熔紡的聚碸半透膜及其製備方法

2023-12-05 23:05:36 7

專利名稱：熔紡的聚碸半透膜及其製備方法
相關申請本申請是提交於2001年1月22日的美國專利申請序列號09/767,558的部分繼續申請，後者是提交於1999年5月24日的美國專利申請序列號09/317,657的繼續申請，現已被授予美國專利6,218,441，後者是提交於1997年9月18日、現已放棄的美國專利申請序列號08/932,680的分案申請，其公開內容被引入本文以供參考。
背景技術：
本發明涉及聚碸半透膜及其製備方法。
現代的半透膜以多種形式如片狀、管狀和中空纖維的形式被使用。「中空纖維」通常具有中空圓筒結構，其中壁根據應用而用作滲透性膜、非滲透性膜或半滲透性(即選擇性滲透)膜。通常，中空纖維用作圓筒膜，它允許物質穿過壁進行選擇性交換。
液體分離過程利用具有選擇滲透性的膜，這些方法包括超濾、微量過濾、透析和反滲透等，它們需要適合於多種應用的各種材料。例如，半透膜當前有利地用於體外血液處理，包括血液透析、血液濾過和血液透析濾過。在這些例子中，膜典型地包括中空纖維，該中空纖維以如下方式被綑紮在一起並聚集在套管中，從而允許血液以平行的方式流過纖維腔管，而血液清潔液同時流過該套管，以便用該清潔液清洗中空纖維的外表面。
根據膜的用途，用於選擇性滲透膜的化合物包括聚合物，如纖維素、乙酸纖維素、聚醯胺、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碸等。聚碸化合物尤為重要，因為它們特別具有極好的物理和化學性質如耐熱、耐酸、耐鹼和耐氧化性。已經發現聚碸化合物具有生物相容性，能形成極好的孔和孔隙，並且對以下化合物如漂白劑、消毒劑和鹽溶液具有化學惰性。聚碸化合物可以通過許多方法來滅菌，這些方法有例如環氧乙烷(EtO)、γ照射、蒸氣加熱加壓釜、和加熱的檸檬酸。另外，聚碸化合物具有足夠的強度和耐磨損性，以經受反覆的使用和滅菌循環。
通常，聚碸中空纖維通過溶液紡絲技術形成。典型地，通過溶液紡絲技術製備聚碸中空纖維的過程包括在相對大量的非質子溶劑和非溶劑中溶解聚碸化合物，然後通過噴絲頭擠壓該溶液。對於溶液紡絲，「溶劑」是在膜製備溫度(即室溫)下聚碸化合物基本上溶解於其中的化合物。對於溶液紡絲，「非溶劑」是在膜製備溫度下聚碸化合物基本上不溶解於其中的化合物。對於溶液紡絲技術，溶劑必須足夠以充分溶解聚碸化合物並在室溫(膜製備溫度)下產生均勻液體。
用於溶液紡絲技術的溶劑和非溶劑要求膜在製備後被徹底地瀝濾和漂洗，因為即使膜中留下的餘量也會導致用膜處理的流體的不可接受的汙染。對於通過透析進行的血液處理或通過反滲透進行的水的脫鹽中使用的膜，避免這種汙染是尤其重要的。當利用溶液紡絲技術製備中空纖維膜時，除去用於形成纖維腔管的芯液體是特別困難的。在除去溶劑、非溶劑和芯液體之後，在乾燥膜之前必須需要加入不揮發的水溶性化合物以保護膜的孔結構。不揮發物質也作為表面活性劑，用於膜的隨後再潤溼。這種方法被稱為「再增塑」。
溶液紡絲技術需要包含大量的溶劑和非溶劑，其中許多物質通常是有毒的，並且難於從所得的聚碸纖維中提取。此外，從纖維中除去的大量高毒性的某些溶劑和非溶劑會產生有害廢物的處理問題。
此外，常規溶液紡絲技術製得不對稱聚碸膜(即不均勻膜的孔隙率穿過膜的厚度維度進行構造)。也就是說，不均勻膜在膜的一個主表面(或兩個主表面)上具有緻密表皮或微孔阻擋層。該緻密表皮或微孔阻擋層包括相對小部分的膜，但是不相稱地大量控制了膜的滲透特性。
因此，需要一種聚碸組合物和製備聚碸半透膜的簡單方法，該組合物和方法使有毒廢物副產物降到最低。另外，需要一種製備聚碸半透膜的方法，其中在膜製備中使用的溶劑、非溶劑和加工助劑在製備後易於從膜中除去和/或具有相對低的毒性。也需要聚碸半透膜在整個厚度維度上具有更一致的結構(即均勻的聚碸膜)，使得整個厚度維度可控制膜的滲透性。
發明概述總的來說，本發明特別提供了一種新方法和聚碸組合物，用於通過熔紡製備均勻的半透性聚碸膜。聚碸組合物包括超高分子量(UHMW)的親水聚合物如聚乙烯吡咯烷酮、聚碸化合物、溶劑和非溶劑的液體混合物，它們相對無毒並且優選不會有害地影響環境。
溶劑可以選自如下四氫噻吩碸(「環丁碸」)、3-甲基環丁碸、二苯甲酮、n，n-二甲基乙醯胺、2-吡咯烷酮、3-甲基環丁烯碸(sulfolene)、吡啶、噻吩、鄰二氯苯、1-氯萘、水楊酸甲酯、苯甲醚、鄰硝基苯甲醚、二苯醚、二苯氧基甲烷、苯乙酮、對甲氧基苯基-2-乙醇、2-哌啶、安替比林、鄰苯二甲酸二乙酯、二苯碸、二苯亞碸、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸雙(2-乙基己基)酯、鄰苯二甲酸苄基丁基酯、和苯硫醚(phenylsulfide)。
當溶劑包含環丁碸時獲得了特別滿意的結果。
非溶劑可以選自如下聚乙二醇、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、鄰甲苯甲酸、間甲苯甲酸、甲苯-3，4-二胺、鄰苯二甲酸二丁酯、哌啶、萘烷、環己烷、環己烯、氯代環己烷、「溶纖劑」溶劑、n，n-二甲基苄胺、石蠟、礦物油、地蠟、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、三苯基氯化錫、間苯二酚、2-甲基-8-羥基喹啉、喹哪啶、4-苯基吡啶、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(對硝基苯基)酯、N，N-二甲基對苯二胺、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、乙醯丙酸、苯基吡咯-2-基酮、苯基4-吡啶基酮、異硫氰酸間硝基苯酯、2-甲基-1H-吲哚、4-甲基咪唑、咪唑、1，7-庚二醇、9H-芴-9-酮、二茂鐵、2，2′，2″-次氮基三乙醇、2，2′-亞氨基二乙醇、氧芴、環己基乙酸、氨腈、courmarin、2，2′-二吡啶、苯甲酸、苯丙酸、鄰二硝基苯、9-甲基-9-氮雜雙環(3.3.1)壬-3-酮、氯代二苯基砷、溴化銻、對甲氧基苯胺、鄰甲氧基苯甲醛、己二腈、對氨基苯乙酮、一醋精、二醋精、三醋精、pentoxane、4-苯甲醯聯苯、油酸甲酯、磷酸三乙酯、丁內酯、三聯苯、十四烷醇、多氯聯苯(「Aroclor 1242」)、肉豆蔻酸、甲基丙烯酸十二烷基酯、異氰酸亞甲基二對亞苯基酯、2-((2-己氧基)乙氧基)乙醇、4-硝基聯苯、二苄醚、苯磺醯氯、2，4-二異氰酸-1-1-甲基苯基酯、己二酸二乙酯、2′-硝基-苯乙酮、1′-乙醯萘、十四酮、(二氯苯基)三氯矽烷、二氯二苯基矽烷、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(對硝基苯基)酯、磷酸三鄰甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、苯基二氯化磷、對硝基苯酚、異氰酸甲基間亞苯基酯、2，2′-亞氨基二乙醇、N-(2-氨基乙基)-N′-(2-((2-氨基乙基)氨基)乙基-1，2-乙二胺、2，6-二叔丁基對甲酚、氯聯苯、4-聯苯胺、二苄醚、苯磺醯氯、1，2-(亞甲基二氧)-4-丙烯基苯、2，4-二異氰酸-1-甲基苯基酯、氯代二硝基苯(混合異構體)、六氫-2H-氮雜卓(azepin)-2-酮、4，4′-亞甲基二苯胺、1′-乙醯萘、巰基乙酸、和乙醯苯胺。當非溶劑包括聚乙二醇、二甘醇、三甘醇或其混合物時，獲得了特別滿意的結果。
