CN111012954B - 用于抗菌亲水性导尿管的pvc组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物及其制备方法，属于聚氯乙烯改性技术领域。本发明所述的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物，是以PVC树脂为基础原料，加入复配增塑剂、钙锌稳定剂、硬脂酸、聚氧化乙烯、改性锐钛矿型纳米TiO2，通过混合挤出造粒制得；所述复配增塑剂为聚酯增塑剂与低分子量聚碳酸酯的混合物；所述改性锐钛矿型纳米TiO2，为采用溶胶凝胶法，以聚乙烯吡咯烷酮为改性剂制得。本发明所述的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物，具有良好的抗菌性及亲水性；本发明同时提供了简单易行的制备方法。

Description

用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物及其制备方法，属于聚氯乙烯改性技术领域。
背景技术
随着现代医疗技术的发展，医用体内植入物已广泛应用，且范围日渐扩大，大大提高了医疗水平。导尿管使用相当普遍，大约25％的住院病人需要留置导尿管，同时又有相当一部分病人需长期留置导尿管。
留置导尿管所发生的导尿管相关性尿路感染是一种常见的医院内感染。导尿管相关性尿路感染约占医院内感染的40％，其发生率稍低于呼吸道感染的医源性感染。留置导尿管的病人中有30％的病人因导尿管相关性尿路感染而出现泌尿生殖系统或全身症状，有4％的患者发生菌血症，死亡率可高达30％，严重影响患者的生活质量和生命安全。
导尿管接触尿液后，细菌表面特定的粘附素蛋白，可能通过疏水作用粘附到导尿管表面，形成细菌生物膜，这是留置导尿管相关性尿路感染的重要致病因素。
抗菌剂是指具有抑制和杀死细菌微生物的一类物质的总称，它可分为天然抗菌剂(壳聚糖)、无机抗菌剂(Zn、Cu、Ag系)、有机抗菌剂(季铵盐、酶类、咪唑类等)，它们各有优缺点：天然抗菌剂安全稳定但是抗菌效果不好，其普遍寿命较短、耐热性差、不易进行再加；无机抗菌剂安全耐热，但制造困难，成本较高而且易变色，在塑料中使用工艺复杂；有机抗菌剂杀菌快效果好但是稳定性、安全性、耐温性都较差，耐热性差、易在溶剂环境中析出、易产生耐药性、分解产物有毒，而且短效。
CN 105251095 A发明涉及一种PVC超滑导尿管及其制备方法，属于医用器材及其制备技术领域。包括导尿管本体和集尿管连接套，特点如下：导尿管本体的外壁上结合有PU膜层，PU膜层的表面结合有PVP亲水性层，具有优异的润滑效果，可减轻导尿管本体的外壁与患者基体组织之间的摩擦程度；工艺步骤简短且能保障优异的超润滑效果，满足工业化放大生产要求，满足医疗临床的使用要求。
CN 104307386 A发明涉及一种亲水改性的不对称高通量聚氯乙烯中空纤维膜的制备方法。配方包括：聚氯乙烯、溶剂和添加剂。1-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂，添加剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、羧甲基纤维素和山梨酸。所获得的大通量聚氯乙烯中空纤维膜呈多层不对称结构，由内向外依次为内致密层、海绵层、和外皮致密层，海绵层内分布着丰富的孔，透水率为1000-2500L/m2·h。
CN 105907099 A发明涉及一种抗菌导尿管材料及其制备方法，配方包括硅橡胶、蒙脱土、滑石粉和甲壳素、柠檬醛、甲基柏木酮、环氧大豆油、对羟基苯甲酸甲酯、二月桂酸二丁基锡、二硫化四甲基秋兰姆、季戊四醇硬脂酸酯和亚磷酸酯、硫黄和2-硫醇基苯骈噻唑。本发明的抗菌导尿管材料具有很好的力学性能，同时具有非常好的抗菌效果。
CN 107693851 A提供一种医用导管表面亲水涂层润滑液试剂、医用导管表面处理方法及医用导管，亲水涂层润滑液试剂，包括1号溶液和2号溶液，1号溶液的组分为：氨基硅烷类1-2％，水8-10％，有机溶剂，余量；2号溶液的组分为：亲水聚合物2-3％，有机溶剂，余量。本发明所配置的试剂中所有组分对人体无不良反应，有良好的安全性，存放时间长。本发明的医用导管表面由上述试剂形成的涂层的润滑度比较好，表面摩擦系数最多可降低80％。
