專利名稱：薄膜及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以用于氣體分離、微濾或超濾、特別是用于醫(yī)藥目的、如血液透析、血液過濾、血液滲透、血漿去除或免疫治療的薄膜。
DE-A-19 520 188公開了一種生產(chǎn)中空聚合物纖維薄膜的方法，是通過將熔融的聚合物穿過用于形成中空纖維薄膜的擠出設(shè)備中，在進(jìn)入擠出設(shè)備之前于壓力條件下給聚合物加載氣體，并且在擠出設(shè)備的聚合物出口處，由于壓力降低而由此使聚合物內(nèi)的氣體膨脹，從而形成多孔性的中空纖維薄膜。就微濾和超濾而言，所獲得的開孔的數(shù)目和孔徑是不令人滿意的。孔的孔徑?jīng)Q定了分離效率并且開孔的百分?jǐn)?shù)決定了膜的效率。
WO 91/08 243描述了一種生產(chǎn)具有開孔的聚氨基甲酸酯泡沫的方法，是通過將二異氰酸酯、氫給體、至少一種表面活性劑、至少一種催化劑和起泡劑混合，其中所說的起泡劑適宜地是二氧化碳?；旌蠀^(qū)的低于大氣壓的壓力將起泡劑在常溫下保持在液體條件下。將混合物排出至周圍的室溫，導(dǎo)致起泡劑快速蒸發(fā)并且所得的泡沫在室溫下硬化。此方法具有與上述方法相同的缺點(diǎn)。
DE-A-10 033 401公開了一種薄膜，其的制備是通過將聚合物或聚合物混合物加工成形制成，在將聚合物或聚合物混合物加工成形之前或之后，給其加載超大氣壓壓力的氣體，然后將加載氣體的聚合物或聚合物混合物，在大于聚合物/氣體混合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下發(fā)泡，并且最終將泡沫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化，該方法中，加載氣體的聚合物或聚合物混合物在聚合物或聚合物混合物大于臨界濃度的氣體濃度下和在低于臨界溫度的溫度下發(fā)泡。
由此已知的方法開始，本發(fā)明的目的是改進(jìn)薄膜表面的生物相容性，而薄膜表面的生物相容性對接觸血液的體外系統(tǒng)是重要的，本發(fā)明的目的還是改進(jìn)薄膜的潤濕性和其中的遷移性(transport)。另一個目的是提供具有滿意開孔數(shù)目和孔徑的薄膜。
這個問題通過本發(fā)明的薄膜得以解決，本發(fā)明的薄膜可通過將聚合物共混物或含有單體單元嵌段的嵌段共聚物加工成形，在加工成形之前或之后，給聚合物共混物或嵌段共聚物加載超大氣壓壓力的起泡氣體，然后將加載起泡氣體的聚合物共混物或嵌段共聚物在聚合物共混物或嵌段共聚物中大于臨界濃度的氣體濃度下和在低于臨界溫度、但大于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下發(fā)泡，并且最終將泡沫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化。本發(fā)明方法的特征在于使用由至少一種親水性和至少一種疏水性聚合物和/或嵌段共聚物組成的均相聚合物共混物作為聚合物共混物，其中所說的嵌段共聚物具有單體單元的交替親水性和疏水性嵌段，聚合物共混物和嵌段共聚物都具有針對大于臨界濃度的所用的發(fā)泡氣體的溶解性。
就通過本發(fā)明方法生產(chǎn)的薄膜而言，薄膜表面的生物相容性可以得到控制，蛋白質(zhì)的吸附可以得到調(diào)節(jié)并且薄膜的潤濕性和遷移透過性(transport there through)得到改善。
本發(fā)明所獲得的薄膜具有均勻、滲透性毫微孔性的形態(tài)，由此具有高度的薄膜和分離效率。
滲透特性的評價，以及對開孔孔隙率的評價可以如下進(jìn)行。
a)掃描電子顯微圖的詳細(xì)調(diào)查為研究泡沫聚合物的截面，將在液氮中冷凍破裂并且用金在標(biāo)準(zhǔn)條件下濺射涂布。隨后，使用標(biāo)準(zhǔn)掃描電子顯微鏡(SEM)，即JEOLTM220A，對樣品進(jìn)行研究。SEM顯微圖上呈泡沫形態(tài)的小孔的開孔表明是雙連續(xù)的形態(tài)。
b)進(jìn)行通量測定使用自制的薄膜模件測定泡沫薄膜的滲透特性。實(shí)驗(yàn)性地，切出長25mm寬7mm的泡沫樣品塊。沿樣品測定五次厚度，從中計(jì)算出平均厚度。在聚酰胺管的一側(cè)填充5mm捏塑體(play-dough)，在其中形成一狹縫開孔形狀。將制備的樣品塊固定在捏塑體中，以大約5mm樣品伸出在外邊的方式。在用捏塑體適當(dāng)包埋樣品之后，從頂部給管填充大約15mm聚氨基甲酸酯埋嵌材料(雙組分聚氨基甲酸酯膠液，643B和725A，Morton Adhesives and Specialty Chemicals)。干燥24h時間之后，將薄膜模件固定在Legrisexpress coupling，將其與氣體管道系統(tǒng)連接。在開始測定之前，用所用的氣體(氮?dú)饣蚝?吹洗氣體管線數(shù)次。將完整的固定件(薄膜模件和express coupling)浸沒在水浴中并且在充滿水的量筒中收集流動的氣體。用0.3MPa的進(jìn)料壓力進(jìn)行測定。測定在收集大約2-5ml氣體后停止。歸一化的通量(P/L)按m3/(m2h bar)來表示。
c)測定毛細(xì)上升對此，將樣品固定至適當(dāng)?shù)臏y定裝置中，其中將聚合物樣品的末端分別在液氮中破碎。將固定樣品的一個末端浸入液體中大約2-3mm。適當(dāng)?shù)臅r間之后，測定薄膜中液體上升的程度?？梢允褂弥亓考吧仙淖兓?，來表征開孔的孔隙率。閉合的孔樣品不吸收液體，并且不能測定上升程度。
為制造本發(fā)明的開孔性薄膜，有四種類型的本領(lǐng)域已知的方法。
