yōu)選21 500 77 000 mPaxs的粘度。
本發(fā)明還涉及根據(jù)上述或根據(jù)上述方法制得的中空纖維膜在血液透 析中作為直4妄血液接觸用的傳感膜(sensor membrane),在水應用如廢水應 用中作為傳感膜和在生物工藝中的輸送膜(delivery membrane)。
這種類型的膜存在至少3種潛在應用。在所有潛在應用中，該膜的外側(cè)與潛在會污染該膜的流體接觸。但是，如果不是這種情況，則可能存在 其它應用。
商品膜，例如在內(nèi)側(cè)具有選擇性層且在外側(cè)具有孩吏米范圍的孔，在基 于血液的應用中如果血液與外壁表面接觸會堵塞或?qū)е氯苎?。在下面應?中，本專利申請所述的膜表現(xiàn)出明顯的優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明的膜在血液與該膜外側(cè)接觸的情況下用作血液透析膜。對 于這種應用，該膜的外側(cè)應該具有與商品透析膜(該透析膜內(nèi)側(cè)具有血液接 觸表面)相同的孔尺寸、擴散系數(shù)、材料組成和粗糙度。根據(jù)孔尺寸，跨膜 傳遞動力學可能由擴散控制。如果孔尺寸增大且保持低的粗糙度，則該傳 遞動力學基于擴散和對流的組合。要求該膜光滑的外表面不允許血細胞和 高分子量蛋白質(zhì)進入該多孔膜結(jié)構。如果血細胞和高分子量蛋白質(zhì)進入該 多孔膜結(jié)構，則這導致血細胞破裂和結(jié)構中形成蛋白質(zhì)層。這兩種效果都 不是該應用中可接受的。
根據(jù)本發(fā)明的膜還能用作直接血液應用的傳感膜(微透析)。如果進行 直接血液應用中的微透析，則膜污染是嚴重的問題。如果孔直徑超過幾微
米，則細胞可以ii7v膜的外側(cè)。同時，高分子量蛋白質(zhì)可以進入該膜的多 孔結(jié)構。這導致孔堵塞并且在壁的多孔膜結(jié)構內(nèi)部形成蛋白質(zhì)層。在極端 情況下，膜的外表面能導致凝塊形成。因此對于這種類型的應用要求高度 生物相容的表面。這對于作為透析膜的應用同樣有意義。
根據(jù)本發(fā)明的膜還能用作(廢)水應用中的傳感膜。在這些應用中，重
要的是分析離子濃度以控制廢水組成或分析7j^羊品中的離子含量。為簡化
分析，應該僅離子通過膜，而高分子量物質(zhì)不能通過。對于這種應用，傳 遞應該主要基于擴散。大量的對流傳遞會稀釋分析體系。同時離子傳遞應 該在若干天、若干周或若干月內(nèi)穩(wěn)定。因此該膜的外側(cè)應該具有低的污染 特性。這又是通過材料性質(zhì)、孔尺寸和表面粗糙度的組合來實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的膜還能用作生物工藝中的輸送膜。在發(fā)酵系統(tǒng)中可能必 須控制隨時間加入工藝中的流體或物質(zhì)的量。為允許這種物質(zhì)非常均勻地稀釋，使用具有光滑外表面和特制擴散性質(zhì)的懸在攪拌罐反應器中的中空 纖維膜。
當然這僅是根據(jù)本發(fā)明膜的一些可能應用?？赡艽嬖诖罅科渌矔?這種類型的特制膜中受益的應用。
一般而言，才艮據(jù)本發(fā)明膜的優(yōu)點和性質(zhì)
可以概括如下
- 膜外側(cè)具有最窄的孔尺寸
- 外側(cè)具有光滑表面
- 外部結(jié)構具有低的蛋白質(zhì)吸附性質(zhì)
- 外部結(jié)構具有高度生物相容的表面(即低的凝血活性) 陽具有l(wèi)*l(T4 100*l(r4cm3/(cm2巴秒)的液壓滲透率
- 親水-自發(fā)潤濕膜
- 海綿狀結(jié)構
- 50 2000 nm的內(nèi)直徑 10 200 nm的壁厚
- 基于擴散或基于擴散和對流的傳遞
- 機械穩(wěn)定性
- 允許高傳質(zhì)速率的薄選擇性層。 為允許通過擴散誘導的相分離(DIPS)過程來制備膜外部的表皮，必須
滿足許多標準。
按向內(nèi)腔的方向上在"選擇性"外表面后面的多孔結(jié)構具有高達幾微米 的較大孔。該多孔結(jié)構通過緩慢的相分離工藝得到。為允許緩慢的相分離 工藝，溶劑(用于聚合物的溶劑)的量必須足夠高。但是，孔液體(也稱作中 心流體，它是在沉淀過程中引入中空纖維的孔或中心中的)和沉淀浴中高濃 度的溶劑造成纖維不穩(wěn)定。這使得進入沉淀浴和離開沉淀浴都難以得到穩(wěn) 定的纖維。問題在于以這樣的方式調(diào)節(jié)沉淀過程中(中心和沉淀浴中)的溶 劑濃度和沉淀浴溫度，即其允許形成外表面上具有比內(nèi)表面上小的孔并且 具有對于好的生物相容性的非常光滑外表面的膜。問題在于找到一種這樣的的制備窗口 ，其允許調(diào)節(jié)(i)中心中溶劑的足 夠高濃度，以形成允許通過膜的小傳質(zhì)阻力的非常開放結(jié)構，(ii)沉淀浴中
的溶劑濃度，以得到在膜外的光滑表面結(jié)構，其在選擇性層具有1 10 nm 并具有高度生物相容表面(材料組成、粗糙度等)的孔，以及(iii)穩(wěn)定的紡絲 條件。紡絲機的主要工藝參數(shù)如下
