微孔滤膜折叠式过滤器培训讲义

微孔滤膜折叠式过滤器培训讲义目录一过滤定义··········································1二微滤定义及微滤材料································2三微孔滤膜折叠式过滤器······························6四滤芯的完整性检测方法······························8五滤芯的消毒灭菌···································16六滤芯的使用寿命···································19七滤芯的重复使用和清洗方法·························23八滤芯的贮存保养方法·······························261一过滤定义过滤就是用有孔介质将混合在流体（液体、气体）中的物质进行分离或提纯的操作过程，传统的过滤介质有棉纤、布、纸、烧结陶瓷、石棉制品、活性炭等。现代的过滤介质有高分子材质的无纺纤维布、织物、毡及高分子材料膜，尤其是膜作为过滤介质用于工业化生产及人们的生活中，近几十年内，国内外均获得了飞跃发展，在许多使用场合已逐步取代了或完全取代了传统的过滤介质。从作用结果上看，无论是哪种材质构成的过滤材料，按其孔径大小和过滤对象，可以分类为以下：孔径大小和过滤对象：过滤分类膜孔径大小滤除对象粗过滤40-1000um可见悬浮物、砂粒、杂质等一般过滤10-40um不可见的悬浮物、微粒、杂质等微过滤0.1-10um细菌、微粒、杂质等超过滤0.001-0.1um蛋白质等大分子物质切割分子量（1万-几万）反渗透0.001um金属离子、无机盐等切割分子量（30-1万）纳滤1-30nm多糖、氨基酸等切割分子量（200-2万）2二微滤定义及微滤材料微过滤是一种精密过滤技术，它的孔径范围一般为0.1um-10um，介于一般过滤和超过滤之间。微滤的使用十分广泛，从生产到生活，从气体到液体，从滤除杂质到除菌过滤等。1，微滤材料（深层）微滤使用的传统滤材有棉、布、纸、烧结陶瓷、硅藻土、活性炭等，现代微滤材料有高分子材料、无纺纤维纸、布毡等，它们的孔形不规则不整齐，分布广的多孔体，无法确切标明它的孔径大小，过滤时粒子是靠陷入介质内部曲折的通道而被阻留。凡此过滤材料均称为“深层过滤介质”，孔径为“相对孔径”，过滤效率也称“相对截留滤”。深层过滤材料的过滤特性是我们选择制订过滤方案时必须要考虑的因素，例如，我们常用的聚丙烯无纺纤维滤芯就属于这一类（见附录2）。PP无纺纤维膜过滤特性面积厚度孔径大孔径小推动压力流量正比反比正比反比正比截留滤正比反比正比反比纳污量正比正比小大反比3深层过滤介质只能用于空气除尘，用于液体的澄清过滤或作为膜过滤的前级保护预过滤。2，微滤材料（膜材料）微滤中所使用的膜材料是天然或人工合成有机高分子材料，在特定的制作条件下所形成的多孔滤膜，孔径一般为0.04-1um范围内，孔形类似筛网状结构，有较整齐的表面多孔结构，孔形分布较均匀（见附录一），过滤似过筛分作用，使所有直径大于膜孔径的颗粒全部截留在膜表面上，所以这种作用又称“筛分过滤”，膜又称“平面过滤膜”，被膜截留的颗粒不会因压力的波动而影响截留效果。由于过滤只限于膜表面上，还便于观察研究被截留的颗粒性质大小、构成（见附录3、4）。因为膜过滤介质薄，颗粒容量小，使用时最好在前面安装预过滤器（见附录13）.微孔膜用于气体过滤时，在一定条件下，过滤效率可以提高10倍，例如0.2umPTFE孔径膜截留效率可达到0.02um，微孔滤膜用于液体过滤时，料液中的固体颗粒含量要小于0.01‰以下。微孔滤膜是在特定技术条件下制成的，用扫描电镜拍照可以看出它是一种多层相叠的具有不规则孔形的重叠筛网状结构。虽然测到的最大孔径相当大，但是这些大孔由于它们的不规则形态以及上下网孔的重叠，而使其通道的有效直径大为缩小，它更似一种多层叠起来的筛网。