第一種類型的方法是壓力池法，其中首先將聚合物共混物按需要加工成型，然后在增加壓力和低于聚合物/氣體混合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下，充入氣體(起泡劑)。隨后，將加壓的氣體快速從壓力容器中釋放(1秒內(nèi))。從壓力容器中取出氣體飽和的聚合物膜之后，將樣品浸入加熱浴中，保持在合意的溫度下(起泡溫度)，浸泡固定的時間(起泡時間)。如果發(fā)泡浴的溫度大于聚合物/氣體混合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，則發(fā)生聚合物的發(fā)泡并且可以獲得開孔-毫微孔(雙連續(xù))形態(tài)。為減少起泡劑從物料中的擴(kuò)散損失，將樣品從壓力池轉(zhuǎn)移至加熱浴的過程必須快速進(jìn)行。
第二種類型的方法是所謂的高壓釜法，其中在大于聚合物/氣體混合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下發(fā)生用氣體飽和聚合物或聚合物共混物，并且由壓力的自發(fā)降低來引發(fā)起泡。與壓力池方法不同，其中氣體飽和的聚合物正常情況下被放入熱浴中，以便獲得大于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度，而高壓釜方法中，這種加熱是不必要的，因?yàn)楫?dāng)用氣體飽和時，聚合物早已處于大于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的必要溫度下。
第三種方法是所謂的擠出法，其中將聚合物或聚合物共混物的熔融物在成型工具中用氣體飽和。一離開擠出工具并且因此而引起壓力下降，發(fā)泡就會發(fā)生。
第四種技術(shù)是“固體紡絲技術(shù)”(B.Krause，M.Kloth，N.F.A.vander Vegt，M.Wessling，Porous Monofilaments by continuous SolidState Foaming，Ind.Eng.Chem.Res.2002，41[5]，第1195-1204頁)，其允許(i)用物理起泡劑在壓力池中(半)連續(xù)飽和聚合物成型物料，(ii)通過特別設(shè)計(jì)的模具將飽和物料從壓力池中連續(xù)抽出，并且(iii)讓物料在加熱的介質(zhì)中連續(xù)發(fā)泡。
壓力池法是目前優(yōu)選的。
親水性聚合物共混物的氣體濃度以及發(fā)泡過程中的溫度對產(chǎn)生開孔毫微孔性形態(tài)是較重要的。取決于聚合物體系，起泡時間可以影響泡沫形態(tài)。
在壓力池內(nèi)的飽和時間取決于所用的聚合物或嵌段共聚物及臨界濃度。從壓力池至加熱浴的轉(zhuǎn)移時間必須盡可能地短并且必須確保在加熱浴內(nèi)的發(fā)泡過程中，與聚合物共混物或嵌段共聚物一起的氣體濃度大于臨界濃度。通過改變加熱浴內(nèi)的起泡時間，可以使?jié)B透性變化。但出于可重復(fù)生產(chǎn)，對于特定的聚合物共混物或嵌段共聚物，通過所用設(shè)備的特定條件，保持轉(zhuǎn)移和發(fā)泡的時間及在壓力池內(nèi)飽和的時間恒定是適宜的。
本發(fā)明的薄膜可以是扁平薄膜、中空纖維薄膜或單絲薄膜。聚合物共混物的疏水性聚合物可以是聚砜類，聚醚砜類，聚醚酰亞胺類，聚碳酸酯類，聚酰亞胺類，聚醚醚酮類。優(yōu)選，它們是聚砜類，聚醚砜類，聚醚酰亞胺類和/或聚碳酸酯類。嵌段共聚物可以含有那些被提及當(dāng)作本發(fā)明聚合物共混物之疏水性聚合物的聚合物，作為疏水性聚合物嵌段單體單元。
聚合物共混物的親水性聚合物可以是聚乙烯基吡咯烷酮，磺化聚醚砜類，羧化聚砜類，羧化聚醚砜類，聚乙基噁唑啉，聚(環(huán)氧乙烷)，聚(乙二醇)，聚丙烯酰胺類，聚(甲基丙烯酸羥基乙酯)，聚乙烯醇類，聚(環(huán)氧丙烷)，聚羧酸類，聚(丙烯酸類)，聚(甲基丙烯酸類)或聚(丙烯腈)。優(yōu)選，親水性聚合物是聚乙烯基吡咯烷酮，磺化聚醚砜類和/或聚乙基噁唑啉。在本發(fā)明所用的嵌段共聚物中，親水性聚合物嵌段由上述提及作為本發(fā)明聚合物共混物之親水性聚合物的親水性聚合物單體單元組成。
本發(fā)明所用的聚合物共混物必須是均相的，即它們必須形成單相。聚合物共混物單相的存在可以通過測定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度來確定。如果聚合物共混物具有兩個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，則共混物不是均相的，而是多相的。均相共混物具有一個單玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，在共混物的純聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度之間。
替代聚合物共混物使用的本發(fā)明的嵌段共聚物本來便具有單一玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
本發(fā)明所用的聚合物共混物和嵌段共聚物必須具有針對大于臨界濃度的所用起泡氣體的溶解性。這種大于臨界濃度的飽和濃度，通過選擇和控制必要的飽和條件(飽和溫度和飽和壓力)便可以容易獲得。發(fā)泡過程中(即，使用壓力池法時的加熱浴中)必須存在的臨界濃度，適宜地是至少40、優(yōu)選至少43、特別是至少45或特別是至少47cm3(STP)/cm3聚合物共混物或嵌段共聚物?！錝TP″是指在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下。這些標(biāo)準(zhǔn)條件是0℃和0,103MPa。
