CN104387654A - 一种医用抗菌hdpe及其制备方法 - Google Patents

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徐勤霞
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Abstract

本申请公开了一种医用抗菌HDPE及其制备方法，按照重量份数配比称取HDPE、PTW、四针状氧化锌晶须、PET、氧化锌、PC、润滑剂、甲基丙烯酸缩氯化聚乙烯甘油酯、LLDPE、氯化聚乙烯、偶联剂、聚磷酸铵、无规聚丙烯、白度化包覆红磷和二氧化钛，混合均匀后挤出拉片造粒即可；产品拉伸强度30-50MPa，布氏硬度6-10；室温下缺口冲击强度100-500J/m，-30℃冲击强度70-90J/m；压缩强度40-60MPa，抗菌率99-99.9%，维卡软化点130-150℃。

Description

一种医用抗菌HDPE及其制备方法
技术领域
本申请属于医用新材料工艺领域，尤其涉及一种医用抗菌HDPE及其制备方法。
背景技术
生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。生物医用材料（biomedical material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业。由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。生物体内各种材料和部件有各自的生物功能。它们是“活”的，也是被整体生物控制的。生物材料中有的是结构材料，包括骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织；还有许多功能材料所构成的功能部件，如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞组成的薄膜内而形成的无散射、无吸收、可连续变焦的广角透镜。在生物体内生长有不同功能的材料和部件，材料科学的发展方向之一是模拟这些生物材料制造人工材料。它们可以做生物部件的人工代替物，也可以在非医学领域中使用。前者如人工瓣膜、人工关节等；后者则有模拟生物黏合剂、模拟酶、模拟生物膜等。材料科学与物理学、化学、生物学及临床科学越来越紧密地结合，并突破旧有科学的狭小范围，诞生了另一个新兴的产业--生物医学材料产业。生物医学材料已经成为生物医学工程的4大支柱产业之一，它为医学、药物学及生物学等学科的发展提供了丰富的物质基础。作为材料学的一个重要分支，它对于促进人类文明的发展必将作出更大的贡献。
医用高分子材料是 用以制造人体内脏、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：①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。②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。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(120～140°C)、干热消毒(160～190°C)、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。③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。④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。
抗菌塑料是一类在使用环境中本身对沾污在塑料上的细菌、霉菌、醇母菌、藻类甚至病毒等起抑制或杀灭作用的塑料，通过抑制微生物的繁殖来保持自身清洁。目前，抗菌塑料主要通过在普通塑料中添加少量抗菌剂的方法获得。抗菌塑料使用中首先要满足塑料作为基本材料使用时对其物理、化学、机械等性能的必要要求，同时要考虑具备抗菌这一特殊功能的要求以及由此产生的附加因素。因此，抗菌塑料要有良好的力学强度外观、化学稳定性，良好的可加工性。在抗菌性方面，要求抗菌塑料能够适应使用环境，并应当有高效、广谱、长效的抗菌性。由于抗菌塑料中含有少量抗菌剂，因此要求所用的抗菌剂达到规定的卫生安全性，并使终极的抗菌塑料成品达到无毒、无异味、对环境无害的要求。