因此其具有一般深层过滤介质不具备的过滤特性，其特点是：4﹡孔径分布较均匀、大小均匀因而过滤精度高。﹡孔隙率高，流速快﹡滤膜薄，吸附少﹡无介质脱落﹡纳污量小，易被堵塞3，目前，用来制造微孔滤膜的高分子材料有30多个品种，常用的材料有纤维素类、聚酰胺类、聚砜类、聚烯烃类、聚氟类和聚酯类等。折叠式滤芯常用的微孔膜有：醋酸纤维膜、混纤膜、尼龙6膜、尼龙66膜、聚醚砜膜、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯膜等。（附录5）微孔滤膜的制造方法属于高端技术，目前只有为数不多的公司可提供商品膜。膜的制造方法有相转移法、溶剂蒸发凝胶法、浸渍凝胶法、溶出法、拉仲法等。膜的性能包括分离特性、透过特性、物化稳定性、经济性四条基本要求，而过滤效率则决定膜的内在质量好坏。膜分离过程均为被动传递过程，多数采用压力驱动流体，流体在压力梯度作用下透过膜孔，流体中的颗粒杂质一般认为是通过以下四种作用形式被分离出来：筛分、桥架、吸附和吸引。气体和液体因为密度、流速等差异，过滤机理也不同。相同孔径膜过滤气体时截留效率比过滤液体高几倍。54，微孔滤膜性能表征有：（1）孔径（分离效率）；（2）孔隙率；（3）孔分布；（4）膜面开孔率；（5）厚度；（6）拉伸强度；（7）疏水性亲水性；（8）耐受温度；（9）化学耐受性；（10）流速（速率）；（11）溶出物；（12）抗氧化性；（13）毒性；（14）颗粒脱落为了确保滤芯的质量，制造滤芯时，对上述性能指标依据膜供应商提供的质保文件进行验证，至少应选择主要指标进行验证。6三微孔滤膜折叠式过滤器用微孔滤膜制成的各类形式的过滤器在医药、电子、食品、饮料酿酒、电力、环保化工等行业得到了广泛的应用，尤其是微孔膜筒式过滤器。折叠式滤芯由于体积小、占地少、过滤面积大、流速快、过滤精度高、安装维修方便等优点，已经在许多地方取代了传统的过滤设备。在我国，这种过滤器的使用是伴随着制药行业推广GMP认证要求推广开来的。它已经是确保药品质量的关键设备，如何选好、用好膜过滤器，已经是制药企业十分重视的问题。我国新版GMP指南对过滤器（滤芯）的技术质量指标提出了更高的要求（见附录6）。此外，电子行业、化工行业、环保行业等也各自提出特殊要求，滤芯制造厂商提供适合他们使用的过滤器，下面就普遍关心的滤芯质量、使用等方面问题与大家共同探讨一下：1，滤芯的制造要求折叠式滤芯是将大面积的膜其上下游用粗枝支撑导流层保护后，经过折叠机（又称打褶机）折叠后，边缝对焊接后卷起来，装进一支内外夹筒层内，两端焊上封盖、接口，就成了一只筒式过滤芯半成品。国际单元10一支，直径2.7（Φ69毫米），一支滤芯（见样本图示）两端焊上插口和稳定翅片，就成了一支标准滤芯，插口的尺寸也是国际标准，有226，222，215等规格代7号，配上不锈钢滤筒就成了微孔滤膜筒式过滤器的设备。筒式过滤器有气体和液体的区分，也有标准形式和特殊结构形式之分。根据客户使用流量大小要求，可支撑不同尺寸的过滤器。不锈钢滤筒的材质2，折叠式滤芯的技术性能表征：（1）过滤孔径；（2）截留效率；（3）流量（气体、液体）：（4）过滤膜面积；（5）起始压差；（6）纳污量；（7）最高工作温度；（8）灭菌温度及耐受时间；；（9）最大承受正压差反压差；（10）化学相容性；（11）溶出物析出物；（12）抗氧化性；（13）内毒素含量；（14）纤维释放；（15）总有机碳；（16）完整性检测方法及指标在上面列出的指标中，有些是跟原材料膜、塑料支撑件有关，有些跟我们制造车间环境，制造工艺控制有关。我国新版GMP对用于药品过滤的滤芯使用者、生产商推荐进行的鉴定和认证的项目（见附录），则是必须执行的法规内容。代号材质适合使用的地方304OCr18Ni9干燥环境下能抗氧化，空气过滤316OCr18Ni12M02潮湿环境下能抗氧化，无腐蚀的料液过滤316LOCr17Ni14M02抗氧化，抗一定氯离子，药液、料液，水处理8四滤芯的完整性检测方法1，目的﹡检验滤芯生产制造过程中工艺参数（折叠、中缝焊接、端盖焊接）影响膜孔径的受损情况。