本發(fā)明對具體的起泡氣體沒有限制，但優(yōu)選CO2。除CO2外，也可以使用其它物理發(fā)泡氣體，諸如氯二氟甲烷。對于這種起泡氣體而言，臨界濃度與對CO2的臨界濃度是相同數(shù)量級的。起泡氣體還可以是氣體混合物。
起泡在比臨界溫度低至少10℃的溫度下進(jìn)行是適宜的。對每種聚合物共混物或嵌段共聚物和起泡氣體的具體組合而言，在測定此共混物或共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及其臨界溫度之后，可以制出起泡圖，其包括在臨界氣體濃度以上的區(qū)域，該區(qū)域位于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和臨界溫度之間的區(qū)域內(nèi)。在該區(qū)域內(nèi)，形態(tài)是開孔、毫微孔性的(B.Krause，H.J.P.Sij-besma，P.Münüklü，N.F.A.van der Vegt undM.WesslingBicontinuous Nanoporous Morphologies by CarbonDioxide Foaming，Macromolecules 2001，34，第8792-8801頁)。關(guān)于將起泡氣體加載至聚合物共混物或嵌段共聚物中的條件和發(fā)泡條件，以及測定起泡氣體的溶解性、聚合物共混物/氣體混合物或嵌段氣體混合物共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、聚合物共混物或嵌段氣體混合物共聚物的臨界溫度和臨界氣體濃度，可參考DE-A-10 033 401，其內(nèi)容引入本說明書中作為參考。
下面將公開起泡氣體在聚合物和聚合物共混物內(nèi)的溶解性，以便找出可以適宜用于生產(chǎn)本發(fā)明薄膜的聚合物和聚合物共混物測定氣體溶解性為測定聚合物和聚合物共混物中特定起泡氣體的氣體溶解性，使用與Koros和Paul(W.J.Koros，D.R.PaulDesign Considerationsfor Measurement of Gas Sorption in Polymers by Pressure Decay，J.Polym.Sci，1976，第14、1903-1907頁)開發(fā)的差不多的設(shè)備。
測定二氧化碳在25℃最高至5MPa壓力下的吸收等溫線。對其它氣體(例如氯二氟甲烷)，更低的壓力(例如0,8MPa)是足夠的。按0℃和0,1013MPa(標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力[STP])下的立方厘米CO2每立方厘米聚合物，表示溶解二氧化碳的濃度。還可以使用其它體積測定和重量測定方法來測量氣體在聚合物和聚合物共混物中的溶解性。吸收等溫線也可以針對其它溫度和壓力來測定，如果這些參數(shù)對起泡方法來說是有意義的。
在無定形物料的情形中，可以通過借助于差示掃描量熱法(DSC)測定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度來檢查均相共混物。如果由兩種或更多種聚合物組成的聚合物共混物顯示一個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，則它是均相共混物。通常，共混物的Tg值在用于生產(chǎn)共混物的單個物料的Tg值之間。聚合物/氣體混合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和臨界溫度以及臨界氣體濃度如下測定。
測定聚合物/氣體混合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)在壓力池中，給所生產(chǎn)的聚合物膜(聚合物，聚合物共混物或嵌段共聚物)的樣品加載氣體或氣體混合物。飽和溫度25℃。優(yōu)選，用具有一定溫度的氣體或氣體混合物來飽和聚合物膜，其中在所說的溫度下也已測定吸收等溫線。由此允許被調(diào)節(jié)的氣體壓力(平衡壓力)簡單轉(zhuǎn)化成濃度。用氣體(例如二氧化碳)進(jìn)行飽和時的氣體壓力稱作飽和壓力。通過改變飽和壓力和飽和溫度，可以改變相應(yīng)的飽和濃度。
必須選擇飽和所需的時間，以便獲得均勻的濃度分布。在二氧化碳作為起泡氣體并且膜厚度為約100μm的情形中，飽和時間約2h是足夠的。在處于相同試驗(yàn)條件下的氯二氟甲烷的情形中，飽和約7天是必需的。
在起泡氣體從壓力池中自發(fā)去除之后，將聚合物樣品取出并且浸沒在加熱浴中。由此發(fā)生發(fā)泡。浸沒的期限是30sec，但還可以更短或更長，取決于聚合物體系。在浸沒期間，將樣品在加熱浴介質(zhì)中連續(xù)攪拌。應(yīng)當(dāng)仔細(xì)注意，以便聚合物樣品完全浸沒在加熱介質(zhì)內(nèi)。選擇加熱介質(zhì)，以便聚合物樣品在發(fā)泡期間不會受到化學(xué)性或物理性侵蝕。發(fā)泡之后，將聚合物樣品在約20℃的乙醇水混合物中冷卻，優(yōu)選冷卻至低于聚合物、聚合物共混物或嵌段共聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度。
測定聚合物/氣體混合物的臨界溫度臨界溫度定義為起泡溫度，大于該溫度，則不再可能獲得泡沫聚合物，即大于該溫度，發(fā)泡后的樣品的密度基本上相當(dāng)于所用聚合物樣品的密度(起始值的＞95％)。臨界溫度大于聚合物/氣體混合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
