一种共混聚偏氟乙烯中空纤维膜及其制备方法
【技术领域】
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[0001]本发明属共混聚偏氟乙烯中空纤维膜领域，特别是涉及用于血液透析的共混聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备。
【背景技术】
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[0002]近年来，随着终末期肾病患者数量的增加，血液净化技术已成为肾脏治疗的主要手段和应用最为广泛的方式之一。随着血液净化技术的普及和发展.尿毒症患者的生存期明显延长，生活质量明显提高，但随之也出现了许多远期并发症，如肾性骨病、透析相关淀粉样变、心血管疾病等。目前，应用于血液透析的中空纤维膜材料在体内被视同异物，与血液相接触时，不可避免会引起机体一系列的防御反应，其中血小板粘附，激活凝血系统，产生凝血和血栓是最严重的反应。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种性能优良的高分子材料，其突出的化学稳定性、耐辐射特性和耐热性等使其广泛应用于膜分离领域。PVDF膜材料表面光滑，表面能低，蛋白吸附量较低，且材料本身无毒，所制备的超滤膜通量较高，而且与目前用于高通量血液透析膜材料的聚醚砜中空纤维膜相比，超滤速度衰减小，有望成为血液透析的新材料。但是由于PVDF具有强的疏水性，其在生物医用等领域应用时仍然会产生蛋白质吸附、血小板粘附、凝血等问题。因此，PVDF的关键因素是进一步提高其生物相容性和抗凝性。因此，对PVDF进行共混改性使得共混膜生物相容性和抗凝性共同提高，进而用作生物医用材料具有重大意义。
[0003]近年来，就提高PVDF血液相容性和抗凝性而言，主要是在PVDF膜表面引入功能性基团，包括亲水性物质(例如聚乙二醇、两性离子等)和具有抗凝效果的单体(例如肝素、磷酰胆碱)，而这种方法却改变了PVDF自身优良的性能，限制了应用。目前，采用共混法改性，简单易行，能在一定程度上克服表面改性法的缺陷，并且可以降低原料成本、节省能源，在制膜过程中可以同步实现功能改性等优点，正成为人们的研究热点。
[0004]采用共混改性制备聚偏氟乙烯中空纤维膜材料已有许多文献和专利进行报道。CN1265048A将聚偏氟乙烯树脂与有机液体和无机粒酚酞基聚醚砜酯的熔点以上60°C或更高的温度下将所得的掺混物加热熔融而制成多孔膜。CNZ00510110757.7将聚偏氟乙烯树脂与聚醚砜共混而制备中空纤维膜。CN101596416A、CN101596417A分别将聚偏氟乙烯树脂与甲基丙烯酸甲酯和酚酞基聚醚砜共混而制备对血液中蛋白有毒物质具有良好截留效果的用于血液净化的中空纤维膜。CN1579601A将聚偏氟乙烯树脂与聚乙二醇共混制备用于血液透析的聚偏氟乙烯中空纤维膜。但这些研究在对PVDF共混改性后，用于血液透析时中空纤维膜与血液接触可能会产生凝血或血红细胞溶血、血小板黏附等问题，对临床血液透析的开发应用带来一定的困难。
[0005]本申请专利发明人曾采用碱处理的方法对PVDF中空纤维膜表面进行接枝改性，分别制备出血液相容性较好和抗凝血PVDF分离膜(ZL201410325639.7;ZL201410325836)。研究发现，采用亲水、无毒、免疫原性低、生物相容性极佳、对蛋白质吸附细胞黏附具有排斥作用的丙烯酰吗啉(ACMO)对PVDF进行接枝改性，膜显示出较好的抗蛋白质吸附、抗血小板黏附和抗溶血等特性;而小分子凝血酶抑制剂--阿加曲班(argatroban)接枝改性的PVDF膜能够抑制凝血酶的产生及纤维蛋白的生成，发挥了很强的抗凝、抗栓作用。
[0006]因此，本发明将丙烯酰吗啉和阿加曲班同时接枝到PVDF上，得到与PVDF具有混溶性的接枝共聚物，然后将该共聚物与PVDF共混，通过干-湿法纺丝技术制备得到具有良好生物相容性和抗凝性的共混中空纤维血液透析膜。
【发明内容】
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[0007]针对现有PVDF中空纤维膜与血液接触血液相容性和抗凝性不兼具和效果欠佳的问题，本发明提供一种用于血液透析的共混聚偏氟乙烯中空纤维膜及其制备方法，该膜制备方法简单，适合于工业化生产，所得中空纤维膜具有高强度、高通量的特点，且对血液中的中、低分子量的有毒物质具有良好去除效果，可用于血液透析领域。
