CN111423693B - 一种peek基医用管材及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PEEK基医用管材及其制备方法和应用，包括如下重量百分数原料：55％～80％PEEK，10％～25％PEI，5％～20％PPSU；制备方法：将PEEK、PEI、PPSU进行干燥处理去除水分后按配方称取原料，混合均匀后于双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出、造粒，再于单螺杆挤出机中进行挤出生产PEEK基医用管材；本发明的PEEK基医用管材可应用于医用导管；本发明的PEEK基医用管材具有高强度，高韧性，耐高温，作为医用导管与生物机体既有较好的生物相容性和适应性且无毒。
Description
技术领域
本发明涉及高分材料技术领域，具体涉及一种PEEK基医用管材及其制备方法和应用。
背景技术
聚醚醚酮(PEEK)是高性能半结晶聚合物，具有良好的力学性能、化学稳定性和生物相容性，作为工程塑料应用很广泛，熔融温度370℃～390℃。由于其弹性模量与皮质骨的弹性模量接近，可耐受高温蒸汽和辐照消毒，并且具有放射线透过性及磁共振扫描不会产生伪影等优点，使其成为备受关注的一类人体植入材料。国外已成功将PEEK医用材料应用于整形外科、硬组织损伤、脊椎植入及心脏瓣膜等医疗领域，取得了良好的临床效果。由于PEEK的生物相容性，优异的物理和电气性能，耐化学性和易于灭菌，日益用于高性能医用管材，PEEK管能达到35％～45％的结晶度，将PEEK材料制成管材用于微创装置的血管应用；薄壁PEEK微管可以用作支架/球囊输送系统的刚性近端轴中的组件；大直径PEEK管用于输送系统的轴中，用于经股动脉心脏瓣膜植入；PEE管由于其高温耐受性和介电强度也用于消融导管中作为电绝缘体；还可以作为不锈钢等金属管材的替代品。
可见，PEEK管在医疗领域具有广泛的应用。但是单一的PEEK材料已经无法满足其在医用管材上的应用，高分子材料的合金化改性是获得高性能材料的最有效和最简单的方法之一。
聚醚酰亚胺(PEI)是一种无定型塑料，有比较好的耐热性能，内部有酰亚氨基与对苯基，同时由于PEI能耐高温的材料特性，熔融温度为330℃～350℃，同时也满足高温杀菌处理要求，但是单纯的PEI在医用管材上的应用无法进行，原因是在医用管材挤出过程中，PEI材料的韧性和强度不高，加工困难。
聚亚苯基砜树脂(PPSU)是分子主链中含有砜基及芳核的高分子化合物，是一种无定形的热性塑料，具有高度透明性、高水解稳定性。制品可以经受重复的蒸汽消毒，它具有更佳的抗冲击性和耐化学性，经过高压蒸汽灭菌失效试验测试，证明PPSU的抗水解性优异，超过其它无定形热塑性塑料。事实上，PPSU可以无限次置于蒸汽灭菌环境中，而高压蒸汽被广泛用作医疗元件灭菌方式，这使得PPSU成为医疗设备的选材。另外，在广泛的温度范围内，它还可抵抗一般酸和碱的腐蚀，包括商业清洗剂等。除强极性溶剂、浓硝酸和硫酸外，对一般酸、碱、盐、醇、脂肪烃等也很稳定。部分溶于酯、酮、芳烃，可溶于卤烃DM。刚性和韧性好，耐温、耐热氧化，抗蠕变性能优良，耐无机酸、碱、盐溶液的腐蚀，耐离子辐射，无毒，绝缘性和自熄性好，但是PPSU也存在加工性能差的缺点，并且容易产生应力开裂的问题。
为了改善PEEK医用管材的综合性能以拓宽PEEK管在医疗行业的应用，将PEEK与PEI、PPSU进行合金化改性是非常有必要的。
发明内容
为了改善PEEK医用管材的综合性能以拓宽PEEK管在医疗行业应用的技术问题，而提供一种PEEK基医用管材及其制备方法和应用。本发明的PEEK基医用管材为PEEK/PEI/PPSU三元合金材料，发明的PEEK基医用管材具有高强度，高韧性，耐高温，作为医用导管与生物机体既有较好的生物相容性和适应性且无毒。
一种PEEK基医用管材，包括如下重量百分数原料：55％～80％PEEK，10％～25％PEI，5％～20％PPSU。
优选地，包括如下重量百分数原料：70％～80％PEEK，10％～20％PEI，5％～10％PPSU。
更优选的，包括如下重量百分数原料：80％PEEK，15％PEI，5％PPSU。
本发明另一方面提供一种PEEK基医用管材的制备方法，包括如下步骤：将PEEK、PEI、PPSU进行干燥处理去除水分后按配方称取原料，混合均匀后于双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出、造粒，再于单螺杆挤出机中进行挤出生产PEEK基医用管材。
进一步地，所述干燥处理的过程是将PEEK、PEI、PPSU于140℃～160℃下进行干燥4～6小时。
进一步地，所述双螺杆挤出机和所述单螺杆挤出机的熔融温度小于均390℃，且同时所述原料在所述双螺杆挤出机的螺杆中的停留时间为2分钟以内，否则造成凝胶和降解。若挤出设备的温度高于390℃且在螺杆中的停留时间过长，则原料发生降解，影响合金最终性能；而若原料在螺杆中的停留时间过短则三种原料在双螺杆挤出机中熔融共混不均匀，亦影响合金性能。
更进一步地，所述双螺杆挤出机在进行所述熔融共混前，所述PEI不与PEEK、PPSU进行混合，而采用侧喂料方式进料。这样能够避免PEI长时间在螺杆中停留，而造成凝胶和PEI降解。