在壓力池中，給部分所生產(chǎn)的聚合物膜(聚合物，聚合物共混物或嵌段共聚物)加載氣體或氣體混合物。飽和溫度是25℃。必須選擇飽和所需的時間，以便獲得濃度的均勻分布。關(guān)于調(diào)節(jié)濃度特征分布的時間，可參考上文說明的測定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度部分。
將數(shù)個在相同壓力下用起泡氣體(例如，二氧化碳)飽和的樣品，在不同溫度下發(fā)泡。由此顯示大于特定的臨界溫度，沒有獲得泡沫聚合物形態(tài)。由此顯示，聚合物膜在發(fā)泡后再次變得透明并且發(fā)泡物料的密度變成基本上是起始物料的密度(純聚合物、聚合物共混物或共聚物的密度)。借助掃描電子顯微鏡檢查法(SEM)來證實(shí)視覺發(fā)現(xiàn)的臨界溫度。在大于臨界溫度的溫度下加熱過的樣品顯出致密、非微孔結(jié)構(gòu)。在低于臨界溫度的溫度下加熱過的樣品顯示形成微孔(孔隙)。
類似地，在低于聚合物/氣體混合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下加熱過的樣品，顯出致密的結(jié)構(gòu)。在大于聚合物/氣體混合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下加熱過的樣品，顯出微孔(孔隙)。這里，聚合物/氣體混合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度定義為仍沒有發(fā)泡被發(fā)覺時的溫度和通過SEM發(fā)現(xiàn)形成微孔時的溫度之間的平均值。
臨界濃度與起泡時間以及溶解的起泡氣體的濃度有關(guān)系。在較短起泡時間下，臨界溫度增加。通過增加溶解的起泡氣體的濃度，可以降低臨界溫度的值。由此，對溶解的起泡氣體的每次起泡時間和濃度來說，都必須重新測定臨界溫度。特別是如果使用除本文所公開的起泡方法以外的其它方法，則尤其如此，因?yàn)橛纱似鹋輹r間可能與所陳述的數(shù)值完全不同。
測定臨界氣體濃度臨界氣體濃度定義為最低氣體濃度(優(yōu)選，飽和濃度)，大于該濃度，在受針對相應(yīng)氣體濃度(飽和的濃度)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度作為上限而限制的起泡溫度下，借助以下b)或c)公開的方法，可以發(fā)現(xiàn)一種或多種泡沫聚合物樣品的滲濾。
a)壓力池方法在壓力池內(nèi)，給部分所制備的聚合物膜(聚合物、聚合物共混物或嵌段共聚物)加載氣體或氣體混合物。飽和溫度25℃或更低。必須調(diào)整飽和的時間，以便獲得均勻的濃度分布。在二氧化碳作為起泡氣體并且使用厚度約100μm的無定形聚合物膜的情形中，飽和時間約2小時是足夠的。
在起泡氣體從壓力池中自發(fā)去除之后，將聚合物樣品取出并且浸沒在加熱浴中。由此使樣品發(fā)泡。浸沒的時間通常是30秒，但可以更長或更短。在浸沒期間，將樣品在加熱浴內(nèi)攪拌。發(fā)泡之后，將樣品在乙醇水混合物(約20℃)中，優(yōu)選在低于聚合物、聚合物共混物或嵌段共聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下急冷。檢查在大于此聚合物/氣體混合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及低于所說混合物的臨界溫度的溫度下發(fā)泡的所有樣品的有關(guān)滲濾的情況。
b)高壓釜方法在此方法中，用大于聚合物/氣體混合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的氣體或氣體混合物的飽和及發(fā)泡，是通過氣體壓力的自發(fā)去除來引發(fā)的。由此導(dǎo)致起泡溫度與飽和的溫度完全相同。如果將聚合物樣品在逐步增加的溫度下用氣體或氣體混合物飽和或發(fā)泡，則顯示大于臨界溫度沒有可能獲得泡沫聚合物形態(tài)。通過改變飽和(氣體壓力，溫度)的條件，可以調(diào)節(jié)在聚合物或聚合物共混物內(nèi)進(jìn)行飽和的不同濃度。為此，可以發(fā)現(xiàn)相對于臨界溫度而改變的飽和的條件(飽和的濃度)。
c)擠出方法在此方法中，泡沫在擠出機(jī)頭部的聚合物/氣體混合物出口處形成。通過改變擠出機(jī)頭的溫度，可以找到大于此將不可能獲得泡沫聚合物形態(tài)的溫度。與高壓釜方法中所提及的類似，通過改變飽和條件(壓力，氣體壓力，溫度)，可以調(diào)節(jié)在聚合物或聚合物共混物中進(jìn)行飽和的不同濃度。對此，可以確定相對于臨界溫度而改變的飽和的條件(飽和的濃度)。
d)固體-紡絲方法在此方法中，泡沫在噴射頭的飽和成型制品的出口處獲得。這個噴射頭能夠?qū)⒊尚椭破窂膲毫Τ刂羞B續(xù)轉(zhuǎn)移，同時不會使飽和室內(nèi)的壓力下降。
在將飽和的聚合物樣品轉(zhuǎn)移至加熱浴之后，發(fā)生起泡。浸沒的時間，冷卻至低于聚合物、聚合物共混物或嵌段共聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度，與上述測定臨界溫度所提及的條件一致。
將數(shù)個在相同壓力下用起泡氣體飽和的樣品，在逐步增加的溫度下發(fā)泡。調(diào)查在大于所說聚合物/氣體混合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及低于此混合物臨界溫度的溫度下發(fā)泡的所有樣品的有關(guān)滲濾的情況。
