具有改进的分离效率的中空纤维膜和具有改进的分离效率的中空纤维膜的制造制造技术

本发明专利技术涉及一种由多个聚砜和PVP系中空纤维膜制造中空纤维膜束的方法，方法包括提供包含聚砜系材料(特别是聚砜)、乙烯基吡咯烷酮系聚合物(特别是聚乙烯吡咯烷酮)、非质子溶剂(特别是二甲基乙酰胺)的纺丝溶液，提供包含水和非质子溶剂(特别是二甲基乙酰胺)的凝结剂液体，将纺丝溶液和凝结剂液体通过同心环形喷丝头共挤出成中空股线，由此所述股线的腔充满凝结剂液体，通过沉淀间隙引导股线，将该股线引入基本上由水组成的沉淀浴中以获得中空纤维膜，引导中空纤维膜通过至少一个冲洗浴并且干燥所得的中空纤维膜，将得到的中空纤维膜布置在中空纤维膜束中，并且用水蒸气处理中空纤维膜束。

Manufacture of Hollow Fiber Membranes with Improved Separation Efficiency and Hollow Fiber Membranes with Improved Separation Efficiency

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的分离效率的中空纤维膜和具有改进的分离效率的中空纤维膜的制造本专利技术的主题本专利技术涉及包含聚砜和聚乙烯吡咯烷酮系膜材料的中空纤维膜，其具有改进的分离性能，特别是分离中分子量范围的物质的改进能力以及关于分离高中分子量范围的物质的改进选择性。本专利技术进一步涉及一种制造具有聚砜和聚乙烯吡咯烷酮系膜材料的中空纤维膜的方法。本专利技术还涉及一种包含具有均匀渗透性能的中空纤维膜的中空纤维膜过滤器。特别地，本专利技术涉及一种对聚砜和聚乙烯吡咯烷酮系膜材料的中空纤维膜进行灭菌的方法。专利技术背景中空纤维膜广泛用于液体过滤。特别地，中空纤维膜用于医疗应用中，用于在患有肾病的患者的透析治疗期间净化水和血液。相应的中空纤维膜在过滤器组件内形成中空纤维膜束。用于血液净化的这种类型的过滤器组件是大规模生产的。用于血液净化的中空纤维膜通常由聚砜(PSU)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)组成，因为这些材料已经证明优选是血液相容的，因此从医学角度来看优选用于血液治疗，特别是血液透析。如下现有技术描述了生产中空纤维膜的基本原理及其制造：马塞尔·穆德；膜技术的原理；KluwerAcademicPublisher1996；第三章，合成膜的制备EP0168783WO2007/128440。根据现有技术中描述的这些方法，制备纺丝溶液，其包含聚砜系疏水材料和乙烯基吡咯烷酮系亲水聚合物(特别是聚乙烯吡咯烷酮)和一种或多种溶剂和可能需要的任何添加剂。极性非质子溶剂可以用作溶剂，特别是二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。纺丝溶液同样可以包含少量添加剂，例如，极性质子溶剂，例如低百分比的水。纺丝物质通过圆形喷丝头挤出。喷丝头因此具有内孔，通过内孔引导沉淀剂并与纺丝物质一起共挤出。纺丝物质通过围绕内孔的环形间隙挤出成中空纤维，沉淀剂被引入中空纤维的内腔。然后将纺丝纤维引入含有另一种沉淀剂的沉淀浴中，使得膜结构通过相转化和沉淀形成中空纤维膜。水或质子和非质子溶剂的混合物(特别是水和二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺或二甲基亚砜)用作沉淀剂。然后将所得中空纤维膜穿过冲洗浴并且干燥并卷绕在卷线机(coiler)上。中空纤维膜可以以中空纤维束的形式从卷线机移除。为了构造中空纤维膜过滤器，将这种中空纤维膜束放入壳体中，优选圆柱形壳体。将中空纤维膜束的端部嵌入浇铸化合物中，并且露出中空纤维的打开端。浇铸化合物在中空纤维膜的内部、壳体和围绕中空纤维膜的区域之间形成密封区域。由此在成品中空纤维膜过滤器中形成第一室，其包括中空纤维膜束的端部的入口区域和出口区域以及中空纤维膜的内部。因此，第二室形成在中空纤维膜之间以及壳体壁与中空纤维膜之间的空间内的区域中。中空纤维膜过滤器的壳体上的流体端口允许液体和流体被导入和导出中空纤维膜过滤器的第一室和/或第二室。因此，至少一个流体端口形成中空纤维膜过滤器的第一室的入口。