医用高分子材料简介

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1、医用高分子材料简介医用高分子材料简介定义：用来制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物材料。 20 年来，用于这方面的高分子材料有聚氯乙烯、天然橡胶、聚乙烯、聚酰胺、聚丙烯、 聚苯乙烯、硅橡胶、聚酯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氨酯等医用高分子材料多用于人体，直接关系到人的生命和健康，一般对其性能的要求是：安全性：必须无毒或副作用极少。这就要求聚合物纯度高，生产环境非常清洁，聚合助 剂的残留少，杂质含量为 ppm 级，确保无病、无毒传播条件。物理、化学和机械性能：需满足医用所需设计和功能的要求。如硬度、弹性、机械强度、 疲劳强度、蠕变、磨耗、吸水性、溶出性、耐酶性和体内老化性等。

2、以心脏瓣膜为例，最 好能使用 25 万小时，要求耐疲劳强度特别好。此外，还要求便于灭菌消毒，能耐受湿热消 毒(120140C)、干热消毒(160190C)、辐射消毒或化学处理消毒，而不降低材料的性能。 要求加工性能好，可加工成所需各种形状，而不损伤其固有性能。适应性：包括与医疗用品中其他材料的适应性，材料与人体各种组织的适应性。材料植 入人体后,要求长时期对体液无影响；与血液相容性好,对血液成分无损害，不凝血，不溶血， 不形成血栓；无异物反应，在人体内不损伤组织，不致癌致畸，不会导致炎症坏死、组织 增生等。特殊功能：不同的应用领域，要求材料分别具有一定的特殊功能。例如：具有分离透析 机能的人工

3、肾用过滤膜、人工肺用气体交换膜，以及人造血液用吸脱气体的物质等，都要 求有各自特殊的分离透过机能。在大多数情况下，现有高分子材料的表面化学组成与结构 很难满足上述要求，通常要采用表面改性处理，如接枝共聚，以改进其抗凝血性等性能。人造脏器（包括内脏和体外装置） 。 内脏：有代用血管、人工心脏、人工心脏瓣膜、心脏修复、人工食道、人工胆管、人工 尿道、人工腹膜、疝补强材料、人工骨和人工关节、人工血浆、人工腱、人工皮肤、整容 材料及心脏起搏器等。 体外器官和装置：有人工心肺机、人工肺、人工肾、人工肝、人工脾、麻痹肢刺激器、 电子假肢、假齿、假眼、假发、假耳、假手、假足等。 医疗器械 一般医疗及看护用具

4、，如眼带、洗肠器、注射针、听诊器、直肠镜、点眼器、腹带和 连结管等； 麻醉及手术室用具，如吸引器、缝线、咽头镜、血管注射用具等； 检查及检查室用具，如采血管、采血瓶、心电图用的电极、试验管、培养皿等。 药物剂型 药物的助剂：高分子材料本身是惰性的，不参与药的作用，只起增稠、表面活性、 崩解、粘合、赋形、润滑和包装等作用，或在人体内起“药库”作用，使药物缓慢 放出而延长药物作用时间 聚合物药物：将低分子药物，以惰性水溶性聚合物作分子载体，把具有药性的低分子化合物，通过共价键或离子键与载体的侧基连接，制成聚合物药物。 常用医用高分子材料：1 聚氯乙烯 ，polyvinylchloride，PVC

5、聚氯乙烯本色为微黄色半透明状，有光泽。透明度胜于聚乙烯、聚丙烯，差于聚苯乙 烯，随助剂用量不同，分为软、硬聚氯乙烯，软制品柔而韧，手感粘，硬制品的硬度高于 低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在屈折处会出现白化现象。常见制品：板材、管材、鞋底、 玩具、门窗、电线外皮、文具等。是一种使用一个氯原子取代聚乙烯中的一个氢原子的高 分子材料。简称 PVC，由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂。是氯乙烯的均聚物。氯 乙烯均聚物和氯乙烯共聚物统称为氯乙烯树脂。PVC 为无定形结构的白色粉末，支化度较 小。工业生产的 PVC 分子量一般在 5 万12 万范围内，具有较大的多分散性，分子量随 聚合温度的降低而增