﹡检验滤芯使用过程中，由工艺参数（温度、压力、PH、料液）作用后，膜孔径的受损情况。滤芯完整性检测方法最直接也最权威的方法是对滤芯作挑战性试验，但是此方法有一定的难度，且做了以后滤芯就不能供应客户使用，只能由质监部门或有条件的制造厂商抽样去做。当然，有条件的用户认为有必要也可以去做。目前，极大多数情况是采用等效的物理方法来替代破坏试验。破坏性试验方法有：玻琍微珠法、AC标准粉法、细菌挑战试验。非破坏性物理试验方法有气泡点法、扩散流法、压力保持法和疏水膜的水浸入法，依据不同材料膜和不同孔径，各方法均有不同的指标值。（见附录7）2，气泡点法其原理利用毛细管液体张力物理现象为基础的一种试验。这个理论假设膜孔是由许多互相平行且孔径相等的毛细管组成。这些毛细管垂直于滤膜表面。当滤膜被某种液体湿润时，就产生了毛细管现象。9若从膜的一侧用气体取代毛细管中的液体时，瞬间所需的压力与这一压力相对抗的液体表面张力相等，就能合理的表征孔管的直径大小。公式：P=4Krcosθ/DP—测出的压力（Pa）D—孔径（m）r—试验液体表面张力（N/m)K—膜孔型修正系数θ—液体张力和毛细管孔壁夹角（°）应当说明，上面这一公式是以若干假设为依据的，并不能用来准确地计算膜的孔径，孔型修正系数K很难确定，是个变数。液体的表面张力系数则因膜品种不同、温度不同，亦不一样。用来检测气泡点的液体有纯水、异丙醇、乙醇，它们的表面张力（25℃）如下：亲水性膜一般用水检测气泡点，疏水性膜用异丙醇或乙醇做气泡点。从泡点稳定性看，异丙醇优于乙醇，从张力看，加一定量的水，纯水0.072N/m异丙醇0.0215N/m乙醇0.0222N/m60%异丙醇+40%水0.0417N/m60%乙醇+40%水0.04212N/m40%异丙醇+60%水0.0129N/m40%乙醇+60%水0.01332N/m10比纯醇泡点高，易观察，常用的几种滤膜的气泡点值（见附录5）。孔径计算举例：将PES滤膜孔径0.2um，及蒸馏水的表面张力7.2*10-4N/cm,代入公式：P=4r/D(设K=1，cosθ=1),理论上计算出该膜的气泡点压力为1.44MPa。但实际上以我公司进口德国MEMBRANA公司PES膜为例，膜的气泡点值约为0.44MPa左右，而制成折叠式滤芯后的气泡点值为0.38MPa左右（这是因为滤芯制造过程中降低了泡点值）。实践证明，0.2umPES膜气泡点压力不低于0.34MPa，滤芯就达到GMP指南要求，就能滤除107CFU/㎝2细菌。做气泡点一般用国产或进口的“泡点测试仪”，在没有仪器时也可以用手工方法检测（见图示），两者原理是一样的，仪器代替手工测试操作，并可以打印出泡点的数值供参考。无论是手工还是仪器要获得比较准确的泡点值，操作时应当注意以下几点：11（1）滤芯要用适合的湿润液体充分润湿亲水性的膜用纯水，温度在25±3℃范围内，水温高了，泡点值偏低，水温过高了，泡点可能测不出。水温偏低，水的张力系数增大，湿润时间很长，水温太低，湿润有困难，泡点也测不出，常温水的湿润时间一般不少于10分钟。（2）加压进气速度要适当。升压太快太慢都会影响气泡点值读数，仪器测试时间一般在10分钟上下。（3）排除气堵，避免误判（手工操作时）用仪器检测泡点，因为完全依赖仪器，所以必须按仪器说明书上的要求，先校准仪器后，再做测试。当用仪器检测失败后，要仔细分析，找出失败的原因，至少再重复做一次，也可用手工检测方法复检一次，以便确定是滤芯问题还是另有原因，有时手工检测方法比仪器更符合现场实际情况，更直观可靠。气泡点法测出的是膜的“等效最大孔径”，并不能完全反应出多孔膜材料的真实孔径大小及实际的过滤精度。不过，同一种材料规格的滤芯用同一种测试条件、方法可以检测出滤芯膜孔径变化情况，有比较才有鉴别。实践证明，0.2um孔径的PES膜泡点不低于0.34MPa就达到GMP指南要求。3，扩散流试验12（1）扩散流试验又称前进流试验，此试验方法是由美国PALL