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医疗用TPU分类及主要用途

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医疗用TPU分类及主要用途

发布日期:2018-09-12 作者: 点击:

  热塑性聚氨酯弹性体(TPU)在医疗中使用的聚氨酯弹性体主要是热塑性聚氨酯(TPU)弹性体。其加工方式可为注射成型、挤出成型或溶液浇汪成型。热塑性聚氨酯是由软段(长链的低聚物二醇)及硬段(二异氰酸酯及扩链剂)所组成的线性嵌段聚合物,由于硬段具有很强的极性,硬段之间通过氢键形成硬段微相区,分布于软段基体中,形成一种物理性交联点,使弹性体具有硫化橡胶的弹性回复性能。由于聚氨酯分子结构中的软硬段存在极性差异,这种结构使它与生物体具有良好的相容性。由于TPU加工方便,性能优异,已广泛应用于多种医疗及保健制品,如可用于长期及短期植入人体的医用材料等。 

  TPU的性能根据原料二异氰酸酯、低聚物二醇及短链二醇扩链剂的品种及配比而定。在医疗用聚氨酯弹性体制备中,两种常用二异氰酸酯是芳香族的4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)及脂肪族的亚甲基二环己基二异氰酸酯(HMDI)。常用的低聚物多元醇有聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)、聚酯二醇及聚碳酸酯二醇等。由于以PTMEG与MDI或HMDI制成的聚氨酯弹性体具有优异的机械强度、耐水性及生物相容性,PTMEG是用于医疗用聚氨酯材料的一种重要的低聚物二醇,聚酯二醇也可用于医疗级聚氨酯材料,目前注意力已集中于聚碳酸酯二醇。最常用的扩链剂是1,4-丁二醇(BD)。

   几种医疗级TPU的原料、性能及商品牌号举例如下:  

(1)脂肪族聚醚氨酯以HMDI或六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、PTMEG及BD为原料的TPU具有良好的生物相容性、强度及可加工性。如美国Thermedics公司(原Thermo Electron公司)的医用聚氨酯Tecoflex的组成是PT-MEG-HMDI-BD,80年代美国DuPont公司的医用聚氨酯Adiprenelw 500的原料是PTMEG-HDI-BD。 

 (2)芳香族聚醚氨酯这类TPU以MDI、PTMEG及BD为原料。与脂肪族聚醚氨酯相比,它们具有类似的生物相容性,而物理强度、耐溶剂性及高温可加工性比脂肪族TPU好,是一类应用较早、牌号较多的TPU。其缺点是暴露在光或γ射线下时间长了会变黄。如果操作温度不当可产生亚甲基-4,4’-二苯基二胺(MDA)。商品牌号有:美国BF Goodrich公司的Estane,美国DOW化学公司(早先的Upjohn公司)的Pellethane,Thermedics公司的Tecothane,Bayer美国公司的Texin,美国JPS弹性体公司的Stevens系列热塑性聚氨酯MP-1880、MP-1882及MP1890,德国Elastogran公司的Elastollan SP806,等等。 

 (3)脂肪族聚碳酸酯氨酯这类TPU以HMDI、聚碳酸酯二醇为原料。它具有与聚醚氨酯类似的生物相容性,耐氧化降解性及生物稳定性更好,有良好的强度和操作性。商品有Thermedics公司的Carbothane、PolyMedica工业公司的Chronoflex等。这种TPU能抵抗酶诱发的降解,用于人造心脏及血管。  

(4)芳香族聚碳酸酯氨酯其原料是MDI、聚碳酸酯二醇和BD。它具有与脂肪族聚碳酸酯氨酯类似的生物稳定性及生物相容性,芳香族聚氨酯的强度和耐溶剂性,缺点是可能产生MDA及黄变。商品有美国聚合物技术集团公司的Bionate等。  

(5)芳香族聚酯氨酯以聚己内酯或聚己二酸酯MDI和BD为原料,这类TPU的强度比PTMEG型聚氨酯的高,但易于水解和受微生物的侵袭。商品有BF Goodrich公司的Estane、Dow化学公司的Pellethane等。  

 (6)聚氨酯-脲弹性体例如Bayer(美国)公司的Texin5590是一种脂肪族聚醚脲型TPU,设计用于与血液接触的场合,以及管形材料及导液管等短期植入装置。美国Ethicon公司的医用聚氨酯弹性体Biomer是由PTMEG和MDI反应生成端异氰酸酯基预聚物。在二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中以乙二胺为扩链剂,浇注而成的线性聚氨酯-脲嵌段聚合物。Corvita公司90年代研制的植入人体器官用TPU弹性体材料Corethane,未透露组成成分,据称它具有与广泛使用的芳香族聚醚聚氨酯相似的性能,但在人体内不会受酶的影响而降解。该公司还在开发研制聚氨酯共聚物以及与其它聚合物的复合材料,用于体内植入物。  

  其它聚氨酯弹性体除TPU之外,一些聚氨酯弹性体预聚物及共聚物也应用于医疗场合。例如,美国Kontron公司的Cardiothane是一种聚氨酯-有机硅弹性体。它是在由MDI和聚四氢呋喃醚二醇生成的预聚物中加入分子量较大的硅氧烷交联剂(端乙酰氧基硅氧烷),由微量水交联而生成的交联聚合物,采用溶液浇注法成型。Avcothane是美国Avco-Ereto公司开发的聚氨酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物,此材料在外循环血泵中用,可以采用浸渍成型,有很好的机械性能,能满足人工心脏苛刻的要求。聚氨酯弹性体可以多种形式用于医疗,例如可以PTMEG-MDI预聚体销售,根据所需的形状进行现场浇注成型。还可制成微孔弹性体。

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