以上专利采用亲水改性剂，采用涂覆或配制溶液的方式改善制品亲水性；用抗菌剂改善抗菌性，但仍有待提高和改善。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物，其具有良好的抗菌性及亲水性；本发明同时提供了简单易行的制备方法。
本发明所述的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物，是以PVC树脂为基础原料，加入复配增塑剂、钙锌稳定剂、硬脂酸、聚氧化乙烯、改性锐钛矿型纳米TiO2，通过混合挤出造粒制得；
所述复配增塑剂为聚酯增塑剂与低分子量聚碳酸酯的混合物(混合质量比为40:3-58:15)；所述改性锐钛矿型纳米TiO2，为采用溶胶凝胶法，以聚乙烯吡咯烷酮为改性剂制得。
聚碳酸酯分子量为3.1-3.5万，聚酯增塑剂分子量一般为1000-8000。聚碳酸酯由于分子量与PVC接近，与PVC相容性好，耐析出性好，与聚酯增塑剂的复配使用可以减少聚酯增塑剂的使用量，且可以阻止聚酯增塑剂的析出。
所述PVC树脂的聚合度为1000-1300。PVC具有良好的耐水性、耐化学药品性，广泛应用于静脉输液袋、导尿管、储血袋，理化性能、生物相容性及溶血性能等指标控制良好。
所述聚酯增塑剂为己二酸聚酯型增塑剂，优选牌号为日本ADEKA公司的PN-400，其粘度为4Pa·s。
优选的，低分子量聚碳酸酯为二氧化碳基聚合物(CN105482092A，二氧化碳基聚合物的合成方法)，该二氧化碳基聚合物的催化剂制备及聚合方法已被公开。通过核磁共振谱计算得到该二氧化碳基聚合物的碳酸酯链节含量为92-95％，通过GPC测定其分子量为3.1-3.5万，分子量分布为10-12。其由二氧化碳在催化剂作用下和环氧丙烷共聚制得的。聚碳酸酯具有无色透明的外观和较低的粘度，符合PVC加工中对增塑剂的要求。
所述聚氧化乙烯(PEO)的分子量为105。聚氧化乙烯分子量范围为1×105～5×106，不同分子量的PEO的颗粒大小不等，分子量越小，颗粒越小，在PVC基体中分散越均匀，分散相间距越小，PEO能够较快迁移到导管表面，产生良好的亲水性。聚氧化乙烯分子量过大，在PVC内迁移较慢，在相同时间内迁移到导管表面的聚氧化乙烯较少，影响导管亲水性。因此，本申请限定的聚氧化乙烯的分子量很小。
导尿管接触尿液后，细菌表面特定的粘附素蛋白，可能通过疏水作用粘附到导尿管表面，形成细菌生物膜，这是留置导尿管相关性尿路感染的重要致病因素。本发明利用PEO对PVC进行亲水改性，阻止细菌到达导尿管表面，减少细菌对导管表面的吸附，从而降低细菌生物膜的形成几率，减少细菌感染。聚氧化乙烯(PEO)，是一种半结晶性、热塑性的水溶性聚合物，热分解温度为423-425℃，具有特殊的物化性质，主要表现为：1)具有完全的水溶性；2)具有良好的化学稳定性，既耐酸耐碱，又耐细菌侵蚀，不会腐败，在大气中不易吸湿；3)柔软性和热塑性好，易加工成型；4)毒性很小，己获美国批准用作多种食品、化妆美容品和药物制剂的添加物或载体；5)与其他树脂的相容性好。更重要的是，当把和其它分子偶合时,它的许多优良性质会转移到偶合物中。用PEO改性PVC时,PVC中的氯原子能作为质子给体,而PEO中的氧原子能作为弱的质子受体,两者的相互作用使PVC和PEO具有良好的相容性。本发明采用PEO与PVC共混改性的方法。
所述改性锐钛矿型纳米TiO2的制备方法如下：
乙醇：钛酸丁酯：冰醋酸：水的摩尔比为10:2:3:1，量取无水乙醇分成两等分，其中一等分乙醇与钛酸丁酯、冰醋酸配成溶液A，另一等分乙醇与水配成溶液B；将B溶液加入到搅拌的A溶液中，pH≤3；加入聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮与钛酸丁酯质量比为1:10，静置后得到溶胶，将溶胶在55-65℃下陈化2-3小时得到凝胶，将凝胶干燥、研磨，在400-500℃下焙烧4小时，得到改性锐钛矿型纳米TiO2。
本发明采用自制锐钛矿型纳米TiO2作为抗菌剂，锐钛矿型纳米TiO2具有成本低，安全无毒、化学性质稳定、耐热性好、易于制备的优点。锐钛矿型纳米TiO2的禁带宽度为3.2eV，在400nm以下的紫外光照射下分解出自由电子(e-)和带正电的空穴(h+)，空穴使空气中的水氧化成羟基自由基，电子使空气中的氧气还原成原子氧，羟基自由基和原子氧有很强的活性，可氧化大多数致病细菌。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是一种水溶性、无毒的聚合物，具有机械强度好、耐热温度高、良好的高分子表面活性等优点，在生物、材料等领域具有广泛的应用前景。分解温度在450-500℃，分子量10,000-1,200,000。锐钛矿型纳米TiO2具有表面能大，易团聚的特点，不易分散。本发明采用PVP改善TiO2的分散性。