高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，简称为“HDPE”），是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀，例如腐蚀性氧化剂（浓硝酸），芳香烃（二甲苯）和卤化烃 （四氯化碳）。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途。HDPE具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。中到高分子量等级具有极好的抗冲击性，在常温甚至在-40摄氏度 低温度下均如此。HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。高密度聚乙烯为无毒、无味、无臭的白色颗粒，熔点约为130℃，相对密度为0.941~0.960。它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。熔化温度120~160℃。对于分子较大的材料，建议熔化温度范围在200~250℃之间。高密度聚乙烯是种白色粉末颗粒状产品，无毒、无味，密度在0.940～0.976 g/cm3范围内；结晶度为80%～90%，软化点为125～135℃，使用温度可达100℃；硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性均较好，但与低密度绝缘性比较略差些；化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀；薄膜对水蒸气和空气的渗透性小、吸水性低；耐老化性能差，耐环境开裂性不如低密度聚乙烯，特别是热氧化作用会使其性能下降，所以，树脂需加入抗氧剂和紫外线吸收剂等来提高改善这方面的不足。高密度聚乙烯薄膜在受力情况下的热变形温度较低，这一点应用时要注意。而随着人性化理念的普及，及新型和谐社会的构成，设计一种抗菌率、缺口冲击强度、拉伸强度和压缩强度高的医用抗菌HDPE及其制备方法是非常必要的。
发明内容
解决的技术问题：
本申请针对上述技术问题，提供一种医用抗菌HDPE及其制备方法，解决现有医用新材料抗菌率、缺口冲击强度、拉伸强度和压缩强度低等技术问题。
技术方案：
一种医用抗菌HDPE，所述医用抗菌HDPE的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；PTW5-25份；四针状氧化锌晶须0.1-2份；PET10-20份；氧化锌0.5-2.5份；PC20-40份；润滑剂1-5份；甲基丙烯酸缩氯化聚乙烯甘油酯5-15份；LLDPE15-35份；氯化聚乙烯为1-20份；偶联剂0.3-0.7份；聚磷酸铵为10-20份；无规聚丙烯10-30份；白度化包覆红磷15-35份；二氧化钛为2-8份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述医用抗菌HDPE的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；PTW10-20份；四针状氧化锌晶须0.5-1.5份；PET12-18份；氧化锌1-2份；PC25-35份；润滑剂2-4份；甲基丙烯酸缩氯化聚乙烯甘油酯7-13份；LLDPE20-30份；氯化聚乙烯为5-15份；偶联剂0.4-0.6份；聚磷酸铵为13-17份；无规聚丙烯15-25份；白度化包覆红磷20-30份；二氧化钛为4-6份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述医用抗菌HDPE的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；PTW15份；四针状氧化锌晶须1份；PET15份；氧化锌1.5份；PC30份；润滑剂3份；甲基丙烯酸缩氯化聚乙烯甘油酯10份；LLDPE25份；氯化聚乙烯为10份；偶联剂0.5份；聚磷酸铵为15份；无规聚丙烯20份；白度化包覆红磷25份；二氧化钛为5份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述润滑剂采用亚乙基双硬脂酸酰胺或硅油。
作为本发明的一种优选技术方案：所述偶联剂采用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
作为本发明的一种优选技术方案：所述医用抗菌HDPE的制备方法，包括如下步骤：
第一步：按照重量份数配比称取HDPE、PTW、四针状氧化锌晶须、PET、氧化锌、PC、润滑剂、甲基丙烯酸缩氯化聚乙烯甘油酯、LLDPE、氯化聚乙烯、偶联剂、聚磷酸铵、无规聚丙烯、白度化包覆红磷和二氧化钛；
