1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 聚氨酯和海藻酸复合材料的制备和性能研究 所在学院 专业班级 高分子材料与工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 3 摘要 ： 随着科学技术与经济的不断发展和人民生活水平的不断提高 ,人们对医疗卫生用品的要求愈来愈高 ,安全意识也越来越强 ,这些 均促进了医疗卫生用品不断向高性能化、高功能化发展。本论文讨论了制备新型医用敷料，聚氨酯和海藻酸复合材料的成膜条件和对其性能的一些检测。 实验所得的 制备聚氨酯海藻酸复合材料的基本参数 为 ：聚氨酯浓度 12%，凝固浴用 60%的酒精溶液，材料的厚度为 1mm左右，膜制成后冲洗要彻底。 实验结
2、论为 加入不同交联的海藻酸，对材料的吸湿性能影响不同。随着交联度的增加，吸湿性降低 ； 加入不同量的海藻酸，对材料的吸湿性能影响不同。在一定的范围内，加入量越多，吸湿性越好。交联海藻酸能增强聚氨酯海藻酸复合材料的韧性，使断裂伸长率增大。且交 联度越大，对材料的韧性和伸长率的增加效果越好。 关键词： 聚氨酯；海藻酸；医用敷料；吸湿性 4 Title Abstract： As science and technology and the economy continues to develop and improve peoples living standards, peoples medica
3、l and health supplies are rising ever higher, the security awareness has become increasingly strong, and these are to promote the medical and health supplies to keep the high performance. This paper discusses the preparation of new medical dressings, polyurethane and alginate composite membrane cond
4、ition, and some of its performance testing. Preparation of experimental polyurethane alginate obtained the basic parameters of composite materials: polyurethane concentration of 12%, coagulation bath with 60% alcohol solution, the material thickness of 1mm or so, rinse thoroughly after the film made
5、. Experiment with different conclusions alginate cross-linked, can affect the moisture absorption of different materials. With the cross-linking increases, lower moisture absorption; adding different amounts of alginate, can affect the moisture absorption of different materials. In a certain range,
6、addition of more moisture the better. Alginate cross-linked alginate can enhance the polyurethane composite material toughness, the elongation increased. And he greater the degree of crosslinking, the material toughness and elongation of the increase in the better. Keywords: Polyurethane; alginate;
