Регулирование физико-механических свойств половолоконных мембран для аппарата "Искусственная почка"

Размещено на http://allbest.ru

РЕГУЛИРОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛОВОЛОКОННЫХ МЕМБРАН ДЛЯ АППАРАТА «ИСКУССТВЕННАЯ ПОЧКА»

Аннотация: Статья посвящена повышению эффективности процесса очистки крови в аппарате «Искусственная почка» с применением модифицированных низкотемпературной плазмой половолоконных мембран из полисульфона. В данной статье рассматривается анализ половолоконных полимерных мембран из полисульфона, их модификация неравновесной низкотемпературной плазмой. Экспериментально определяются физико-механические свойства модифицированных мембран.

Ключевые слова: гемодиализ, половолоконная мембрана, модификация, низкотемпературная плазма, вакуумная камера.

очистка кровь аппарат искусственная почка

Annotation: The article is devoted to increasing the efficiency of the blood purification process in the ”Artificial kidney ” apparatus with the use of polysulfone hollow fiber membranes modified by low-temperature plasma. This article discusses the analysis of polysulfone hollow fiber polymeric membranes, their modification by nonequilibrium low-temperature plasma. Physicomechanical properties of modified membranes are determined experimentally.

Key words: hemodialysis, hollow fiber membrane, modification, low temperature plasma, vacuum chamber.

В современной медицине искусственное очищение, основанное на применении мембранных устройств получило всеобщее признание, как эффективный метод управления физиологическим состоянием человеческого организма.

Данная статья посвящена повышению эффективности процесса очистки крови в аппарате «Искусственная почка» с применением модифицированных низкотемпературной плазмой половолоконных полимерных мембран.

Объектами исследования являются половолоконные полимерные мембраны из полисульфона. Испытания проводились на 4 образцах мембран. Выбирались недеформированные, гладкие образцы с учетом краевых эффектов.[1]

Экспериментальная установка для модификации половолоконных мембран низкотемпературной плазмой (рис. 1) состоит из высокочастотного генератора, вакуумной части, системы питания рабочим газом, высоковольтного выпрямителя, высокочастотного плазмотрона (устройство для получения высокочастотного емкостного разряда), аппаратуры контроля.[2]

Рисунок 1 - Функциональная схема установки для модификации половолоконных мембран. 1 - плазмотрон, 2 - ВЧ генератор, 3 - вакуумный блок, 4- Система газоснабжения, 5 - затвор, 6- половолоконная мембрана, 7- диффузионный насос, 8 - форвакуумные насосы, 9 - вентили, 10 - баллон со сжатым газом, 11 - редуктор, 12 - образцовые манометр, 13 - ротаметр.

В результате обработки полимерных мембран из полисульфона неравновесной низкотемпературной плазмой получены модифицированные мембраны с улучшенными физико-механическими, физико-химическими и эксплуатационными свойствами.

Обработка половолоконных мембран проводилась следующим образом. Сначала проводили вакуумирование диэлектрической газонаполненной камеры, внутри которой поместили половолоконные мембраны в количестве 4 штук, а затем подали в камеру плазмообразующий газ при давлении 110 Па и мощности 40 Вт. В качестве плазмообразующего газа использовали кислород. Расход плазмообразующего газа составлял от 0 до 0,24 г/с. После включения ВЧ-генератора в камере зажигается ВЧЕ-разряд и формируется плазма, заполняющая весь объем диэлектрической газонаполненной камеры, с пространственной однородностью горения ВЧЕ-разряда во всем ее объеме. Обработку проводили 3 минуты. Во время эксперимента визуально было определено устойчивое образование ВЧЕ-разряда. [3]

При определенных режимах плазменной обработки не изменяется внутреннее строение материала, а лишь состав и наноструктура поверхностного слоя полимера, что делает возможным регулирование нужных свойств мембраны, не изменяя другие свойства. [4]

Изучение свойств мембран до и после плазменной обработки проводились с помощью следующих методов исследований и испытаний:

Значения угла смачиваемости до и после плазменной обработки СВМПЭ мембран определяли по динамическому углу смачивания по методике к тензиометру DCAT 21 с программным обеспечением. Результаты представлены в таблице 1.

В результате обработки экспериментальных образцов мембран неравновесной низкотемпературной плазмой происходит увеличение гидрофильных свойств (смачиваемости) поверхности. Воздействие плазмы воздуха приводит к снижению угла смачивания в среднем до 54,06°.

Таблица 1 - Значения угла смачивания до и после плазменной обработки мембран из полисульфона

Исследования разрывной нагрузки, предела прочности при разрыве и относительного удлинения СВМПЭ мембран производилось на высокоточной универсальной испытательной машине настольного типа модели AUTOGRAPH AGS - X с использованием методики и программного обеспечения к данному прибору. Результаты представлены в таблице 2.

При обработке низкотемпературной плазмой образцы мембран из полисульфона изменили свои прочностные свойства. По сравнению с контрольным образцом произошло увеличение прочности обработанных в НТ плазме образцов на 9%.

Таблица 2 - Результаты испытаний половолоконных мембран на разрыв

Анализ поверхности образцов СВМПЭ мембран выполнялся на КЛСМ - Микроскопе OlympusLextOLS-400. На поверхности контрольного образца мембраны наблюдается неравномерное распределение пор по размерам. Мембрана, обработанная неравновесной низкотемпературной плазмой, имеет видоизмененную структуру пор: наблюдается очистка частично закрытых пор, вследствие чего поры имеют большую ёмкость и соответственно большую производительность мембраны (рис.2).

Рисунок 2 - Микрорельеф поверхности половолоконной мембраны

В результате обработки произошло увеличение гидрофильности, улучшение прочностных свойств, микрорельефа поверхности. Были получены следующие результаты:

- произошла гидрофилизация внутренней поверхности мембран, средний краевой угол смачивания модифицированных образцов по сравнению с контрольными образцами снизился в среднем на 32 %;

- половолоконные мембраны из полисульфона изменили свои прочностные свойства. Так для модифицированных образцов произошло увеличение прочности на 9%;

- изменение среднего диаметра пор, по сравнению с контрольным образцом. В результате воздействия низкотемпературной плазмы произошла очистка внутрипорового пространства за счет чего произошло и увеличение диаметра, что приводит к повышению эксплуатационных свойств мембраны

Использованные источники:

1. Шалыгин М.Г. Мембранные контакторы для кондиционирования биогаза / М.Г. Шалыгин, А.В. Яковлев, В.С. Хотимский, Л.Г. Гасанова, В.В. Тепляков // Мембраны и мембранные технологии, 2011. Т. 1. № 3. С 180-190.

2. Абдуллин И.Ш. Модификация композиционных мембран / И.Ш. Абдуллин, Р.Г. Ибрагимов, В.В. Парошин, О.В. Зайцева // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. №15. С. 37-41.

3. Абдуллин И.Ш. Модификация нанослоев в высокочастотной плазме пониженного давления/ И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, И.Р. Сагбиев, М.Ф. Шаехов // Казань: Издательство КГТУ, 2007. - 356 с.

4. Ясуда Х. Полимеризация в плазме / Х. Ясуда // М.: Мир, 1988. - 374с.

Размещено на Allbest.ru