- 聚合物溶液中的聚合物組成
- 紡絲噴嘴的溫度
- 紡絲噴嘴的設計
- 紡絲噴嘴與沉淀浴之間的距離
- 紡絲噴嘴與沉淀浴之間的氣氛的條件
- 中空纖維的尺寸
- 孔液體的組成
- 沉淀浴的纟且成
- 沉淀浴的溫度
- 紡絲速度
- 纖維通過沉淀浴的時間/距離。
所述參數(shù)并不完整。這僅是給出有關工藝參數(shù)和復雜性的表示。 當已經(jīng)制得聚合物溶液時，對于這種形成參見例如實施例1，將該聚 合物溶液泵送通過紡絲噴嘴并形成液體中空纖維?？滓后w中的該溶劑濃度 導致膜內(nèi)側(cè)的開i文結(jié)構。紡絲噴嘴與沉淀浴之間的距離，沉淀浴中的溶劑 濃度范圍以及纖維通過沉淀浴的時間和距離導致外表面上非常光滑的表 面結(jié)構。在根據(jù)本發(fā)明方法的一種實施方案中，沉淀浴中的時間是2 60 秒。
最小的孔在膜的外側(cè)。膜內(nèi)側(cè)的孔和整體結(jié)構大得多。外側(cè)的選擇性 層用于直接血液接觸。問題在于調(diào)節(jié)紡絲條件以滿足膜的結(jié)構分布，即生 物相容性、小的傳質(zhì)阻力等。
沉淀浴中的溶劑濃度和溫度彼此強烈相互作用。溫度升高時允許溶劑濃度下降，得到相同的結(jié)構形態(tài)、孔尺寸和液壓滲透率。但是，當升高沉 淀浴的溫度時存在技術限制。
基于該特殊膜外層的形態(tài)和特性以及正常透析膜的選擇性層(內(nèi)側(cè))的 可比特性，證實該膜的生物相容性非常好。但是，為了甚至進一步增強這 點，將該膜的外表面官能化可能有價值。 一種選擇是將肝素共價鍵合到該
表面。為允許共價鍵合肝素，可以如WO2006/006918或WO03/090910中 所公開的用等離子體點火和含官能基的前體氣體處理該膜。
圖la ld示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施方案的按下面實施例l制得的中
空纖維膜。
圖2a 2d示出了根據(jù)本發(fā)明另 一實施方案的按下面實施例2制得的中 空纖維膜。
圖3a 3d示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的按下面實施例3制得的中 空纖維膜。
圖4a 4d示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的按下面實施例4制得的中 空纖維膜。
圖5a 5d示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的按下面實施例5制得的中
空纖維膜。
圖6a 6d示出了按下面對比實施例制得的中空纖維膜對比例。
材料和方法 AFM分析
4吏用Digital Instruments/Veeco的原子力顯孩i鏡，型號NanoScope IIIa Multi Mode進行AFM研究。為使測量探針與膜材料/膜表面之間的相互作 用達到最小，采用Tapping Mode獲得數(shù)據(jù)。這可以生成膜外表面的表面 形貌的穩(wěn)定圖像/數(shù)據(jù)。由于該中空纖維膜外表面的小孔和非常光滑的表面，使用探針尖半徑小的特殊探針。本申請中所用的測量探針尖
(Nanosensors，型號SSS-NCH(Super Sharp Silicon))具有R-2 nm的典型 頂維角(tip angle)。使用具有R-10 nm的典型頂錐角的NCH(Nanosensors) 尖測量一些表面粗糙度略高的樣品。所測量的樣品尺寸為2x2 nm或5x5
為進行測量，用雙面膠帶將該膜樣品放在平的基板上。采用原子力顯 微鏡(AFM)表征5x5 nm、 2x2 和lxl 的表面積。分析所示不同圖 像的每個數(shù)據(jù)組，利用下面的公式計算不同的粗糙度參數(shù)(Ra、 Rq):
N二數(shù)據(jù)點總數(shù)
Z尸平均圖像平面以上的數(shù)據(jù)點高度 膜束制備
把束(hand buiidle)制備
為了以成功進行試驗的合適方式制備纖維束，有必要在紡絲工藝之后 制備膜束。第一工藝步驟是將纖維束切成23cm的規(guī)定長度。下一工藝步 驟由密封纖維端部組成。光學控制確保所有纖維端部都密封。接著將纖維 束的端部轉(zhuǎn)移到鑄封(potting)蓋內(nèi)。鑄封蓋機械固定，并且鑄封管置于鑄 封蓋上。隨后，用聚氨酯完成鑄封。鑄封之后，必須確保聚氨酯可以固化 至少一天。在接下來的工藝步驟中，將經(jīng)鑄封的膜束切成規(guī)定長度。最后 的工藝步驟是光學控制纖維束。在該工藝步驟過程中，控制下面的點
- 切口質(zhì)量(切口是否光滑或是否存在任何刀傷)；
- 鑄封質(zhì)量(纖維鑄封減少的紡絲過程中開口纖維的數(shù)量，或者是否存在
& = 一任何沒有聚氨酯的可見空缺)。
在光學控制之后，將膜束存放至干燥，再將它們用于不同的性能試驗。
小模塊的制備
