封装方法和设备与流程

1.本公开涉及用于在扩散和/或过滤装置、例如在超滤器或毛细管透析器中封装中空纤维膜的方法和设备。


背景技术：

2.包括中空纤维膜的扩散和/或过滤装置广泛用于液体的分离或净化。示例有：用于水净化的超滤器；用于从血液中分离血浆的血浆过滤器；用于为肾功能不全患者进行血液净化、亦即用于通过血液透析、血液透析过滤或血液过滤治疗患者的毛细管透析器；等等。多种不同型号的包括中空纤维膜的扩散和/或过滤装置可在市场上购得。
3.这些装置通常包括外壳，外壳包括一管状部分，有端盖覆盖该管状部分的嘴部。中空纤维膜束以在由纤维空腔形成的第一流动空间与在外侧环绕膜的第二流动空间之间形成密封的方式，被设置在外壳中。这种密封通常由外壳内的端壁装置提供，该外壳由聚合物块形成，中空纤维膜的端部被嵌入该聚合物块中。
4.gb2016358a描述了一种在中空纤维透析器中封装中空纤维束的端部的方法。该方法包括：将(中空纤维)束插入管状壳体中，以封闭构件来封闭壳体的端部，在壳体中提供可固化液体密封剂，将壳体回转以引起密封剂本身围绕中空纤维的端部分散，允许密封剂凝结，且随后去除封闭构件并切穿纤维和密封剂的端部、或替代性地切穿封闭构件而非切除这些封闭构件。
5.wo1984/002486a1公开了另一种用于制造中空纤维分离装置的方法，该方法包括形成整体结构的步骤，该整体结构包括：至少一个管状外壳部；以及长形腔室部，其相对于管状外壳部呈长形延伸、并在其相对端附近与外壳部连通。一孔眼被设置在长形腔室的中心区域中。用于扩散的中空纤维被引入外壳内且外壳部的端部被封闭。此结构在端部之间的轴线上回转，且封装化合物通过孔眼被添加至腔室部。封装化合物通过腔室径向向外地迁移至外壳部的封闭端，以将中空纤维的端部包装在封装化合物中。在封装化合物固化之后，管状外壳部的端部被横向切割以暴露中空纤维的开孔，且流动歧管 (manifold)端盖构件被施加至切割后的管状外壳端部。
6.ep3620228a1公开了一种用于制造过滤和/或扩散装置的方法，该过滤和 /或扩散装置包括处于管状外壳中的中空纤维膜束。这种方法包括以热塑性树脂来密封纤维的端部和管状外壳的嘴部。
7.ca1245166a公开了一种用于中空纤维分离装置的吹塑成型侧端口。该侧端口由塑料材料制成，且限定向外延伸的环形肩部以容纳和安置配套连接器的环形连接器密封件。位于所述侧端口周围的第一环形环绕槽成比例以容纳来自配套连接器的保持构件装置，且位于所述侧端口周围的第二环形环绕槽处在第一环形槽与肩部之间的位置，用以加固所述侧端口。第二槽的深度小于第一槽，以避免当保持构件伸入第二槽内时，侧端口与配套连接器之间出现明显的锁定结构。
8.ep3479890a1公开了一种具有管状本体、盖、中空纤维膜、以及末端密封部的中空
纤维膜，其中，末端密封部的至少液体接触部被用固化的环氧树脂密封。
9.聚氨酯树脂通常被用作封装化合物或可固化液体密封剂。异氰酸酯 (isocyanate)和多元醇被定量投放至混合器、例如混合头内，且反应混合物经由一次性歧管被引入扩散和/或过滤装置的外壳内。由于少量的聚氨酯树脂残留在混合单元中和歧管的表面上，并在树脂固化时形成垢，所以有必要定期地冲洗混合单元并更换一次性歧管。
10.本公开的一目的是提供一种更有效且产生更少废物的封装方法。


技术实现要素：

11.本公开提供用于在扩散和/或过滤装置中封装中空纤维膜的方法和装置。
12.异氰酸酯组分和多元醇组分被定量投放至扩散和/或过滤装置的外壳的管状流体端口内，且在被设置于流体端口的内壁上的凹部混合，以形成反应性聚氨酯混合物。
13.扩散和/或过滤装置围绕垂直于外壳的纵向轴线的中心轴线旋转，由此朝向外壳的一端输送反应性聚氨酯混合物，在外壳的该端聚氨酯混合物凝结并形成端壁。