溶劑和非溶劑以一定的比率存在，以形成半透性聚碸膜，該膜用於進行液體分離過程。
根據本發明的另一方面，提供了一種「熔紡」或「熔體擠出」方法，用於製備半透性聚碸膜。熔紡法包括如下步驟(1)形成一種組合物，包括UHMW的親水聚合物，優選聚乙烯吡咯烷酮；聚碸化合物；選自前述的候選溶劑中的溶劑；和選自前述的候選非溶劑中的非溶劑；(2)加熱該組合物至一溫度，在此溫度下組合物成為均勻液體(即比室溫更高的溫度)；(3)通過擠壓模(如單孔或多孔中空纖維模(術語稱為噴絲頭))擠壓該組合物；和(4)使擠出物通過淬火區，擠出物在淬火區膠凝並固化，從而形成膜。
根據本發明的另一方面，提供了熔紡半透性聚碸膜，在膜的整個厚度維度中具有一致結構(即「均勻」膜結構)，用於液體的分離，例如但不限於微量過濾、超濾、反滲透和透析。
附圖簡述

圖1說明了製備均勻的聚碸中空纖維(作為典型的膜構造)的方法的優選實施方案。
圖2說明了一種製備均勻的聚碸中空纖維的替代方法。
圖3是一個三組分的圖表，顯示了聚碸化合物、溶劑和非溶劑的比例，它們混合在典型的熔紡組合物中。
圖4是典型的、均勻的聚碸中空纖維膜的掃描電子顯微照片。
圖5是包括均勻的聚碸中空纖維膜的血液透析器的示意圖。
圖6說明了典型的聚碸中空纖維膜的橫截面的掃描電子顯微照片，該膜包括超高分子量的親水聚合物。
圖7說明了部分纖維壁的橫截面的掃描電子顯微照片，該纖維壁屬於圖6中的典型的聚碸中空膜，該膜包括超高分子量的親水聚合物。
圖8示意說明了在實施例8中討論的體外血小板測試系統。
圖9說明了用實施例9中的牛血液進行的體外抗血栓形成評價。
發明詳述本發明特別包括通過熔紡用於形成聚碸半透膜的組合物。該組合物包括超高分子量的親水聚合物，優選聚乙烯吡咯烷酮(Kollidon 90F，MW＝1,000,000-1,500,000道爾頓)，聚碸化合物，溶劑和非溶劑。在該組合物中，溶劑和非溶劑以一定的比率存在以形成半透膜，該膜用於進行液體分離過程。使用這些組合物的熔紡膜是均勻的。也就是說，熔紡膜是對稱的，所以在整個膜的厚度維度中具有基本上一致的結構，如圖6和7中的掃描電子顯微照片所說明的，這兩個圖顯示了使用這些組合物製備的中空纖維。如本文所指，「均勻的」聚碸膜是指其中膜的每個部分或截面都對膜的滲透特性作出了基本上成比例的貢獻。
在本發明的一個實施方案中，膜包括約34-約36wt％的聚碸、約42-約46wt％的環丁碸、約10-約12wt％甲氧基-PEG(分子量為約2,000)、約1-約1.5wt％的甘油、約2-約3wt％的聚乙烯吡咯烷酮、和約4-約7wt％的n-甲基-吡咯烷酮。
聚碸化合物及其合成在本領域中廣為所知。本發明中使用的優選聚碸化合物滿足下式R1-SO2-R2其中R1和R2(可以相同或不同)為基團，如烷烴、烯烴、炔烴、芳基、烷基、烷氧基、醛、酐、酯、醚、及其混合物，每個這樣的基團含50或更少的碳原子，並且既包括直鏈結構又包括支鏈結構。根據美國標準測試方法(ASTM)用擠壓式塑性計測定熱塑性塑料的流動速率，ASTM D1238-94a，用於本發明的優選聚碸化合物的熔體流動指數(MFI)範圍為約1.7dg/min至約9.0dg/min。當聚碸化合物的MFI為約2.0dg/min至約5.0dg/min時，獲得了良好的結果。用於本發明的優選聚碸化合物包括但不限於聚芳基碸，例如雙酚A聚碸、聚醚碸、聚苯基碸及其混合物。使用雙酚A聚碸獲得了特別好的結果。
本發明所用的「聚碸化合物的溶劑」是指具有如下特性的化合物沸點為至少約150℃，在約50℃至約300℃的溫度下具有溶解約8wt％至約80wt％的聚碸化合物的溶劑化能力。溶劑優選可以溶解約8wt％至約80wt％的聚芳基碸。
用於本發明的候選溶劑包括但不限於四氫噻吩碸、3-甲基環丁碸、二苯甲酮、n，n-二甲基乙醯胺、2-吡咯烷酮、3-甲基環丁烯碸、吡啶、噻吩、鄰二氯苯、1-氯萘、水楊酸甲酯、苯甲醚、鄰硝基苯甲醚、二苯醚、二苯氧基甲烷、苯乙酮、對甲氧基苯基-2-乙醇、2-哌啶、安替比林、鄰苯二甲酸二乙酯、二苯碸、二苯亞碸、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸雙(2-乙基己基)酯、鄰苯二甲酸苄基丁基酯、和苯硫醚。用於本發明的特別優選的溶劑包括但不限於四氫噻吩碸(「環丁碸」)、安替比林、δ-戊內醯胺、鄰苯二甲酸二乙酯、及其混合物。使用四氫噻吩碸作為溶劑獲得了特別好的結果。
本發明所用的「聚碸化合物的非溶劑」是指具有如下特性的化合物沸點為至少約150℃，在約50℃至約300℃的溫度下具有溶解小於約5wt％聚碸化合物的足夠低的溶劑化能力。
用於本發明的候選非溶劑為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、鄰甲苯甲酸、間甲苯甲酸、甲苯-3，4-二胺、鄰苯二甲酸二丁酯、哌啶、萘烷、環己烷、環己烯、氯代環己烷、「溶纖劑」溶劑、n，n-二甲基苄胺、石蠟、礦物油、地蠟、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、三苯基氯化錫、間苯二酚、2-甲基-8-羥基喹啉、喹哪啶、4-苯基吡啶、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(對硝基苯基)酯、N，N-二甲基-對苯二胺、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、乙醯丙酸、苯基吡咯-2-基酮、苯基-4-吡啶基酮、異硫氰酸間硝基苯酯、2-甲基-1H-吲哚、4-甲基咪唑、咪唑、1，7-庚二醇、9H-芴-9-酮、二茂鐵、2，2′，2″-次氮基三乙醇、2，2′-亞氨基二乙醇、氧芴、環己基乙酸、氨腈、courmarin、2，2′-二吡啶、苯甲酸、苯丙酸、鄰二硝基苯、9-甲基-9-氮雜雙環(3.3.1)壬-3-酮、氯代二苯基砷、溴化銻、對甲氧基苯胺、鄰甲氧基苯甲醛、己二腈、對氨基苯乙酮、一醋精、二醋精、三醋精、pentoxane、4-苯甲醯聯苯、油酸甲酯、磷酸三乙酯、丁內酯、三聯苯、十四烷醇、多氯聯苯(「Aroclor 1242」)、肉豆蔻酸、甲基丙烯酸十二烷基酯、異氰酸亞甲基二對亞苯基酯、2-((2-己氧基)乙氧基)乙醇、4-硝基聯苯、二苄醚、苯磺醯氯、2，4-二異氰酸-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)三氯矽烷、二氯二苯基矽烷、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(對硝基苯基)酯、磷酸三鄰甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、苯基二氯化磷、對硝基苯酚、異氰酸甲基間亞苯基酯、2，2′-亞氨基二乙醇、N-(2-氨基乙基)-N′-(2-((2-氨基乙基)氨基)乙基-1，2-乙二胺、2，6-二叔丁基對甲酚、氯聯苯、4-聯苯胺、二苄醚、苯磺醯氯、1，2-(亞甲基二氧)-4-丙烯基苯、2，4-二異氰酸-1-甲基苯基酯、氯代二硝基苯(混合異構體)、六氫-2H-氮雜卓-2-酮、4，4′-亞甲基二苯胺、1′-乙醯萘、巰基乙酸、和乙醯苯胺。用於本發明的特別優選的非溶劑包括但不限於聚乙二醇、二甘醇、三甘醇、甘油及其混合物。
