改性聚二甲基硅氧烷/聚醚砜复合膜、制备方法及其应用技术

一种改性聚二甲基硅氧烷/聚醚砜复合膜、制备方法及其应用。将聚醚砜溶解在N,N

【技术实现步骤摘要】
改性聚二甲基硅氧烷/聚醚砜复合膜、制备方法及其应用


[0001]本专利技术主要针对生物领域中气液两相不同组分的分离过程，对其应用于该过程的膜材料的制备以及应用研究。对气液两相介质中不同气体组分的分离，而提出一种改性PDMS/PES复合膜材料的创新性制备方法，该复合膜的多孔支持层主要采用聚醚砜(PES)，分离功能层则采用改性后的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，从而实现对于两相介质中O2和CO2的分离交换。

技术介绍

[0002]体外膜肺氧合(ECMO)是一种利用人工高分子膜(即氧合膜)实现严重心肺衰竭或器官移植患者静脉血中氧与二氧化碳交换的离体生命支持系统。ECMO于1974年首次报道，目前已为数以万计的患者提供了有效的辅助支持。作为ECMO系统的核心部件，氧合膜与患者血液直接接触，应具有高效的氧和二氧化碳气体交换能力以及良好的血液相容性。而且膜还需要一定的机械强度，以承受血液循环产生的剪切力。据Valencia E，在《Updates in Pediatric Extracorporeal Membrane Oxygenation
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ScienceDirect》提到，目前，聚(4
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甲基
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戊烯)(PMP)是应用最广泛的商业化氧合膜材料。合成PMP聚合物是一种半结晶非极性聚烯烃树脂，在所有用于医学应用的热塑性聚合物中密度最低。同时，PMP还具有优异的耐热性、耐化学性和低表面张力，这使其成为ECMO系统中良好的氧合膜候选材料。然而，由于PMP的不规则晶区与非晶区密度差小，且成孔规模小，使得用PMP制膜技术难度较大。此外，在多孔PMP基底上包覆致密PMP层的PMP非对称膜具有较低的CO2渗透率和CO2/O2选择性。
[0003]迄今为止，聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺(PI)等由于具有优异的拉伸性能、疏水性、孔隙率、温度耐性和耐腐蚀，已成为制备气体分离膜支撑层的常用材料。但是由于材料本身的表面物理化学性质，使其在生物应用过程中不具备良好的生物相容性。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种被广泛应用的有机硅材料，是由Si
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O键交替连接构成主链，其空间结构为螺旋状。由于其具有良好的生物相容性、一定的弹性、耐热性、稳定的化学惰性和原料易得等物理化学性质，被广泛应用于航天航空头特殊材料、建筑材料以及生物医用相关材料等诸多领域。PDMS其结构式如下式所示。
[0004][0005]Bilal Haider等人在《Highly permeable innovative PDMS coated polyethersulfone membranes embedded with activated carbon for gas separation》中提到制备了以PDMS为功能层、PES膜为支撑层的分离膜，其二氧化碳气透量为281.34GPU，杨氏模量达到248.71MPa。PES由于具有高机械强度、高耐热性和优异的耐碱性等综合性能，
成为潜在的支撑层。Abdul Latif Mohtada Sadrzadeh在《Gas permeation through a synthesized composite PDMS/PES membrane》提到制备PDMS/PES复合膜，该材料具有良好的气体渗透性，一定的机械强度，但是由于制备的复合膜表面的疏水性会导致严重的蛋白质粘附和血栓形成，使得其在应用过程中受到一定的限制。由PDMS作为致密皮层，多孔状PES膜材料为支撑基膜，制备复合膜，致密皮层可以有效防止气液分离过程中的渗漏现象。而且较薄的皮层，在其特殊的高CO2/O2选择性下，可以减小溶解扩散层的膜厚，从而可以提高气体通量。PDMS材料本身质软，PES可以在气液分类过程中提供良好的机械支撑作用。但是由于PDMS表面的疏水结构，使得其作为生物材料应用时，会产生蛋白的非特异性吸附或者细胞粘附，从而产生材料污染。而本专利技术通过自由基共聚反应，在PDMS聚合物中引入亲水基团，从而改善作为功能涂层的PDMS，其表面的疏水性结构。

