大孔过滤膜的制作方法
【专利摘要】基于选自芳族砜聚合物的疏水性第一聚合物和亲水性第二聚合物的亲水平片膜，其中膜具有30-200μm的厚度、第一和第二表面以及具有三维海绵状网络结构的载体层，其中载体层具有在其面对第一表面的侧上的第一覆盖层和在其面对第二表面的侧上的第二覆盖层，所述覆盖层与载体层形成整体，且其中第一和第二表面具有近似椭圆形或圆形开孔，所述开孔分别透入第一或第二覆盖层，并连接在载体层上，其中表面中开孔的平均直径相差小于2的因数，其中载体层的三维网络结构由厚分支和连续多孔体系构成，且分支的主要部分具有在其最薄点处至少0.5μm的直径且其中载体层中的孔大于表面中的开孔。
【专利说明】大孔过滤膜
[0001]本发明涉及平片膜形式的亲水性大孔过滤膜，所述过滤膜基于选自芳族砜聚合物的成膜疏水性第一聚合物以及亲水性第二聚合物，其中膜具有第一和第二表面以及在表面之间延伸且具有三维海绵状网络结构的载体层。
[0002]大孔聚合物膜在多数工业、药物和医学应用中用于精确过滤。在这些应用中，膜分离方法变得越来越重要，因为这些方法提供这一优点:待分离的材料不受热应力且一定不受损。微孔滤膜例如能够除去具有低至亚微米范围的尺寸的细粒或微生物，因此适于生产用于实验室中或半导体工业的纯净水。膜分离方法的大量其它应用由饮料工业、生物技术或废水技术中已知。
[0003]在多数情况下，使用具有明显不对称性的膜，所述膜具有分离层和与其邻接的微孔载体结构，所述载体结构具有与分离层相比更粗的孔。由此，分离层中的孔决定膜的实际分离性能，即膜保留的颗粒或分子的大小由分离层中的孔的大小控制。在应用期间，这类膜用于许多情况，使得它们在其上从较多开孔侧流动，因此微孔载体层充当分离层的预滤器。通过这种方法，膜的污垢负载能力提高。因此流过膜的流体首先进入较大的孔中，然后进入分离层的小孔中。通过这种方法，流体中所含颗粒在可达到分离层以前保留在粗孔载体层中并堵塞它。
[0004]对于大量膜应用，砜聚合物如聚砜或聚醚砜代表通常使用的膜材料，并非仅仅由于它们的高化学稳定性、它们的高温稳定性或由其产生的膜的灭菌能力。然而，这些聚合物为疏水性聚合物，这限制其在含水介质的过滤中的使用。另外，已知由疏水性材料制备的膜具有强非特异性吸附性，这通常在使用期间导致膜表面被待过滤液体的优选较高分子量组分涂覆，因此导致渗透性劣化。
[0005]US-A-6056903涉及具有至少0.01 μ m的有效孔径大小以及优选约0.1-20 μ m的孔径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着无皮壁的基本对称孔结构。
[0006]由聚砜构成且具有明显不对称性的膜还描述于EP-A-0696935、US-A-5846422和US-A-5979670中。由于仅使用聚醚砜，这些膜是疏水性的。在具有较窄孔的表面上，它们具有至少1.2μπι的平均孔径，其中自该表面起，膜壁具有各向同性区域，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，优选至少3或甚至6的因数。这些膜意欲用于例如分析或诊断方法，其中特值置于高生产速度。由于仅使用聚醚砜作为形成膜结构的聚合物，这些膜为疏水性的，因此自然不能用水润湿。由于这些疏水性能，因为待过滤液体中所含物质的吸附，这些膜倾向于在使用期间阻塞内部膜结构。
[0007]US-A-5906742也涉及基于聚砜的整体不对称膜，其壁具有与具有微孔皮层的第一表面邻接的具有基本恒定孔径的各向同性区域，所述各向同性区域沿着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对称区域。US-A-5906742的膜是亲水性的，因为将亲水性聚合物与聚砜混合。邻接各向同性区域的微孔皮层中的孔具有超过约I μ m的平均直径，且第二表面中的孔大大于2，优选大于3至6或更高的因数。不考虑该表面，不对称性甚至更明显，为至少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对称的。然而，与大孔径大小有关的明显不对称性对膜的机械性能施加负面影响，特别是导致这些膜的低压缩性。