組合物中組分的濃度可以變化，取決於變量，其中許多變量通過簡單的小型實驗就能容易地算出。例如，在確定合適的組分濃度時，在熔體擠出溫度下組合物的可混性是需要考慮的一個因素。聚碸化合物溶液的可混性可以由本領域所知的方法根據經驗容易地決定。(組合物的組分是否是可混的，這是顯而易見的。)在確定合適的摻混組合物時，膜的最終用途是另一個因素，因為根據預期的纖維最終用途，膜的優選孔徑、以及液體和溶質通過膜的傳輸速率可以變化。
在膜被用於液體的微量過濾的情況下，聚碸化合物的濃度優選為至少約8wt％，更優選至少約12wt％。溶劑的濃度優選為至少約40wt％，更優選至少約60wt％。如果存在非溶劑，那麼非溶劑的濃度優選為至少約1wt％，更優選至少約5wt％。
在膜被用於超濾或透析的情況下，聚碸化合物的濃度優選為至少約18wt％，更優選至少約25wt％。溶劑的濃度優選為至少約40wt％，更優選至少約45wt％。如果存在非溶劑，那麼非溶劑的濃度優選為至少約1wt％，更優選至少約5wt％。
如果有非溶劑存在，溶劑對非溶劑的比率(即「足夠形成用於液體分離過程的半透膜」的溶劑對非溶劑的比率)優選為約0.95∶1至約80∶1，更優選約2∶1至約10∶1。例如，如圖3所示，對於包括雙酚A聚碸、環丁碸(溶劑)和聚乙二醇(非溶劑)的三組分組合物(用於熔紡聚碸中空纖維)，聚碸化合物、溶劑和非溶劑的可接受量在由每個組分的極值所限定的區域中，每個組分形成了區域A、B和C。在如圖3所示的區域A、B和C中，由三組分中各個組分的量組成的任意特定組合物都適合於熔紡成為中空纖維膜。
在膜被用於液體的反滲透的情況下，聚碸的濃度優選為至少約30wt％，更優選至少約35wt％。溶劑的濃度優選為至少約12wt％，更優選至少約20wt％。如果存在非溶劑，那麼非溶劑的濃度優選為至少約1wt％，更優選至少約5wt％。
本發明的組合物可用於製備用於「液體分離過程」的聚碸半透膜。如本文所指出的，這些方法包括但不限於微量過濾、超濾、透析和反滲透。圖5顯示了典型的液體分離裝置，其被構造用作體外血液處理裝置，具體地是血液透析器。血液透析器10包括外殼12、端蓋14、透析液進口16、透析液出口18、血液進口20、血液出口22、和裝在外殼內的纖維束24。外殼形成了透析液室，纖維腔管形成血液室。當血液以平行的方式流過纖維腔管時，透析液以逆流方式流過透析室。
本發明的膜可以通過如圖1和2說明的替代性方法方案來製備。根據所選的用於研製所需聚碸膜的任選方法步驟，有許多方法方案。
在本發明的一個優選方法中，含UHMW的親水聚合物、聚碸化合物、溶劑和非溶劑的聚碸組合物，在高剪切混合器中預混合、熔化、擠壓(為中空纖維)和淬火(圖1)，然後用任意數量的市售卷繞機如Leesona卷繞機在芯或捲軸上卷繞。在這種方法中，要特別小心以保持在卷繞過程中的中空纖維上有輕微的張力。在本發明的另一個優選方法中，聚碸組合物在高剪切混合器中預混合、熔化、通過鑄帶模擠壓(以形成固體鑄帶)、冷卻、造粒、再熔化、擠壓(以形成中空纖維)、淬火、然後卷繞(圖2)。在本發明的還一個優選方法中，聚碸組合物被預混合、熔化、擠壓(為中空纖維)、淬火、卷繞、乾燥一段時間、浸泡在基本上是聚碸化合物的非溶劑的液體中、並在浸泡液中存儲高達15天(圖1)。在本發明的又一個優選方法中，聚碸組合物在高剪切混合器中預混合、熔化、擠壓(為中空纖維)、淬火、卷繞、浸泡、瀝濾、漂洗、再增塑，然後在烘箱(優選為對流烘箱)中乾燥(圖1)。在本發明的另一個優選方法中，聚碸組合物被預混合、熔化、擠壓(為固體鑄帶)、冷卻、造粒、再熔化、擠壓(為中空纖維)、淬火、卷繞，然後在空氣中乾燥，接著浸泡在基本上是聚碸化合物的非溶劑的液體中(圖2)。在本發明的又一個優選方法中，聚碸組合物被預混合、熔化、擠壓(為固體鑄帶)、冷卻、造粒、再熔化、擠壓(為中空纖維)、淬火、卷繞、浸泡、瀝濾、漂洗、再增塑和乾燥(圖2)。
待擠壓的組合物的組分(即UHMW的親水聚合物、聚碸化合物、溶劑和非溶劑)在擠出前被混合併均勻化，這是通過用常規的混合設備以方便的方式混合來實現的，所述混合設備為例如高剪切混合器，如雙螺杆混料壓出機。擠出組合物的組分也可以直接在熔化爐中混合和均勻化，該熔化爐提供對熔融液體的合適攪拌。或者，通過鑄帶模擠壓熔融組合物、冷卻球形壓出物、將擠出物磨碎或造粒得到容易給加熱的單螺杆或雙螺杆壓出機進料的粒度，從而使聚碸擠出組合物被均勻化。或者，為本領域技術人員所知的其它加熱/均勻化方法可以被用於製備擠出的均勻、熔化的液體(術語指「熔體」)。
熔體被加熱到如下溫度，此溫度有利於製備均勻液體，其具有適於擠出的粘度。溫度不應很高，以免導致聚碸、溶劑或非溶劑的顯著降解。溫度不應很低，以免使液體太粘而不能擠出。例如，當熔體包括雙酚A聚碸時，擠出溫度優選為至少約50℃，更優選至少約75℃。擠出溫度優選為小於約300℃，更優選小於約220℃。
熔體的粘度不應很高，以免在不會有害地影響聚碸化合物的溫度下、在擠出時太粘。但是，熔體的粘度不能太低，以免擠出物在離開擠出模時不能保持所需的形狀。熔體可以各種形狀擠出，這些形狀有例如但不限於中空纖維、管狀、片狀和帶翅片(fin)的中空纖維。通過冷卻，可以幫助擠出物在擠出後保持所需的形狀。
對於製備中空纖維膜，熔體通過中空纖維模(噴絲頭)擠出。典型地，噴絲頭是多孔的，因此產生一束多個中空纖維。噴絲頭典型地包括一個裝置，用於將流體(氣體或液體)提供到擠出物的芯或「腔管」。當芯流體離開噴絲頭時，它們被用於防止中空纖維的皺縮。芯流體可以是氣體，如氮氣、空氣、二氧化碳、或其它惰性氣體，或是聚碸化合物的非溶劑的液體，例如但不限於水、聚乙二醇、二甘醇、三甘醇、甘油、及其混合物。只要溶劑和非溶劑的混合物不是聚碸化合物的溶劑，該混合物就可以使用。或者，熔體可以首先作為固體鑄帶通過單孔或多孔鑄帶模擠出，所得固體鑄帶被冷卻並被造粒成容易給單螺杆或雙螺杆壓出機進料的粒度(圖2)。在這種替代的製備方法中，粒子被再熔化、然後通過單孔或多孔噴絲頭擠出，形成中空纖維，如上所述。
離開擠出模的擠出物進入一個或多個淬火區。淬火區的環境可以為氣態或液態。在淬火區中，擠出物被充分冷卻，從而導致膜的膠凝和固化。在本發明方法的一個實施方案中，在擠出物離開模後開始直到膜被卷繞到芯或捲軸上之前的這個時間段，對於獲得膜的所需滲透性是重要的。在這個時間段中，對於給定的組合物，膜的滲透性主要由擠出物經受的冷卻速率決定。與從擠出物的不太劇烈的淬火或較慢的膠凝所得的滲透性相比，擠出物的快速淬火可提高滲透性。提高膜的滲透性，會導致更快的淬火，通常影響了膜傳輸水或其它液體和化合物穿過膜的厚度維度的能力。因此，擠出物的冷卻速率(受所用冷卻介質的溫度和組成的影響)可以變化，以改變所得膜的滲透性。
在本發明的一種方法中，聚碸中空纖維擠出物在空氣中淬火。在淬火區中，中空纖維膠凝並固化。空氣淬火區的溫度優選為小於約27℃，更優選小於約24℃。中空纖維被置於空氣區，保持時間優選為小於約180分鐘，更優選小於約30分鐘。
在本發明的另一種優選方法中，中空纖維擠出物在液體中淬火，該液體基本上是聚碸化合物的非溶劑，如水、聚乙二醇、二甘醇、三甘醇、甘油或其混合物。只要溶劑和非溶劑的混合物基本上是聚碸化合物的非溶劑，該混合物就可以替代性地被使用。當液體淬火包括水和一種或多種其它組分時，水和其它組分的比率優選為約0.25∶1至約200∶1。液體淬火區的溫度優選為小於約50℃，更優選小於約25℃，更優選小於約10℃。液體淬火的優點是從擠出物到冷卻介質的傳熱阻力比在空氣淬火中的傳熱阻力小，因此當膜形成時導致從擠出物中的除熱速度更快。這種快速除熱改變了所得膜的滲透性，能用於調整膜的滲透性以適應預期的最終用途。