至少一个流体端口形成中空纤维膜过滤器的第二室的入口。根据要生产的中空纤维膜过滤器的预期应用，根据需要提供第一室或第二室的其他入口。用于血液的体外治疗的中空纤维膜过滤器通常具有过滤器组件的第一室的第一流体端口和第二流体端口以及过滤器组件的第二室的第一流体端口和第二流体端口。因此，流体(特别是液体或气体)可以根据流动方向经由第一端口供给至中空纤维膜过滤器的室或从中空纤维膜过滤器的室排出，或者根据流动方向经由第二端口供给至中空纤维膜过滤器的室或从中空纤维膜过滤器的室排出。对于用于医疗目的的中空纤维膜过滤器，特别是那些用于治疗肾病患者血液的中空纤维膜过滤器，通常在中空纤维膜和过滤器生产过程中进行一次或多次冲洗和灭菌步骤，以对医用中空纤维膜进行净化和灭菌。相应的方法在现有技术中是已知的，其中中空纤维膜过滤器中的中空纤维膜经历冲洗和灭菌步骤。特别地，中空纤维膜过滤器用空气、水或水蒸气的加热灭菌构成了中空纤维膜和中空纤维膜过滤器的已知灭菌程序。加热灭菌应当理解为在高于100℃的温度下用流体(例如空气、水、水蒸气或其混合物)灭菌。主要是纯水蒸气的加热灭菌也称为蒸汽灭菌。在DE3936785C1中描述了这种用于对透析器进行灭菌的方法。根据DE3936785C1中描述的方法，对透析器进行冲洗过程，然后进行灭菌过程。在灭菌过程中，将透析器用加热至高于121℃的水或水蒸气吹洗。现有技术中已知的用于对过滤器组件进行灭菌的其他方法包括真空蒸汽灭菌、使用灭菌气体(例如环氧乙烷)的灭菌和用电离或自由基形成辐射(例如电子辐射或伽马辐射)的照射。已经显示，真空蒸汽灭菌中的热循环不利地影响待灭菌的中空纤维膜的稳定性。在真空蒸汽灭菌中，高压釜的蒸发和抽空的程序步骤交替进行。对于每个抽空步骤，高压釜和中空纤维膜过滤器的温度不可避免地下降到远低于蒸发步骤期间的温度。因此，中空纤维膜过滤器经受不断变化的材料膨胀。因此，在真空蒸汽灭菌过程中可能发生不利的材料应力。这对材料选择以及中空纤维膜过滤器的加工和设计提出了相应复杂的要求。用电离辐射(例如伽马辐射或电子辐射)的灭菌与高设备成本相结合并且导致长附加治疗时间。由于环氧乙烷的毒性，用环氧乙烷灭菌同样需要巨大的系统费用。此外，灭菌后需要长时期以完全消除环氧乙烷。与其它引用的灭菌方法相比，根据DE3936785C1实现的使用水和/或水蒸气的吹洗和灭菌步骤实现的加热灭菌已经证明在设备和程序方面在技术上是优越的。特别地，这种水/水蒸气加热灭菌已经证明在已灭菌中空纤维膜的血液相容性方面优于照射或气体灭菌方法。然而，还已经显示，对于含有聚乙烯吡咯烷酮的聚砜膜，DE3936785C1中引用的蒸汽灭菌方法会不利地影响中空纤维膜的清除率。假设在灭菌过程中的吹洗过程使存在于中空纤维膜上的PVP松动。膜孔的毛细力吸引并收缩流动的PVP进入中空纤维膜的孔中，或阻塞孔横截面。这具有用于过滤的较小孔横截面的应用结果。因此，孔中PVP的沉积会降低中空纤维膜的渗透性能。适当地调整中空纤维膜的生产试图抵消由灭菌程序引起的中空纤维膜的降低的渗透性能。这样做也导致中空纤维膜的孔径分布不利地变宽。因此，中空纤维膜的孔径分布直接影响中空纤维膜的选择性。DE3936785C1的方法进一步显示，由于存在于中空纤维膜过滤器内的PVP，中空纤维膜可以在先前的水/水蒸气灭菌过程方法中在透析器中粘附在一起。这对于所需的无菌性而言并不是不利的。然而，可以看出，对这种聚集的中空纤维膜的灭菌过程对中空纤维膜过滤器内的中空纤维膜产生了不均匀的表现性能。特别发现，与不展现中空纤维膜聚集的区域相比，其中在灭菌期间中中空纤维膜聚集的中空纤维膜过滤器内的区域展现出降低的渗透性能。考虑到这个方面，有理由进一步开发用于中空纤维膜过滤器的蒸汽灭菌方法的冲洗和灭菌过程，以便能够防止中空纤维膜组件内的中空纤维膜的聚集，并且附加地能够防止孔被移动和沉积的PVP收缩或阻塞，同时保持中空纤维膜和中空纤维膜过滤器的高无菌性和血液相容性。在这方面，中空纤维膜的基本特征性能是清除率(clearance)。清除率是中空纤维膜的分离能力的量度，并且表示通过处理中空纤维膜在血液净化期间能够移除有害代谢物所需的努力。确定中空纤维膜清除率的方法在现有技术中是已知的。在这方面参考DIN/EN/ISO8637：2014标准。