所述的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物，优选的，包括以下重量份数的原料：
Figure BDA0001824334870000041
进一步优选的，包括以下重量份数的原料：
Figure BDA0001824334870000042
所述的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将PVC树脂、聚酯增塑剂、聚碳酸酯、钙锌稳定剂、硬脂酸、聚氧化乙烯及改性锐钛矿型纳米TiO2按比例称取放入高低速混合机中，搅拌混合，搅拌转速在1000-2000转/分钟，混合时间为10-15分钟；当混合到温度为110-120℃时将物料放到低速混合机中，待混合到温度为40-45℃时出料得到混合料；
(2)加工造粒：将上述步骤混配好的物料投入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机温度为140℃-160℃，喂料频率为20-25Hz，主机转速为80-100r/min，机头加100目过滤网；最后经热切粒、风机冷却、输送入料仓，包装，即得用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物。
将上述方法制备的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物在挤出机上挤出，得到抗菌亲水性PVC导尿管。
本发明具有以下有益效果：
本发明以PVC树脂为基础原料，加入复配增塑剂、钙锌稳定剂、硬脂酸、聚氧化乙烯，使用自制改性锐钛矿型纳米TiO2作为抗菌剂，并在TiO2制备过程中使用PVP改善TiO2的分散性；利用PEO对PVC进行亲水改性，阻止细菌到达导尿管表面，减少细菌对导管表面的吸附，从而降低细菌生物膜的形成几率，减少细菌感染。本发明所述的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物，具有良好的抗菌性及亲水性；本发明同时提供了简单易行、利于实现工业化的制备方法。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但其并不限制本发明的实施。
所述改性锐钛矿型纳米TiO2的制备方法如下：
乙醇：钛酸丁酯：冰醋酸：水的摩尔比为10:2:3:1，量取无水乙醇分成两等分，其中一等分乙醇与钛酸丁酯、冰醋酸配成溶液A，另一等分乙醇与水配成溶液B；将B溶液加入到搅拌的A溶液中，pH≤3；加入聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮与钛酸丁酯质量比为1:10，静置后得到溶胶，将溶胶在55-65℃下陈化2-3小时得到凝胶，将凝胶干燥、研磨，在400-500℃下焙烧4小时，得到改性锐钛矿型纳米TiO2。
所述PVC树脂的聚合度为1000-1300。
所述聚酯增塑剂为日本ADEKA公司的PN-400，其粘度为4Pa·s。
聚碳酸酯为二氧化碳基聚合物(CN105482092A，二氧化碳基聚合物的合成方法)，该二氧化碳基聚合物的催化剂制备及聚合方法已被公开。通过核磁共振谱计算得到该二氧化碳基聚合物的碳酸酯链节含量为92-95％，通过GPC测定其分子量为3.1-3.5万，分子量分布为10-12。其由二氧化碳在催化剂作用下和环氧丙烷共聚制得的。
所述聚氧化乙烯(PEO)的分子量为105。
本发明所述组合物的具体实施方式(重量份)：
表1实施例配方
Figure BDA0001824334870000051
表2对比例配方
Figure BDA0001824334870000061
表3实施例性能
Figure BDA0001824334870000062
表4对比例性能
检测项目 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
硬度(邵氏硬度A) 74 75 65 68
抗菌率，％ 0 0 33 90
接触角，° 118 126 58 37
透光率，％ 71 65 88 62