任選地，利用導絲輥或其它常規設備將中空纖維拉伸至合適的纖維直徑。更具體地，通過將中空纖維經過一系列輥可以實現纖維的拉伸或伸展。通過控制第二個輥或第二組輥相對於纖維遇到的第一個輥的旋轉速度，可以獲得所需的伸展度。線速通常不是很重要，可以在大範圍中變化。優選的線速為至少約10英尺/分鐘，且小於約1000英尺/分鐘。
在本發明的另一種優選方法中，如圖2中所示，在淬火後，膜經過至少一個含液體的瀝濾浴，該液體基本上是聚碸化合物的非溶劑，如水、或水和環丁碸和/或非溶劑的混合物、或水和在熔融組合物中使用的溶劑的混合物。當瀝濾浴是水時，獲得了良好的結果。膜被瀝濾以除去至少一部分的溶劑和非溶劑。至少部分根據膜預期的最終用途，瀝濾浴不需要從膜中除去所有的溶劑和非溶劑。
瀝濾浴的最低溫度是這樣的，使得從膜中除去溶劑和非溶劑是相對於生產速度需求以合理的速度發生的。瀝濾浴的最低溫度優選地為至少約20℃，更優選至少約40℃。瀝濾浴的最高溫度低於如下溫度，在該溫度下膜的完整性受到有害的影響。因此，瀝濾浴的溫度優選地為小於約95℃。
作為例子，中空纖維膜在瀝濾浴中的停留時間優選地為小於約1200秒，更優選小於約300秒。任選地，在中空纖維進入瀝濾浴前、在瀝濾浴中的停留時間段中、在離開瀝濾浴後、或在其任意組合中，中空纖維可以被拉伸至所需尺寸。
在浸入瀝濾浴之後，任選地，膜可以經過含水的漂洗浴。漂洗浴除去了瀝濾過程中膜中的殘餘物。漂洗浴優選地保持在室溫。對於中空纖維，在漂洗浴中纖維的停留時間優選地為小於1200秒，更優選小於300秒。
瀝濾後，膜再進行再增塑過程。對被用於透析的中空纖維膜來說，使用的再增塑浴優選地包含至少約50wt％的甘油、更優選小於約45wt％的甘油，餘量為水。再增塑浴的最低溫度是這樣的，使得膜的再增塑相對於製備需求以合理的速度發生。例如，含甘油的再增塑浴的最低溫度優選地為至少約20℃，更優選至少約35℃。再增塑浴的最高溫度低於如下溫度，在該溫度下膜的完整性會被有害地影響。因此，再增塑浴的最高溫度優選地小於約100℃，更優選小於約50℃。
從再增塑浴中除去膜之後，附著在膜上的過量液體可以被任選地除去，優選地在約10psig至約60psig的壓力下使用常規氣刀進行。對於中空纖維，當氣刀保持在約30psig的壓力時獲得了良好的結果。
任選地，所得的聚碸膜可以在烘箱(優選對流烘箱)中乾燥。烘箱溫度保持在約20℃至約200℃。對於中空纖維，當烘箱溫度為約70℃時獲得了良好的結果。膜在對流烘箱中乾燥的時間為約5秒至約1200秒。對於中空纖維，當纖維乾燥至少約140秒時獲得了良好的結果。
由所述方法形成的半透性聚碸膜可用於液體分離過程，例如但不限於微量過濾、超濾、透析和反滲透。在本發明範圍的方法中，選擇了所用的特定製備方法，以使所得的膜適應預期的最終用途。基於本文的教導，本領域的技術人員可以容易地實現這種改變。
作為例子而不是限制，現在給出本發明的實施例。
實施例1製備了一種組合物，其包括約36wt％的Udel P1835NT11，雙酚A聚碸的商品名(來自Amoco Polymers，Inc.of Alpharetta，Georgia)、約44.3wt％的無水環丁碸(來自Phillips Chemical Company of Borger，Texas)、和約17.7wt％的平均分子量為約1000道爾頓的聚乙二醇(來自Dow Chemical Company of Midland，Michigan)。溶劑與非溶劑的比率為約2.5∶1。該組合物在約132℃下在同向旋轉雙螺杆壓出機中混合。擠出組合物被冷卻，使用RCP 2.0造粒機(來自Randcastle ExtrusionSystems，Inc.of Cedar Grove，New Jersey)造粒，然後再熔化，並在約149℃下、用單螺杆壓出機擠壓通過30孔的中空纖維噴絲頭。所得的中空纖維擠出物在空氣中、約21℃下淬火約15秒，從第一導絲輥(表面轉速為172英尺/分鐘)拉伸至第二導絲輥(表面轉速為182英尺/分鐘)，使纖維的長度提高約5.57％，卷繞在芯上，在溫度為約25℃的水浴中浸泡約4小時。
浸泡在水中後，通過以約30ft/min的速度從芯上退繞纖維，並使纖維在約40秒內經過37℃的水浴，從而處理中空纖維。然後，纖維在室溫的水漂洗浴中浸沒139秒。在漂洗浴之後，通過在約37℃下、在40％的甘油水溶液再增塑浴中浸沒140秒，使纖維再增塑。在從甘油水溶液浴中除去纖維之後，使用在約30psig下運行的氣刀從纖維中除去過量液體。然後，被處理的中空纖維在約70℃的對流烘箱中乾燥155秒。
所得中空纖維的平均腔管直徑為160μm，平均壁厚為18μm。該中空纖維被製成含150根纖維的透析測試單元。該裝置的體外水通量為102.5ml/(hr·mmHg·m2)，並且在穿過纖維腔管的溶液流速為約0.02毫升/分鐘/纖維的情況下，發現氯化鈉的平均Kov為1.92×10-2釐米/分鐘。Kov的定義參見如下方程式1Kov=1Kb+1Pm]]>此處Kb為存在於中空纖維腔管中的流體內的傳質阻力，Pm為膜的滲透性。單獨使用測試儀器測定膜的滲透性Pm是不可能的，因為穿過單個纖維的溶液流不可能製得足夠大以使Kb可以忽略。
該中空纖維膜可以製成合適的裝置，以用作超濾器從水或水溶液中除去汙染物。
實施例2製備了一種組合物，其包括約36wt％的Udel P1835NT11聚碸(Amoco Polymers，Inc.)、約45.7wt％的無水環丁碸(PhillipsChemical)、和約18.3wt％的平均分子量為約1000道爾頓的聚乙二醇(Dow Chemical)，得到的溶劑與非溶劑的比率為約2.5∶1。該組合物在約173℃下在同向旋轉雙螺杆壓出機中混合。然後，擠出組合物被造粒、再熔化，並在約178℃下、用單螺杆壓出機擠壓通過30孔的中空纖維噴絲頭。所得的中空纖維擠出物在空氣中、約22℃下淬火7-8秒。所得的中空纖維膜以約110英尺/分鐘的速度卷繞在芯上，並乾燥約1小時。然後，中空纖維被放在溫度為約25℃的水浴中，保持約12-15小時。
然後，通過以約30ft/min的速度從芯上退繞纖維，並使纖維在約40秒內經過36℃的水浴，從而處理中空纖維。纖維在室溫的水漂洗浴中浸沒139秒。然後，在37℃的約40wt％甘油水溶液浴中使纖維再增塑140秒。在從甘油水溶液浴中除去纖維之後，使用在約30psig下運行的氣刀從纖維中汽提過量液體。然後，將被處理的纖維在約70℃的對流烘箱中乾燥155秒。
所得中空纖維的平均腔管直徑為約142μm，平均壁厚為約31μm。製造分別含150根中空纖維的透析測試單元。裝置的平均體外水通量為68.0ml/(hr·mmHg·m2)，並且在穿過纖維腔管的溶液流速為約0.02毫升/分鐘/纖維的情況下，氯化鈉的平均Kov為約2.28×10-2釐米/分鐘。該中空纖維膜用於超濾，如用於在超濾器中從水或水溶液中除去汙染物。
實施例3製備了一種組合物，其包括約38wt％的Udel P1835NT11聚碸(Amoco Polymers，Inc.)、約44.3wt％的無水環丁碸(PhillipsChemical)、和約17.7wt％的平均分子量為約1000道爾頓的聚乙二醇(Dow Chemical)，得到的溶劑與非溶劑的比率為約2.5∶1。該組合物在約99℃下在同向旋轉雙螺杆壓出機中混合，並通過30孔的中空纖維噴絲頭而直接擠出。擠出物在空氣中、約26℃下淬火約6秒。所得的中空纖維膜以約160英尺/分鐘的速度卷繞在芯上，並立即在水浴中放置約12-15小時。
