【摘 要】
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血液透析是治疗肾功能衰竭患者的主要手段,而血液透析膜作为血液透析的核心组件,其对透析效果的好坏起着决定性的作用。本课题组开发了杂萘联苯共聚醚砜(PPBES)作为血液透析膜材料,与传统的聚芳砜类膜材料相比,其具有更好的亲水性、蛋白质防污性能以及毒素清除率等性能。本文对杂萘联苯共聚醚砜/聚乙烯吡咯烷酮/N,N-二甲基乙酰胺(PPBES/PVP/DMAc)的流变学特性以及凝胶动力学进行探究,以加深对成膜
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血液透析是治疗肾功能衰竭患者的主要手段,而血液透析膜作为血液透析的核心组件,其对透析效果的好坏起着决定性的作用。本课题组开发了杂萘联苯共聚醚砜(PPBES)作为血液透析膜材料,与传统的聚芳砜类膜材料相比,其具有更好的亲水性、蛋白质防污性能以及毒素清除率等性能。本文对杂萘联苯共聚醚砜/聚乙烯吡咯烷酮/N,N-二甲基乙酰胺(PPBES/PVP/DMAc)的流变学特性以及凝胶动力学进行探究,以加深对成膜机理的理解,并对纺丝工艺进一步优化,制备具有高通量、高蛋白质防污性能的PPBES血液透析中空纤维膜。对PPBES/PVP/DMAc体系的流变学特性和凝胶动力学进行研究,重点考察了PPBES浓度、PVP含量、凝胶介质的DMAc浓度对于凝胶速度和凝胶结构的影响。流变特性结果表明,溶液表观黏度随着铸膜液中PPBES浓度和PVP含量增加均呈指数性增长,并且表观黏度与温度呈负相关;聚合物浓度增大会导致黏流活化能增加。凝胶动力学研究发现,PPBES浓度增加,凝胶速度降低,抑制了指状大孔的生成;随着PVP含量的增加,凝胶速度先增大后减小,凝胶结构由指状孔变为海绵孔结构;凝胶介质中DMAc含量增加,凝胶速度降低,指状大孔消失。采用干湿相转化法制备PPBES血液透析膜,对铸膜液配方与纺丝工艺参数进行探究。考察了不同PPBES浓度、PVP含量、空气浴距离、牵伸速度以及芯液组成对于PPBES血液透析膜的影响。制备中空纤维膜组件进行模拟血液透析,重点考察了内径、模拟液和透析液流速对于模拟透析性能的影响。PPBES浓度由12 wt.%增加到16 wt.%,膜结构逐渐从指状孔结构变为海绵孔结构,孔隙率降低,导致纯水通量由81.5 L/(m~2·h)降低到42.3 L/(m~2·h);但对于BSA截留率始终保持在99%以上,膜的机械性能也随着PPBES含量的增加而增大。随着PVP含量的增大,膜结构从海绵孔转变为指状孔,膜孔隙率先增大后降低;膜纯水通量也呈现出相同趋势,BSA截留率在99%以上;PVP含量越大,膜的蛋白质防污性能越高。空气浴距离增加,膜结构无明显变化,但外表面孔径逐渐降低,孔隙率也随之降低,导致膜纯水通量降低。牵伸速度增大,膜结构逐渐从指状孔结构转变为海绵孔结构,膜纯水通量降低;BSA截留率仍保持较高水平,且膜机械性能有明显提升。芯液中DMAc含量由40 wt.%增加到60 wt.%,膜内致密皮层消失,内表面孔径逐渐增大,导致膜纯水通量由74.1 L/(m~2·h)增加到124 L/(m~2·h),BSA截留率有所下降;芯液中DMAc含量增加,内表面粗糙程度增大,蛋白质防污性能有所降低。基于上述研究,优化了PPBES血液透析膜制备参数,优化后的PPBES膜与PES血液透析膜相比,具有更好的渗透性以及更好的蛋白质防污性能。模拟血液透析,PPBES膜内径由350μm减小到250μm,对尿素的清除率增加了12%,透析效果更好;在相同模拟血液透析条件下,内径为250μm的PPBES血液透析膜的尿素清除率为57%,比PES血液透析膜高出10%;此外,模拟液与透析液流速的增大都有利于对毒素的清除。
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