7、medical dressings; moisture absorption 5 目录 1. 绪 论 . 6 1.1 引言 . 6 1.2 聚氨酯概述 . 7 1.2.1聚氨酯的组成及结构 . 7 1.2.3聚氨酯在医学上的应用 . 7 1.2.3聚氨酯作为医用敷料的特点 . 8 1.3 海藻酸盐概述 . 8 1.3.1海藻酸的分子结构 . 8 1.3.2 海藻酸的由来 . 9 1.3.3海藻酸盐简介 . 9 1.3.4交联海藻酸简介 . 9 1.3.5海藻酸医用敷料 . 10 1.4 DMF概述 . 11 1.5 实验的目的 . 11 2. 实验部分 . 12 2.1 实验的准备 . 12
8、2.1.1实验的材料 . 12 2.1.2实验器材 . 12 2.1.3. 实验设备 . 12 2.2 实验步骤 . 13 2.2.1. 实验条件的选择 . 13 2.2.2. 样品的制备 . 14 2.2.3. 样品性能的检测 . 15 3. 实验结果与分析 . 20 3.1 对样品吸湿性的讨论 . 20 3.1.1. 对样品吸水性的讨论 . 20 3.2 对样品拉伸性能的讨论 . 23 3.2.1. 对样 品强度的讨论 . 23 3.2.2. 不同质量分数对样品断裂伸长率的讨论 . 25 结论 . 26 参考文献 . 27 致 谢 . 错误 !未定义书签。 6 1. 绪 论 1.1 引言
9、医用敷料是包伤口的用品，用以覆盖疮、伤口或其他损害的医用材料。医用敷料作为伤口处的覆盖物，在伤口愈合过程中，可以替代受损的皮肤起到暂时性屏障作用，避免或控制伤口感染，提供有利于创面愈合的环境。随着人口的老龄化和慢性溃疡性伤口的增多，医用敷料的市场价值也变得越来越重要。 1 传统敷 料如纱布、棉花等易粘连伤口、滋生细菌、更换时容易带来二次创伤。天然纱布（棉垫）是使用最早、最为广泛的一类敷料， 其主要优点有：强大而快速吸收伤口创面渗出液、材料经济、生产加工过程比较简单等。但其具有明显的缺点：如通透性太高，容易使创面脱水；粘着创面，更换时会造成再次性机械性损伤；外界环境微生物容易通过，交叉感染的机会
10、较高；用量多，更换频繁、费时，且患者痛苦等。 作为创面覆盖物的创伤敷料，除了有良好的生物相容性外，还要求具有良好的吸液、保液透湿和隔菌功能，既要避免积液，又要保持适当湿润的创面小气候，防止结痂 ，能促进肉芽的生长，以利于创面的愈合，同时还要能起到隔菌作用，以防止创面的感染。据报道，一种新型的医用 PU防水透明敷料已经被临床应用。这种敷料广泛应用于静脉注射导管固定及术后伤口保护，也可作为家庭常备防水伤口敷料。这种敷料具有超薄、高弹、透明、防水防菌、不粘伤口、低致敏、黏性适中等优良性能。 2 伤口愈合过程是一个复杂的过程，不同的伤口和同一个伤口不同的阶段对敷料有不同的要求。目前任何一种单一材料都不
11、能满足伤口愈合过程的复杂需要，天然材料制成的敷料大部分吸收性好，具有良好的生物相容性及生物学活性，但是机械 性能差。合成高分子材料隔绝性能好，机械强度好，但是吸收性能相对天然材料差些。可以通过对材料的复合，兼具多种材料的优势，实现伤口愈合的要求。如用水凝胶和合成薄膜或泡沫结合使用，还可以通过物理或化学方法在敷料中引入药物，得到药物性敷料，它们可以在保护创面同时又可起到治疗伤口的作用。 现有的医用敷料分类按采用的材料，医用敷料目前大致可分为：天然材料类，合成高分子材料类，无机材料类和复合材料类。 1天然材料又包括棉纤维、甲壳素 /壳聚糖、海藻酸盐、明胶、胶原、动物皮、同种自体 /异体皮。可以作为
12、敷料的合成分子材料有很 多种，如聚氨酯、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯、聚丙烯腈、聚己内酯、聚乳酸、聚四氟乙烯、增塑聚氯乙烯、硅橡胶、多氨基甲酸乙酯和硅氧烷弹性体等。无机材料包括石墨、无机活性玻璃等。 其中合成高分子材料与传统脱脂棉、脱脂纱布相比，可以大量获得，并且组成稳定，在使用中无纤维脱落。合成高分子敷料采用高分子材料为主要原料，经加工制成不同形状，如薄膜状、7 泡沫状和水凝胶状等。其中聚氨酯和聚乙烯醇是构成敷料最主要的合成材料。聚氨酯经动物实验和临床试验证明，该材料安全、无毒、无刺激、不致敏、无异物反应、创面愈合快、生物相容性好。 聚乙烯醇是水溶性高分子中为数不多的可生物降解的聚合物之一，
