大孔過濾膜的制作方法
【專利摘要】基于選自芳族砜聚合物的疏水性第一聚合物和親水性第二聚合物的親水平片膜，其中膜具有30-200μm的厚度、第一和第二表面以及具有三維海綿狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的載體層，其中載體層具有在其面對第一表面的側(cè)上的第一覆蓋層和在其面對第二表面的側(cè)上的第二覆蓋層，所述覆蓋層與載體層形成整體，且其中第一和第二表面具有近似橢圓形或圓形開孔，所述開孔分別透入第一或第二覆蓋層，并連接在載體層上，其中表面中開孔的平均直徑相差小于2的因數(shù)，其中載體層的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由厚分支和連續(xù)多孔體系構(gòu)成，且分支的主要部分具有在其最薄點處至少0.5μm的直徑且其中載體層中的孔大于表面中的開孔。
【專利說明】大孔過濾膜
[0001]本發(fā)明涉及平片膜形式的親水性大孔過濾膜，所述過濾膜基于選自芳族砜聚合物的成膜疏水性第一聚合物以及親水性第二聚合物，其中膜具有第一和第二表面以及在表面之間延伸且具有三維海綿狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的載體層。
[0002]大孔聚合物膜在多數(shù)工業(yè)、藥物和醫(yī)學(xué)應(yīng)用中用于精確過濾。在這些應(yīng)用中，膜分離方法變得越來越重要，因為這些方法提供這一優(yōu)點:待分離的材料不受熱應(yīng)力且一定不受損。微孔濾膜例如能夠除去具有低至亞微米范圍的尺寸的細(xì)?；蛭⑸铮虼诉m于生產(chǎn)用于實驗室中或半導(dǎo)體工業(yè)的純凈水。膜分離方法的大量其它應(yīng)用由飲料工業(yè)、生物技術(shù)或廢水技術(shù)中已知。
[0003]在多數(shù)情況下，使用具有明顯不對稱性的膜，所述膜具有分離層和與其鄰接的微孔載體結(jié)構(gòu)，所述載體結(jié)構(gòu)具有與分離層相比更粗的孔。由此，分離層中的孔決定膜的實際分離性能，即膜保留的顆?；蚍肿拥拇笮∮煞蛛x層中的孔的大小控制。在應(yīng)用期間，這類膜用于許多情況，使得它們在其上從較多開孔側(cè)流動，因此微孔載體層充當(dāng)分離層的預(yù)濾器。通過這種方法，膜的污垢負(fù)載能力提高。因此流過膜的流體首先進入較大的孔中，然后進入分離層的小孔中。通過這種方法，流體中所含顆粒在可達到分離層以前保留在粗孔載體層中并堵塞它。
[0004]對于大量膜應(yīng)用，砜聚合物如聚砜或聚醚砜代表通常使用的膜材料，并非僅僅由于它們的高化學(xué)穩(wěn)定性、它們的高溫穩(wěn)定性或由其產(chǎn)生的膜的滅菌能力。然而，這些聚合物為疏水性聚合物，這限制其在含水介質(zhì)的過濾中的使用。另外，已知由疏水性材料制備的膜具有強非特異性吸附性，這通常在使用期間導(dǎo)致膜表面被待過濾液體的優(yōu)選較高分子量組分涂覆，因此導(dǎo)致滲透性劣化。
[0005]US-A-6056903涉及具有至少0.01 μ m的有效孔徑大小以及優(yōu)選約0.1-20 μ m的孔徑大小的微孔聚醚砜膜。然而，US-A-6056903的膜是疏水性的且具有沿著無皮壁的基本對稱孔結(jié)構(gòu)。
[0006]由聚砜構(gòu)成且具有明顯不對稱性的膜還描述于EP-A-0696935、US-A-5846422和US-A-5979670中。由于僅使用聚醚砜，這些膜是疏水性的。在具有較窄孔的表面上，它們具有至少1.2μπι的平均孔徑，其中自該表面起，膜壁具有各向同性區(qū)域，其中孔具有基本恒定尺寸。第二表面的孔比第一表面的孔大至少2，優(yōu)選至少3或甚至6的因數(shù)。這些膜意欲用于例如分析或診斷方法，其中特值置于高生產(chǎn)速度。由于僅使用聚醚砜作為形成膜結(jié)構(gòu)的聚合物，這些膜為疏水性的，因此自然不能用水潤濕。由于這些疏水性能，因為待過濾液體中所含物質(zhì)的吸附，這些膜傾向于在使用期間阻塞內(nèi)部膜結(jié)構(gòu)。
[0007]US-A-5906742也涉及基于聚砜的整體不對稱膜，其壁具有與具有微孔皮層的第一表面鄰接的具有基本恒定孔徑的各向同性區(qū)域，所述各向同性區(qū)域沿著通向第二表面的方向之后是具有在第二表面方向上尺寸提高的孔的不對稱區(qū)域。US-A-5906742的膜是親水性的，因為將親水性聚合物與聚砜混合。鄰接各向同性區(qū)域的微孔皮層中的孔具有超過約I μ m的平均直徑，且第二表面中的孔大大于2，優(yōu)選大于3至6或更高的因數(shù)。不考慮該表面，不對稱性甚至更明顯，為至少10:1或20:1，或甚至至多100:1或200:1。US-A-5906742的膜因此在其壁中是高度不對稱的。然而，與大孔徑大小有關(guān)的明顯不對稱性對膜的機械性能施加負(fù)面影響，特別是導(dǎo)致這些膜的低壓縮性。