6、加；无固定熔点，808 5开始软化，130变为粘弹态， 160180开始转变为粘流态；有较好的机械性能，抗张强度 60MPa 左右，冲击强度 510kJ/m2；有优异的介电性能。但对光和热的稳定性差，在 100以上或经长时间阳光 曝晒，就会分解而产生氯化氢，并进一步自动催化分解，引起变色，物理机械性能也迅速 下降，在实际应用中必须加入稳定剂以提高对热和光的稳定性。PVC 很坚硬，溶解性也很 差，只能溶于环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃等少数溶剂中，对有机和无机酸、碱、盐均稳 定，化学稳定性随使用温度的升高而降低。PVC 溶解在丙酮-二硫化碳或丙酮苯混合溶剂 中，用于干法纺丝或湿法纺丝而成纤维，称氯纶

7、。具有难燃、耐酸碱、抗微生物、耐磨并 具有较好的保暖性和弹性。材料性质： 密度 1380 kg/m3 杨氏弹性模量(E) 2900-3400 MPa 拉伸强度(t) 50-80 MPa Elongation break 20-40% Notch test 2-5 kJ/m2 玻璃转变温度 87 熔点 212 Vicat B1 85 导热率 (） 0.16 W/m.K 热膨胀系数 (） 8 10-5 /K 热容 (c) 0.9 kJ/(kgK) 吸水率 (ASTM) 0.04-0.4 折射率 硬质成型品 1.521.55 Price 0.5-1.25kg 聚氯乙烯的最大特点是阻燃，因此被广泛用于

8、防火应用。但是聚氯乙烯在燃烧过程中 会释放出氯化氢和其他有毒气体，例如二恶英。 聚氯乙烯的燃烧分为两步。先在 240-340燃烧分解出氯化氢气体和含有双键的二 烯烃，然后在 400-470发生碳的燃烧。物理和化学性质 稳定；不易被酸、碱腐蚀；对热比较耐受 聚氯乙烯具有阻燃（阻燃值为 40 以上） 、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为 90%的 硫酸、浓度为 60%的硝酸和浓度 20%的氢氧化钠） 、机械强度及电绝缘性良好的优点。 聚氯乙烯对光、热的稳定性较差。软化点为 80，于 130开始分解。在不加热稳定 剂的情况下，聚氯乙烯 100时即开始分解，130以上分解更快。受热分解出放出氯化氢 气体

9、，使其变色，由白色浅黄色红色褐色黑色。阳光中的紫外线和氧会使聚氯乙 烯发生光氧化分解，因而使聚氯乙烯的柔性下降，最后发脆。从这里不难理解，为什么一 些 PVC 塑料时间久了就会变黄、变脆的原因。 具有稳定的物理化学性质，不溶于水、酒精、汽油，气体、水汽渗漏性低；在常温下 可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫酸、5060%的硝酸和 20%以下的烧碱溶液，具有一 定的抗化学腐蚀性；对盐类相当稳定，但能够溶解于醚、酮、氯化脂肪烃和芳香烃等有机 溶剂。 工业聚氯乙烯树脂主要是非晶态结构，但也包含一些结晶区域（约 5%） ，所以聚氯乙烯没 有明显的溶点，约在 80左右开始软化，热扭变温度（ 1.82MPa

10、 负荷下）为 70-71，在 加压下 150开始流动，并开始缓慢放出氯化氢，致使聚氯乙烯变色（由黄变红、棕、甚 至于黑色） 。 工业聚氯乙烯重均相对分子质量在 4.8-4.8 万范围内，相应的数均相对分子质量为 2- 1.95 万。而绝大多数工业树脂的重均相对分子质量在 10-20 万，数均相对分子质量在 4.55- 6.4 万。硬质聚氯乙烯（未加增塑剂）具有良好的机械强度、耐候性和耐燃性，可以单独用 做结构材料，应用于化工上制造管道、板材及注塑制品。硬质聚氯乙烯可以用增强材料。2 天然橡胶 ，natural rubber 天然橡胶是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，分子式是（C5