用相關工藝步驟制備小模塊[即殼體中的纖維束l。小模塊必需確保纖 維得到保護和非常清潔的制備方法，因為生物相容性試驗用人體血漿進 行。小模塊的制備不同之處在于
- 纖維束切成20 cm的規(guī)定長度；
- 在密封纖維端部之前將纖維束轉(zhuǎn)移到殼體內(nèi)；以及
- 在鑄封之前將小模塊置于中空干燥煤箱中過夜。 過濾器的制備
該過濾器(即透析器)具有有效表面積為0.5 0.6 m2的約8000-10000根
纖維。過濾器的特征在于圓柱殼體具有兩個用于透析流體的連接器，殼體 兩端具有施加的蓋，每個都具有一個居中的血液連接器。制備工藝(在巻繞 之后)可以分成下面的主要步驟
- 將所切成(20 cm長)的束轉(zhuǎn)移到具有特殊束鉗的殼體內(nèi)；
- 密封束的兩端；
- 用聚氨酯(PUR)將纖維鑄封到殼體內(nèi)；
- 切割端部以使纖維開口，其中要求光滑表面；
- 肉眼控制密封纖維的端部或PUR塊中的缺陷；以及
- 將蓋與血液連接器膠合。
把束和,j 、模塊的液壓滲透率(Lp): 從(把束)內(nèi)到外
通過在壓力下將準確規(guī)定體積的水壓過膜束(膜束的一側(cè)密封)并測量 所需的時間來測定該膜束的液壓滲透率?？梢杂盟鶞y定的時間、膜有效表 面積、所施加的壓力和壓過該膜的水體積來計算液壓滲透率。膜有效表面 積可以通過纖維數(shù)、纖維長度和纖維內(nèi)直徑來計算。測試進行之前必須將膜束潤濕30分鐘。因此，將膜^t入裝有500 ml超純水的盒子里。30分 鐘之后，將膜束轉(zhuǎn)移到測試系統(tǒng)內(nèi)。該測試系統(tǒng)由溫度37°C的水浴和膜 束可以在此以機械方式實現(xiàn)的設備組成。水浴的灌裝高度必須確保膜束在 指定設備中7jc表面下方。為避免膜滲漏造成錯誤的測試結(jié)果，必須預先進
行膜束和該測試系統(tǒng)的完整性測試。該完整性測試通過將空氣壓過一端密 封的膜束來進行。氣泡表明膜束或測試設備有泄露。必須檢查該泄露是與 測試設備中膜束的錯誤實現(xiàn)方式有關，還是真的存在膜滲漏。如果檢測到 膜滲漏，則必須扔棄該膜束。完整性測試所施加的壓力必須與液壓滲透率 的測定過程中所施加的壓力具有至少相同的值，以確保在液壓滲透率的測 量過程中不會因所施加壓力過高而發(fā)生泄露。
從(小模塊)夕卜到內(nèi)
按照上述從內(nèi)到外測量中相同的測量原理進行本測量。
過濾器的液壓滲透率(Lp): 從內(nèi)到外
與把束的測試程序不同，通過使準確規(guī)定體積的水流過膜，并測量跨 膜壓力，來測定過濾器的液壓滲透率。在開始測量之前，過濾器必須完全 (膜內(nèi)部和殼體與膜之間的室)充滿測試流體。由此通過輕輕敲打除去空氣。 將測試流體，具有濃度為0.9。/。的氯化鈉的純水，設在38。C的溫度，并由 此將其泵送到過濾器的血液進口 ，在此關閉出口血液連接器和透析連接的 入口。測量進行5分鐘，并計算壓力的平均值。液壓滲透率的計算與針對 把束/小模塊的描述相同。 從外到內(nèi)
測量原理與從內(nèi)到外測量的相同，不同之處在于逆向過濾純水。在此, 將流體泵送到透析液進口 ，而血液進口和透析液出口都關閉。把束的滲透率測試/擴散實驗
用與濃度與血液中相同的氯化物溶液進行擴散實驗，以測定膜的擴散 性質(zhì)。將把束放入測量單元中。該測量單元允許中空纖維的內(nèi)部通過氯化 物溶液。此外，將測試單元完全充滿水，并設定蒸餾7jOf黃向流動以攜走從 中空纖維內(nèi)側(cè)向外側(cè)通過膜截面的氯離子。準確調(diào)節(jié)壓力比，其目標是零 過濾，其使得僅通過在中空纖維內(nèi)側(cè)與中空纖維的周圍之間達到氯化物的 最大濃度梯度而不是擴散與對流性質(zhì)的組合測定膜的擴散性質(zhì)。測量開始 時從池中取樣，并在10分鐘和20分鐘之后取截留物樣品。接著用硝酸銀 溶液滴定這些樣品，以測定氯離子濃度。根據(jù)所得的氯離子濃度、膜的有 效表面積和流動條件，可以計算氯離子滲透率。可以用同樣的裝置分析其 它物質(zhì)/蛋白質(zhì)的滲透率。已經(jīng)以脲作為測試物質(zhì)進行了測試。采用標準方 法將不同溶液中的脲濃度定量化。Elias Klein等描述了該用于測定滲透率
(Pm)的方法。
E. Klein, F.F. Holland, A. Donnaud， A. Lebeouf， K. Eberle, "Diffusive and hydraulic permeabilities of commercially available hemodialysis films and hollow fibers", Journal of Membrane Science, 2 (1977) 349-364。
E. Klein, F.F. Holland, A. Lebeouf, A. Donnaud,丄K. Smith, "Transport and mechanical properties of hemodialysis hollow fibers", Journal of Membrane Science, 1 (1976) 371-396。