然後，以約30ft/min的速度從芯上退繞中空纖維，並在約40秒內經過37℃的水瀝濾浴。接著，纖維在室溫的水漂洗浴中浸沒約140秒。在約38℃的浴溫下、在含約40wt％甘油的甘油水溶液浴中使纖維再增塑140秒。在從甘油水溶液浴中除去纖維之後，使用在約30psig的壓力下運行的氣刀從纖維中除去過量液體。然後，纖維在約70℃的對流烘箱中乾燥約155秒。
所得中空纖維膜的平均腔管直徑為約237μm，平均壁厚為約35μm。從該纖維製造分別含150根所得纖維的透析測試單元。這些裝置的平均體外水通量為143.5ml/(hr·mmHg·m2)，並且在穿過纖維腔管的溶液流速為約0.02毫升/分鐘/纖維的情況下，發現氯化鈉的平均Kov為0.88×10-2釐米/分鐘。該中空纖維膜可以用於在超濾器中從水或水溶液中除去汙染物。
實施例4製備了一種組合物，其包括約38wt％的Udel P1835NT11聚碸(Amoco Polymers，Inc.)、約45.7wt％的無水環丁碸(PhillipsChemical)、和約18.3wt％的平均分子量為約1000道爾頓的聚乙二醇(Dow Chemical)，得到的溶劑與非溶劑的比率為約2.6∶1。該組合物在約143℃下在同向旋轉雙螺杆壓出機中混合，並通過30孔的中空纖維噴絲頭而直接擠出。該擠出物在空氣中、約25℃下淬火約0.08分鐘，然後以約160英尺/分鐘的速度卷繞在芯上，在25℃水浴中放置約3天之前乾燥30分鐘。
然後，以約30ft/min的速度從芯上退繞中空纖維，並在約30秒內經過38℃的水瀝濾浴。纖維在室溫的水漂洗浴中浸沒148秒。在約38℃的浴溫下、在包含約40wt％甘油的甘油水溶液浴中使纖維再增塑149秒。在從甘油水溶液浴中除去纖維之後，使用在約30psig的壓力下運行的氣刀從纖維中除去過量液體。被處理的中空纖維在約70℃的對流烘箱中乾燥147秒。
所得中空纖維膜的平均腔管直徑為約192μm，平均壁厚為約29.5μm。製造分別含150根所得纖維的透析測試單元。這些裝置的平均體外水通量為141.2ml/(hr·mmHg·m2)，並且在穿過纖維腔管的溶液流速為約0.02毫升/分鐘/纖維的情況下，發現氯化鈉的平均Kov為1.20×10-2釐米/分鐘。該中空纖維膜用於在超濾器中從水或水溶液中除去汙染物。
實施例5製備了一種組合物，其包括約34wt％的Udel P1835NT11聚碸(Amoco Polymers，Inc.)、約54wt％的無水環丁碸(Phillips Chemical)、約12wt％的平均分子量為約1000道爾頓的聚乙二醇(Dow Chemical)、和約1wt％的甘油(Van Waters Rogers，Inc.，Seattle，Washington)，得到的溶劑與非溶劑的比率為約4.5∶1。該組合物在約144℃下在同向旋轉雙螺杆壓出機中混合。然後，擠出物被冷卻、造粒、再熔化，並在約134℃下、使用單螺杆擠出機使其通過30孔的中空纖維噴絲頭而被擠出。所得擠出物在空氣中、約20℃下淬火約0.08分鐘，並以約200英尺/分鐘的速度卷繞在芯上。整個卷繞芯被立即放置在25℃的水浴中，保持約15-20小時。
然後，通過以約30ft/min的速度從芯上退繞纖維，並在約97秒中使纖維經過室溫水瀝濾浴，從而處理中空纖維。在約38℃下的、含約40wt％甘油的甘油水溶液浴中使纖維再增塑145秒。在從甘油水溶液浴中除去纖維之後，使用在約30psig的壓力下運行的氣刀從纖維中汽提過量液體。被處理的中空纖維在約62℃的對流烘箱中乾燥151秒。
所得中空纖維膜的平均腔管直徑為約165μm，平均壁厚為約18μm。製造分別含約150根所得纖維的測試單元。這些裝置的平均體外水通量為67.2ml/(hr·mmHg·m2)，並且在穿過纖維腔管的溶液流速為約0.02毫升/分鐘/纖維的情況下，發現氯化鈉的平均Kov為2.19×10-2釐米/分鐘。
實施例6製備了一種組合物，其包括約34wt％的Udel P1835NT11聚碸(Amoco Polymers，Inc.)、約54wt％的無水環丁碸(Phillips Chemical)、約6wt％的平均分子量為約1000道爾頓的聚乙二醇(Dow Chemical)、和約6wt％的三甘醇(Aldrich Chemical Company，Inc.，Milwaukee，Wisconsin)，得到的溶劑與非溶劑的比率為約9∶1。該組合物在約153℃下在同向旋轉雙螺杆壓出機中混合。然後，將擠出物冷卻、造粒、再熔化，並在約137℃下、使用單螺杆擠出機使其通過30孔的中空纖維噴絲頭被擠出。所得中空纖維擠出物在空氣中、約20℃下淬火0.08分鐘，並以約200英尺/分鐘的速度卷繞在芯上。整個纖維芯被立即放置在25℃的水浴中，保持15-20小時。
然後，通過以約30ft/min的速度從芯上退繞纖維，並在95秒內使纖維經過室溫水瀝濾浴，從而處理中空纖維。然後，纖維在室溫的水漂洗浴中浸沒134秒。在約38℃下、在含約40％甘油的甘油水溶液浴中使纖維再增塑146秒。在從甘油水溶液浴中除去纖維之後，使用在約30psig的壓力下運行的氣刀從纖維中汽提過量液體。被處理的纖維在約70℃的對流烘箱中乾燥150秒。
所得中空纖維膜的平均腔管直徑為約180μm，平均壁厚為約20μm。製造分別含約150根所得纖維的測試單元。這些裝置的平均體外水通量為60.0ml/(hr·mmHg·m2)，並且在穿過纖維管腔的溶液流速為約0.02毫升/分鐘/纖維的情況下，發現氯化鈉的平均Kov為2.17×10-2釐米/分鐘。
實施例7製備了一種組合物，其包括約32wt％的Udel P1835NT11聚碸(Amoco Polymers，Inc.)、約53wt％的無水環丁碸(Phillips Chemical)、約15wt％的平均分子量為約1000道爾頓的聚乙二醇(Dow Chemical)，得到的溶劑與非溶劑的比率為約3.5∶1。該組合物在約131℃下在同向旋轉雙螺杆壓出機中混合，並通過30孔的中空纖維噴絲頭而直接擠出。擠出物在約7℃的水中淬火約6秒鐘。所得的中空纖維膜以約244英尺/分鐘的速度卷繞在芯上。整個纖維芯被立即放置在25℃的水浴中，保持約15-20小時。
然後，通過以約30ft/min的速度從芯上退繞纖維，並在97秒內使纖維經過室溫的水瀝濾浴，從而處理中空纖維。然後，纖維在室溫的水漂洗浴中浸沒135秒。在約38℃下、含約40wt％甘油的甘油水溶液浴中使纖維再增塑146秒。在從甘油水溶液浴中除去纖維之後，使用在約20psig的壓力下運行的氣刀從纖維中汽提過量液體。被處理的纖維在約45℃的對流烘箱中乾燥152秒。
所得中空纖維膜的平均腔管直徑為約203μm，平均壁厚為約37μm。製造分別含約150根所得纖維的測試單元。這些裝置的平均體外水通量為9.1ml/(hr·mmHg·m2)，並且在穿過纖維腔管的溶液流速為約0.02毫升/分鐘/纖維的情況下，發現氯化鈉的平均Kov為1.76×10-2釐米/分鐘。
實施例8基於應用於血液透析器的AMMI和EN123指導方針，測定了體外的膜的性能，如下1.小溶質的清除率使用如下條件下的開環線路，確定了脲、肌酸酐和磷酸酯的清除率。
血液進口流速， QBin＝300ml/min透析液進口流速，Qd＝500ml/min超濾流速， Qf＝10ml/min
溶質在溶液中的濃度如下脲＝1.0g/l肌酸酐＝0.2g/l磷酸酯＝0.12g/l清除率的計算表達式清除率(ml/min)-QBin(CBin-CBout)/CBin+Qf(CBout/CBin)此處CBin和CBout是溶質在血液進口和出口處的濃度。