由此，如下測定具體聚合物/氣體混合物的泡沫圖。首先測定吸收等溫線或等壓線，找出是否可以獲得預(yù)計(jì)的臨界濃度。然后調(diào)整壓力和溫度，以便獲得50cm3(STP)/cm3的聚合物濃度。然后將聚合物在逐步增加的溫度下發(fā)泡并且測定每次發(fā)泡的特征，例如通過測定氣體通量，由此確定針對特定起泡時間的臨界溫度。
如上概述，本發(fā)明所用的聚合物共混物必須是均相的。聚合物共混物的均勻性可以按不同的方式獲得。下面將描述兩種不同的方法來獲得均勻性，但本發(fā)明不限制使用這些方法。
獲得均勻性的第一個實(shí)例是溶液共混方法。在此方法中，將不同的聚合物溶解于共用溶劑中并且鋪展，例如以鋪展在玻璃板上的薄膜的形式。待溶劑揮發(fā)后，獲得均相膜。
在第二個實(shí)例熔體共混法中，將聚合物連續(xù)地引入共混設(shè)備中，繼而將其與擠出機(jī)相連。在擠出機(jī)出口處的共混物是均相的并且可以立即加工(worked up)。
在DE-A-10 033 401中，公開了怎樣在壓力池方法、高壓釜方法和擠出方法中測定臨界氣體濃度。
在固體紡絲方法中，泡沫在模具的飽和成型制品出口處形成。該模具能夠?qū)⒊尚椭破窂膲毫Τ刂羞B續(xù)轉(zhuǎn)移加工，同時不會使飽和室內(nèi)的壓力下降。
在將飽和的聚合物樣品轉(zhuǎn)移至加熱浴之后，發(fā)生起泡。停留時間是30秒，但也可更短或更長，取決于聚合物體系和牽拉的速度。在發(fā)泡之后，將制品在約20℃的乙醇/水混合物中冷卻，優(yōu)選低于聚合物共混物/氣體混合物或嵌段共聚物/氣體混合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度。
將數(shù)個用諸如二氧化碳的發(fā)泡氣體飽和的樣品在逐步增加的溫度下發(fā)泡。調(diào)查在大于混合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及低于此混合物臨界溫度的溫度下發(fā)泡的所有樣品的有關(guān)滲濾的情況。
優(yōu)選，聚合物共混物的至少一種組分是無定形或半結(jié)晶狀的。發(fā)泡后，通過冷卻來提供泡沫結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定化，優(yōu)選在乙醇和水的混合物中。
作為起始物料，優(yōu)選選擇的這種聚合物適合本發(fā)明的聚合物共混物，其具有彼此類似的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，優(yōu)選相差不超過200℃，特別是相差不超過150℃，并且更優(yōu)選相差不超過100℃。按致使聚合物共混物或嵌段共聚物具有親水性的方式，選擇和組合疏水性和親水性聚合物或嵌段共聚物的單元和嵌段長度，以便允許(自發(fā)性)血液、血漿或其它含水溶液對薄膜表面的潤濕(Chi-Ming Chan，PolymerSurface Modification and Characterization，Hanser Publisher，München 1994)。
以下實(shí)施例將有助于理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但不以任何方式限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1將由聚醚砜和聚乙烯基吡咯烷酮組成的聚合物共混物發(fā)泡將9g聚醚砜(PES)(UltrasonE 6020，BASF AG，德國)和1g聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)(KollidonK90，BASF AG，德國)溶解于40g 1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且將溶液以0.5mm厚的膜形式鋪展在玻璃板上。將膜在干燥櫥中于約70℃的氮?dú)鈿夥障赂稍?，隨后將干燥櫥的溫度緩慢增加至約140℃，隨后，將膜在真空干燥櫥內(nèi)干燥，直至溶劑的濃度(NMP)＜0,02wt.％。將部分所獲得的膜(厚度≤100μm)在壓力池中于55巴和0℃下用二氧化碳飽和240分鐘。讓用二氧化碳飽和的膜在120-200℃之間的溫度下發(fā)泡30秒。據(jù)顯示，在150、160、170、180和190℃下發(fā)泡的樣品，具有滲透型開孔毫微孔性結(jié)構(gòu)。
發(fā)泡條件飽和壓力5.5MPa飽和溫度0℃飽和氣體二氧化碳飽和時間4h起泡溫度160℃起泡時間30sec掃描電子顯微圖解釋開孔毫微孔性形態(tài)，具有數(shù)量級為約100-300nm的開孔。通過已知的通流測定法(通量測定)來驗(yàn)證滲透性能。
發(fā)泡條件飽和壓力5.5MPa飽和溫度0℃飽和氣體二氧化碳飽和時間4h起泡溫度180℃起泡時間30sec掃描電子顯微圖解釋開孔毫微孔性形態(tài)，具有數(shù)量級為約50-200nm的開孔。通過已知的通流測定法(通量測定)來驗(yàn)證滲透性能。
對比實(shí)施例1將由聚醚砜和聚乙烯基吡咯烷酮組成的聚合物共混物發(fā)泡將9g聚醚砜(PES)(UltrasonE 6020，BASF AG，德國)和1g聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)(KollidonK90，BASF AG，德國)溶解于40g1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且將溶液以0.5mm厚的膜形式鋪展在玻璃板上。將膜在干燥櫥中于約70℃的氮?dú)鈿夥障赂稍铮S后將干燥櫥的溫度緩慢增加至約140℃。隨后，將膜在真空干燥櫥內(nèi)干燥，直至溶劑的濃度(NMP)＜0,02wt.％。將部分所獲得的膜(厚度≤100μm)在壓力池中于50巴和25℃下用二氧化碳飽和120min.。讓用二氧化碳飽和的膜在110-220℃之間的溫度下發(fā)泡30秒。據(jù)顯示，起泡溫度不導(dǎo)致滲透性的開孔毫微孔性結(jié)構(gòu)。通過已知的通流測定法(通量測定)來檢驗(yàn)滲透性能。