其它文獻E.Klein論文中所提及的參考文獻。
特定物質(zhì)(物質(zhì)、離子或蛋白質(zhì))的有效擴散系數(shù)(DMeff)與該物質(zhì)的膜擴 散滲透率(Pm)按DMef,PmXAz相關聯(lián)，其中Az是擴散距離(膜的壁厚)。
粘度測量
關于本發(fā)明的聚合物溶液，術語"粘度"指運動粘度，除非另有說明。 該聚合物溶液的運動粘度的單位按厘泊(cp)或mPaxs給出。為測量聚合物 溶液的粘度，使用Rhemoetic Scientific Ltd.的商品流變儀(SR 2000)。將聚合物溶液置于兩個溫控板之間。測量在22。C下進行。所有其它測量條件 都按照生產(chǎn)商的指示。
實施例 實施例1
通過將聚醚砜(BASF Ultrason 6020)和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP; BASF K30和K85)溶解在N-曱基吡咯烷酮(NMP)中，制得聚合物溶液。聚合 物紡絲溶液中這些不同組分的這重量分率為PES - PVPK85 - PVPK30 -NMP:18 - 3.25 - 8 - 70.75。該聚合物溶液的粘度為53560 mPaxs。
為制備該溶液，首先將NMP裝入中間口配有指形槳式攪拌器的三口 燒瓶中。向NMP中加入PVP，并在50。C下攪拌，直至制得均勻的清澈 溶液。最后，加入聚醚砜(PES)。將混合物在50。C下攪拌，直至得到清澈 高粘度的溶液。將該熱溶液冷卻到20°C并脫氣。為使溶液完全脫氣，將 該高粘度的聚合物溶液轉(zhuǎn)移到穩(wěn)定的不銹鋼容器中。隨后將該容器緊緊密 封并向其施用真空。將該溶液在50 mmHg下脫氣6小時。在該脫氣過程 中，旋轉(zhuǎn)容器以在容器中形成更大表面和更薄膜厚的聚合物溶液，從而改 善脫氣過程。
通過將聚合物溶液加熱到50°C，并使其通過紡絲噴嘴(也稱作紡絲模 頭或噴絲頭)來形成膜。使用水和含42重量％水和58重量。/。NMP的混合 物作為孔液體。紡絲噴嘴的溫度為55。C。在10米/分鐘的紡絲速度下形成 中空纖維膜。將離開紡絲噴嘴的液態(tài)毛細管狀物送入溫度26°C的NMP/ 水浴(NMP濃度為52%)中。紡絲噴嘴出口與沉淀浴之間的距離的長度為4 cm。將所形成的中空纖維膜引導通過溫度65°C的水浴。濕的中空纖維膜 的內(nèi)直徑為1012nm，外直徑為1152 nm，并具有完全非對稱膜結(jié)構。該 膜的活性分離層在外壁表面?；钚苑蛛x層定義為具有最小孔的層。采用前 述方法，在把束中從內(nèi)到外測量該膜的液壓滲透率(Lp值)。該膜表現(xiàn)出 3.5xl(T4cm3/(cm2巴秒)的液壓滲透率。圖la示出了中空纖維膜截面的掃描電子顯樣i圖。圖lb示出了中空纖 維壁截面的i^巨離視圖，該圖表明該壁具有非對稱結(jié)構并且總體結(jié)構是海 綿狀結(jié)構。該中空纖維壁內(nèi)存在5個不同的層，并且這些不同的層已經(jīng)標 記；如從圖中可見不同的層具有不同的孔尺寸和不同的質(zhì)量密度。第一層 是外選擇性層，該層具有最小的孔和最高的質(zhì)量密度。第二層具有比第一 層大的孔和低的質(zhì)量密度。第三層具有比第二層小的孔和高的質(zhì)量密度， 以及比第一層大的孔和低的質(zhì)量密度。第四層具有比第一層、第二層和第 三層大的孔和低的質(zhì)量密度。第五層具有比第四層小的孔和高的質(zhì)量密 度。圖lc示出了內(nèi)壁表面，圖ld示出了外壁表面，并且外壁表面非常光 滑且具有光滑的孔。
按以上公開的用具有R-2 nm的典型頂錐角的探針測量并計算外壁表 面的粗壽造度。對于尺寸2x2nm的樣品，粗糙度參數(shù)Ra為4.9 nm, Rq為 6.3 nm;對于尺寸5x5nm的樣品，粗糙度參數(shù)Ra為7.9 nm， Rq為10.0 nm。
實施例2
對如實施例1中相同組成的聚合物溶液進行實施例2。聚合物溶液的 粘度為60200 mPaxs。
保持如實施例1所述的聚合物制備程序。膜形成程序變化下面幾點
- 紡絲噴嘴的溫度54°C
- 紡絲速度7.5米/分
- 紡絲噴嘴與^L淀浴之間的距離2.5 cm
- 沉淀浴的溫度27°C