13、它具有良好的成膜性，黏结力，且无毒无味，对皮肤无刺激性，不会引起皮肤过敏。常用于制备医用材料、清洁用品，采用聚乙烯醇作为材料主体 ,可以用于制备外科创伤敷料、负压引流用敷料。 1.2 聚氨酯概述 1.2.1 聚氨酯的组成及结构 聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯 ,是主链上含有重复氨基甲酸酯基团 ( )的 大分子化合物 的统 称。它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二 羟基 或多羟基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外 ,还可含有醚、酯、脲、缩二脲 ,脲基甲酸酯等基团。 聚氨酯是指具有 氨基甲酸酯 结构的高分子材料，生产 反应见下图： 图 1-1：聚氨酯的合成反应式 1.2.3 聚氨 酯在医学上
14、的应用 聚氨酯弹性体是由软链段和硬链段交替镶嵌组成的、含有许多 -NHCOO-基团的极性高聚物 ,通过选择适当的软、硬链段结构及其比例 ,就可合成出既具有良好的物理机械性能 ,又具有血液相容性和生物相容性的医用高分子材料。 聚氨酯弹性体之所以能广泛应用于生物医学领域 ,与它所具备的优异性能是分不开的。其主要性能如下： 2 1.优良的抗凝血性能； 2.毒性试验结果符合医用要求； 3.临床应用中生物相容性好 ,无致畸变作用 ,无过敏反应 ,可解决天然胶乳医用制品固有的 “蛋白质过敏 ”和 “致癌物亚硝胺析出 ”两大难题 , 从而成为许多天然胶乳医用制品的换代材料； 4.具有优良的韧性和弹性 ,加工
15、性能好 , 加工方式多样 ,是制作各类医用弹性体制品的首选材料； 5.具有优异的耐磨性能、软触感、耐湿气性、耐多种化学药品性能 ; 6. 能采用通常的方法灭菌 ,暴露在 C 射线下性能不变。 当今，聚氨酯弹性体被广泛地应用于各种医疗用途 ,其产品包括人工心脏瓣膜、人工肺、骨粘合剂、人工皮肤、烧伤敷料、心脏起搏器绝缘线、缝线、各种夹板、导液管、人工血管、气管、插管、齿科材料、插入导管、计划生育用品等。 8 1.2.3 聚氨酯作为医用敷料的特点 以聚氨酯为原料 的薄膜及涂层可巧妙地兼具防水和透气性这两个功能，而不失自身原有的优良的理化性能。聚氨酯制品具有无可比拟的特性 独特的粘结性、润湿性、柔韧性
16、、耐磨性、光泽性等。基于以上优点，聚氨酯材料广泛用于高档织物涂层。并且，聚氨酯材料具有良好的生物相容性和血液相容性，因此防水透气性聚氨酯薄膜及涂层在医疗方面的应用越来越广，可用作伤口敷料、外科手术服及保护性衣物、医用手套、医用覆盖物等。 3 新型聚氨酯敷料能够保持创面的湿润，控制水蒸气透过速率。并抵御细菌的侵入：其海绵状多孔层状结构（模型见图 1-2）有利于创面分泌物的 排出促进创面组织的愈合：使用起来感觉舒适；具有优良的生物相容性，无致畸变作用，无过敏反应；毒性试验符合医用要求：具有优良的韧性和弹性加工性能好加工方式多样等诸多优点。因此在创面敷料和组织工程等领域得到广泛应用闭。其主要以薄膜、
17、泡沫、水凝胶等形式用于敷料制作。 4 图 1-2： 膜中多空结构模型 5 目前医用敷料发展迅速，并且逐渐呈现功能化和多样化的发展趋势，合成敷料尤其是聚氨酯敷料，具有质轻、柔软、不粘连、无毒、生物相容性好等诸多优点，解决了医学上的很多难题，满足了广大患者的需求，并正逐渐代替传统 敷料的常规应用地位。相信聚氨酯合成敷料必将取得更大的发展，也必将为现代创伤修复理论与技术的发展做出重要贡献，推动世界医学的进步。 6 1.3 海藻酸盐概述 1.3.1 海藻酸的分子结构 作为一种高分子材料，海藻酸是由 2个单体组成的共聚物，即 -L-guluronic和 -D-mannuronic。这 2个单体是同分异构
18、体，其分子结构如图 1-3所示 7。 9 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000 .40 .60 .81 .01 .21 .41 .61 .82 .002 0 %5 0 %8 0 %吸湿率时间图 1-2： 海藻酸的分子结构 1.3.2 海藻酸的由来 海藻酸广泛地存在于棕藻之中，起着和纤维 素相似的强化细胞壁的作用。纺织、食品和化工等行业广泛地使用各类海藻酸高聚物，利用它们良好的成胶和增稠性能。海藻酸纤维也已有了很长的历史。 81944 年， Speakman 和 Chamberlain 就对海藻酸纤维的生产工艺作了详细的报道。 1950年后，纺织行业曾把海