[0008]US-A-5886059涉及用于微孔过滤的聚醚砜膜，其中膜具有明显的不对称结构。它具有在其第一侧上具有相对小孔的皮层以及其该侧起直至另一、第二膜侧，孔径大小在整个膜壁上提高，其中第二侧上的孔比第一侧上皮层中的孔大50-10000的因数。具有这类结构的膜在位于膜表面上的具有最小孔的层，即分离层方面容易受机械损害。由于特殊的不对称结构，该膜还仅具有中等机械稳定性。
[0009]W002/07854公开了具有主滤器以除去白血球的血液收集系统。主滤器由由聚醚砜构成的膜组成，所述膜具有层状结构、第一皮层表面和第二皮层表面，以及具有细胞孔的内部孔结构，其中膜也具有在整个壁上明显的不对称孔结构。与第一皮层表面相邻的内部孔结构的孔比与第二皮层表面相邻的内部孔结构的孔更小，其中第一表面中的多数孔具有约12-28 μ m的直径。
[0010]在医学技术部门中的应用尤其涉及诊断用设备，如例如US-A-5240862所述。来自US-A-5240862的设备为用于分离血液的系统，其中不对称膜与收集器膜密切接触。在该应用中，将整个血液应用于不对称膜的较粗孔侧，并使血细胞保留在不对称膜的大孔中。血浆流过膜并进入收集器膜中。收集器膜通常装配有分析检测系统，使得可检查血浆中所含的某些组分。
[0011]微孔膜在医学技术中的具体应用涉及用于输注液给药的过滤器。在这种情况下，将开孔膜过滤器安装在输注液的流程中以保持输注液如氯化钠容水溶液、葡萄糖和类脂溶液的恒定通过速率而不依赖于静水压头，以及保留输注液中所含的可能颗粒或未溶解材料。同时，这些膜过滤器通常具有将气泡与输注液分离的任务。这类过滤器例如公开于EP0254100B1 中。
[0012]然而，在输注液的给药中，通常想要在应用结束时流体柱保留在输液管中，并可连接新的输液瓶而不需要将管排气。通过这种方法，将输液管和/或待给药的输注液排气的问题可至少减少。因此，需要一种过滤元件，其除具有与输注液中的潜在杂质有关的过滤性能外，还具有防止输液管干运行的性能。由于该过滤元件，在含水液体或输注液的流程中包含该过滤元件应防止所形成的流体柱断开并能够例如在置于这类过滤元件下面的毛细管中形成足够高的流体柱，使得足够的流体柱因此保持位于输液管中。同时,该过滤元件应具有对液体通过而言的低水力阻力。另外，它应具有高机械稳定性。因此，本发明的目的是提供适于这类应用的过滤元件。
[0013]该目的通过平片膜形式的亲水性大孔过滤膜实现，所述膜基于选自芳族砜聚合物的成膜疏水性第一聚合物以及亲水性第二聚合物，其中膜具有第一和第二表面以及在表面之间延伸并具有三维海绵状网络结构的载体层，
[0014]-其中载体层具有在其面对第一表面的侧上的第一覆盖层和在其面对第二表面的侧上的第二覆盖层，所述覆盖层与载体层形成整体，且
[0015]-其中第一和第二表面具有近似椭圆形或圆形开孔，所述开孔分别透入第一和第二覆盖层，并连接在载体层上，其中第一表面中开孔的平均直径与第二表面中开孔的平均直径相差小于2的因数，
[0016]-其中载体层的三维网络结构由厚分支和连续多孔体系构成，且分支的主要部分具有在其最薄点处至少0.5 μ m的直径，
[0017]-其中载体层中的孔大于表面中的开孔，且
[0018]-其中过滤膜具有30-200μ m的厚度。
[0019]由于聚合物形成它，即由于膜的结构由选自芳族砜聚合物的聚合物和亲水性第二聚合物形成，本发明膜具有亲水性能，并自然地可被含水液体润湿，即膜表面上的水滴立即被膜吸收。因此，膜极好地适用于例如含水液体的过滤。