發(fā)泡條件飽和壓力5.0MPa飽和溫度25℃飽和氣體二氧化碳飽和時間2h起泡溫度160℃起泡時間30sec掃描電子顯微圖解釋顯示閉合的微孔形態(tài)，微孔的數(shù)量級為約0.5-1μm，因?yàn)樵谟?MPa CO2在25℃下進(jìn)行飽和，沒有獲得臨界濃度。
發(fā)泡條件飽和壓力5.0MPa飽和溫度25℃飽和氣體二氧化碳飽和時間2h起泡溫度180℃起泡時間30sec掃描電子顯微圖解釋閉合微孔形態(tài)，微孔的數(shù)量級為約0.5-2μm，因?yàn)樵谟?MPa CO2在25℃下進(jìn)行飽和，沒有獲得臨界濃度。
實(shí)施例2將由聚醚砜和聚乙烯基吡咯烷酮組成的聚合物共混物發(fā)泡將8g聚醚砜(PES)(UltrasonE 6020，BASF AG，德國)和2g聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)(KollidonK90，BASF AG，德國)溶解于40g1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且將溶液以0.5mm厚的膜形式鋪展在玻璃板上。將膜在約70℃干燥櫥(氮?dú)鈿夥?中干燥，并且將干燥櫥的溫度緩慢增加至約140℃。最后，將膜在真空干燥櫥中干燥，直至溶劑濃度(NMP)＜0.02wt.％。將部分所獲得的膜(厚度≤100μm)在壓力池中于55巴和0℃下用二氧化碳飽和240分鐘。讓用二氧化碳飽和的膜在140-180℃之間的溫度下發(fā)泡30秒。據(jù)顯示，在150、160、170和180℃下發(fā)泡的樣品導(dǎo)致產(chǎn)生滲透型毫微孔性結(jié)構(gòu)。
發(fā)泡條件飽和壓力5.5MPa飽和溫度0℃飽和氣體二氧化碳飽和時間4h起泡溫度170℃起泡時間30sec掃描電子顯微圖解釋開孔毫微孔性滲透型形態(tài)，具有數(shù)量級為約20-200nm的開孔。通過已知的通流測定法(通量測定)來驗(yàn)證滲透性能。
實(shí)施例3將由聚醚砜和聚乙烯基吡咯烷酮組成的聚合物共混物發(fā)泡將8g聚醚砜(PES)(UtrasonE 6060，BASF AG，德國)和2g聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)(KollidonK90，BASF AG，德國)溶解于40g1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且將溶液以0.5mm厚的膜形式鋪展在玻璃板上。將膜在約70℃干燥櫥(氮?dú)鈿夥?中干燥并且隨后將干燥櫥的溫度緩慢增加至約140℃。隨后在真空干燥櫥內(nèi)干燥，直至溶劑濃度(NMP)＜0.02wt.％。將部分所獲得的膜(厚度≤100μm)在壓力池中于8巴和25℃下用氯二氟-甲烷飽和168小時。用氯二氟甲烷飽和的膜的發(fā)泡在150-170℃之間的溫度下進(jìn)行30秒。據(jù)顯示，兩種泡沫樣品都具有滲透型開孔毫微孔性結(jié)構(gòu)。
發(fā)泡條件飽和壓力0.8MPa飽和溫度25℃飽和氣體氯二氟甲烷飽和時間168小時發(fā)泡溫度150℃起泡時間30秒掃描電子顯微圖解釋開孔毫微孔性滲透型形態(tài)，具有數(shù)量級為約50-300nm的開孔。通過已知的通流測定法(通量測定)來驗(yàn)證滲透性能。
發(fā)泡條件飽和壓力0.8MPa飽和溫度25℃飽和氣體氯二氟甲烷飽和時間168小時起泡溫度170℃起泡時間30秒掃描電子顯微圖解釋開孔毫微孔性滲透型形態(tài)，具有數(shù)量級為約20-200nm的開孔。通過已知的通量測定來驗(yàn)證滲透性能。
實(shí)施例4將由聚醚砜和磺化聚醚砜組成的聚合物共混物發(fā)泡將8g聚醚砜(PES)(UltrasonE 6020，BASF AG，德國)和2g磺化聚醚砜E 6020(sPES)溶解于40g 1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且將溶液以0.5mm厚的膜形式鋪展在玻璃板上。sPES的磺化程度為0.33mmol SO3/gs聚合物。將膜在約70℃干燥櫥中(氮?dú)鈿夥?干燥，隨后將干燥櫥溫度緩慢增加至約140℃。隨后，將膜在真空干燥櫥內(nèi)干燥，直至溶劑濃度(NMP)＜0.02wt.％。將部分所獲得的膜(厚度≤100μm)在壓力池中于55巴和0℃下用二氧化碳飽和240分鐘。用二氧化碳飽和的膜在90-210℃之間的溫度下發(fā)生發(fā)泡30秒。據(jù)顯示，在130、140、150、160、170、180和190℃下發(fā)泡的樣品具有滲透型開孔毫微孔性結(jié)構(gòu)。
發(fā)泡條件飽和壓力5.5MPa飽和溫度0℃飽和氣體二氧化碳飽和時間4小時起泡溫度160℃起泡時間30秒掃描電子顯微圖解釋開孔毫微孔性滲透型形態(tài)，具有數(shù)量級為約50-350nm的開孔。通過已知的通量測定來驗(yàn)證滲透性能。
發(fā)泡條件飽和壓力5.5MPa飽和溫度0℃飽和氣體二氧化碳飽和時間4小時起泡溫度170℃起泡時間30秒掃描電子顯微圖解釋開孔毫微孔性滲透型形態(tài)，具有數(shù)量級為約50-300nm的開孔。通過已知的通流測定法(通量測定)來驗(yàn)證滲透性能。
