醫(yī)用聚氨酯親水泡沫的制備工藝研究

張鵬，孫復錢，舒泉水，曾國屏

(江西省科學院應用化學研究所，江西 南昌 330096)

聚氨酯具有柔軟、易于制備、高生物兼容性，容易形成多孔泡沫材料等優(yōu)點，是最常用的醫(yī)用泡沫敷料材料，主要應用在滲出液較多的傷口，如潰瘍、燒傷、壓瘡等[1-5]。目前，生產方法分為一步法和兩步法。國外主要通過兩步法生產聚氨酯泡沫，即先將聚醚多元醇與異氰酸酯反應生成預聚體，再與其他組分反應得到泡沫，且生產線已經成熟。而國內主要依賴于進口泡沫再加工，實現(xiàn)聚氨酯泡沫國產化勢在必行。

本課題旨在研究不同制備工藝對聚氨酯親水泡沫性能的影響，探索出一種性能優(yōu)良的聚氨酯親水泡沫的可行性工藝，為聚氨酯醫(yī)用泡沫的國產化奠定基礎。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

聚醚多元醇PPG、甘油聚氧乙烯醚(G-18)、丙二醇嵌段聚醚(L-64)、邁圖泡硅油(L-580)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、海藻酸鈉(SA)均為工業(yè)級；聚乙烯聚吡咯烷酮(PVPP)、二月桂酸二丁基錫(DBTDL)、2，4-甲苯二異氰酸酯(TDI)、三乙醇胺(TEA)、1，4-丁二醇(BDO)、2，2-二羥甲基丙酸(DMPA)、丙三醇均為分析純；聚醚改性硅油[6-7]，自制；去離子水。

VFS-230型調速分散機；TG16-WS型臺式高速離心機；TG328A型分析天平；LX-F型海綿硬度計；DHG-9036A型電熱鼓風干燥箱；SL200D型接觸角測量儀。

1.2 聚氨酯親水泡沫的制備

1.2.1 一步法 將聚醚多元醇PPG、去離子水、其他助劑依次倒入容器中，攪拌，在3 000 r/min轉速下加入異氰酸酯，使混合物開始發(fā)泡。攪拌至混合物變?yōu)槿榘咨?約10 s)停止攪拌。將混合物倒入模具中，使其發(fā)泡成型(約5 min)，放入恒溫烘箱，在80 ℃下保溫熟化1.5 h，得到泡沫樣品。

1.2.2 兩步法 在氮氣環(huán)境下，先將脫水聚乙二醇、丙三醇、TDI、DMPA等按計量要求加入三頸瓶，攪拌，85～90 ℃保溫反應1 h，得到TDI親水預聚體。將定量的水、L64、L580等混合，并攪拌均勻，得到白料。將預聚體倒入容器中，在3 000 r/min轉速下加入白料及其他助劑，使混合物開始發(fā)泡。之后步驟與一步法相同。

經工藝優(yōu)化，3種反應體系的配方確定如下：

PPG-MDI體系(M組)：PPG 45 g，G-18 5 g，H2O 1.25 g，乙醇1 g，L-580 1.25 g，DBTDL 0.05 mL，TEA 0.105 mL，PVPP 0.5 g，BDO 0.25 g，MDI 50 g。

PPG-TDI體系(T組)：PPG 50 g，H2O 1.5 g，L-580 1.25 g，DBTDL 0.05 mL，TEA 0.105 mL，PVPP 0.5 g，DMPA 1 g，TDI 25 g。

二步法體系(H組)：預聚體(黑料)50 g，白料25 g，聚醚改性硅油1.5 g，海藻酸鈉2 g，其中聚醚改性硅油和海藻酸鈉都預先溶于自制白料中。

1.3 性能測試

1.3.1 吸液性 將樣品裁成邊長(50±2)mm，厚度約1 mm的薄片，稱量。浸泡在蒸餾水中1，5，10 min和通過擠壓使樣品吸液至飽和后，用鑷子輕輕將樣品夾起，懸空30 s后，稱量，按公式(1)計算吸液倍率(I)。

(1)

式中m1——吸水后的試樣重量，g；

m0——吸水前的試樣重量，g。

1.3.2 保水性 將樣品裁成邊長約20 mm，厚度約1 mm的薄片，稱量。浸泡在蒸餾水中，至吸液飽和后取出，放入離心管中，在轉速500 r/min下離心3 min，取出，稱重，參照公式(1)計算保水性。

