高机械性能的聚4-甲基-1-戊烯/聚丙烯中空纤维合金膜及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高机械性能的聚4

【技术实现步骤摘要】
高机械性能的聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯/聚丙烯中空纤维合金膜及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及膜
，具体涉及一种高机械性能的聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯/聚丙烯中空纤维合金膜及制备方法和在人工肺中的应用。
[0002]背景领域
[0003]体外膜肺氧合(Extracorporeal Membrane Oxygenation，ECMO，也称人工肺)，主要用于对重症心肺功能衰竭患者提供持续的体外呼吸与循环，其工作原理为，低氧含量的静脉血经由离心泵进入膜式氧合器中，并以氧合膜为介质与空氧混合气发生气体交换，血液中氧气浓度升高，二氧化碳浓度降低，变为高含氧血，重新输送回人体中。
[0004]聚丙烯(PP)是第二代微孔中空纤维氧合膜的代表材料，PP氧合膜孔隙率高、气体交换效率高，且PP氧合膜也具有较高的机械强度与出色的刚性。但由于表面微孔的存在使氧合过程中易发生血浆渗漏，故常只能用于短期氧合，应用范围大大受限。
[0005]聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯(PMP)是第三代固体中空纤维氧合膜的代表材料，PMP氧合膜具有高的热稳定性(熔点220
‑
240℃)、低表面张力(24mMm
‑1)、生物相容性好、气体渗透性高，是近年来主流的膜式氧合器材料。PMP膜兼具利于气体渗透的微孔主体结构和与血液直接接触的超波致密表皮层，因而既具有高效的气体交换能力，又可有效解决PP膜血浆渗漏的问题，可连续使用数周，应用场景与领域大大拓宽。
[0006]目前中空纤维氧合膜主要通过热致相分离法制备，得到的中空纤维膜膜丝需要经过编织、组装才能用于血液氧合中。然而目前国内的PMP氧合器基本全部都由国外进口，其中一个重要原因就是由于PMP膜丝机械强度不高、膜丝软且易变形，对膜丝编织技术要求很高，因此对PMP膜丝的编织的难度十分大。而对于PP中空纤维膜而言，由于其具有更高的机械强度和出色的刚性，在编织时不易被压扁压断，因此国内编织技术可以完成对PP膜式氧合器的生产。
[0007]鉴于上述，为推进PMP氧合器的国产化，可从材料领域对PMP进行改性，使PMP膜丝既能拥有较高的机械性能，还可以保持自身高抗血浆渗漏性的特点，这样就可以同时实现膜丝的编织、氧合器的生产与长周期的血液氧合。如何将PP膜的高机械性能和刚性与PMP膜的高抗血浆渗漏性进行优势集成，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的第一个方面，由于聚4
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甲基
‑1‑
戊烯(PMP)是一种半结晶性非极性聚烯烃树脂，巨大的侧链结构导致堆积相当松散，整体的聚合体密度约为0.830g/cm3，在所有热塑性树脂中密度最小。所以PMP膜的机械性能差，刚性弱，易形变。而聚丙烯具有更高的机械性能和出色的刚性，与PMP共混后，可有效改善PMP膜的机械性能和刚性，解决PMP膜在编织时可能发生的压扁压断与变形等问题。
[0009]本专利技术的另一个方面，直接将聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯与聚丙烯两者共混，会出现PP以分散相的球晶与PMP发生明显相分离。故本专利技术摒弃了传统的对人体有毒有害的邻苯二甲酸
酯类稀释剂，通过使用更加环保的绿色混合稀释剂对膜结构进行调控，使100
‑
700nm的小孔与1μm
‑
4μm的大孔在膜主体中交错出现，均匀分布，可以保持高的气体交换速率，同时膜仍然呈非对称的结构，具有致密的皮层提供高的抗血浆渗漏性，可满足长时间血液氧合的使用要求。
[0010]本专利技术的技术方案如下：
[0011]本专利技术高机械性能的聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯/聚丙烯中空纤维合金膜；中空纤维合金膜由聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯与聚丙烯组成，呈现出100
‑
700nm的小孔与1μm
‑
4μm的大孔在膜主体中交错出现，均匀分布，同时膜仍然呈非对称的结构。
[0012]本专利技术的高机械性能的聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯/聚丙烯中空纤维合金膜的制备方法，采用一步法，包括以下步骤：