對比實(shí)施例2將由聚醚砜和磺化聚醚砜組成的聚合物共混物發(fā)泡將8g聚醚砜(PES)(UltrasonE 6020，BASF AG，德國)和2g磺化聚醚砜E 6020(sPES)溶解于40g 1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且將溶液以0.5mm厚的膜形式鋪展在玻璃板上。sPES的磺化程度為0.33mmolSO3/gs聚合物。將膜在約70℃干燥櫥(氮?dú)鈿夥?中干燥并且隨后，將干燥櫥的溫度緩慢增加至約140℃。隨后，在真空干燥櫥內(nèi)干燥，直至溶劑濃度(NMP)＜0.02wt.％。將部分所獲得的膜(厚度≤100μm)在壓力池中于51巴和20℃下用二氧化碳飽和240分鐘。讓用二氧化碳飽和的膜在90-240℃之間的溫度下發(fā)泡30秒。據(jù)顯示，在所有調(diào)整的起泡溫度下，都無法獲得滲透型開孔毫微孔性結(jié)構(gòu)。
發(fā)泡條件飽和壓力5.1MPa飽和溫度20℃飽和氣體二氧化碳飽和時間2小時起泡溫度150℃起泡時間30秒掃描電子顯微圖解釋閉合的微孔形態(tài)，具有數(shù)量級為約0.5-1μm的微孔，因?yàn)橛?.1MPa CO2在20℃下飽和，沒有獲得臨界濃度。
發(fā)泡條件飽和壓力5.1MPa飽和溫度20℃飽和氣體二氧化碳飽和時間2小時起泡溫度170℃起泡時間30秒掃描電子顯微圖解釋閉合的微孔形態(tài)，具有數(shù)量級為約0.5-1.5μm的微孔，因?yàn)橛?.1MPa CO2在20℃下飽和，沒有獲得臨界濃度。
實(shí)施例5將由聚醚砜和磺化聚醚砜組成的聚合物共混物發(fā)泡將8g聚醚砜(PES)(UllrasonE6020，BASF AG，德國)和2g磺化聚醚砜E 6020(sPES)溶解于40g 1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且將溶液以0.5mm厚的膜形式鋪展在玻璃板上。sPES的磺化程度為0.33mmolSO3/gs聚合物。將膜在約70℃的干燥櫥(氮?dú)鈿夥?中干燥并且隨后將干燥櫥的溫度緩慢增加至約140℃。隨后，將膜在真空干燥櫥中干燥，直至溶劑的濃度(NMP)＜0.02wt.％。將部分所獲得的膜(厚度≤100μm)在壓力池中于8巴和25℃下用氯二氟甲烷飽和168小時。讓用氯二氟甲烷飽和的膜在170℃下發(fā)泡30秒。據(jù)顯示，發(fā)泡的樣品具有滲透型開孔毫微孔性結(jié)構(gòu)。
發(fā)泡條件飽和壓力0.8MPa飽和溫度25℃飽和氣體氯二氟甲烷飽和時間168小時起泡溫度170℃起泡時間30秒掃描電子顯微圖解釋開孔毫微孔性滲透型形態(tài)，具有數(shù)量級為約50-500nm的開孔。通過已知的通量測定來驗(yàn)證滲透性能。
實(shí)施例6將由聚醚砜和聚乙基噁唑啉組成的聚合物共混物發(fā)泡將9g聚醚砜(PES)(UltrasonE6020，BASF Ag，德國)和1g聚(2-乙基-2-噁唑啉)(PEOX)(Aldrich Chemical Company，德國)溶解于40g 1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)，并且將溶液以0.5mm厚的膜形式鋪展在玻璃板上。PEOX的分子量Mw為約500 000。將膜在約70℃的干燥櫥(氮?dú)鈿夥?中干燥，并且隨后將干燥櫥的溫度緩慢增加至約140℃。隨后，將膜在真空干燥櫥中干燥直至溶劑濃度(NMP)＜0.02wt.％。將部分所獲得的膜(厚度≤100μm)在壓力池中于56巴和0℃下用二氧化碳飽和240分鐘。將用二氧化碳飽和的膜在150℃下發(fā)泡1秒和2秒。據(jù)顯示，兩種樣品都具有開孔毫微孔性結(jié)構(gòu)。
發(fā)泡條件飽和壓力5.6MPa
飽和溫度0℃飽和氣體二氧化碳飽和時間4小時起泡溫度160℃起泡時間2秒掃描電子顯微圖解釋開孔毫微孔性形態(tài)，具有數(shù)量級為約50-300nm的開孔。通過已知的通量測定來驗(yàn)證滲透性能。
對比實(shí)施例3將由聚醚砜和聚乙基噁唑啉組成的聚合物共混物發(fā)泡將9g聚醚砜(PES)(UltrasonE6020，BASF AG，德國)和1g聚(2-乙基-2-噁唑啉)(PEOX)(Aldrich Chemical Company，德國)溶解于40g 1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且將溶液以0.5mm厚的膜形式鋪展在玻璃板上。PEOX的分子量Mw為約500 000。將膜在約70℃干燥櫥(氮?dú)鈿夥?中干燥，并且隨后將干燥櫥的溫度緩慢增加至約140℃。隨后，將膜在真空干燥櫥中干燥，直至溶劑濃度(NMP)＜0.02wt.％。將部分所獲得的膜(厚度≤100μm)在壓力池中于56巴和0℃下用二氧化碳飽和240分鐘。將用二氧化碳飽和的膜在150℃下發(fā)泡30秒。據(jù)顯示，發(fā)泡的樣品不具有開孔毫微孔性結(jié)構(gòu)。通過已知的通流測定法(通量測定)來檢驗(yàn)有關(guān)滲透的性能。
發(fā)泡條件飽和壓力5.6MPa飽和溫度0℃飽和氣體二氧化碳飽和時間4小時起泡溫度160℃起泡時間30秒掃描電子顯微圖解釋閉合的微孔形態(tài)，具有數(shù)量級為約100-500nm的微孔，因?yàn)樵谟?.6MPa CO2在0℃下飽和的過程中，達(dá)到臨界濃度，但選擇30秒的起泡時間對于此體系來說太高了。
權(quán)利要求