通过从膜构造适本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由多个聚砜和PVP系中空纤维膜制造中空纤维膜束的方法，包括以下方法步骤：‑提供包含聚砜系材料特别是聚砜、乙烯基吡咯烷酮系聚合物特别是聚乙烯吡咯烷酮、非质子溶剂特别是二甲基乙酰胺的纺丝溶液，‑提供包含水和非质子溶剂特别是二甲基乙酰胺的凝结剂液体，‑将所述纺丝溶液和所述凝结剂液体通过同心环形喷丝头共挤出成中空股线，由此所述股线的腔充满凝结剂液体，‑引导所述股线通过沉淀间隙，‑将所述股线引入基本上由水组成的沉淀浴中以获得中空纤维膜，‑引导所述中空纤维膜通过至少一个冲洗浴并且干燥所得的所述中空纤维膜，‑将所得中空纤维膜布置成中空纤维膜束，‑用水蒸气处理所述中空纤维膜束，其特征在于所述水蒸气处理包括至少一个步骤，其中所述水蒸气被引入所述纤维的内部并在施加压力下渗透通过膜壁到达所述纤维的外部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.09 DE 102016224627.51.一种由多个聚砜和PVP系中空纤维膜制造中空纤维膜束的方法，包括以下方法步骤：-提供包含聚砜系材料特别是聚砜、乙烯基吡咯烷酮系聚合物特别是聚乙烯吡咯烷酮、非质子溶剂特别是二甲基乙酰胺的纺丝溶液，-提供包含水和非质子溶剂特别是二甲基乙酰胺的凝结剂液体，-将所述纺丝溶液和所述凝结剂液体通过同心环形喷丝头共挤出成中空股线，由此所述股线的腔充满凝结剂液体，-引导所述股线通过沉淀间隙，-将所述股线引入基本上由水组成的沉淀浴中以获得中空纤维膜，-引导所述中空纤维膜通过至少一个冲洗浴并且干燥所得的所述中空纤维膜，-将所得中空纤维膜布置成中空纤维膜束，-用水蒸气处理所述中空纤维膜束，其特征在于所述水蒸气处理包括至少一个步骤，其中所述水蒸气被引入所述纤维的内部并在施加压力下渗透通过膜壁到达所述纤维的外部。2.根据权利要求1所述的中空纤维膜束的制造方法，其特征在于，所述纺丝溶液含有14％至18％的聚砜和3％至6％的聚乙烯吡咯烷酮。3.根据权利要求1或2所述的中空纤维膜束的制造方法，其特征在于，所述凝结剂液体包含25％至40％的DMAC和60％至75％的水。4.根据权利要求1至3中一项所述的中空纤维膜束的制造方法，其特征在于，将所述喷丝头的温度控制在70℃至85℃。5.根据权利要求1至4所述的中空纤维膜束的制造方法，其特征在于，将所述沉淀浴温度控制在70℃至90℃，特别是75℃至90℃。6.根据权利要求1至5中一项所述的中空纤维膜束的制造方法，其特征在于，所述中空纤维膜在75℃至90℃的温度下进行洗涤。7.根据权利要求1至6中一项所述的中空纤维膜束的制造方法，其特征在于，所述中空纤维膜在100℃至150℃的温度下进行干燥。8.一种对包含多个中空纤维膜的中空纤维膜过滤器进行灭菌的方法，所述中空纤维膜在所述中空纤维膜过滤器的壳体中的端部处被密封，使得形成包围所述中空纤维膜内部的第一室并且形成包围所述中空纤维膜之间的空间的第二室，其中，所述中空纤维膜过滤器包含连接至所述第一室的至少两个流体端口和连接至所述第二室的至少两个流体端口，并且其中，所述流体端口设置成使得连接至灭菌设备，所述方法至少包括以下步骤：-用流体特别是水冲洗所述中空纤维膜过滤器，由此通过选择所述流体端口将冲洗流体引导通过所述中空纤维膜过滤器的第一室和第二室，-用灭菌流体特别是加热的水或水蒸气对所述中空纤维膜过滤器进行灭菌，其中，通过选择所述流体端口将所述灭菌流体引导通过所述中空纤维膜过滤器的第一室和第二室，-通过选择所述流体端口将流体特别是水或水蒸气供应至所述中空纤维膜过滤器的第一室或第二室中，以及将所述流体特别是水或水蒸气跨膜穿过膜壁进入所述中空纤维膜过滤器的相应的第二室或第一室。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将流体供应到所述中空纤维膜过滤器的第一室或第二室中、以及所述流体跨膜通过进入中空纤维膜组件的第二室或第一室中在所述冲洗程序和所述灭菌程序之间发生。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·凯勒，M·保罗，R·桑德尔，
申请(专利权)人：费森尤斯医疗护理德国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE