一种基于框架材料的混合基质中空纤维氧合膜及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种基于框架材料的混合基质中空纤维氧合膜及其制备方法。该方法包括以下步骤：(1)按照配方称取物料；(2)制备混合基质膜铸膜液；(3)混合基质中空纤维膜成型。本发明专利技术混合基质中空纤维氧合膜是基于框架材料具有多孔结构比表面积大、表面官能团丰富的特点，将框架材料与聚合物共混，采用非溶剂致相分离法(NIPS)制备混合基质膜。由于框架材料的加入为气体提供额外的传输通道以及框架材料对气体的吸附特性，高效的提高了膜的气体渗透性，同时避免了当前聚(4

【技术实现步骤摘要】
一种基于框架材料的混合基质中空纤维氧合膜及其制备方法


本专利技术属于膜
，具体涉及一种基于框架材料的混合基质中空纤维氧合膜的应用。

技术介绍

体外膜式氧合器是一种使静脉血富含氧气去除其中二氧化碳，可暂时代替人体心肺功能的医疗设备，广泛应用于肺移植、心脏手术及严重呼吸衰竭患者的救治。而氧合膜是其核心部件，氧合膜的透气性、血液相容性、抗润湿能力将直接影响氧合器的性能。氧合膜与气体分离膜没有本质上的区别，主要区别在于氧合膜侧重氧气和二氧化碳的渗透性，气体分离膜注重对目标气体的选择性和分离效率。通过将聚合物与框架材料共混制备的混合基质膜在气体分离领域展现出强大的性能。框架材料具有多孔结构和很大的比表面积，广泛应用于气体的传输和分离，金属有机框架(MOF)、共价有机框架(COF)是最为常见的两种，氢键有机框架(HOF)是一类新型的由有机构筑单元通过氢键结合形成的多孔框架材料，其不含有金属离子具有更好的生物相容性和低细胞毒性。框架材料本身的多孔结构有利于氧气和二氧化碳的渗透，而且特定的基团使框架材料孔道具有极性，将与电四极矩的二氧化碳产生相互作用，吸附二氧化碳形成二氧化碳的高速传输通道。当前商用氧合膜中聚(4
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甲基
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戊烯)中空纤维膜最具优势。聚(4
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戊烯)中空纤维膜具有多孔海绵状主体结构和致密皮层，不易发生血浆渗漏但气体渗透性能相对其他材料较差，而且原材料聚(4
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甲基
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戊烯)采购困难，聚(4
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戊烯)其晶区、非晶区密度一样，结晶规律不一样、晶区不规则等聚合物特性导致其膜结构调控困难，热致相分离法(TIPS)生产工艺复杂，成膜过程难以控制，而且目前聚(4
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甲基
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戊烯)中空纤维膜制备技术被3M公司垄断。因此针对当前商用氧合膜存在的气体渗透性相对较差、制备困难、生产技术被垄断的问题，本专利技术将框架材料与适宜的聚合物共混后NIPS法制备混合基质膜，将有望同时解决这些问题，促进氧合膜材料领域的发展。

技术实现思路

本专利技术通过将框架材料与聚合物共混并用NIPS法成膜，制备了一种既具有较好氧气和二氧化碳渗透性能又工艺简单的混合基质中空纤维氧合膜。本专利技术提出一种基于框架材料的混合基质中空纤维氧合膜及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按照配方称取物料，包括聚合物、溶剂1、增塑剂、框架材料；(2)先加入部分物料包括溶剂1、增塑剂和框架材料，进行超声处理直至分散均匀，之后加入聚合物加热搅拌静置脱泡制备混合基质膜铸膜液；(3)选择合适尺寸喷丝头进行纺丝，纺丝原液导入凝固浴溶剂2，通过NIPS法进行混合基质中空纤维膜成膜。
进一步地，所述步骤(1)中，聚合物20
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25％，溶剂70
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76％，增塑剂4
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5％，框架材料添加量为聚合物质量的1
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7％，增塑剂的加入使膜具备一定的柔韧性满足氧合膜的使用要求。进一步地，所述步骤(1)中，所述的框架材料为氢键有机框架材料、共价有机框架材料、金属有机框架材料中的一种或多种；所述的增塑剂为柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯、己二酸二辛酯、偏苯三甲酸三异辛酯、环氧大豆油中的一种或多种；所述的聚合物为聚苯醚、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯、聚(4
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戊烯)中的一种或多种；溶剂1为聚合物的良溶剂氯仿、苯、甲苯、N，N
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二甲基甲酰胺、N，N
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二甲基乙酰胺、N
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甲基吡咯烷酮中的一种或多种。进一步地，所述步骤(2)中，将框架材料和增塑剂加入到溶剂1中，超声处理1h待框架材料分散均匀后加入聚合物，加热至80℃搅拌8h使聚合物充分溶解避免小颗粒的出现，停止搅拌降温至60℃静置脱泡6h后得到铸膜液。进一步地，所述步骤(3)中，所述的溶剂2为可与溶剂1互溶且不溶聚合物的溶剂，水、乙醇、甲醇中的一种或多种。进一步地，所述步骤(3)中，混合基质中空纤维膜通过NIPS法成膜，铸膜液恒温60℃下加入纺丝机中，环状喷嘴的吐出的纺丝原液导入溶剂2凝固浴。进一步地，所述步骤(3)中，喷丝头与溶剂2凝固浴液面之间的距离为10cm
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15cm，纺丝速度为2
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5m/min。进一步地，所述步骤(3)中，混合基质中空纤维膜外径为300
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400μm，壁厚50
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100μm，横截面呈多孔疏松结构。有益效果(1)本专利技术通过加入框架材料来制备混合基质中空纤维氧合膜，首先框架材料具有多孔结构的特点，框架材料引入后其内部孔道将为氧合过程中氧气和二氧化碳的传输提供额外的传输通道，而且内部孔道表面所含有的三嗪基团、羧基、苯环等基团会与电四极矩的二氧化碳产生极性相互作用，吸附二氧化碳形成高速的二氧化碳传输通道，极大提高氧合膜的气体渗透率。其次，框架材料表面具有有机官能团从而与有机聚合物具有较好界面相容性，避免了缺陷和团聚的产生。(2)聚(4
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甲基
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戊烯)的晶区、非晶区密度一样，且成孔尺度很小、结晶规律不一样、晶区不规则、晶粒尺寸和形态比较特殊，导致需要获得疏松膜结构保证较好气体渗透性的聚(4
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甲基
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戊烯)中空纤维膜制备过程难以控制，生产难度很大。相比于此，本专利技术通过简单的共混方法制备混合基质膜的途径来提高氧合膜的气体渗透性，并且用NIPS法进行成膜，极大减小制备难度，避免了复杂的制备工艺。
附图说明
图1(a)为添加氢键有机框架PFC
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11前后的中空纤维氧合膜氧气气液传输测试结果；图1 (b) 为添加氢键有机框架PFC
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11前后的中空纤维氧合膜氧气气液传输速率对比。图2为添加氢键有机框架PFC
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11前后的中空纤维氧合膜氧气和二氧化碳渗透性能对比。
具体实施方式
实施例1 MMM
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1氧合膜的制备物料配方：聚苯醚和甲苯的比例为1∶3，柠檬酸三正丁酯和氢键有机框架PFC
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11分别为聚合物质量的24％和1％。按比例称取20g聚苯醚、60g甲苯、4.8g柠檬酸三正丁酯、200mg氢键有机框架PFC
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11。铸膜液的制备：先将称取好甲苯、柠檬酸三正丁酯和氢键有机框架PFC
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11加入100mL三口烧瓶中后，超声处理直至氢键有机框架PFC
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11分散均匀，得到白色悬浊液。将聚苯醚加入悬浊液中，并在80℃加热下搅拌8h。搅拌好的铸膜液降温至60℃静置6h，准备用于制备中空纤维膜。混合基质膜的制备：铸膜液恒温60℃下加入纺丝机中，选择环状喷丝头内径为250μm，外径为450μm，纺丝速度为2m/mi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于框架材料的混合基质中空纤维氧合膜及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按照配方称取物料，物料配方中质量百分数：聚合物20
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25％，溶剂70
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76％，增塑剂4
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5％，框架材料添加量为聚合物质量的1
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7％；(2)先加入部分物料，将框架材料和增塑剂加入到溶剂1中，超声处理待框架材料分散均匀后再加入聚合物，加热至80℃搅拌8h后，降温至60℃静置脱泡6h后得到铸膜液；(3)选择合适喷丝头纺丝，铸膜液恒温60℃下加入纺丝机，环状喷嘴吐出的纺丝原液导入溶剂2凝固浴中，通过NIPS法进行混合基质中空纤维膜成膜。2.根据权利要求1所述的一种基于框架材料的混合基质中空纤维氧合膜及其制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述的框架材料为氢键有机框架材料、共价有机框架材料或金属有机框架材料中的一种或多种；所述的增塑剂为柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈莉，王子晗，何洋，赵义平，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：