[0013]1)：将聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯、聚丙烯以及绿色混合稀释剂混合均匀，将共混物于230～260℃下搅拌熔融形成均相铸膜液，静置脱泡；
[0014]2)：将步骤1)中的铸膜液经喷丝头挤出成型，随后进入冷却浴发生固液或液液相分离并固化成膜，随后通过绕丝轮完成卷绕收丝，得到中空纤维合金膜前体；
[0015]3)：将步骤2)中得到的中空纤维合金膜前体浸泡在萃取剂中，使膜中的稀释剂得到充分萃取；
[0016]4)：将步骤3)中萃取得到的膜置于真空烘箱中干燥，所得即为聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯/聚丙烯中空纤维合金膜。
[0017]所述的步骤1)中聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯100重量份、聚丙烯0.5
‑
30重量份；聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯与聚丙烯在共混物中的质量组分之和为20％～40％。
[0018]所述的绿色混合稀释剂包括乙酰柠檬酸三辛酯(ATOC)、乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)、柠檬酸三丁酯(TBC)中的至少两种。
[0019]所述的步骤1)中共混物在230～260℃下熔融6～12h形成均相共混物、静置8～14h脱泡。
[0020]所述的步骤2)中熔融均相共混物经喷丝头挤出形成中空纤维膜状，料液挤出速度为5
‑
50ml/min，芯液流量为10～100ml/min；然后进入5～60℃的冷却浴发生固液或液液相分离固化成膜；冷却浴包括水、乙酰柠檬酸三辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯、柠檬酸三丁酯、无水乙醇中的一种；随后通过绕丝轮以0.5
‑
1.5m/s的绕丝速度卷绕收丝。
[0021]所述的步骤3)中将得到的中空纤维合金膜前体浸泡在萃取剂中，浸泡时间为12～96h；萃取剂包括无水乙醇和/或异丙醇。
[0022]所述的步骤4)中将萃取得到的膜置于烘箱中干燥，干燥温度为40～60℃，干燥时间为6～12h。
[0023]本专利技术的高机械性能的聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯/聚丙烯中空纤维合金膜，拉伸强度≥10MPa，断裂应力≥150cN，断裂伸长率≥500％。
[0024]本专利技术的高机械性能的聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯/聚丙烯中空纤维合金膜在制造人工肺中的应用。
[0025]本专利技术通过聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯与聚丙烯共混，聚丙烯作为聚4
‑
甲基...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高机械性能的聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯/聚丙烯中空纤维合金膜；其特征是，中空纤维合金膜由聚
‑4‑
甲基
‑1‑
戊烯与聚丙烯组成，呈现出100
‑
700nm的小孔与1μm
‑
4μm的大孔在膜主体中交错出现，均匀分布，同时膜仍然呈非对称的结构。2.权利要求1的高机械性能的聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯/聚丙烯中空纤维合金膜的制备方法，其特征是，采用一步法，包括以下步骤：1)：将聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯、聚丙烯以及绿色混合稀释剂混合均匀，将共混物于230～260℃下搅拌熔融形成均相铸膜液，静置脱泡；2)：将步骤1)中的铸膜液经喷丝头挤出成型，随后进入冷却浴发生固液或液液相分离并固化成膜，随后通过绕丝轮完成卷绕收丝，得到中空纤维合金膜前体；3)：将步骤2)中得到的中空纤维合金膜前体浸泡在萃取剂中，使膜中的稀释剂得到充分萃取；4)：将步骤3)中萃取得到的膜置于真空烘箱中干燥，所得即为聚4
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甲基
‑1‑
戊烯/聚丙烯中空纤维合金膜。3.如权利要求2所述的方法，其特征是，步骤1)中聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯100重量份、聚丙烯0.5
‑
30重量份；聚4
‑
甲基
‑1‑
戊烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张润楠，姜忠义，潘福生，杨光赵耀，樊毫军，郭宇航，
申请(专利权)人：天津大学温州安全应急研究院，
类型：发明
国别省市：