[发明专利]一种适用于生物反应器的高分子聚合物复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于生物反应器的复合材料及其制备方法，更具体地说，本发明涉及一种适用于生物反应器的高分子聚合物复合材料及其制备方法，属于生物制药技术领域。

背景技术

用于生物反应器内与生物制品直接接触的材料要求相当苛刻：要求无毒、耐高温，蒸汽灭菌不会分解挥发、老化和渗出脱落；与生物制品接触不发生反应（生物惰性）；不抑制或有益于生物的生长（生物的相容性）；耐腐蚀（化学惰性），对经常用酸碱清洗液和其他有机物质不发生化学反应和变化等。

因此，选用其结构材料十分慎重，在没有被验证的情况下，不能轻易随便的选用材料。常用的可与生物制品直接接触的材料有：金属材料主要是316L不锈钢（不含氯离子），以及氮化硅、氧化锆大多数陶瓷材料和聚四氟乙烯、聚醚醚酮、硅胶等部分高分子材料。而用于反应器内的高耐磨材料，通常的金属、陶瓷和高分子材料及其复合材料大都不能使用，主要是由于常用耐磨材料的添加物不能满足其需要，如增加自润滑性和耐磨性的硫化物（如CuS、MoS₂），以及铅（Pb）、锡（Sn）、石墨（C）、铜纤维（Cu）等都不能用于生物反应器内的环境。部分有毒的、易挥发分解，耐温耐腐蚀性不好的高分子材料也不能使用。

国家知识产权局于2013.7.24公开了一件公开号为103214788A，名称为“一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺”的发明专利，该专利公布了一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺。复合材料是以聚醚醚酮(PEEK)、碳-石墨纤维及聚四氟乙烯(PTFE)为主要原料，添加适量的偶联剂及其他加工助剂制备而得，其中PEEK，20～85份；碳-石墨纤维，10～50份；PTFE，5～30份；偶联剂，1～3份；其他加工助剂，1～3份。按上述比例称取原料，在双螺杆挤出机上共混挤出。本发明不仅具有极为优异的物理、机械、热、化学等性能，且具有比铝和钢更好的减振作用，同时，摩擦系数低、润滑特性优良，使之广泛应用于航天航空、机械工业、汽车工业等领域。另外，本发明所用的双螺杆挤出制备工艺控制简单、生产效率高，产品质量稳定，适于工业化生产。

国家知识产权局于2013.5.8公开了一件公开号为103087468A，名称为“一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺”的发明专利，该专利公布了一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺。复合材料是以聚醚醚酮(PEEK)、碳-石墨纤维及聚四氟乙烯(PTFE)为主要原料，添加适量的偶联剂及其他加工助剂制备而得，其中PEEK，20～85份；碳-石墨纤维，10～50份；PTFE，5～30份；偶联剂，1～3份；其他加工助剂，1～3份。按上述比例称取原料，在双螺杆挤出机上共混挤出。本发明不仅具有极为优异的物理、机械、热、化学等性能，且具有比铝和钢更好的减振作用，同时，摩擦系数低、润滑特性优良，使之广泛应用于航天航空、机械工业、汽车工业等领域。另外，本发明所用的双螺杆挤出制备工艺控制简单、生产效率高，产品质量稳定，适于工业化生产。

上述两项专利都提出了一种以聚四氟乙烯和聚醚醚酮为主要原料制成的高耐热和高耐磨复合材料，其采用的耐磨材料添加物为碳-石墨纤维，所以上述复合材料仅仅适用于航天航空、机械工业、汽车工业等领域，无法应用于生物制药领域的生物反应器内的环境。

国家知识产权局于2009.6.3公开了一件公开号为101444703，名称为“一种用于膜生物反应器的复合膜及其制备方法”的发明专利，该专利提供了一种用于膜生物反应器的复合膜，主要包括多孔材料支撑层和附着于所述支撑层表面的有机薄膜层；所述多孔材料支撑层由下列之一或其中两种以上的高分子材料烧结而成：聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚苯乙烯；所述有机薄膜层的膜材料为下列之一或其中两种以上的高分子聚合物：聚醚砜、聚砜、聚丙烯酸酯、聚丁烯、聚酰胺、聚醚醚酮、聚纤维素酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚环氧乙烷、聚硅氧烷。本发明复合膜支撑强度高，机械稳定性佳，结构造型稳定，清洗更换方便，表层膜不易脱落和破损，可适用于各种高压环境。

上述专利中复合膜材料虽然适用于生物反应器，但是仅仅针对膜生物反应器，其特点主要表现在支撑强度、机械稳定性、耐高压等，耐磨性能并不高，无法应用于常规生物反应器的搅拌环境。

综上，研制在生物反应器内用高耐磨的复合材料，有他的局限性和难度，未知和没被验证的材料不能随便使用和添加。

发明内容