2.中分子溶質的清除率與在小溶質清除率的情況下相同的流速下，溶質濃度範圍為300至500ppm，使用閉環線路，測定了中等溶質如維生素B12和細胞色素C的清除率。清除率的計算如下清除率(ml/min)＝Qf[(BT/In(1-QfT/V)+1)]此處B＝經過的時間與測試溶液濃度的自然對數的回歸分析斜率T＝經過的時間V＝零時間點的儲蓄器容積Qf＝超濾速度3.清蛋白篩分係數和超濾速度的計算如下在這些測試中使用了牛血清。總蛋白質的含量是60±5g/l。牛血清通過血液室以Qb＝300ml/min和Qf＝60ml/min進行循環，沒有液體通過其它室進行循環。在Qf＝60ml/min下循環1小時後，確定了超濾速度Kuf。Qf對可透性膜壓(TMP-mmHg)的斜率被用於Kuf的計算。
Kuf＝(Qf×60)/TMP，ml/h/mmHg清蛋白篩分係數，S通過如下表達式得到S＝2Cp/(CBin+CBout)此處Cp是超濾液中溶質的濃度。
4.血小板的下降根據如下確定在這個測試中使用了新鮮的牛血液。測試血小板下降的透析器，包括膜，用1L的鹽溶液灌注，然後連接到測試系統的透析器上，如圖8所示。每個測試中使用了500ml保持在37±1℃的血液。血液以300ml/min的速度用密閉的透析液口進行循環。通過庫樂爾特差分細胞計數器(Coulter Differential Cell Counter)在0、1、15、30、60、90、120和180分鐘分別採集1ml血液樣品，進行血小板計數。兩次讀數的平均值用於評估血小板對循環時間的變化。
實施例9作為實施例，由如下配方熔紡聚碸纖維A聚碸＝37.6％聚乙二醇(MW＝1,000道爾頓)＝11.0wt％環丁碸＝49.2wt％甘油＝1.2wt％聚乙烯吡咯烷酮(UHMW)＝1.0wt％為此，製備如下組合物，其包括約37.6wt％的Udel聚碸、約49.2wt％的無水環丁碸、約11.0wt％的聚乙二醇、約1.2wt％的甘油、和約1.0％的UHMW聚乙烯吡咯烷酮。該組合物在約160℃下、在同向旋轉雙螺杆壓出機中混合，接著在約145℃下通過16孔的中空纖維噴絲頭而被擠出。擠出物在空氣中、約18℃下淬火約30秒鐘。所得的中空纖維膜在約10秒內經過約37℃的水浴後，以約200m/min的速度卷繞在芯上。
然後，以約60ft/min的速度從芯上退繞中空纖維膜，並使其在約150秒內經過40℃的水浴。纖維在含約40wt％甘油的甘油水溶液中被再增塑約30秒，浴溫為約38℃。在從甘油水溶液浴中除去纖維之後，使用在約12psig的壓力下運行的氣刀從纖維中除去過量液體。然後，纖維在約70℃的對流烘箱中乾燥約200秒，並以約60ft/min的速度卷繞在芯上。
如圖6和7所示，所得纖維顯示了對稱結構。纖維維度和功能特性在下表I中給出。用牛血液測試得到的體外血小板結果如圖9所示。3小時循環後，血小板沒有下降。
實施例10作為實施例，由含如下的配方熔紡聚碸纖維B聚碸＝36.0％聚乙二醇(MW＝1,000道爾頓)＝11.5wt％甘油＝1.3wt％環丁碸＝51.2wt％沒有聚乙烯吡咯烷酮(UHMW)＝0wt％為此，製備了如下組合物，其包括約36.0wt％的Udel聚碸、約51.2wt％的無水環丁碸、約11.5wt％的聚乙二醇、和約1.3wt％的甘油。該組合物在約160℃下、在同向旋轉雙螺杆壓出機中混合，然後在約145℃下通過16孔的中空纖維噴絲頭被擠出。擠出物在約18℃的空氣中淬火約30秒鐘。所得的中空纖維膜在約10秒內經過約37℃的水浴後，以約200m/min的速度卷繞在芯上。
然後，以約60ft/min的速度從芯上退繞中空纖維膜，並在約150秒內經過40℃的水浴。纖維在含約40wt％甘油的甘油水溶液中被再增塑約30秒，浴溫為約38℃。在從甘油水溶液浴中除去纖維之後，使用在約12psig的壓力下運行的氣刀從纖維中除去過量液體。然後，纖維在約70℃的對流烘箱中乾燥約200秒，並以約60ft/min的速度卷繞在芯上。
如圖6和7所示，所得纖維顯示了對稱結構。纖維維度和功能特性在表I和II中給出。用牛血液獲得的體外血小板結果如圖9所示。3小時循環後，血小板減少了約40％。
實施例11作為實施例，由含如下的配方熔紡聚碸纖維C聚碸＝36.0％甲基聚乙二醇(MW＝2,000道爾頓)＝11.0wt％環丁碸＝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％為此，製備了如下組合物，其包括約36.0wt％的Udel聚碸、約44.2wt％的無水環丁碸、約11.0wt％的聚乙二醇、約1.3wt％的甘油、約5.0wt％的NMP、和約2.5％的UHMW聚乙烯吡咯烷酮。該組合物在約160℃下、在同向旋轉雙螺杆壓出機中混合，然後在約145℃下通過16孔的中空纖維噴絲頭擠出。擠出物在約18℃的空氣中淬火約30秒鐘。所得的中空纖維膜在約10秒內經過約37℃的水浴後，以約200m/min的速度卷繞在芯上。
然後，以約60ft/min的速度從芯上退繞中空纖維膜，並在約150秒內經過40℃水浴。纖維在含約40wt％甘油的甘油水溶液中被再增塑約30秒，浴溫為約38℃。在從甘油水溶液浴中除去纖維之後，使用在約12psig的壓力下運行的氣刀從纖維中除去過量液體。然後，纖維在約70℃的對流烘箱中乾燥約200秒，並以約60ft/min的速度卷繞在芯上。
如圖6和7所示，所得纖維顯示了對稱結構。纖維維度和功能特性在表I和II中給出。用牛血液測試獲得的體外血小板結果如圖9所示。3小時循環後，血小板沒有下降。
實施例12作為實施例，由含如下的配方熔紡聚碸纖維D聚碸＝35.0％甲基聚乙二醇(MW＝2,000道爾頓)＝11.0wt％環丁碸＝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％為此，製備了如下組合物，其包括約35.0wt％的Udel聚碸、約43.2wt％的無水環丁碸、約11.0wt％的聚乙二醇、約1.2wt％的甘油、7.2wt％的NMP、和約2.1％的UHMW聚乙烯吡咯烷酮。該組合物在約160℃下、在同向旋轉雙螺杆壓出機中混合，然後在約145℃下通過16孔的中空纖維噴絲頭擠出。擠出物在約18℃的空氣中淬火約30秒鐘。所得的中空纖維膜在約10秒內經過約37℃的水浴後，以約200m/min的速度卷繞在芯上。
然後，以約60ft/min的速度從芯上退繞中空纖維膜，並在約150秒內經過40℃水浴。纖維在含約40wt％甘油的甘油水溶液中被再增塑約30秒，浴溫為約38℃。在從甘油水溶液浴中除去纖維之後，使用在約12psig的壓力下運行的氣刀從纖維中除去過量液體。然後，纖維在約70℃的對流烘箱中乾燥約200秒，並以約60ft/min的速度卷繞在芯上。
如圖6和7所示，所得纖維顯示了對稱結構。纖維維度和功能特性在表I和II中給出。用牛血液測試獲得的體外血小板結果如圖9所示。3小時循環後，血小板沒有下降。
圖9和表II中的數據暗示了，配方中少量UHMW親水聚合物和聚乙烯吡咯烷酮的使用產生了適於透析應用的無血栓形成的聚碸纖維。
表I聚碸纖維的規格和功能
表II體外性能
應理解，對本文描述的現有優選實施方案的各種變化和修改對本領域的技術人員是顯而易見的。在不背離本發明的精神和範圍且不減少預期優點的前提下，可以作出這些變化和修改。因此，旨在將這些變化和修改包括於附加的權利要求書中。
權利要求