[0008]US-A-5886059涉及用于微孔過濾的聚醚砜膜，其中膜具有明顯的不對稱結(jié)構(gòu)。它具有在其第一側(cè)上具有相對小孔的皮層以及其該側(cè)起直至另一、第二膜側(cè)，孔徑大小在整個膜壁上提高，其中第二側(cè)上的孔比第一側(cè)上皮層中的孔大50-10000的因數(shù)。具有這類結(jié)構(gòu)的膜在位于膜表面上的具有最小孔的層，即分離層方面容易受機械損害。由于特殊的不對稱結(jié)構(gòu)，該膜還僅具有中等機械穩(wěn)定性。
[0009]W002/07854公開了具有主濾器以除去白血球的血液收集系統(tǒng)。主濾器由由聚醚砜構(gòu)成的膜組成，所述膜具有層狀結(jié)構(gòu)、第一皮層表面和第二皮層表面，以及具有細(xì)胞孔的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，其中膜也具有在整個壁上明顯的不對稱孔結(jié)構(gòu)。與第一皮層表面相鄰的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的孔比與第二皮層表面相鄰的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的孔更小，其中第一表面中的多數(shù)孔具有約12-28 μ m的直徑。
[0010]在醫(yī)學(xué)技術(shù)部門中的應(yīng)用尤其涉及診斷用設(shè)備，如例如US-A-5240862所述。來自US-A-5240862的設(shè)備為用于分離血液的系統(tǒng)，其中不對稱膜與收集器膜密切接觸。在該應(yīng)用中，將整個血液應(yīng)用于不對稱膜的較粗孔側(cè)，并使血細(xì)胞保留在不對稱膜的大孔中。血漿流過膜并進入收集器膜中。收集器膜通常裝配有分析檢測系統(tǒng)，使得可檢查血漿中所含的某些組分。
[0011]微孔膜在醫(yī)學(xué)技術(shù)中的具體應(yīng)用涉及用于輸注液給藥的過濾器。在這種情況下，將開孔膜過濾器安裝在輸注液的流程中以保持輸注液如氯化鈉容水溶液、葡萄糖和類脂溶液的恒定通過速率而不依賴于靜水壓頭，以及保留輸注液中所含的可能顆?；蛭慈芙獠牧?。同時，這些膜過濾器通常具有將氣泡與輸注液分離的任務(wù)。這類過濾器例如公開于EP0254100B1 中。
[0012]然而，在輸注液的給藥中，通常想要在應(yīng)用結(jié)束時流體柱保留在輸液管中，并可連接新的輸液瓶而不需要將管排氣。通過這種方法，將輸液管和/或待給藥的輸注液排氣的問題可至少減少。因此，需要一種過濾元件，其除具有與輸注液中的潛在雜質(zhì)有關(guān)的過濾性能外，還具有防止輸液管干運行的性能。由于該過濾元件，在含水液體或輸注液的流程中包含該過濾元件應(yīng)防止所形成的流體柱斷開并能夠例如在置于這類過濾元件下面的毛細(xì)管中形成足夠高的流體柱，使得足夠的流體柱因此保持位于輸液管中。同時,該過濾元件應(yīng)具有對液體通過而言的低水力阻力。另外，它應(yīng)具有高機械穩(wěn)定性。因此，本發(fā)明的目的是提供適于這類應(yīng)用的過濾元件。
[0013]該目的通過平片膜形式的親水性大孔過濾膜實現(xiàn)，所述膜基于選自芳族砜聚合物的成膜疏水性第一聚合物以及親水性第二聚合物，其中膜具有第一和第二表面以及在表面之間延伸并具有三維海綿狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的載體層，
[0014]-其中載體層具有在其面對第一表面的側(cè)上的第一覆蓋層和在其面對第二表面的側(cè)上的第二覆蓋層，所述覆蓋層與載體層形成整體，且
[0015]-其中第一和第二表面具有近似橢圓形或圓形開孔，所述開孔分別透入第一和第二覆蓋層，并連接在載體層上，其中第一表面中開孔的平均直徑與第二表面中開孔的平均直徑相差小于2的因數(shù)，
[0016]-其中載體層的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由厚分支和連續(xù)多孔體系構(gòu)成，且分支的主要部分具有在其最薄點處至少0.5 μ m的直徑，
[0017]-其中載體層中的孔大于表面中的開孔，且
[0018]-其中過濾膜具有30-200μ m的厚度。
[0019]由于聚合物形成它，即由于膜的結(jié)構(gòu)由選自芳族砜聚合物的聚合物和親水性第二聚合物形成，本發(fā)明膜具有親水性能，并自然地可被含水液體潤濕，即膜表面上的水滴立即被膜吸收。因此，膜極好地適用于例如含水液體的過濾。
[0020]本發(fā)明膜基于選自芳族砜聚合物的疏水性第一聚合物并且還含有親水性第二聚合物。在本發(fā)明上下文中，例如聚砜、聚醚砜、聚亞苯基砜、聚(芳基醚砜)或者這些聚合物的共聚物或變體或者這些聚合物的混合物本身被認(rèn)為是芳族砜聚合物。在優(yōu)選實施方案中，疏水性第一聚合物為具有以下式(I)和(II)所示重復(fù)分子單元的聚砜或聚醚砜。根據(jù)式(II)的聚醚砜特別優(yōu)選用作疏水性第一聚合物，因為它比例如聚砜更少疏水。