[0008]所述用于血液透析的共混聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法包括以下步骤:(I)制备聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酰吗啉和阿加曲班共聚物；(2)将制得的共聚物与聚偏氟乙烯共混，加入成孔剂和溶剂后，制备纺丝铸膜液;(3)制备共混中空纤维膜。
[0009]所述步骤(I)聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酰吗啉和阿加曲班共聚物的制备方法为:首先将经过碱处理得到的含有碳碳双键的聚偏氟乙烯粉末加入到5-15倍于PVDF粉末质量的溶剂中，配制成聚偏氟乙烯溶液，然后，加入占PVDF粉末质量1-10%的引发剂，再加入与聚偏氟乙烯摩尔比为1:1:4-1:1: 2的丙烯酰吗啉单体(ACMO)和丙烯酸单体(AA)，在惰性气氛保护下，在50-100°C下反应，时间为8-24小时，反应后的溶液在过量甲醇中沉淀、抽滤，沉淀物用蒸馏水冲洗后抽滤，放入60°C烘箱干燥，即得聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酰吗啉和丙烯酸共聚物;然后，将所得的共聚物与阿加曲班单体以20:1-20:10的质量比溶于质量5-15倍于共聚物质量的溶剂中，再加入占共聚物质量5-30 %的引发剂，反应条件和溶液后处理同上，即得聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酰吗啉和阿加曲班共聚物。
[0010]所述的碱处理，具体为:在l-10mol/L氢氧化钠或者氢氧化钾溶液中加入比例为100g/L-180g/L的PVDF粉末，并在上述碱溶液中加入10ml/L-50ml/L的无水乙醇，在40-100°C恒温水浴中搅拌反应，时间为5-20分钟;搅拌后抽滤并洗涤后，所得PVDF粉末状固体产物放入60°C烘箱中干燥；
[0011]所述抽滤产物过程中用蒸馏水不断洗涤，以除去产物中的氟化物和乙醇。
[0012]所述的引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、二甲氨基吡啶(DMAP)、1-(3_二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)中的至少一种。
[0013]所述的溶剂均选自二甲基亚砜(DMSO)，二甲基甲酰胺(DMF)，二甲基乙酰胺(DMAC)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的至少一种。
[0014]所述步骤(2)中共聚物与PVDF共混比为0:100-100:0，二者占纺丝铸膜液质量百分比为10%-20%，成孔剂占5%-10%，溶剂占70%-85%，将上述物质加入到三口烧瓶中，在40-100°C恒温水浴中搅拌3-6小时，待完全溶解后停止搅拌，静置脱泡3-5小时，即得纺丝铸膜液。
[0015]所述步骤(2)成孔剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、氯化锂、氯化胺中的至少一种。
[0016]所述步骤(2)溶剂选自二甲基亚砜(DMSO)，二甲基甲酰胺(DMF)，二甲基乙酰胺(DMAC)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的至少一种。
[0017]所述步骤(3)制备共混中空纤维膜是将纺丝铸膜液过滤、脱泡，在0.1-0.4MPa纺丝压力下，以5-20r/min的速度从Φ0.4-0.8ι?πι的喷丝头挤出；初生中空纤维经5_40cm空气浴后，在溶剂体积百分比为O%-30%,温度为25-50°C的水溶液中凝固，以10-60m/min的速度卷绕，之后依次经过24-72h的纯水浸泡和24-72h的含保孔剂体积分数为30 %的水溶液中浸泡，即得成品中空纤维膜;所述溶剂同步骤(2)所用的溶剂；
[0018]所述的保孔剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇中的至少一种。