1.薄膜，該薄膜可通過將聚合物共混物或含有單體單元嵌段的嵌段共聚物加工成形，在低于聚合物共混物/氣體或嵌段共聚物/氣體混合物的臨界溫度、但大于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下，給聚合物共混物或嵌段共聚物加載起泡氣體，其在聚合物共混物或嵌段共聚物中的濃度大于臨界濃度，并且最后將該泡沫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化來生產(chǎn)，其特征在于作為聚合物共混物，使用含有至少一種親水性和至少一種疏水性聚合物和/或嵌段共聚物的均相聚合物共混物，其中所說的嵌段共聚物具有親水性和疏水性單體單元交替嵌段，聚合物共混物和嵌段共聚物都具有針對大于臨界濃度的所用的發(fā)泡氣體的溶解性。
2.權(quán)利要求1的薄膜，其特征在于它在低于臨界溫度至少10℃的溫度下發(fā)泡。
3.權(quán)利要求1或2的薄膜，其特征在于它在臨界濃度以上發(fā)泡，所說的臨界濃度為至少40、優(yōu)選至少43、特別是至少45、特別是至少47cm3(STP)/cm3聚合物共混物或嵌段共聚物。
4.權(quán)利要求1-3之一的薄膜，其特征在于聚合物共混物的至少一種組分是無定形或半結(jié)晶的。
5.權(quán)利要求1-4之一的薄膜，其特征在于加工成形后，在低于聚合物共混物/氣體混合物或嵌段共聚物/氣體混合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下，給聚合物共混物或嵌段共聚物填充發(fā)泡氣體，然后通過將溫度增加至大于聚合物共混物/氣體混合物或嵌段共聚物/氣體混合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、但低于聚合物共混物/氣體混合物或嵌段共聚物/氣體混合物的臨界溫度來發(fā)泡。
6.權(quán)利要求1-4之一的薄膜，其特征在于加工成形后，在大于聚合物共混物/氣體混合物或嵌段共聚物/氣體混合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度但低于聚合物共混物/氣體混合物或嵌段共聚物/氣體混合物臨界溫度的溫度下，給混合物填充發(fā)泡氣體，并且之后通過壓力降低來使其發(fā)泡。
7.權(quán)利要求1-4之一的薄膜，其特征在于在將聚合物共混物/氣體混合物或嵌段共聚物/氣體混合物的熔體加工成形之前，將其與發(fā)泡氣體一起送入擠出工具中，并且在擠出機(jī)工具的出口處或在擠出機(jī)工具的出口之前，于大于聚合物共混物/氣體混合物或嵌段共聚物/氣體混合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、但低于臨界溫度的溫度下，由于出現(xiàn)壓力降低而就地發(fā)泡。
8.權(quán)利要求1-7之一的薄膜，其特征在于作為發(fā)泡氣體，使用二氧化碳。
9.權(quán)利要求1-8之一的薄膜，其特征在于在發(fā)泡之后，通過冷卻將泡沫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化，優(yōu)選在乙醇/水混合物中冷卻。
10.權(quán)利要求1-9之一的薄膜，其特征在于它含有聚砜、聚醚砜、聚醚酰亞胺、聚碳酸酯或其任何混合物中的至少一種作為疏水性聚合物。
11.權(quán)利要求1-10之一的薄膜，其特征在于它含有聚乙烯基吡咯烷酮、磺化聚醚砜和聚乙基噁唑啉中的至少一種或至少一種官能化聚砜、聚醚砜、聚醚酰亞胺或聚碳酸酯或其任何混合物作為親水性聚合物。
12.權(quán)利要求1-11之一的薄膜，其特征在于聚合物共混物的組分的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是相似的，優(yōu)選相差不超過200℃，特別是150℃，更優(yōu)選100℃。
13.權(quán)利要求1-12之一的薄膜，其特征在于聚合物共混物或嵌段共聚物具有親水性，從而允許薄膜表面被血液、血漿或其它含水溶液潤濕。
14.權(quán)利要求1-13之一的薄膜，其特征在于它以扁平薄膜或中空纖維薄膜或單絲薄膜的形式存在。
15.權(quán)利要求1-14之一的薄膜用于醫(yī)藥目的、特別是用于血液透析、血液過濾、血液滲透、血漿去除、免疫治療、微濾或超濾或氣體分離的用途。
全文摘要
本發(fā)明公開了薄膜，該薄膜可通過將聚合物共混物或含有單體單元嵌段的嵌段共聚物加工成形，在低于聚合物共混物/氣體或嵌段共聚物/氣體混合物的臨界溫度、但大于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下，給聚合物共混物或嵌段共聚物加載起泡氣體，其在聚合物共混物或嵌段聚合物中的濃度大于臨界濃度，并且最后將該泡沫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化來生產(chǎn)，其特征在于作為聚合物共混物，使用含有至少一種親水性和至少一種疏水性聚合物和/或嵌段共聚物的均相聚合物共混物，其中所說的嵌段共聚物具有親水性和疏水性單體單元交替嵌段，聚合物共混物和嵌段共聚物都具有針對大于臨界濃度的所用的發(fā)泡氣體的溶解性。所說的薄膜被用于醫(yī)藥目的，特別是用于血液透析、血液過濾、血液滲透、血漿去除、免疫治療、微濾或超濾或氣體分離。
文檔編號B01D71/68GK1705506SQ200380101705
公開日2005年12月7日 申請日期2003年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月30日
發(fā)明者B·克洛斯, M·維斯林, H·葛赫爾, M·斯德爾 申請人:甘布羅倫迪亞股份公司