第二步：将HDPE、PTW、四针状氧化锌晶须、PET和氧化锌投入反应釜中加热至60-80℃，搅拌40-60min，搅拌速度200-400转/分钟；
第三步：然后加入剩余原料，升温至100-120℃，搅拌烘干80-120min，搅拌速度300-600转/分钟；
第四步：将混合后的物料投入双螺杆挤出机中，料筒温度180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃和210℃，挤出造粒。
 有益效果：
本发明所述一种医用抗菌HDPE及其制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、产品拉伸强度30-50MPa，布氏硬度6-10；2、室温下缺口冲击强度100-500J/m，-30℃冲击强度70-90 J/m；3、压缩强度40-60MPa，抗菌率99-99.9%；4、维卡软化点130-150℃，可以广泛生产并不断代替现有材料。
具体实施方式
实施例1:
按照重量份数配比称取HDPE100份；PTW5份；四针状氧化锌晶须0.1份；PET10份；氧化锌0.5份；PC20份；硅油1份；甲基丙烯酸缩氯化聚乙烯甘油酯5份；LLDPE15份；氯化聚乙烯为1份；钛酸酯偶联剂0.3份；聚磷酸铵为10份；无规聚丙烯10份；白度化包覆红磷15份；二氧化钛为2份。
将HDPE、PTW、四针状氧化锌晶须、PET和氧化锌投入反应釜中加热至60℃，搅拌40min，搅拌速度200转/分钟，然后加入剩余原料，升温至100℃，搅拌烘干80min，搅拌速度300转/分钟。
将混合后的物料投入双螺杆挤出机中，料筒温度180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃和210℃，挤出造粒。
产品拉伸强度30MPa，布氏硬度6；室温下缺口冲击强度100J/m，-30℃冲击强度70J/m；压缩强度40MPa，抗菌率99%，维卡软化点130℃。
 实施例2:
按照重量份数配比称取HDPE100份；PTW25份；四针状氧化锌晶须2份；PET20份；氧化锌2.5份；PC40份；硅油5份；甲基丙烯酸缩氯化聚乙烯甘油酯15份；LLDPE35份；氯化聚乙烯为20份；钛酸酯偶联剂0.7份；聚磷酸铵为20份；无规聚丙烯30份；白度化包覆红磷35份；二氧化钛为8份。
将HDPE、PTW、四针状氧化锌晶须、PET和氧化锌投入反应釜中加热至80℃，搅拌60min，搅拌速度400转/分钟，然后加入剩余原料，升温至120℃，搅拌烘干120min，搅拌速度600转/分钟。
将混合后的物料投入双螺杆挤出机中，料筒温度180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃和210℃，挤出造粒。
产品拉伸强度35MPa，布氏硬度7；室温下缺口冲击强度200J/m，-30℃冲击强度75J/m；压缩强度45MPa，抗菌率99.3%，维卡软化点135℃。
 实施例3:
按照重量份数配比称取HDPE100份；PTW10份；四针状氧化锌晶须0.5份；PET12份；氧化锌1份；PC25份；硅油2份；甲基丙烯酸缩氯化聚乙烯甘油酯7份；LLDPE20份；氯化聚乙烯为5份；硅烷偶联剂0.4份；聚磷酸铵为13份；无规聚丙烯15份；白度化包覆红磷20份；二氧化钛为4份。
将HDPE、PTW、四针状氧化锌晶须、PET和氧化锌投入反应釜中加热至65℃，搅拌45min，搅拌速度250转/分钟，然后加入剩余原料，升温至105℃，搅拌烘干90min，搅拌速度400转/分钟。
将混合后的物料投入双螺杆挤出机中，料筒温度180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃和210℃，挤出造粒。
产品拉伸强度40MPa，布氏硬度8；室温下缺口冲击强度300J/m，-30℃冲击强度80 J/m；压缩强度50MPa，抗菌率99.5%，维卡软化点140℃。
 实施例4:
按照重量份数配比称取HDPE100份；PTW20份；四针状氧化锌晶须1.5份；PET18份；氧化锌2份；PC35份；亚乙基双硬脂酸酰胺4份；甲基丙烯酸缩氯化聚乙烯甘油酯13份；LLDPE30份；氯化聚乙烯为15份；硅烷偶联剂0.6份；聚磷酸铵为17份；无规聚丙烯25份；白度化包覆红磷30份；二氧化钛为6份。
将HDPE、PTW、四针状氧化锌晶须、PET和氧化锌投入反应釜中加热至75℃，搅拌55min，搅拌速度350转/分钟，然后加入剩余原料，升温至115℃，搅拌烘干110min，搅拌速度500转/分钟。
将混合后的物料投入双螺杆挤出机中，料筒温度180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃和210℃，挤出造粒。
