Preparation of polymethylmethacrylate (PMMA) membranes by phase inversion for artificial Kidney modules

Abstract

V ÖZET Yapılan çalışmanın amacı, 'yapay böbrek membran üni telerinde kullanılmak üzere uygun, mikrogözenekli poli- metilmetakrilat (PMMA.) membranlarm hazırlanmasıdır. PMMA membranlarm hazırlanmasında, yaygın olarak kullanılan `phase-inversion` metodundan yararlanılmıştır. Döküm çö zeltisi bileşimi değiştirilerek, değişik tür çözücüler (kloroform, dioksan ve DMSO), non- solvent ler (su, glise rin, formamid) gözenek-yapıcılar (PEG 4000, formamid ve CC1-) kullanılarak ve değişik şartlarda (0-50°C sıcaklık aralığı) çalışılarak, farklı özelliklerde membranlar ha zırlanmıştır. Bu membranlar in in-vitro kütle aktarım performansları sürekli dializ sisteminde incelenmiştir. Membranlarm ultrafiltrasyon karakteristikleri de saptan mıştır. Ayrıca membranlarm yapısal özellikleri Taramalı Elektron Mikroskopi tekniğiyle incelenmiş ve mekanik özel likleri test edilmiştir. Bu çalışmada elde edilen önemli sonuçlar aşağıda özetlenmiştir. a) Çalışmalar, mikrogözenekli PMMA. membranlarm `phase-inversion` tekniğiyle hazırlanabileceğini göster miştir. b) Dializ deneyleri, polimer konsantrasyonu art tığında, kreatinin ve sodyum klorür için membrandan küt le aktarım hızlarının lineer olarak azaldığını göster miştir. Membran kalınlığı arttığında da kütle aktarım hızları azalmıştır. Termal işlem ve çözücü olarak DMSO kullanıldığında yüksek aktarım hızları elde edilmiştir. Sulu çöktürme ortamına non-solvent olarak gliserin veya formamid eklendiğinde performans önemli ölçüde artmış tır. Formamid kullanıldığında, % 20*nin üzerinde artan konsantrasyonların kütle aktarım özelliklerini etkileme diği gözlenmiştir. Gliserin kullanıldığında ise, konsant-vi rasyon arttırıldığında benzer ya da daha yüksek performans lara ulaşılmıştır. Döküm çözeltisine gözenek-yapıcı ilâve edildiğinde, gözenek-yapıcı türünün performans açısından önemli olmadığı, fakat ağırlıkça % 10 oranında eklenen gözenek-yapıc mm performansı arttırdığı bulunmuştur. Sulu çöktürme ortamında, değişik sicaklxklarda hazırlanan membranlarm performansları ise hemen hemen aynıdır. % 30'luk gliserinden oluşan çöktürme ortamında da 30°C'nin üzerinde performansı arttırmak mümkün olmamıştır. c) Ultrafiltrasyon çalışmaları, DMSO ortamında ha zırlanan membranlarm en iyi olduğunu ve hatta ticarî örneklerden daha yüksek performansa sahip olduklarını gös termiştir. d) Mekanik testler, hazırlanan membranlarm ticarî olarak mevcut membranlardan daha zayıf yapıda olduklarını belirtmektedir. Bu membranlar için gerilme dayanımı, % 2 çekme ve Young Modülü değerleri sırasıyla 66.6-246.6 kg/cm t 7 1.9-3.7 % ve 5100-3047 kg/cm aralığında değişmektedir. e) SEM fotoğrafları da membranlarm gözenekli yapı da olduğunu göstermiştir.

±ii SUMMARY The aim of this study is to prepare suitable microporous polymethylmethacrylate (PMMA) membranes for membrane units in artificial Kidney. In order to prepare PMMA membranes a well known phase inversion method Was followed. Changing casting solution composition, using different types of solvents (i.e. choloroform, dioxane und DMSO), non solvents (H?0, glycerin and formamid), pore formers (PEG-4000, formamid and CC14) and working at different conditions between 0-50 C membranes with different characteristics were obtained. In-vitro mass transfer performances of these membranes were studied in a continous dialysis system, ultrafiltration properties of membranes also measured. Structure of the membranes were investigated by means of scanning electron microscopy (SEM). The mechanical properties of membranes was investigated. The main results obtained in this study are summarized below: a. Studies proved that microporous PMMA membranes with different properties may be obtained by phase inversion technique employed in this study. b. Dialysis experiments show that, mass transfer rates through the membranes decrease almost linearly for both creatinine and sodium chloride as the polymer concentration increase. If the thickness of membrane increases, mass transfer rates decrease. In case of thermal process and DMSO as a solvent, higher mass transfer rates are obtained. By adding non solvent either glycerin or formamid in water precipitation medium, performance will increase very significantly. However, in formamid case, increasing concent ration more than 20 %IV doesn't affect mass transfer properties. But, similar performances (or better) may be achieved by increasing the non- solvent concentration in the glycerin case. When pore former is used within the casting solution, it was observed that, the performance increases to a certain content about 10 % /-) but pore former type doesn't affect it significantly. No much difference in membrane performance for the membranes prepared at different temperatures of KLO precipitation medium was observed. In 30 % glycerin case, it is not possible to increase the performance above 30°C. c. Ultrafiltration studies showed that, membranes prepared in DMSO are the best, even is better than the commercial ones. d. Mechanical tests indicate that, prepared membranes are weater than the commercial samples. For these membranes, tensile stregnth, % elongation at break 2 and Young's Modulus are 66.6-246.6 kg/cm j 1.9-3.7 % and 5100-30476 kg/cm2 respectively. e. SEM Photorgaphs show the porous structure of the membranes.