[0019]所述步骤(3)所得的共混聚偏氟乙烯中空纤维膜纯水超滤渗透通量80-300mL/m2.kPa.h，牛血清白蛋白截留率2 90%，溶血率<5.0%，复钙时间2 200s，尿素清除率270%，相对分子质量10000-20000道尔顿的中分子物质清除率2 60%，耐受压力2 0.1MPa。
[0020]本发明原理是:丙烯酰吗啉可与碱处理后带有双键的聚偏氟乙烯发生自由基聚合反应，所得共聚物与聚偏氟乙烯有很好的混溶性，为了成孔，又加入生物相容性很好的聚乙烯吡咯烷酮，共混后纺丝，制得具有良好亲水性和生物相容性，并对血液中低、中分子量物质具有较高清除效果的中空纤维膜。
[0021]有益效果:
[0022]本发明首次将具有亲水性、生物相容性好，无毒，免疫原性低，对蛋白质吸附、细胞粘附有排斥性能的丙烯酰吗啉和高效抗凝作用的小分子阿加曲班对PVDF膜进行改性，将得到的共聚物与PVDF共混，通过干-湿法纺丝技术制备达到了亲水改性的目的，最终提高了膜的抗污染性、血液相容性和抗凝性能，得到具有良好生物相容性和抗凝性的共混中空纤维血液透析膜。本发明具有工艺简单、易于实现工业化等特点，可应用于血液透析领域。
[0023]所得的共混聚偏氟乙烯中空纤维膜纯水超滤渗透通量80-300mL/m2.kPa.h，牛血清白蛋白截留率2 90 %，溶血率< 5.0 %，复钙时间2 200s，尿素清除率2 70 %，相对分子质量10000-20000道尔顿的中分子物质清除率2 60 %，耐受压力2 0.1MPa，该膜厚为100-200μηι，内径为 100-300μηι。
具体实施方案:
[0024]实施例1:
[0025](I)聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酰吗啉和阿加曲班共聚物的制备:
[0026]在2.5mol/L的氢氧化钠溶液中加入比例为100g/L的PVDF粉末，并在上述碱溶液中加入10ml/L的无水乙醇，在60°C恒温水浴中搅拌反应，时间为10分钟。抽滤所得产物，洗涤后所得PVDF粉末状固体产物放入60°C烘箱中干燥。
[0027]将16g碱处理的PVDF粉末加入到含有120g DMF的三口烧瓶中，配制成均一溶液，然后，加入0.2g的AIBN，再加入与PVDF摩尔比为1:1:2的ACMO单体和AA单体，在氮气气氛保护下，在70°C下反应，时间为12小时，反应后的溶液在过量甲醇中沉淀、抽滤，沉淀物用蒸馏水冲洗后抽滤，放入60°C烘箱干燥，即得聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酰吗啉和丙烯酸共聚物;然后，将5g所得的共聚物与Ig阿加曲班单体溶于含有50g DMF的三口烧瓶中，再加入Ig的EDC和0.5g的DMAP，反应条件和溶液后处理同上，即得聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酰吗啉和阿加曲班共聚物。
[0028](2)纺丝铸膜液的配制:
[0029]聚偏氟乙烯10%;聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酰吗啉和阿加曲班共聚物0% ;聚乙烯吡咯烷酮(PVPkl5)7%;二甲基甲酰胺(DMF)83%，以上均为质量百分比。将上述原料加入溶料釜中，在60°C温度下，经搅拌4h溶解、静置脱泡3h制成纺丝铸膜液。
[0030](3)中空纤维膜的制备:
[0031 ] 将上述铸膜液过滤、脱泡，在0.2MPa纺丝压力下，以10r/min的速度从Φ 0.4-0.8mm的喷丝头挤出；初生中空纤维经5crn空气浴后，在DMF体积百分比为30 %、温度为40°C的水溶液中凝固，以10m/min的速度卷绕，之后依次在纯水浸泡48h和含丙三醇体积分数为30%的水溶液中浸泡48h，得到成品中空纤维膜。
[0032]所得的共混聚偏氟乙烯中空纤维膜纯水超滤渗透通量为90mL/m2.kPa.h，牛血清白蛋白截留率为97%，溶血率为9.87%，复钙时间为170s，尿素清除率为72%，相对分子质量10000-20000道尔顿的中分子物质清除率为52%，耐受压力为0.2MPa。
[0033]实施例2:
[0034](I)聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酰吗啉和阿加