聚氨酯在医疗领域中的应用By:JamesI.Wright聚氨酯是许多医疗器械的理想材料，但是制造商必须了解其用法，方可充分发挥这些材料的多种特性。聚氨酯是制造医疗器械的常用材料，其应用范围日益广泛。原因何在？与其它聚合物相比，聚氨酯通常要求极为复杂的生产流程，且价格更贵。例如，普通的软PVC每磅售价85美分，而聚氨酯的价格则要高出10至20倍。既然如此，为什么医疗器械开发商还要使用这种材料呢？答案很简单：聚氨酯有其它材料无法比拟的特性。聚氨酯具有良好的韧性、生物相容性和血相容性，因而广泛用于医疗器械，可制作弹性体或硬塑料，加工方法包括挤出、注塑、薄膜吹塑、浸渍成型以及双组份液态模塑。聚氨酯的特性源自其独特的化学结构。该材料属于链段高聚物，既有柔性的软链段，也有刚性的硬链段。它由3个基块构成：主链、二异氤酸酯和增链剂。主链一般为长链状分子，使聚合物具有柔性；二异氤酸酯和增链剂结合形成硬链段，起到交联的作用，使聚合物具有极高的可拉伸性和伸展力。聚氨酯由芳香族或脂肪族二异氤酸酯构成。芳香族二异氤酸酯内含苯环，其构成的聚氨酯一般要比脂肪族化合物更坚韧、坚固，成本也更低。芳香族聚氨酯的硬链段一般韧性更强，因此也具有更良好的化学稳定性和更高的可拉伸性和伸展力。脂肪族二异氤酸酯由烧主链构成，内无苯环，虽然可以制成坚韧的聚氨酯，但缺乏芳香族聚氨酯的化学稳定性，而且价格更贵，主要用于需要光稳定性的应用。芳香族聚氨酯或脂肪族聚氨酯的基块有数千种组合方式，因此器械工程师有广泛的选择。一些适用于医疗领域的聚氨酯包括：•用于中空纤维装置的液态聚氨酯•用于浸渍成型的聚氨酯•聚氨酯涂料•生物稳定型聚氨酯•热塑聚氨酯由于拥有如此众多的方案选择和材料配方，聚氨酯在医疗器械行业的应用势必有增无减。为了充分利用聚氨酯的灵活特性，制造商必须详细了解该多功能聚合物的使用方式。用于中空纤维装置的液态聚氨酯选料：中空纤维膜从根本上改变了血液处理膜装置的构造，如血液透析器、供氧器、以及血液浓缩器等。采用中空纤维膜之前，上述装置大多采用平板膜，不仅难以制造，还存在严重的泄漏问题。与之相比，中空纤维不仅经济实惠，而且结构可靠。开发人员所面临的挑战是如何将中空纤维集成到膜装置内。制造商必须设计纤维的安装方式，以便将纤维膜的内侧与外侧分开，这样血液才能在薄膜的一侧流动，而治疗液体在另一侧流动。解决之法是用双组份液态聚氨酯封装薄膜末端，以此分隔薄膜两侧。首先将装置放入离心机，旋入双组份液态聚氨酯，然后封装各个纤维并分隔薄膜。聚氨酯的低粘性(500至3000CP)使其能够方便地封装各束纤维。一旦进入封装区，聚氨酯将固化成坚韧的材料，与外壳和纤维紧密粘结。聚氨酯固化后，纤维束末端被切离，露出供血液流动的薄膜一侧。目前有数家制造商可以供应标准型双组份聚氨酯成品，也可以根据具体要求特别定制。双组份聚氨酯是上述应用的唯一选择。试验证明，其它液态聚合物(如液态硅树脂、环氧树脂和聚酯)均不合要求。最初，双组份硅树脂被用来封装中空纤维装置，结果很快暴露缺陷一一硅树脂既不粘纤维也不粘外壳，导致血液通路和治疗液体通路之间发生渗漏。此外，硅树脂极不牢固，可轻易撕开。环氧树脂和聚酯的粘性较低，可以形成良好的粘结，但却过于坚硬，无法在最后步骤切离纤维束末端。加工注意事项：封装中空纤维装置的双组份聚氨酯在混合前必须符合一定标准，通过加工以去除分解气体，并将组份加热到统一的温度。要使两个组份达到标准，必须在干燥的氮气环境中分开制造，独立包装，因为湿气可与活性异氤酸酯基发生反应，破坏固化材料的品质。使用氮气也会带来另一个问题。如果大部分分解的氮气未被去除，固化过程中的放热反应将会迫使氮气自溶液中排出，产生泡沫。因此，可以用真空抽气法去除氮气，最好是能使用薄膜脱气装置，此装置内含一组平板，可以让聚氨酯薄膜通过，与大体积材料相较之下，采用薄膜形状更容易排气，可以极大地减少所需脱气时间。对反应物进行一致的、精确的加热是提高加工品质的关键。在理想状态之下，双组份聚氨酯中的反应物被加热后，会通过热迹线流向一个加热的混合头，然后返回主罐，主罐内的搅拌器可以提高加热的一致性。反应物的最佳温度必须根据系统应用来确定，一般在50-60°C左右。聚氨酯的两个组份必须按材料供应商规定的实际化学计量比进行混合。如果比例变动超过1%,固化材料的最终特性就会与规格有差异。错误的化学计量比会导致抗张强度降低，并产生有毒性的萃取物。为确保化学计量比正确，推荐使用正位移齿轮泵。活塞泵虽然可以使用，但测量流量的精确度低于齿轮泵