1.3.3 溶脹率 將100 mm×100 mm的樣品浸入水中，至吸液飽和后取出，測量四個邊的邊長，取平均值，得出樣品溶脹率。

1.3.4 孔徑 使用掃描電鏡拍攝樣品形貌，使用Nano Measurer 1.2軟件測量孔徑。

1.3.5 接觸角 采用量角法測量泡沫的接觸角，每個試樣不少于3個點，取平均值。

1.3.6 硬度 將樣品放在平整的玻璃上，將海綿硬度計輕輕放在平面試樣上，當硬度計壓腳與試樣平穩(wěn)接觸1 s后讀數(shù)。同一試樣不少于5個點,取平均值。

1.3.7 細胞毒性 采用國標GB/T 16886.5—2017《醫(yī)療器械生物學評價第5部分：體外細胞毒性試驗》中的瓊脂擴散法(L929細胞模型)。

2 結果與討論

2.1 吸液性、保液性、溶脹性對比

表1為不同制備工藝制得的泡沫的吸液性、保液性、溶脹性。

表1 不同制備工藝制得的泡沫的吸液性、保液性、溶脹性

由表1可知，H組的親水性、保水性最好，但是存在溶脹率大的缺點。在實際應用中可能會帶來一定風險，例如敷料在吸收組織液后發(fā)生變形，不再與傷口表面嚴密貼合、容易脫落等。

2.2 接觸角對比

圖1、圖2、圖3分別展示的是3種制備工藝制得的泡沫樣品與水的接觸角圖像，用以評價泡沫的親水性。

圖1 M組樣品接觸角Fig.1 Contact angle of sample M

圖2 T組樣品接觸角Fig.2 Contact angle of sample T

圖3 H組樣品接觸角Fig.3 Contact angle of sample H

由圖1和圖2可知，液滴較為明顯，圖3中的凸起是由于泡沫表面吸液后溶脹導致，樣品表面并沒有液滴。M組接觸角為86.78°，T組接觸角為79.5°，H組接觸角為0°，即泡沫的親水性H組>T組>M組，與表1中得到的泡沫親水性數(shù)據(jù)吻合。

2.3 硬度測試

分別測試3種制備工藝制得的泡沫的硬度，結果如下：M組50.5 HA，T組58.3 HA，H組 31.2 HA。H組的泡沫最為柔軟，M組次之，T組泡沫最硬。這是因為H組中聚氨酯的主要鏈段是鏈狀的PEG，而M組與T組中聚氨酯鏈段中存在大量的苯環(huán)，使得硬度較大。從敷料使用的舒適性考慮，H組泡沫最適合用于制備聚氨酯醫(yī)用敷料。

2.4 掃描電鏡測試

圖4、圖5、圖6分別為3種制備工藝制得的泡沫樣品的掃描電鏡圖。

圖4 M組樣品掃描電鏡圖Fig.4 SEM image of sample M

圖5 T組樣品掃描電鏡圖Fig.5 SEM image of sample T

圖6 H組樣品掃描電鏡圖Fig.6 SEM image of sample H

由圖可知，每組試樣的孔多為開孔，M組平均孔徑180.4 μm，T組平均孔徑178.6 μm，H組平均孔徑88.5 μm。一般來說，孔徑越大，吸液倍率越高，但是氣泡固定水分子的能力會變差，使得保水性下降，反之亦然。H組的孔徑小于M組和T組。原因為H組使用預聚體進行發(fā)泡，預聚體的粘度遠大于T組和M組中聚醚的粘度，這會抑制泡沫的聚集和長大，使得泡沫孔徑減小。

2.5 細胞毒性檢測

因出于檢測成本和時間的考慮，結合前期的實驗結果，表明采用TDI親水預聚體二步法可得到綜合性能最佳的聚氨酯親水軟泡，故只檢測了H組泡沫的細胞毒性，檢測結果為0級無毒。

3 結論

3種制備工藝制得的聚氨酯親水泡沫中，TDI親水預聚體二步法制得的泡沫擁有最好的親水性、保水性和柔軟度，安全無毒，最適合用于醫(yī)用泡沫敷料，但是其仍存在溶脹較大的缺點，可進行進一步優(yōu)化，為實現(xiàn)聚氨酯醫(yī)用泡沫的國產化奠定技術基礎。