[0020]本发明膜基于选自芳族砜聚合物的疏水性第一聚合物并且还含有亲水性第二聚合物。在本发明上下文中，例如聚砜、聚醚砜、聚亚苯基砜、聚(芳基醚砜)或者这些聚合物的共聚物或变体或者这些聚合物的混合物本身被认为是芳族砜聚合物。在优选实施方案中，疏水性第一聚合物为具有以下式(I)和(II)所示重复分子单元的聚砜或聚醚砜。根据式(II)的聚醚砜特别优选用作疏水性第一聚合物，因为它比例如聚砜更少疏水。
[0021]
【权利要求】
1.平片膜形式的亲水性大孔过滤膜，其基于选自芳族砜聚合物的成膜疏水性第一聚合物以及亲水性第二聚合物，其中膜具有第一和第二表面和在表面之间延伸且具有三维海绵状网络结构的载体层， -其中载体层具有在其面对第一表面的侧上的第一覆盖层和在其面对第二表面的侧上的第二覆盖层，所述覆盖层与载体层形成整体，且 -其中第一和第二表面具有近似椭圆形或圆形开孔，所述开孔分别透入第一和第二覆盖层，并连接在载体层上，其中第一表面中开孔的平均直径与第二表面中开孔的平均直径相差小于2的因数， -其中载体层的三维网络结构由厚分支和连续多孔体系构成，且分支的主要部分具有在其最薄点处至少0.5 μ m的直径， -其中载体层中的孔大于表面中的开孔，且 -其中过滤膜具有30-200 μ m的厚度。
2.根据权利要求1的大孔过滤膜，其特征在于第一表面区域的孔比例为至少20%。
3.根据权利要求1或2的大孔过滤膜，其特征在于第一表面区域的孔比例为小于60%。
4.根据权利要求1-3中一项或多项的大孔过滤膜，其特征在于第一或第二覆盖层分别具有3-10 μ m的厚度。
5.根据权利要求1-4中一项或多项的大孔过滤膜，其特征在于第二表面中开孔的平均直径与第一表面中开孔的平均直径的0.5-1.5倍一样大。
6.根据权利要求1-5中一项或多项的大孔过滤膜，其特征在于第二表面中开孔的平均直径为2-20 μ m。
7.根据权利要求1-6中一项或多项的大孔过滤膜，其特征在于它具有50-150μ m的厚度。
8.根据权利要求1-7中一项或多项的大孔过滤膜，其特征在于在第二覆盖层的方向上起始于第一覆盖层，载体层中孔的直径在至少50%的载体层厚度上在载体层的第一区域中基本恒定。
9.根据权利要求1-8中一项或多项的大孔过滤膜，其特征在于它具有65-85体积％的体积孔隙率。
10.根据权利要求1-9中一项或多项的大孔过滤膜，其特征在于它具有如通过泡点方法测定为5-10 μ m的最大分离孔直径dmax。
11.根据权利要求ι-?ο中一项或多项的大孔过滤膜，其特征在于载体层具有至少1/10的膜厚度的直径。
12.根据权利要求1-11中一项或多项的大孔过滤膜，其特征在于它具有700-4000ml/(cm2.min.bar)的水可透性膜流量TMF。
13.根据权利要求1-12中一项或多项的大孔过滤膜，其特征在于它具有相对于其横截面区域至少500cN/mm2的拉伸强度。
14.根据权利要求1-13中一项或多项的大孔过滤膜，其特征在于芳族砜聚合物为聚砜或聚醚砜。
15.根据权利要求1-14中一项或多项的大孔过滤膜，其特征在于亲水性聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙二醇单酯、聚山梨醇酯、聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素、聚丙烯酸，或者这些聚合物的变体或共聚物。
16.用于给药输注液的输液装置，其包含滴室和连接在滴室上的输液管，其中根据权利要求1-15中一项或多 项的膜在滴室的出口区域插入输液管中。
【文档编号】B01D71/68GK103608092SQ201280028685
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年3月29日 优先权日:2011年4月13日
【发明者】F·施奈德, M·泽尔尼克, W·斯特里普, R·塔施 申请人:门布拉内有限公司