14.本公开的装置包括两个相对于彼此被成角度设置的毛细管，毛细管的嘴部被设置成彼此隔开距离。一个毛细管连接至包含异氰酸酯组分的储存器，另一毛细管连接至包含多元醇组分的储存器。两个毛细管中的每一毛细管还连接至计量装置，用于将所需量的多元醇组分和异氰酸酯组分分别定量投放至扩散和/或过滤装置的外壳的流体端口内。
15.本公开还提供一种扩散和/或过滤装置的管状外壳，其中两个管状流体端口位于管状外壳的外壁上、与管状外壳的嘴部距离相等处，每个管状流体端口的内壁表面的特征在于有凹部。该凹部用于由异氰酸酯组分的第一液流和多元醇组分的第二液流形成反应性聚氨酯混合物。
附图说明
16.图1是本公开的管状流体端口的示意性前视图，其特征在于其内壁表面上的凹部、以及用于将聚氨酯组分定量投放至管状流体端口内的两个毛细管；
17.图2是本公开的管状流体端口的示意性侧视图，其特征在于其内壁表面上的凹部、以及用于将聚氨酯组分定量投放至管状流体端口内的毛细管；
18.图3是本公开的管状流体端口的示意性立体图，其特征在于其内壁表面上的凹部；
19.图4是本公开的过滤和/或扩散装置的外壳的示意性纵向剖视图。
具体实施方式
20.本公开提供用于在扩散和/或过滤装置中封装中空纤维膜的方法和装置。
21.本公开提供一种用于在扩散和/或过滤装置中封装中空纤维膜的方法，该扩散和/或过滤装置包括管状外壳，该管状外壳中设置有中空纤维膜束、且至少一个管状流体端口位于管状外壳的外壁表面上。
22.所述方法包括以下步骤：
23.a)将多元醇组分和异氰酸酯组分同时地但彼此分开地定量投放至位于至少一个管状流体端口的内壁上的凹部内；
24.b)允许多元醇组分与异氰酸酯组分在凹部中混合，形成聚氨酯反应混合物；
25.c)引起聚氨酯反应混合物朝向管状外壳的已由封装盖封闭的嘴部流动；且将中空纤维束的端部嵌入聚氨酯反应混合物中；以及
26.d)允许聚氨酯反应混合物固化并形成密封管状外壳的嘴部的固体封装区。
27.在本公开的方法中，多元醇组分和异氰酸酯组分被同时地但彼此分开地定量投放至扩散和/或过滤装置的外壳的管状流体端口(通常被称为“hansen”连接器)内，且在被设置于管状流体端口的内壁上的凹部中混合。
28.除了管状流体端口的内壁之外，定量投放设备并没有部件与混合物接触。因此，定量投放设备并没有部件会被聚氨酯残留物污染。单独的混合单元例如旋转混合器也就不再是必需的。因此，也就不需要对混合单元进行清洁(这涉及冲洗步骤)。此外，在本封装方法中并不使用一次性歧管。
29.在所述方法的一个实施例中，多元醇组分和异氰酸酯组分通过两个毛细管被分别地定量投放至管状流体端口内。这些毛细管既不彼此接触也不接触管状流体端口的内壁。
30.在所述方法的一个实施例中，从两个毛细管流出的流体形成两个液体射流，这两个液体射流在被设置于管状流体端口内壁上的凹部中相遇。
31.两个液体射流被引导朝向彼此。在一个实施例中，毛细管形成5
°
至30
°
、例如10
°
至25
°
、或15
°
至20
°
的范围内的角度。在一个实施例中，液体射流与管状流体端口的内壁表面形成15
°
至45
°
、例如15
°
至30
°
、或15
°
至25
°
的范围内的角度。
32.一般地，两个毛细管的液体的体积流量并不相同。体积流量必须根据所要生产的聚氨酯的化学计量值来调节。在一示例性实施例中，多元醇组分与异氰酸酯组分的体积比是100:(66
±
5)。因此，异氰酸酯组分的体积流量必须达到异氰酸酯组分的体积流量的大约2/3。
33.在一个实施例中，凹部具有圆柱形横截面。在进一步的实施例中，凹部呈锥形。在另一实施例中，凹部采用球形段、例如半球形的形状。在又一实施例中，凹部具有多边形横截面，例如矩形或六边形横截面。换言之，凹部的形状选自圆柱体形、圆锥形、球形段、多边形棱柱和多边形棱锥构成的群组。