其它工藝步驟保持按實施例1中的進行。濕中空纖維膜的內(nèi)直徑為 1464 pm，外直徑為1592 nm，并具有完全非對稱膜結(jié)構。該膜的活性分 離層在外壁表面?；钚苑蛛x層定義為具有最小孔的層。采用前述方法，在 把束中從內(nèi)到外測量該膜的液壓滲透率(Lp值)。該膜表現(xiàn)出3.4xl0—4 cm3/(cm2巴秒)的液壓滲透率。圖2a示出了中空纖維膜截面的掃描電子顯孩i圖。圖2b示出了中空纖 維壁截面的形巨離視圖，該圖表明該壁具有非對稱結(jié)構并且總體結(jié)構是海 綿狀結(jié)構。該中空纖維壁內(nèi)存在5個不同的層，并且這些不同的層已經(jīng)標 記；如從圖中可見不同的層具有不同的孔尺寸和不同的質(zhì)量密度。第一層 是外選擇性層，該層具有最小的孔和最高的質(zhì)量密度。第二層具有比第一 層大的孔和低的質(zhì)量密度。第三層具有比第二層小的孔和高的質(zhì)量密度， 但具有比第一層大的孔和低的質(zhì)量密度。第四層具有比第一層、第二層和 第三層大的孔和低的質(zhì)量密度。第五層具有比第四層小的孔和高的質(zhì)量密 度。圖2c示出了內(nèi)壁表面，圖2d示出了外壁表面，并且外壁表面非常光 滑且具有光滑的孔。
按以上公開的用具有R-2 nm的典型頂錐角的探針測量并計算外壁表 面的粗糙度。對于尺寸2x2nm的樣品，粗糙度參數(shù)Ra為1.9 nm， Rq為 2.4 nm;對于尺寸5x5nm的樣品，粗糙度參數(shù)Ra為2.8 nm， Rq為3.6nm。
實施例3
對如實施例1中相同組成的聚合物溶液進行實施例3。聚合物溶液的 粘度為59300 mPaxs。
保持如實施例1所述的聚合物制備程序。膜形成程序變化下面幾點
- 孔液體(H20:NMP): 38重量％:62重量％
- 沉淀浴中NMP的濃度64重量％
- 紡絲噴嘴與沉淀浴之間的距離3 cm
- 沉淀浴的溫度22°C
其它工藝步驟保持按實施例1中的進行。唯一不同之處在于纖維具有 不同的尺寸。該中空纖維膜的內(nèi)直徑為203 nm，外直徑為281 pm，并具 有完全非對稱膜結(jié)構。該膜的活性分離層在外壁表面。活性分離層定義為 具有最小孔的層。采用前述方法，在把束中從內(nèi)到外和在小模塊中從外到 內(nèi)測量該膜的液壓滲透率(Lp值)。當從內(nèi)到外測量時，該膜表現(xiàn)出6/7xl(T4cm3/(cm2巴秒)的液壓滲透率；當從外到內(nèi)測量時，該膜表現(xiàn)出6.7xl(T4 cm3/(cm2巴秒)的液壓滲透率。
圖3a示出了中空纖維膜截面的掃描電子顯孩i圖。圖3b示出了中空纖 維壁截面的形巨離視圖，該圖表明該壁具有非對稱結(jié)構并且總體結(jié)構是海 綿狀結(jié)構。該中空纖維壁內(nèi)存在4個不同的層，并且這些不同的層已經(jīng)標 記；如從圖中可見不同的層具有不同的孔尺寸和不同的質(zhì)量密度。第一層 是外選擇性層，該層具有最小的孔和最高的質(zhì)量密度。笫二層具有比第一 層大的孔和低的質(zhì)量密度。第三層具有比第二層小的孔和高的質(zhì)量密度， 但具有比第一層大的孔和低的質(zhì)量密度。第四層具有比第一層、第二層和 第三層大的孔和低的質(zhì)量密度。圖3c示出了內(nèi)壁表面，圖3d示出了外壁 表面，并且外壁表面非常光滑且具有光滑的孔。
按以上公開的用具有R-2 nm的典型頂錐角的探針測量并計算外壁表 面的粗糙度。對于尺寸2x2^im的樣品，粗糙度參數(shù)Ra為3.3 nm， Rq為 4.2畫；對于尺寸5x5,的樣品，粗糙度參數(shù)Ra為4.6跳Rq為5.7亂
實施例4
對如實施例1中相同組成的聚合物溶液進行實施例4。聚合物溶液的 粘度為62100 mPaxs。
保持如實施例1所述的聚合物制備程序。膜形成程序變化下面幾點
— 孔液體(H20:NMP): 38重量％:62重量％
- 沉淀浴中NMP的濃度69重量％ 其它工藝步驟保持按實施例1中的進行。唯一不同之處在于纖維具有
不同的尺寸。中空纖維膜的內(nèi)直徑為311 fim，外直徑為W5nm，并具有 完全非對稱膜結(jié)構。該膜的活性分離層在外壁表面?；钚苑蛛x層定義為具 有最小孔的層。采用前述方法，在把束中從內(nèi)到外測量該膜的液壓滲透率 (Lp值)。該膜表現(xiàn)出27.0x10" cnrV(cm2巴秒)的液壓滲透率。
圖4a示出了中空纖維膜截面的掃描電子顯^:圖。圖4b示出了中空纖維壁截面的i^巨離視圖，該圖表明該壁具有非對稱結(jié)構并且總體結(jié)構是海
綿狀結(jié)構。該中空纖維壁內(nèi)存在5個不同的層，并且這些不同的層已經(jīng)標 記；如從圖中可見不同的層具有不同的孔尺寸和不同的質(zhì)量密度。第一層 是外選擇性層，該層具有最小的孔和最高的質(zhì)量密度。第二層具有比第一 層大的孔和低的質(zhì)量密度。第三層具有比第二層小的孔和高的質(zhì)量密度， 但具有比第一層大的孔和低的質(zhì)量密度。第四層具有比第一層、第二層和 第三層大的孔和低的質(zhì)量密度。第五層具有比第四層小的孔和高的質(zhì)量密 度。圖4c示出了內(nèi)壁表面，圖4d示出了外壁表面，并且外壁表面非常光 滑且具有光滑的孔。
按以上7>開的用具有R-2 nm的典型頂錐角的探針測量并計算外壁表 面的粗糙度。對于尺寸2x2nm的樣品，粗糙度參數(shù)Ra為4.6 nm， Rq為 5.9 nm;對于尺寸5x5pm的樣品，粗糙度參數(shù)Ra為7.2 nm， Rq為9.1 nm。