由实施例1-5及对比例1-2可以看出，PVC组合物中组合物中加入改性锐钛矿型纳米TiO2后，制品产生抗菌效果，且抗菌率随锐钛矿型纳米TiO2的量的增大逐步提高；加入PEO后，制品接触角随PEO的量的增加而变小，说明制品亲水性得到提高。由实施例1-5及对比例3、4可以看出，改性锐钛矿型二氧化钛用量在0.12份时，导尿管透光率较高而抗菌率较低；改性锐钛矿型TiO2用量在0.45份时，抗菌率较高但透光率较低，透光率较低时影响导尿管监测观察效果，因此确定改性锐钛矿型TiO2用量范围为0.20-0.40份。

Claims (9)

1.一种用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物，其特征在于：以PVC树脂为基础原料，加入复配增塑剂、钙锌稳定剂、硬脂酸、聚氧化乙烯、改性锐钛矿型纳米TiO2，通过混合挤出造粒制得；
所述复配增塑剂为聚酯增塑剂与低分子量聚碳酸酯的混合物；
所述改性锐钛矿型纳米TiO2，为采用溶胶凝胶法，以聚乙烯吡咯烷酮为改性剂制得；
聚氧化乙烯的分子量为105。
2.根据权利要求1所述的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物，其特征在于：PVC树脂的聚合度为1000-1300。
3.根据权利要求1所述的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物，其特征在于：聚酯增塑剂为己二酸聚酯型增塑剂。
4.根据权利要求1所述的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物，其特征在于：聚酯增塑剂为PN-400，其粘度为4Pa·s。
5.根据权利要求1所述的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物，其特征在于：低分子量聚碳酸酯为二氧化碳基聚合物，其碳酸酯链节含量为92-95％，分子量为3.1-3.5万，分子量分布为10-12。
6.根据权利要求1所述的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物，其特征在于：改性锐钛矿型纳米TiO2的制备方法如下：
乙醇：钛酸丁酯：冰醋酸：水的摩尔比为10:2:3:1，量取无水乙醇分成两等分，其中一等分乙醇与钛酸丁酯、冰醋酸配成溶液A，另一等分乙醇与水配成溶液B；将B溶液加入到搅拌的A溶液中，pH≤3；加入聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮与钛酸丁酯质量比为1:10，静置后得到溶胶，将溶胶在55-65℃下陈化2-3小时得到凝胶，将凝胶干燥、研磨，在400-500℃下焙烧4小时，得到改性锐钛矿型纳米TiO2。
7.根据权利要求1所述的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物，其特征在于包括以下重量份数的原料：
Figure FDA0003394640420000011
8.根据权利要求1所述的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物，其特征在于包括以下重量份数的原料：
Figure FDA0003394640420000021
9.一种权利要求1-8任一所述的用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将PVC树脂、聚酯增塑剂、聚碳酸酯、钙锌稳定剂、硬脂酸、聚氧化乙烯及改性锐钛矿型纳米TiO2按比例称取放入高低速混合机中，搅拌混合，搅拌转速在1000-2000转/分钟，混合时间为10-15分钟；当混合到温度为110-120℃时将物料放到低速混合机中，待混合到温度为40-45℃时出料得到混合料；
(2)加工造粒：将上述步骤混配好的物料投入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机温度为140℃-160℃，喂料频率为20-25Hz，主机转速为80-100r/min，机头加100目过滤网；最后经热切粒、风机冷却、输送入料仓，包装，即得用于抗菌亲水性导尿管的PVC组合物。
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