34.在进一步的实施例中，凹部的纵向轴线与管状流体端口的内壁表面形成锐角，例如处于30
°
至60
°
的范围内、例如45
°
的角度。凹部的纵向轴线是从凹部底部的中心穿过凹部嘴部的中心的中心轴线；并且上述锐角引起纵向轴线朝向管状流体端口的背离外壳的嘴部倾斜。
35.在一个实施例中，凹部的嘴部的直径处于3mm至9mm、例如5mm至 7mm的范围内。在一个实施例中，从管状流体端口的内壁表面水平测量，凹部的深度处于0.5mm至2.0mm、例如1.0mm至1.9mm、例如1.5mm 至1.8mm的范围内。
36.在一特定实施例中，凹部呈圆锥形，嘴部直径为6mm而深度为1.8mm。
37.聚氨酯反应混合物被引起朝向管状外壳的已由封装盖封闭的嘴部流动。反应混合物在封闭端处聚集，嵌入中空纤维束的端部。在所述方法的一个实施例中，通过由围绕一垂直于外壳的纵向轴线的轴线来旋转外壳产生的离心力，聚氨酯反应混合物被引起朝向管状外壳的嘴部流动。在进一步的实施例中，外壳围绕一延伸穿过外壳的中心的轴线旋转。
38.在所述方法的另一实施例中，多元醇组分和异氰酸酯组分被同时地但彼此分开地定量投放至两个凹部内，这两个凹部被设置在两个管状流体端口的的内壁上，两个管状流
体端口存在于管状外壳的外表面上与管状外壳的嘴部距离相等处。这些组分在凹部中混合，形成聚氨酯反应混合物，聚氨酯反应混合物随后被引起通过各自的管状端口、并朝向管状外壳的已由封装盖封闭的相对嘴部流动。在本实施例中，管状外壳围绕管状外壳的中心轴线、亦即垂直于管状外壳的纵向轴线且延伸穿过管状外壳的中心的轴线而旋转。
39.在所述方法的一实施例中，通过超声波辅助组分在凹部中的混合。在一个实施例中，超声波极(sonotrode)在凹部的底部附近接触管状流体端口的外侧，而且在定量投放液体期间，超声波(例如频率处于30khz至50khz 的范围内的超声波)被持续地施加。
40.本公开还提供一种用于在扩散和/或过滤装置中封装中空纤维膜的装置。该装置可用于执行本公开的封装方法。
41.本公开的装置包括两个相对于彼此被成角度设置的毛细管，毛细管的嘴部被设置成彼此隔开距离。一个毛细管连接至包含异氰酸酯组分的储存器，另一个毛细管连接至包含多元醇组分的储存器。这两个毛细管的每一个还连接至计量装置，用于将所需量的多元醇组分和异氰酸酯组分分别定量投放至扩散和/或过滤装置的外壳上的管状流体端口中。
42.在所述装置的一个实施例中，两个毛细管形成处于5
°
至30
°
、例如10
°
至25
°
、或15
°
至20
°
的范围内的角度。
43.在所述装置的一个实施例中，毛细管的内径处于0.5mm至2.0mm、例如0.8mm至1.8mm、或1.3mm至1.7mm的范围内。在一个实施例中，两个毛细管具有相同内径。在另一实施例中，毛细管的内径不同。在一特定实施例中，连接至包含多元醇组分的储存器的毛细管的内径大于连接至包含异氰酸酯组分的储存器的毛细管的内径。这考虑到了多元醇组分的体积流量通常大于异氰酸酯组分的体积流量的事实。
44.两个毛细管中的每一个连接至计量装置，用于将所需量的液体定量投放至过滤和/或扩散装置的管状流体端口内。在所述装置的一个实施例中，计量装置是计量泵。合适的计量泵的示例包括柱塞泵、隔膜泵、蠕动泵、以及齿轮泵。在所述装置的一个实施例中，计量泵是活塞泵。在一特定实施例中，活塞由气压缸致动。在另一实施例中，活塞由线性马达致动。与气压缸相比，借助线性马达能够实现液体射流的低得多的启动、加速和阻尼阶段。
45.本公开还提供一种扩散和/或过滤装置的管状外壳，其特征在于，两个管状流体端口位于管状外壳的外壁上与管状外壳的嘴部距离相等处，每个管状流体端口的内壁表面的特征在于有凹部。凹部用于由异氰酸酯组分的第一液流和多元醇组分的第二液流形成反应性聚氨酯混合物。