19、藻酸纤维应用在袜子和室内装饰材料之中。在这些应用中，海藻酸纤维发挥了它在稀碱中的溶解性能和良好的阻燃性能 (海藻酸钙纤维含有大量的金属离子，能有效地阻止纤维的燃烧 )。 1.3.3 海藻酸盐简介 海藻酸盐是从褐藻中提炼加工而成的多糖。近年来，由海藻酸钙制成 的非织造布在医用敷料上得到了广泛的应用，与传统的棉纱布相比，此类敷料具有极强的吸收性，能吸收相当于自身质量 20倍的液体，在伤口表面形成水凝胶，不仅能给伤口愈合提供湿润的环境，而且在伤口愈合过程逐渐被生物降解在渗液内，创面上没有纤维残留。当它与创面渗液接触时，通过离子交换生成可溶性的海藻酸钠，置换出的钙离子在伤口表面可以加速创面止血。柔韧、
20、顺应性好，但是单独使用时黏附性较差。目前已应用于术后的创口、划伤及高渗出的慢性创面如压疮、溃疡。 9 1.3.4 交联海藻酸简介 交联海藻酸与未交联的海藻酸相比，其吸湿性和 锁水性能更好。未交联的海藻酸吸水性能很强，但是，其吸水后会分解扩散，没有很好的锁水性。为表征交联海藻酸的吸湿锁水性，在显微镜下观察了交联海藻酸吸水前后的形态，对比发现，交联海藻酸吸水后高度膨胀，且海藻酸本身不会分解，能锁住水分。 观察后拍下的图片如下： 10 图 1-1 50%交联海藻酸未吸水照片 图 1-2 50%交联海藻酸吸水后照片 1.3.5 海藻酸医用敷料 目前市场上的海藻酸医用敷料可分为两大类，即表面敷料和伤口填
21、充物。表面敷料一般有非织造布工艺制程，伤口填充物既可把非织造布切割成狭长 的条子制成，也可在梳棉后把纤维加工成毛条，经切割包装而形成最终产品。 海藻酸医用敷料的一个主要特点是其高吸湿性。海藻酸医用敷料由于它特有的成胶性能，具有高吸湿、容易去除等伤口所需的性能。它是治疗流血流脓较多的伤口的优良的医用敷料。 1980年以来，西方各国医疗界对海藻酸医用敷料做了许多详细的临床试验，国外有许多文献报道。归纳起来，海藻酸医用敷料有以下一些主要的性能 10： 1.高吸湿性 可以吸收大量的伤口渗出液，使敷料在伤口上使用时间延长，减少更换次数和护理时间，降低护理费用。 2.易去除性 海藻酸盐与 渗出液接触后，通
22、过离交换形成柔软的凝胶。高 M海藻酸盐医用敷料可以用温热的盐水溶液淋洗去除，高 G海藻酸医用敷料在治愈过程中，膨胀较小，可以整片拿掉，这对伤口新生的娇嫩组织有极大的保护作用。 3.高透氧性 海藻酸吸湿后形成亲水性凝胶，与亲水性基团结合的 “自由水 ”成为氧气传递的通道，氧气通过吸附 -扩散 -解吸的原理从外界环境进入伤口内环境。 4.凝胶阻塞性质 海藻酸医用敷料与伤口渗出液接触时，纤维吸湿后膨化，大量的渗出液保持在处于凝胶状的纤维中。海藻酸医用敷料所具有的的 “凝胶阻滞 ”性质，限制了伤口渗出液的扩散。 综上所述，海藻酸医用敷料具有优异的亲和性，能帮助伤口凝血、吸除伤口过多的分泌物、保持伤口维
23、持一定湿度，继而增加愈合效果。由于凝胶具有亲水性，可以使氧气通过、阻挡细菌，进而促进新组织的生长。这使得海藻酸材料使用在伤口上较为舒适，在移除或更换敷料时也会减少病人伤口的不适感。海藻酸医用敷料结合了其高吸湿性和成胶性，为伤口提供了较佳的愈合环11 境，很好的促进伤口的愈合。 1.4 DMF 概述 DMF全称二甲基甲酰胺，是一种透明液体，能和水及大部分有机 溶剂 互溶。它是 化学反应的常用溶剂。 图 1-3： DMF 的分子结构 N-N二甲基甲酰胺 (DMF)作为重要的 化工原料 以及性能优良的溶剂，主要应用于 聚氨酯 、腈纶、医药、 农药 、染料、电子等行业。在聚氨酯行业中作为洗涤固化剂，主
24、要用于湿法合成革生产；在医药行业中作为合成药物中间体，广泛用于制取强力霉素、可的松、 磺胺类 药品的生产；在腈纶行业中作为溶剂，主要用于腈纶的 干法纺丝 生产；在农药行业中用于合成高效低毒农药杀虫剂；在染料行业作为染料溶剂；在电子行业作为镀锡零部件的淬火及电路板的清洗等；其它行业包括危险气体的载体、药品结晶用溶剂、粘合剂等。 1.5 实验的目的 聚氨酯薄膜最为医用敷料，由于其良好的已经在临床上使用。本实验是结合聚氨酯和海藻酸的特殊性能，制备聚氨酯海藻酸复合 材料，研究的内容如下： 1. 聚氨酯海藻酸复合材料的的成膜条件； 2. 聚氨酯多孔膜的制备过程中加入不同量不同交联度的海藻酸，从而提高其吸湿性能以及加入量和加入海藻酸类型对吸湿性的影响； 3. 加入交联海藻酸后对聚氨酯薄膜材料的力学性能的影响。