1.一種聚碸半透膜，該聚碸半透膜包括如下物質的混合物超高分子量的親水聚合物、聚碸化合物和該聚碸化合物的溶劑，該聚碸半透膜具有均勻結構，使得該聚碸半透膜具有基本上一致的結構。
2.如權利要求1所述的聚碸半透膜，其中超高分子量的親水聚合物為聚乙烯吡咯烷酮。
3.如權利要求1所述的聚碸半透膜，其中聚碸化合物選自雙酚A聚碸、聚醚聚碸、聚苯基聚碸及其混合物。
4.如權利要求1所述的聚碸半透膜，其中超高分子量的親水聚合物的分子量為約1,000,000至約1,500,000道爾頓。
5.如權利要求1所述的聚碸半透膜，包括至少30wt％的聚碸化合物。
6.如權利要求1所述的聚碸半透膜，包括n-甲基-吡咯烷酮。
7.如權利要求1所述的聚碸半透膜，包括甘油。
8.一種由組合物形成的聚碸半透膜，該組合物包括如下物質的混合物聚碸化合物、超高分子量的親水聚合物、聚碸化合物的溶劑、和聚碸化合物的非溶劑，該聚碸半透膜具有均勻結構，使得該聚碸半透膜具有基本上一致的結構。
9.如權利要求8所述的聚碸半透膜，其中非溶劑選自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、鄰甲苯甲酸、間甲苯甲酸、甲苯-3，4-二胺、鄰苯二甲酸二丁酯、哌啶、萘烷、環己烷、環己烯、氯代環己烷、溶纖劑溶劑、n，n-二甲基苄胺、石蠟、礦物油、地蠟、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、三苯基氯化錫、間苯二酚、2-甲基-8-羥基喹啉、喹哪啶、4-苯基吡啶、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(對硝基苯基)酯、N，N-二甲基-對苯二胺、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、乙醯丙酸、苯基吡咯-2-基酮、苯基-4-吡啶基酮、異硫氰酸間硝基苯酯、2-甲基-1H-吲哚、4-甲基咪唑、咪唑、1，7-庚二醇、9H-芴-9-酮、二茂鐵、2，2′，2″-次氮基三乙醇、2，2′-亞氨基二乙醇、氧芴、環己基乙酸、氨腈、courmarin、2，2′-二吡啶、苯甲酸、苯丙酸、鄰二硝基苯、9-甲基-9-氮雜雙環(3.3.1)壬-3-酮、氯代二苯基砷、溴化銻、對甲氧基苯胺、鄰甲氧基苯甲醛、己二腈、對氨基苯乙酮、一醋精、二醋精、三醋精、pentoxane、4-苯甲醯聯苯、油酸甲酯、磷酸三乙酯、丁內酯、三聯苯、十四烷醇、多氯聯苯、肉豆蔻酸、甲基丙烯酸十二烷基酯、異氰酸亞甲基二對亞苯基酯、2-((2-己氧基)乙氧基)乙醇、4-硝基聯苯、二苄醚、苯磺醯氯、2，4-二異氰酸-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)三氯矽烷、二氯二苯基矽烷、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(對硝基苯基)酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、苯基二氯化磷、對硝基苯酚、異氰酸甲基間亞苯基酯、2，2′-亞氨基二乙醇、N-(2-氨基乙基)-N′-(2-((2-氨基乙基)氨基)乙基-1，2-乙二胺、2，6-二叔丁基對甲酚、氯聯苯、4-聯苯胺、二苄醚、苯磺醯氯、1，2-(亞甲基二氧)-4-丙烯基苯、2，4-二異氰酸-1-甲基苯基酯、氯代二硝基苯(混合異構體)、六氫-2H-氮雜卓-2-酮、4，4′-亞甲基二苯胺、1′-乙醯萘、巰基乙酸、乙醯苯胺、甘油及其混合物。
10.如權利要求8所述的聚碸半透膜，其中超高分子量的親水聚合物為聚乙烯吡咯烷酮。
11.如權利要求8所述的聚碸半透膜，其中聚碸化合物選自雙酚A聚碸、聚醚聚碸、聚苯基聚碸及其混合物。
12.如權利要求8所述的聚碸半透膜，其中超高分子量的親水聚合物的分子量為約1,000,000至約1,500,000道爾頓。
13.如權利要求8所述的聚碸半透膜，包括至少30wt％的聚碸化合物。
14.如權利要求8所述的聚碸半透膜，包括小於3wt％的超高分子量的親水聚合物。
15.如權利要求8所述的聚碸半透膜，其中溶劑選自四氫噻吩碸、3-甲基環丁碸、二苯甲酮、n，n-二甲基乙醯胺、2-吡咯烷酮、3-甲基環丁烯碸、吡啶、噻吩、鄰二氯苯、1-氯萘、水楊酸甲酯、苯甲醚、鄰硝基苯甲醚、二苯醚、二苯氧基甲烷、苯乙酮、對甲氧基苯基-2-乙醇、2-哌啶、安替比林、δ-戊內醯胺、鄰苯二甲酸二乙酯、二苯碸、二苯亞碸、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸雙(2-乙基己基)酯、鄰苯二甲酸苄基丁基酯、苯硫醚及其混合物。
16.如權利要求8所述的聚碸半透膜，其中親水聚合物為聚乙烯吡咯烷酮，其分子量為約1,000,000至1,500,000道爾頓。
17.如權利要求8所述的聚碸半透膜，包括n-甲基-吡咯烷酮。
18.如權利要求8所述的聚碸半透膜，包括甘油。
19.一種聚碸半透膜，其在整個膜的厚度維度上具有基本上一致的結構，該聚碸半透膜由如下物質的混合物構造而成聚碸化合物、超高分子量的聚乙烯吡咯烷酮、聚碸化合物的溶劑、和聚碸化合物的非溶劑。
20.如權利要求19所述的聚碸半透膜，包括n-甲基-吡咯烷酮。
21.如權利要求19所述的聚碸半透膜，其中非溶劑選自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、鄰甲苯甲酸、間甲苯甲酸、甲苯-3，4-二胺、鄰苯二甲酸二丁酯、哌啶、萘烷、環己烷、環己烯、氯代環己烷、溶纖劑溶劑、n，n-二甲基苄胺、石蠟、礦物油、地蠟、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、三苯基氯化錫、間苯二酚、2-甲基-8-羥基喹啉、喹哪啶、4-苯基吡啶、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(對硝基苯基)酯、N，N-二甲基-對苯二胺、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、乙醯丙酸、苯基吡咯-2-基酮、苯基-4-吡啶基酮、異硫氰酸間硝基苯酯、2-甲基-1H-吲哚、4-甲基咪唑、咪唑、1，7-庚二醇、9H-芴-9-酮、二茂鐵、2，2′，2″-次氮基三乙醇、2，2′-亞氨基二乙醇、氧芴、環己基乙酸、氨腈、courmarin、2，2′-二吡啶、苯甲酸、苯丙酸、鄰二硝基苯、9-甲基-9-氮雜雙環(3.3.1)壬-3-酮、氯代二苯基砷、溴化銻、對甲氧基苯胺、鄰甲氧基苯甲醛、己二腈、對氨基苯乙酮、一醋精、二醋精、三醋精、pentoxane、4-苯甲醯聯苯、油酸甲酯、磷酸三乙酯、丁內酯、三聯苯、十四烷醇、多氯聯苯、肉豆蔻酸、甲基丙烯酸十二烷基酯、異氰酸亞甲基二對亞苯基酯、2-((2-己氧基)乙氧基)乙醇、4-硝基聯苯、二苄醚、苯磺醯氯、2，4-二異氰酸-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)三氯矽烷、二氯二苯基矽烷、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(對硝基苯基)酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、苯基二氯化磷、對硝基苯酚、異氰酸甲基間亞苯基酯、2，2′-亞氨基二乙醇、N-(2-氨基乙基)-N′-(2-((2-氨基乙基)氨基)乙基-1，2-乙二胺、2，6-二叔丁基對甲酚、氯聯苯、4-聯苯胺、二苄醚、苯磺醯氯、1，2-(亞甲基二氧)-4-丙烯基苯、2，4-二異氰酸-1-甲基苯基酯、氯代二硝基苯(混合異構體)、六氫-2H-氮雜卓-2-酮、4，4′-亞甲基二苯胺、1′-乙醯萘、巰基乙酸、乙醯苯胺、甘油及其混合物。