[0021]
【權(quán)利要求】
1.平片膜形式的親水性大孔過濾膜，其基于選自芳族砜聚合物的成膜疏水性第一聚合物以及親水性第二聚合物，其中膜具有第一和第二表面和在表面之間延伸且具有三維海綿狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的載體層， -其中載體層具有在其面對第一表面的側(cè)上的第一覆蓋層和在其面對第二表面的側(cè)上的第二覆蓋層，所述覆蓋層與載體層形成整體，且 -其中第一和第二表面具有近似橢圓形或圓形開孔，所述開孔分別透入第一和第二覆蓋層，并連接在載體層上，其中第一表面中開孔的平均直徑與第二表面中開孔的平均直徑相差小于2的因數(shù)， -其中載體層的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由厚分支和連續(xù)多孔體系構(gòu)成，且分支的主要部分具有在其最薄點處至少0.5 μ m的直徑， -其中載體層中的孔大于表面中的開孔，且 -其中過濾膜具有30-200 μ m的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的大孔過濾膜，其特征在于第一表面區(qū)域的孔比例為至少20%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的大孔過濾膜，其特征在于第一表面區(qū)域的孔比例為小于60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中一項或多項的大孔過濾膜，其特征在于第一或第二覆蓋層分別具有3-10 μ m的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中一項或多項的大孔過濾膜，其特征在于第二表面中開孔的平均直徑與第一表面中開孔的平均直徑的0.5-1.5倍一樣大。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中一項或多項的大孔過濾膜，其特征在于第二表面中開孔的平均直徑為2-20 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中一項或多項的大孔過濾膜，其特征在于它具有50-150μ m的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中一項或多項的大孔過濾膜，其特征在于在第二覆蓋層的方向上起始于第一覆蓋層，載體層中孔的直徑在至少50%的載體層厚度上在載體層的第一區(qū)域中基本恒定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中一項或多項的大孔過濾膜，其特征在于它具有65-85體積％的體積孔隙率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中一項或多項的大孔過濾膜，其特征在于它具有如通過泡點方法測定為5-10 μ m的最大分離孔直徑dmax。
11.根據(jù)權(quán)利要求ι-?ο中一項或多項的大孔過濾膜，其特征在于載體層具有至少1/10的膜厚度的直徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中一項或多項的大孔過濾膜，其特征在于它具有700-4000ml/(cm2.min.bar)的水可透性膜流量TMF。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中一項或多項的大孔過濾膜，其特征在于它具有相對于其橫截面區(qū)域至少500cN/mm2的拉伸強度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中一項或多項的大孔過濾膜，其特征在于芳族砜聚合物為聚砜或聚醚砜。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中一項或多項的大孔過濾膜，其特征在于親水性聚合物為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙二醇單酯、聚山梨醇酯、聚丙烯酸酯、羧甲基纖維素、聚丙烯酸，或者這些聚合物的變體或共聚物。
16.用于給藥輸注液的輸液裝置，其包含滴室和連接在滴室上的輸液管，其中根據(jù)權(quán)利要求1-15中一項或多 項的膜在滴室的出口區(qū)域插入輸液管中。
【文檔編號】B01D71/68GK103608092SQ201280028685
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月13日
【發(fā)明者】F·施奈德, M·澤爾尼克, W·斯特里普, R·塔施 申請人:門布拉內(nèi)有限公司