實施例5
保持如實施例1中所述的聚合物制備程序。聚合物溶液的粘度為53560 mPaxs。膜形成程序變化下面幾點
- 孔液體(H2():NMP): 34重量％:66重量％
- 紡絲噴嘴的溫度60DC
- 紡絲速度45米/分鐘
- 紡絲噴嘴與沉淀浴之間的距離Ocm
- 沉淀浴中NMP的濃度62重量％
- 沉淀浴的溫度25°C
其它工藝步驟保持按實施例1中的進行。該中空纖維膜的內(nèi)直徑為117 pm，外直徑為163 ^m，并具有完全非對稱膜結(jié)構。該膜的活性分離層在 外側(cè)?；钚苑蛛x層定義為具有最小孔的層。采用前述方法，在過濾器中從 內(nèi)到外測量該膜的液壓滲透率(Lp值)。該膜表現(xiàn)出13.^10" cm3/(cm2巴 秒)的液壓滲透率。圖5a示出了中空纖維膜截面的掃描電子顯^L圖。圖5b示出了中空纖 維壁截面的i^巨離視圖，該圖表明該壁具有非對稱結(jié)構并且總體結(jié)構是海 綿狀結(jié)構。該中空纖維壁內(nèi)存在4個不同的層，并且這些不同的層已經(jīng)標 記；如從圖中可見不同的層具有不同的孔尺寸和不同的質(zhì)量密度。第一層 是外選擇性層，該層具有最小的孔和最高的質(zhì)量密度。第二層具有比第一 層大的孔和低的質(zhì)量密度。第三層具有比第二層小的孔和高的質(zhì)量密度， 但具有比第一層大的孔和低的質(zhì)量密度。第四層具有比第一層、第二層和 第三層大的孔和低的質(zhì)量密度。圖5c示出了內(nèi)壁表面，圖5d示出了外壁 表面，并且外壁表面非常光滑且具有光滑的孔。
按以上/>開的用具有R-10 nm的典型頂錐角的探針測量并計算外壁 表面的粗糙度。對于尺寸2x2nm的樣品，粗糙度參數(shù)Ra為6.8 nm， Rq 為8.4 nm;對于尺寸5x5nm的樣品，粗糙度參數(shù)Ra為7.3 nm,Rq為9,4 nm。
對比實施例
對如實施例1中相同組成的聚合物溶液進行第一實驗。聚合物溶液的 粘度為62100 mPaxs。
保持如實施例1所迷的聚合物制備程序。膜形成程序變化下面幾點
— 孔液體(H20:NMP): 38重量％:62重量％
— 沉淀浴中NMP的濃度72重量％ 其它工藝步驟保持按實施例1中的進行。唯一不同之處在于纖維具有
不同的尺寸。中空纖維膜的內(nèi)直徑為312 nm，外直徑為396 nm，并具有 完全非對稱膜結(jié)構。采用前述方法，在把束中從內(nèi)到外測量該膜的液壓滲 透率(Lp值)。該膜表現(xiàn)出120x10—4 cm3/(cm2巴秒)的液壓滲透率。
圖6a示出了中空纖維膜截面的掃描電子顯微圖。圖6b示出了中空纖 維壁截面的i^巨離視圖。圖6c示出了內(nèi)壁表面，圖6d示出了外壁表面。 從圖6c和圖6d可見，外壁表面表現(xiàn)出比內(nèi)壁表面大的孔。此外，外壁表 面的光滑度下降并更粗糙。按以上公開的用具有R-10 nm的典型頂錐角的探針測量并計算外壁 表面的粗糙度。對于尺寸2x2nm的樣品，粗糙度參數(shù)Ra為19.8 nm， Rq 為26.4 nm;對于尺寸5x5jim的樣品，粗糙度參數(shù)Ra為23.3 nm， Rq為 30.5 nm，這顯然在本發(fā)明范圍以外。
應該理解到本文所述實施方案的各種變化和修改對于本領域技術人 員而言將是顯而易見。這種變化和修改可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍 并且不減少伴隨的優(yōu)點的情況下進行。因此這種變化和修改意在被所附權 利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種半透中空纖維膜，其具有外壁表面、內(nèi)壁表面和沿其長度延伸的內(nèi)腔，并且在外壁表面上具有選擇性層，所述膜的特征在于在外壁表面上具有最小的孔尺寸，并且其外壁表面在納米級上光滑、連續(xù)和均勻，基本沒有粗糙度，粗糙度參數(shù)Ra和Rq不大于10nm，所述粗糙度利用原子力顯微鏡(AFM)測定，并利用下面方程計算粗糙度參數(shù)Ra和Rq<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>R</mi> <mi>a</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>N</mi></mfrac><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi></munderover><mo>|</mo><msub> <mi>Z</mi> <mi>i</mi></msub><mo>|</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2007800391310002C1.tif" wi="29" he="12" top= "76" left = "53" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths><maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mrow> <msub><mi>R</mi><mi>q</mi> </msub> <mo>=</mo></mrow><msqrt> <mfrac><mn>1</mn><mi>N</mi> </mfrac> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow><mi>N</mi> </munderover> <msubsup><mi>Z</mi><mi>i</mi><mn>2</mn> </msubsup></msqrt> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2007800391310002C2.tif" wi="34" he="14" top= "75" left = "118" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中N是數(shù)據(jù)點總數(shù)，Zi是數(shù)據(jù)點在平均圖像平面以上的高度。
2. 權利要求l的中空纖維膜，其中外壁表面與內(nèi)壁表面之間的膜壁 具有孔尺寸和質(zhì)量密度不同的至少4層，其中距膜壁中間最近的層具有比 直接鄰近所述層兩側(cè)的2層小的孔尺寸和高的質(zhì)量密度。
3. 權利要求1或2的中空纖維膜，其中外壁表面與內(nèi)壁表面之間的 膜壁具有孔尺寸和質(zhì)量密度不同的4層；第一層在外壁表面，具有最小的 孔尺寸和最高的質(zhì)量密度；第二層鄰接第一層并且具有比第一層大的孔尺 寸和低的質(zhì)量密度；第三層鄰接第二層并且具有比第二層小的孔尺寸和高 的質(zhì)量密度，并具有比第一層大的孔尺寸和低的質(zhì)量密度；第四層在內(nèi)壁 表面并鄰接第三層，具有比第一層、第二層和第三層大的孔尺寸和低的質(zhì)量密度。
4. 權利要求1或2的中空纖維膜，其中所述膜壁在外壁表面與內(nèi)壁 表面之間具有孔尺寸和質(zhì)量密度不同的5層；第一層在外壁表面，具有最 小的孔尺寸和最高的質(zhì)量密度；第二層鄰接第一層并且具有比第一層大的 孔尺寸和低的質(zhì)量密度；第三層鄰接第二層并且具有比第二層小的孔尺寸 和高的質(zhì)量密度，并具有比第一層大的孔尺寸和低的質(zhì)量密度；第四層鄰 接第三層并且具有比第一層、第二層和第三層大的孔尺寸和低的質(zhì)量密 度；第五層在內(nèi)壁表面，鄰接第四層并且具有比第一層、第二層、第三層和第四層大的孔尺寸和低的質(zhì)量密度。
5. 權利要求1或2的中空纖維膜，其中中空纖維膜壁在外壁表面與 內(nèi)壁表面之間具有孔尺寸和質(zhì)量密度不同的5層；第一層在外壁表面，具 有最小的孔尺寸和最高的質(zhì)量密度；第二層鄰接第一層并且具有比第一層 大的孔尺寸和低的質(zhì)量密度；第三層鄰接第二層并且具有比第二層小的孔 尺寸和高的質(zhì)量密度，并具有比第一層大的孔尺寸和低的質(zhì)量密度；第四 層鄰接笫三層并且具有比第 一層、第二層和第三層大的孔尺寸和低的質(zhì)量 密度；第五層在內(nèi)壁表面，鄰接第四層并且具有比第四層小的孔尺寸和高 的質(zhì)量密度。
6. 前述權利要求中任一項的中空纖維膜，其中所述膜的液壓滲透率 為lxl0-4 100xl(r4[cm3/cm2x巴x秒]，優(yōu)選lxl()-4 70xl0-cm3/cm2x巴x秒， 最優(yōu)選1 x 1 (T 4~27 x 10—4 [cm3/cm2 x巴x秒。
7. 前述權利要求中任一項的中空纖維膜，其中所述膜包含含聚砜 (PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES);和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的 聚合物組合物。
8. 權利要求7的中空纖維膜，其中所述膜中的聚乙烯基吡咯烷酮 (PVP)包含至少兩種聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)均聚物的共混物，其中一種均 聚物具有10,000 g/mol 100,000 g/mol，優(yōu)選30,000 g/mol~60，000 g/mol的 平均相對分子量(=低分子量PVP),另一種均聚物具有500,000 g/mol~2，000，000 g/mol，優(yōu)選800,000 g/mol 2，000，000 g/mol的平均相對分 子量(=高分子量PVP)。
9. 前述權利要求中任一項的中空纖維膜，其中所述膜具有50 2000 優(yōu)選104 1464 的內(nèi)直徑。