11、H8） n，其成分中 91%94%是橡胶烃（聚异戊二烯） ，其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等 非橡胶物质。天然橡胶是应用最广的通用橡胶。CAS No.：9006-04-6 EINECS 号：232-689-0 一般为片状固体，相对密度 0.94，折射率 1.522，弹性膜量 24MPa，130140时软化，150160粘软，200时 开始降解。常温下有较高弹性，略有塑性，低温时结晶硬化。有较好的耐碱性，但不耐强 酸。不溶于水、低级酮和醇类，在非极性溶剂如三氯甲烷、四氯化碳等中能溶胀。主要用途 由于天然橡胶具有上述一系列物理化学特性，尤其是其优良的回弹性、绝缘性、隔水 性及可塑性等特性，并且，

12、经过适当处理后还具有耐油、耐酸、耐碱、耐热、耐寒、耐压、 耐磨等宝贵性质，所以，具有广泛用途。例如日常生活中使用的雨鞋、暖水袋、松紧带； 医疗卫生行业所用的外科医生手套、输血管、避孕套；交通运输上使用的各种轮胎；工业 上使用的传送带、运输带、耐酸和耐碱手套；农业上使用的排灌胶管、氨水袋；气象测量 用的探空气球；科学试验用的密封、防震设备；国防上使用的飞机、坦克、大炮、防毒面 具；甚至连火箭、人造地球卫星和宇宙飞船等高精尖科学技术产品都离不开天然橡胶。目 前，世界上部分或完全用天然橡胶制成的物品已达 7 万种以上。 装载橡胶的船舶、船舱要清洁、干燥，舱内管系， 污水沟畅通，舱盖严密。 装船时，橡

13、胶要与舱内的金属部分用垫物隔开垫舱物料应有清洁、干燥且完整无破碎 现象。3聚乙烯 polyethylene，PE 乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。在工业上，也包括乙烯与少量 烯烃的共聚 物。聚乙烯无臭，无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70-100), 化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸),常温下不溶于一般溶剂,吸水 性小,电绝缘性能优良。 聚乙烯是结晶热塑性树脂。它们的化学结构、分子量、聚合度和其他性能很大程度上 均依赖于使用的聚合方法。聚合方法决定了支链的类型和支链度。结晶度取决件分子链的 规整程度与其所经历的热历史。 聚乙烯对于环境应力(化学与

14、机械作用)是很敏感的， 耐热老化性差于聚合物的化学结构和加工条。聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子 结构和密度。采用不同的生产方法可得不同密度(0.910.96g/cm3;）的产物。聚乙烯可用 一般热塑性塑料的成型方法(见塑料加工)加工。用途十分广泛，主要用来制造薄膜、包装 材料、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。 随着石油化工的发展，聚乙烯生产得到迅速发展，产量约占塑料总产量的 1/4。1983 年世 界聚乙烯总生产能力为 24.65Mt，在建装置能力为 3.16Mt。2011 年最新统计结果，全球产 能达到 96Mt，目前的发展趋势显示，生产消费

15、逐步向亚洲地区转移，中国日渐成为最重要 的消费市场。 聚乙烯材料难以印刷（除非进行本体改性或表面改性） ，故大多是无色或浅色制品， 当然又由于其具有良好的耐环境老化性能，运动场上的人造草皮大多由聚乙烯制造。最简 单的鉴别方法就是用煤气火焰（例如打火机）点燃一小块样品，样品会持续燃烧，有烟， 且具有烧蜡烛的味道。用指甲在其上划一下，有划痕的为低密度聚乙烯(LDPE)，否则则是 高密度聚乙烯(HDPE)。 聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70-100)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)，常温下不溶于一 般溶剂，吸水性小，但由于其为线性分

16、子可缓慢溶于某些有机溶剂，且不发生溶胀，电绝 缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差。聚乙 烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度。聚乙烯为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无毒，具有优越的介电性能。易燃 烧且离火后继续燃烧。 聚乙烯透水率低，对有机蒸汽透过率则较大。聚乙烯的透明度随结晶度增加而下降在 一定结晶度下，透明度随分子量增大而提高。高密度聚乙烯熔点范围为 132-135，低密 度聚乙烯熔点较低（112）且范围宽。 常温下不溶于任何已知溶剂中，70以上可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯等 溶剂中。聚乙烯的种类： （1） LDPE：低密度聚乙烯（又称高压聚乙烯） （2） LLDPE：线形低密度聚乙烯 （3） MDPE：中密度聚乙烯 （