一种聚4-甲基1-戊烯中空纤维膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了属于高分子分离膜技术领域的一种聚4

【技术实现步骤摘要】
一种聚4
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甲基1
‑
戊烯中空纤维膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子分离膜
，尤其涉及一种聚4
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甲基1
‑
戊烯中空纤维膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]中空纤维膜是功能纤维材料与分离膜技术交叉形成的新型膜技术产品，是分离膜领域中发展最快、规模最大、产值最高的一类新型膜技术产品，广泛应用于石油化工、医药、生物、能源等领域，是解决当前全球面临的水资源危机、环境污染、人类器官疾病等重大问题的共性关键技术之一。
[0003]聚4
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甲基1
‑
戊烯(PMP)中空纤维膜是一种呈管状结构、具有自支撑作用的纤维式新型膜，被用作体外膜肺氧合器(ECMO)的膜肺材料，是ECMO摄取氧气和排除二氧化碳最重要的通道，其性能的好坏直接决定着ECMO氧合效果的优劣。
[0004]热致相分离法是制备PMP中空纤维膜的常用方法，1981年，Castro提出了这种用于某些非极性或弱极性的结晶性聚合物的制备方法[US4247498]。
[0005]专利文献US5628942中采用非溶剂致相分离法制备聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯分离膜，选用的溶剂包括环己烷、环己烯、三氯甲烷、四氯甲烷，非溶剂是含有1
‑
6个碳原子的醇、酮或酯，非溶剂的体积分数为溶剂总量的0～30％，冷凝液为含有1
‑
8个碳原子的醇、酮或酯的混合溶液或水溶液。研究表明，稀释剂的品种、初始成膜液的浓度、淬冷温度及淬冷时间等对膜的结构、孔径、孔隙率以及PMP的结晶性都有不同程度的影响。
[0006]由于PMP晶区和非晶区密度一样，成孔尺度很小，结晶规律不一样，晶粒的尺寸、形态比较特殊。所以PMP膜在工艺控制、成膜、拉伸成孔方面，比聚乙烯、聚丙烯都难控制。目前，PMP膜由3M公司旗下的Membrana公司全球独家供应。因其产能紧张，导致下游ECMO企业产能受限、价格居高不下。我国尚不能自主生产ECMO，全部依赖进口。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种聚4
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甲基1
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戊烯中空纤维膜的制备方法，其所述中空纤维膜采用热致相分离法制备，制备过程中使用的稀释剂由聚4
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甲基1
‑
戊烯的良溶剂和不良溶剂组成；良溶剂为葵二酸二丁酯、山嵛酸、氢化植物油、偏苯三酸三辛酯中一种或多种组成，不良溶剂为甘油、亚麻籽油、茶油、棕榈油中的一种或多种组成。
[0008]所述稀释剂中，良溶剂的质量分数为30
‑
99％，不良溶剂的质量分数为1
‑
70％。
[0009]热致相分离法制备过程包括：稀释剂与聚4
‑
甲基1
‑
戊烯混合得到铸膜液，加入螺杆挤出机高温下熔融挤出中空纤维状材料，经空气段后进入冷凝液固化成膜，最后萃洗得到中空纤维膜。
[0010]铸膜液中，聚4
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甲基1
‑
戊烯的质量分数为20
‑
50％，稀释剂质量分数为80
‑
50％。
[0011]在25
‑
220℃条件下，混合稀释剂与聚4
‑
甲基1
‑
戊烯得到铸膜液，将铸膜液加入螺杆中在200
‑
260℃挤出。经高度为0.1
‑
8cm的空气层进入温度为
‑2‑
60℃冷凝液中，固化成
膜；最后经过水、乙醇或异丙醇在常温
‑
80℃条件下萃洗得到富有海绵状孔的中空纤维状膜。
[0012]所述方法得到的聚4
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甲基1
‑
戊烯中空纤维膜为中空纤维状结构；纤维膜中分布着海绵状的梯度孔，梯度孔的孔径沿纤维膜厚度方向由纤维膜中间向纤维膜两侧壁逐渐减小；纤维膜中间的部分为多孔支撑层，纤维膜两侧壁的部分为致密皮层。
[0013]中空纤维膜外径为350
‑
1000μm，中空纤维膜的厚度为70
‑
150μm；致密皮层厚度为0.03
‑
10μm，；多孔支撑层的平均孔径为0.2
‑
0.5μm。
[0014]通过调节稀释剂中良溶剂与不良溶剂的种类与配比、挤出温度、空气段时间、冷却浴温度及冷却时间等条件，从而实现对聚4
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甲基1
‑
戊烯中空纤维膜梯度孔结构的调控与优化。
[0015]制备得到的聚4
‑
甲基1
‑
戊烯中空纤维膜能应用于体外膜肺氧合系统中制备膜肺材料。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017]1.本专利技术提供了不同种类的用于热致相分离法制备中空纤维膜的稀释剂，扩大了热致相分离法稀释剂的范围。
[0018]2.所制备的中空纤维膜韧性高且具有梯度孔结构，膜厚度方向两侧的最外层是具有致密结构的致密皮层，从致密皮层到中空纤维膜内部的多孔支撑层，孔隙率逐渐增大；兼具了高孔隙率与薄致密皮层的梯度孔结构，增强聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯中空纤维膜的气体渗透率、力学强度与耐血液浸润性。