10. 前述權利要求中任一項的中空纖維膜，其中所述膜具有10 200 Hm,優(yōu)選22 155 的壁厚。
11. 前述權利要求中任一項的中空纖維膜，其中所述膜具有對于脲 (60 g/mol)為4xl(T6~15xlO-6 cm々秒的跨膜有效擴散系數(shù)。
12. —種制備半透中空纖維膜的方法，包括如下步驟 將聚合物溶液通過中空纖維紡絲噴嘴的外環(huán)縫口擠出，同時將孔液體通過 中空纖維紡絲噴嘴的內(nèi)孔擠出，進入沉淀??；所述方法的特征在于 聚合物溶液包含10 20重量。/o聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜 (PAES)， 2 15重量。/。聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和溶劑；孔液體包含50~75重量％溶劑和25 50重量％水；沉淀浴包含50~70重量％溶劑和30~50重量。/。水并具有22~31。C的溫度， 并且中空纖維紡絲噴嘴的排放出口與沉淀浴表面之間的距離為0~10cm。
13. 斥又利要求12的方法，其中沉淀浴包含52 69重量％溶劑和31 48 重量％水。
14. 權利要求12或13的方法，其中聚合物溶液、孔液體和沉淀浴中 的溶劑選自N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-辛基吡咯烷酮、二甲基 乙酰胺、二曱基甲酰胺、二甲基亞砜、Y-丁內(nèi)酯或其混合物。
15. 權利要求12或13的方法，其中聚合物溶液、孔液體和沉淀浴中 的溶劑選自N-曱基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-辛基吡咯烷酮或其混合 物，優(yōu)選N-甲基吡咯烷酮。
16. 權利要求12 15中任一項的方法，其中聚合物溶液包含17 18重 量。/。聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳基醚砜(PAES)， 8 11.25重量。/。聚乙 烯基吡咯烷酮(PVP)和70 75重量％溶劑。
17. 權利要求12~16中任一項的方法，其中聚合物溶液中的聚乙烯基 吡咯烷酮(PVP)包含至少兩種聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)均聚物的混合物，其 中一種均聚物具有10,000 g/mo1 100,000 g/mo1，優(yōu)選30,000 g/mo1 60，000 g/mol的平均相對分子量(=低分子量PVP)，另一種均聚物具有500,000 g/mol 2，000，000 g/mol，優(yōu)選800,000 g/mol~2，000，000 g/mol的平均相對分 子量(二高分子量PVP)。
18. 權利要求17的方法，其中基于聚合物溶液的總重量，聚合物溶 液包含1 10重量％、優(yōu)選5 8重量。/。的低分子量PVP和l 5重量y。、優(yōu)選3~3.25重量％的高分子量PVP。
19. 沖又利要求12~18中任一項的方法，其中沉淀浴具有22~27°C的溫度。
20. 權利要求12 19中任一項的方法，其中中空纖維紡絲噴嘴(噴絲 頭)保持在40~70°C、優(yōu)選54~60°C的溫度。
21. 權利要求12-20中任一項的方法，其中中空纖維紡絲噴嘴(噴絲 頭)的排i文出口與沉淀浴表面之間的距離為0~10cm，優(yōu)選0 4cm。
22. 權利要求12 21中任一項的方法，其中中空纖維膜的紡絲速度為 5~70米/分，優(yōu)選7.5~45米/分。
23. 權利要求12 22中任一項的方法，其中聚合物溶液具有在室溫下 測得為10 000 100 000 mPax秒，優(yōu)選21 500 77 000 mPax秒的粘度。
24. 權利要求1 11中任一項的或權利要求12 23中任一項的方法制 得的中空纖維膜的用途，在血液透析中用作用于直接血液接觸的傳感膜， 在水應用如廢水應用中用作傳感膜和在生物工藝中的輸送膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半透中空纖維膜，其具有外壁表面、內(nèi)壁表面和沿其長度延伸的內(nèi)腔，并且在表面粗糙度小于10nm的外壁表面上具有選擇性層。根據(jù)本發(fā)明所述膜在外壁表面上具有最小的孔尺寸，在納米級上光滑、連續(xù)和均勻的外壁表面，以及4個或5個不同孔尺寸和密度的不同層。此外本發(fā)明涉及所述膜的制備方法和用途。
文檔編號B01D69/02GK101578129SQ200780039131
公開日2009年11月11日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權日2006年10月18日
發(fā)明者B·克勞澤, C·克拉夫特, H·戈爾, M·霍爾農(nóng) 申請人:甘布羅倫迪亞股份有限公司