46.管状外壳通常通过注射成型，由热塑性聚合物制成，例如由聚酯(诸如聚碳酸酯或petg)或聚烯烃(诸如聚丙烯)制成。在一个实施例中，凹部在通过注射成型来制造外壳期间，被引入外壳的管状流体端口的壁内。在另一实施例中，凹部在外壳已通过注射成型、例如通过钻孔，铣削、压花、或热成型而制成之后被引入。
47.当多元醇组分和异氰酸酯组分同时地被定量投放至管状外壳的两个管状流体端口内时，两个上述装置被使用。
48.本公开的设备和方法的示例性实施例在附图中示出且在下面说明。应理解的是，上述特征和下面说明的特征不仅用于指定的组合，而且可用于其它组合或其自身，而不背离本发明的范围。
49.图1是本公开的管状流体端口10的示意性前视图，其特征在于其内壁表面上的凹
部11。用于将多元醇组分23定量投放至管状流体端口10内的第一毛细管20连接至用于多元醇组分的计量装置21和储存器22。用于将异氰酸酯组分33定量投放至管状流体端口10内的第二毛细管30连接至用于异氰酸酯组分的计量装置31和储存器32。如图所示，多元醇组分的射流23从第一毛细管20被喷出；而异氰酸酯组分的射流33从第二毛细管30被喷出。射流 23、33在管状流体端口10的壁中的凹部11内相遇且形成反应混合物，该反应混合物产生聚氨酯。反应混合物通过管状流体端口10流入过滤和/或扩散装置的外壳内，且通过离心力朝向外壳的一端被输送。
50.图2是本公开的管状流体端口10的示意性侧视图，其特征在于其内壁表面上的凹部11。用于将异氰酸酯组分33定量投放至管状流体端口10内的毛细管30连接至用于异氰酸酯组分的计量装置31和储存器32。如图所示，异氰酸酯组分的射流33从毛细管30被喷出。异氰酸酯组分的射流33被引导至凹部11内，在此异氰酸酯组分的射流33与多元醇组分的射流(未示出)混合。
51.图3是本公开的管状流体端口10的示意性立体图，其特征在于其内壁表面上的锥形凹部11。
52.图4是本公开的过滤和/或扩散装置的管状外壳40的示意性纵向剖视图。外壳40的特征是有两个管状流体端口41、43，每个管状流体端口的特征在于其内壁表面上的凹部42、44。流体端口41、43位于外壳40的相对端附近，与外壳40的中心距离相等。流体端口41、43两者还位于与管状外壳40的嘴部距离相等处。在图中所示的实施例中，流体端口41、43位于外壳40的相同侧，而且流体端口41、43的纵向轴线位于一共同平面内。中空纤维膜束 45被设置在外壳40的内部，且外壳40的嘴部由封装盖47、49密封。在本公开的封装过程中，多元醇组分和异氰酸酯组分被定量投放至管状流体端口 41、43的凹部42、44内，在凹部42、44内多元醇组分和异氰酸酯组分混合且形成聚氨酯反应混合物。如图所示，外壳40围绕垂直于其纵向轴线的中心轴线旋转。聚氨酯反应混合物流入外壳40内，且通过离心力朝向外壳40的端部被输送。聚氨酯反应混合物在外壳的嘴部处凝结和固化，形成由聚氨酯构成的端壁46、48。封装盖47、49随后被移除，且中空纤维膜束45的端部被切除以重新打开中空纤维膜。
53.附图标记列表：
54.10管状流体端口
55.11凹部
56.20 第一毛细管
57.21 计量装置
58.22 多元醇组分储存器
59.23 多元醇组分射流
60.30 第二毛细管
61.31 计量装置
62.32 异氰酸酯组分储存器
63.33 异氰酸酯组分射流
64.40 管状外壳
65.41 管状流体端口
66.42 凹部
67.43 管状流体端口
68.44 凹部
69.45 中空纤维膜束
70.46端壁/封装区
71.47封装盖
72.48端壁/封装区
73.49封装盖。