[0019]3.本专利技术制备工艺简单，所需设备简易，操作性强，易于放大生产，且制备的中空纤维膜韧性高，能够有效避免产品在后续编织或使用过程中因受力而脆断、脆裂的情况。
[0020]4.本专利技术提供的稀释剂低毒甚至无毒，在环保及产品安全性上具有明显优势，制备得到的中空纤维膜孔结构和内外径可调节，获得的中空纤维膜能广泛用于ECMO的肺膜材料。
附图说明
[0021]图1为实施例1中空纤维膜壁面形貌图；
[0022]图2为实施例1中空纤维膜截面微观形貌图；
[0023]图3为实施例1中空纤维膜外表面微观形貌图。
具体实施方式
[0024]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明：
[0025]实施例1
[0026]1)铸膜液配制：将聚4
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甲基1
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戊烯树脂与不良溶剂亚麻籽油、良溶剂氢化植物油在25℃下混合，得到纺丝浆料；
[0027]控制聚4
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甲基1
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戊烯的质量分数为40％，稀释剂质量分数为60％；
[0028]在稀释剂中，良溶剂的质量分数为95％，不良溶剂的质量分数为5％；
[0029]调节铸膜液中成分含量如下：聚4
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甲基1
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戊烯树脂质量分数为40％，亚麻籽油质量分数为3％，氢化植物油质量分数为57％；
[0030]2)初生中空纤维制备：将铸膜液加入双螺杆挤出机，在230℃下挤出；
[0031]3)冷凝固化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚4
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甲基1
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戊烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述中空纤维膜采用热致相分离法制备，制备过程中使用的稀释剂由聚4
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甲基1
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戊烯的良溶剂和不良溶剂组成；良溶剂为葵二酸二丁酯、山嵛酸、氢化植物油、偏苯三酸三辛酯中一种或多种组成，不良溶剂为甘油、亚麻籽油、茶油、棕榈油中的一种或多种组成。2.根据权利要求1所述一种聚4
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甲基1
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戊烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述稀释剂中，良溶剂的质量分数为30
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99％，不良溶剂的质量分数为1
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70％。3.根据权利要求1所述一种聚4
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甲基1
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戊烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于，热致相分离法制备过程包括：稀释剂与聚4
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甲基1
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戊烯混合得到铸膜液，加入螺杆挤出机高温下熔融挤出中空纤维状材料，经空气段后进入冷凝液固化成膜，最后萃洗得到中空纤维膜。4.根据权利要求3所述一种聚4
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甲基1
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戊烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于，铸膜液中，聚4
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甲基1
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戊烯的质量分数为20
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50％，稀释剂质量分数为80
‑
50％。5.根据权利要求3所述一种聚4
‑
甲基1
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戊烯中空纤维膜的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琳，孙戴鑫，盛东海，雒建斌，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：