技术实现思路

[0006]本专利技术对于上面所述PDMS材料的应用限制，提出一种操作简单的改性方法，采用自由基共聚反应，在氮气气氛中，用2
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甲基丙烯酸羟乙酯对PDMS进行改性。以PES基膜为改性后PDMS的复合膜支撑材料，且PES材料物理化学性质稳定、无毒害、与气液两相接触时不会改变其组成，并且满足生物医用材料使用的处理程序。本专利技术应用相转化和湿法涂膜制备复合膜的方法，成功解决PDMS材料本身质软的问题，同时改性的PDMS可以改善其表面的疏水结构，而其作为涂层，膜层较薄，可以实现良好的气体渗透性。
[0007]本专利技术的技术方案：
[0008]一种改性聚二甲基硅氧烷/聚醚砜复合膜，聚醚砜为其复合膜的多孔支撑层；经过自由基共聚改性的PDMS为功能层；将PDMS氮气气氛下进行反应，之后进行交联配置，将处理后的改性PDMS涂膜液浸涂在提前制备好的聚醚砜基膜上。改性PDMS作为复合膜中的分离涂层，其厚度可以通过浸涂调控。作为基膜的聚醚砜其横断面为疏松指状孔结构，内部具有较大的空腔，其暗表面具有微孔。改性PDMS作为功能涂层较为致密，且表面光滑。
[0009]一种改性聚二甲基硅氧烷/聚醚砜复合膜的制备方法，步骤如下：
[0010](1)PES多孔支撑层：应用相转化法，以N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，添加总溶液质量15wt％的PES、5wt％的聚乙二醇(PEG)，以PEG为造孔剂，配置基膜溶液，超声静置2h；刮膜采用台式平板刮膜机，将刮涂完毕后将膜置于去离子水中浸泡24h进行相转化，得到PES多孔支撑层；
[0011](2)自由基共聚改性PDMS：将PDMS溶解在异辛烷中，然后加入2
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甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，2
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甲基丙烯酸羟乙酯与PDMS的质量比为1：0.9；再加入1mol％的偶氮二异丁腈(AIBN)和1.5mol％的N,N
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亚甲基双丙烯酰胺(MBA)(相对于HEMA)，将混合溶液置于氮气氛中，85℃下反应5h，之后静置冷却；
[0012](3)PDMS致密功能层涂覆：首先向改性后的PDMS溶液中加入交联剂和催化剂，且PDMS、交联剂及催化剂的质量比为100：40：4。同时为防止PDMS过度交联出现团聚凝胶，应依次逐滴缓慢滴加交联剂以及催化剂。将混合均匀的涂膜液超声脱泡后倒入涂膜槽中，将涂膜液浸涂在PES多孔支撑层较为光滑的一侧，涂覆时间为2
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3s，且PES多孔支撑层与涂膜液之间无气泡，从而使得PES多孔支撑层表面形成一层均匀的液膜。之后将涂覆后的膜置于85℃的烘箱中2h，压平，从而获得改性聚二甲基硅氧烷/聚醚砜复合膜。
[0013]上述改性聚二甲基硅氧烷/聚醚砜复合膜应用于气液相界面作为气体交换用膜材料使用。
[0014]本申请的有益效果：本专利技术主本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性聚二甲基硅氧烷/聚醚砜复合膜，其特征在于，该改性聚二甲基硅氧烷/聚醚砜复合膜中，聚醚砜为多孔支撑层，经过自由基共聚改性的PDMS为功能层。2.一种改性聚二甲基硅氧烷/聚醚砜复合膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)PES多孔支撑层：采用相转化法，以N,N
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二甲基甲酰胺为溶剂，添加总溶液质量15wt％的PES、5wt％的PEG，以PEG为造孔剂，配置基膜溶液，超声静置2h；刮膜采用台式平板刮膜机，刮涂完毕后置于去离子水中浸泡24h进行相转化，得到PES多孔支撑层；(2)自由基共聚改性PDMS：将PDMS溶解在异辛烷中，然后加入2
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甲基丙烯酸羟乙酯，2
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甲基丙烯酸羟乙酯与PDMS的质量比为1：0.9；再加入相对于2
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甲基丙烯酸羟乙酯1mol％的偶氮二异丁腈和1.5mol％的N,...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀娟，张心芦，贺高红，阮雪华，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：