22.如權利要求19所述的聚碸半透膜，包括n-甲基-吡咯烷酮。
23.如權利要求19所述的聚碸半透膜，包括甘油。
24.一種製備聚碸半透膜的熔紡方法，該方法包括如下步驟(a)形成一種組合物，其包括聚碸化合物、聚碸化合物的溶劑、超高分子量的親水聚合物、和聚碸化合物的非溶劑，溶劑和非溶劑以一定的比率存在於組合物中，足以形成用於液體分離過程的半透膜；(b)加熱該組合物至某一溫度，在此溫度下組合物為均勻液體；(c)擠壓該均勻液體以形成擠出物；和(d)熱淬火該擠出物以引起相的分離，由此形成半透膜
25.如權利要求24所述的方法，其中溶劑選自四氫噻吩碸、3-甲基環丁碸、二苯甲酮、n，n-二甲基乙醯胺、2-吡咯烷酮、3-甲基環丁烯碸、吡啶、噻吩、鄰二氯苯、1-氯萘、水楊酸甲酯、苯甲醚、鄰硝基苯甲醚、二苯醚、二苯氧基甲烷、苯乙酮、對甲氧基苯基-2-乙醇、2-哌啶、安替比林、δ-戊內醯胺、鄰苯二甲酸二乙酯、二苯碸、二苯亞碸、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸雙(2-乙基己基)酯、鄰苯二甲酸苄基丁基酯、苯硫醚及其混合物。
26.如權利要求24所述的方法，其中淬火擠出物的步驟包括使擠出物通過淬火區，該淬火區包括選自如下的流體空氣、水、甘油、四氫噻吩碸及其混合物。
27.如權利要求24所述的方法，還包括拉伸半透膜的步驟。
28.如權利要求24所述的方法，還包括使半透膜儲存於液體中約4小時至約15天的步驟。
29.如權利要求24所述的方法，還包括使半透膜經過瀝濾浴的步驟。
30.如權利要求29所述的方法，其中瀝濾浴包括聚碸化合物的非溶劑。
31.如權利要求29所述的方法，其中瀝濾浴包括水。
32.如權利要求24所述的方法，還包括使半透膜經過漂洗浴的步驟。
33.如權利要求32所述的方法，其中漂洗浴包括水。
34.如權利要求32所述的方法，還包括使半透膜經過再增塑浴的步驟。
35.如權利要求34所述的方法，其中再增塑浴包括甘油水溶液。
36.如權利要求35所述的方法，其中甘油水溶液包括小於約50wt％的甘油。
37.如權利要求34所述的方法，還包括乾燥半透膜的步驟。
38.如權利要求37所述的方法，其中半透膜在烘箱中乾燥。
39.一種製備用於液體分離過程的聚碸半透膜的熔紡方法，該方法包括如下步驟(a)形成一種組合物，其包括聚碸化合物、聚碸化合物的溶劑、超高分子量的聚乙烯吡咯烷酮、和聚碸化合物的非溶劑，其中溶劑和非溶劑以一定的比率存在，足以形成用於液體分離過程的半透膜；(b)加熱該組合物至某一溫度，在此溫度下組合物為均勻液體；(c)使均勻液體穿過鑄帶模，製得固體鑄帶；(d)熱淬火該均勻液體以製得鑄帶；(e)將鑄帶造粒成容易給擠出機進料的粒度；(f)再熔化粒子，形成液體；和(g)擠壓該液體以形成擠出物，並熱淬火該擠出物以引起相分離，形成半透膜。
40.如權利要求39所述的方法，其中溶劑選自四氫噻吩碸、3-甲基環丁碸、二苯甲酮、n，n-二甲基乙醯胺、2-吡咯烷酮、3-甲基環丁烯碸、吡啶、噻吩、鄰二氯苯、1-氯萘、水楊酸甲酯、苯甲醚、鄰硝基苯甲醚、二苯醚、二苯氧基甲烷、苯乙酮、對甲氧基苯基-2-乙醇、2-哌啶、安替比林、鄰苯二甲酸二乙酯、二苯碸、二苯亞碸、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸雙(2-乙基己基)酯、鄰苯二甲酸苄基丁基酯、苯硫醚、δ-戊內醯胺、鄰苯二甲酸二乙酯、及其混合物。
41.如權利要求39所述的方法，其中非溶劑選自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、鄰甲苯甲酸、間甲苯甲酸、甲苯-3，4-二胺、鄰苯二甲酸二丁酯、哌啶、萘烷、環己烷、環己烯、氯代環己烷、溶纖劑溶劑、n，n-二甲基苄胺、石蠟、礦物油、地蠟、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、三苯基氯化錫、間苯二酚、2-甲基-8-羥基喹啉、喹哪啶、4-苯基吡啶、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(對硝基苯基)酯、N，N-二甲基-對苯二胺、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、乙醯丙酸、苯基吡咯-2-基酮、苯基-4-吡啶基酮、異硫氰酸間硝基苯酯、2-甲基-1H-吲哚、4-甲基咪唑、咪唑、1，7-庚二醇、9H-芴-9-酮、二茂鐵、2，2′，2″-次氮基三乙醇、2，2′-亞氨基二乙醇、氧芴、環己基乙酸、氨腈、courmarin、2，2′-二吡啶、苯甲酸、苯丙酸、鄰二硝基苯、9-甲基-9-氮雜雙環(3.3.1)壬-3-酮、氯代二苯基砷、溴化銻、對甲氧基苯胺、鄰甲氧基苯甲醛、己二腈、對氨基苯乙酮、一醋精、二醋精、三醋精、pentoxane、4-苯甲醯聯苯、油酸甲酯、磷酸三乙酯、丁內酯、三聯苯、十四烷醇、多氯聯苯、肉豆蔻酸、甲基丙烯酸十二烷基酯、異氰酸亞甲基二對亞苯基酯、2-((2-己氧基)乙氧基)乙醇、4-硝基聯苯、二苄醚、苯磺醯氯、2，4-二異氰酸-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)三氯矽烷、二氯二苯基矽烷、硫代磷酸-o，o-二乙基-o-(對硝基苯基)酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、苯基二氯化磷、對硝基苯酚、異氰酸甲基間亞苯基酯、2，2′-亞氨基二乙醇、N-(2-氨基乙基)-N′-(2-((2-氨基乙基)氨基)乙基-1，2-乙二胺、2，6-二叔丁基對甲酚、氯聯苯、4-聯苯胺、二苄醚、苯磺醯氯、1，2-(亞甲基二氧)-4-丙烯基苯、2，4-二異氰酸-1-甲基苯基酯、氯代二硝基苯(混合異構體)、六氫-2H-氮雜卓-2-酮、4，4′-亞甲基二苯胺、1′-乙醯萘、巰基乙酸、乙醯苯胺、甘油及其混合物。
42.如權利要求39所述的聚碸半透膜，包含至少30wt％的聚碸化合物。
43.如權利要求39所述的聚碸半透膜，包括n-甲基-吡咯烷酮。
44.如權利要求39所述的聚碸半透膜，包括甘油。
45.如權利要求39所述的聚碸半透膜，包括小於3wt％的超高分子量的親水聚合物。
全文摘要
本發明特別提供了一種用於製備均勻半透膜的組合物，該組合物包括聚碸半透膜，該聚碸半透膜包括如下物質的混合物超高分子量的親水聚合物、聚碸化合物和該聚碸化合物的溶劑，該聚碸半透膜具有均勻結構使得該聚碸半透膜具有基本上一致的結構。本發明的另一方面公開了通過均勻地混合組合物、熔化組合物和熔紡該熔融組合物來製備半透膜的方法。本發明的另一方面包括均勻的熔紡半透膜，用於液體分離過程，例如但不限於微量過濾、超濾、透析和反滲透。
文檔編號B01D67/00GK1729044SQ200380107054
公開日2006年2月1日 申請日期2003年12月18日 優先權日2002年12月20日
發明者韓文利, 馬丁·克特雷爾, 若尼·李, 坦·阮, 喬治·華盛頓, 德洛麗絲·若爾丹, 迪伯銀都·德 申請人:巴克斯特國際公司, 巴克斯特醫療保健股份有限公司