产品拉伸强度45MPa，布氏硬度9；室温下缺口冲击强度400J/m，-30℃冲击强度85 J/m；压缩强度55MPa，抗菌率99.7%，维卡软化点145℃。
 实施例5:
按照重量份数配比称取HDPE100份；PTW15份；四针状氧化锌晶须1份；PET15份；氧化锌1.5份；PC30份；亚乙基双硬脂酸酰胺3份；甲基丙烯酸缩氯化聚乙烯甘油酯10份；LLDPE25份；氯化聚乙烯为10份；硅烷偶联剂0.5份；聚磷酸铵为15份；无规聚丙烯20份；白度化包覆红磷25份；二氧化钛为5份。
将HDPE、PTW、四针状氧化锌晶须、PET和氧化锌投入反应釜中加热至70℃，搅拌50min，搅拌速度300转/分钟，然后加入剩余原料，升温至110℃，搅拌烘干100min，搅拌速度450转/分钟。
将混合后的物料投入双螺杆挤出机中，料筒温度180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃和210℃，挤出造粒。
产品拉伸强度50MPa，布氏硬度10；室温下缺口冲击强度500J/m，-30℃冲击强度90 J/m；压缩强度60MPa，抗菌率99.9%，维卡软化点150℃。
 
以上实施例中的组合物所有组分均可以商业购买。
上述实施例只是用于对本发明的内容进行阐述，而不是限制，因此在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应该认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种医用抗菌HDPE，其特征在于所述医用抗菌HDPE的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；PTW5-25份；四针状氧化锌晶须0.1-2份；PET10-20份；氧化锌0.5-2.5份；PC20-40份；润滑剂1-5份；甲基丙烯酸缩氯化聚乙烯甘油酯5-15份；LLDPE15-35份；氯化聚乙烯为1-20份；偶联剂0.3-0.7份；聚磷酸铵为10-20份；无规聚丙烯10-30份；白度化包覆红磷15-35份；二氧化钛为2-8份。
2.根据权利要求1所述的一种医用抗菌HDPE，其特征在于所述医用抗菌HDPE原料按重量份数配比如下：HDPE100份；PTW10-20份；四针状氧化锌晶须0.5-1.5份；PET12-18份；氧化锌1-2份；PC25-35份；润滑剂2-4份；甲基丙烯酸缩氯化聚乙烯甘油酯7-13份；LLDPE20-30份；氯化聚乙烯为5-15份；偶联剂0.4-0.6份；聚磷酸铵为13-17份；无规聚丙烯15-25份；白度化包覆红磷20-30份；二氧化钛为4-6份。
3.根据权利要求1所述的一种医用抗菌HDPE，其特征在于所述医用抗菌HDPE的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；PTW15份；四针状氧化锌晶须1份；PET15份；氧化锌1.5份；PC30份；润滑剂3份；甲基丙烯酸缩氯化聚乙烯甘油酯10份；LLDPE25份；氯化聚乙烯为10份；偶联剂0.5份；聚磷酸铵为15份；无规聚丙烯20份；白度化包覆红磷25份；二氧化钛为5份。
4.根据权利要求1所述的一种医用抗菌HDPE，其特征在于：所述润滑剂采用亚乙基双硬脂酸酰胺或硅油。
5.根据权利要求1所述的一种医用抗菌HDPE，其特征在于：所述偶联剂采用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
6.一种权利要求1所述医用抗菌HDPE的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：按照重量份数配比称取HDPE、PTW、四针状氧化锌晶须、PET、氧化锌、PC、润滑剂、甲基丙烯酸缩氯化聚乙烯甘油酯、LLDPE、氯化聚乙烯、偶联剂、聚磷酸铵、无规聚丙烯、白度化包覆红磷和二氧化钛；
第二步：将HDPE、PTW、四针状氧化锌晶须、PET和氧化锌投入反应釜中加热至60-80℃，搅拌40-60min，搅拌速度200-400转/分钟；
第三步：然后加入剩余原料，升温至100-120℃，搅拌烘干80-120min，搅拌速度300-600转/分钟；
第四步：将混合后的物料投入双螺杆挤出机中，料筒温度180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃和210℃，挤出造粒。
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