本发明最后一方面提供一种PEEK基医用管材在医用导管上的应用。
有益技术效果：
(1)、本发明的一种PEEK基医用管材是PEEK/PEI/PPSU三元合金，PEI和PPSU对PEEK的共改性不但提高了PEEK的结晶度，还提高了PEEK材料的刚性、拉伸强度和冲击强度，同时提高了PEEK的耐热变形温度；
(2)、PEEK与PEI能够完全相容，这与PEI的结构有关，在PEI的酰亚氨基与对苯基存在电荷转移的相互作用下，一方面PEI本身的酰亚氨基与对苯基存在相互作用，另一方面PEI和PEEK的对苯基存在相互作用，一般两种状态相互竞争，而后一种作用比前一种作用强，致PEEK与PEI能够完全相容；另外PEI二酐的长度较长，相应酐的亲和力较弱，所以只能PEEK和PEI之间的相互作用占主导力，致PEEK与PEI能够完全相容；
PEEK与PEI的二元共混合金的熔点、结晶度、整体结晶速率和结晶能力均降低，当PEI的比例达到20％时，与PEEK性能相似，当PEI的比例超过20％时，虽然PEEK的结晶度会随着PEI的增多而增加，但PEEK的硬度也随之增加，导致二元合金材料的硬化，甚至脆裂，因此需控制PEI的用量范围为10wt％～25wt％；
(3)、由于PPSU的玻璃化转化温度比PEEK和PEI都高，PPSU可增加PEEK的耐温性能；PPSU加入PEEK与PEI中，能够改善PEEK与PEI二元共混物的硬度、脆性，使制得的PEEK/PEI/PPSU三元合金具有较好刚性、拉伸强度的同时具有较好的抗冲韧性；另外PEEK/PEI/PPSU三元合金作为医用管材如医用导管与生物机体具有较好的生物适应性、且无毒。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
实施例1
一种PEEK基医用管材，包括如下重量百分数原料：80％PEEK，15％PEI，5％PPSU。
本实施例PEEK基医用管材的制备方法，包括如下步骤：将PEEK、PEI、PPSU于150℃下进行干燥处理5小时以去除水分，然后按上述配方称取原料，将PEEK与PPSU混合均匀后于双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出造粒，挤出过程中PEI采用侧喂料方式进料，所述双螺杆挤出机的温度设置为：340-370℃，原料在螺杆中停留时间在2分钟以内，原则上要求不能有凝胶和塑化不好的问题，然后造粒完成后再于单螺杆挤出机中生产制得PEEK医用管材。
实施例2
一种PEEK基医用管材，包括如下重量百分数原料：70％PEEK，20％PEI，10％PPSU。
本实施例PEEK基医用管材的制备方法，包括如下步骤：将PEEK、PEI、PPSU于140℃下进行干燥处理6小时以去除水分，然后按上述配方称取原料，将PEEK与PPSU混合均匀后于双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出造粒，挤出过程中PEI采用侧喂料方式进料，所述双螺杆挤出机的温度设置为：340-
365℃，原料在螺杆中停留时间在2分钟以内，原则上要求不能有凝胶和塑化不好的问题，然后造粒完成后再于单螺杆挤出机中生产制得PEEK医用管材。
实施例3
一种PEEK基医用管材，包括如下重量百分数原料：60％PEEK，25％PEI，15％PPSU。
本实施例PEEK基医用管材的制备方法，包括如下步骤：将PEEK、PEI、PPSU于160℃下进行干燥处理4小时以去除水分，然后按上述配方称取原料，将PEEK与PPSU混合均匀后于双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出造粒，挤出过程中PEI采用侧喂料方式进料，所述双螺杆挤出机的温度设置为：340-365℃，原料在螺杆中停留时间在2分钟以内，原则上要求不能有凝胶和塑化不好的问题，然后造粒完成后再于单螺杆挤出机中生产制得PEEK医用管材。
实施例4
一种PEEK基医用管材，包括如下重量百分数原料：55％PEEK，25％PEI，20％PPSU。
本实施例PEEK基医用管材的制备方法，包括如下步骤：将PEEK、PEI、PPSU于150℃下进行干燥处理5小时以去除水分，然后按上述配方称取原料，将PEEK、PEI、PPSU混合均匀后于双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出造粒，挤出过程中PEI采用侧喂料方式进料，所述双螺杆挤出机的温度设置为：340-380℃，原料在螺杆中停留时间在2分钟以内，原则上要求不能有凝胶和塑化不好的问题，然后造粒完成后再于单螺杆挤出机中生产制得PEEK医用管材。
对比例1
本对比例与实施例1组成、配比及制备方法相同，不同之处在于采用聚醚砜树脂PES替换PPSU。
对以上实施例及对比例制得PEEK基医用管材材料进行性能测试，测试数据见表1。其中结晶度经过红外光谱法分析测试后计算得到。
表1各实施例的性能数据
由表1可知，实施例1的PEEK基医用管材既具有较高的力学强度，又具有非常好的韧性，同时结晶度和热变形温度均较高，PEI和PPSU对PEEK的共改性不但提高了PEEK的结晶度，还提高了PEEK材料的刚性、拉伸强度和冲击强度，同时提高了PEEK的耐热变形温度；另外以PEEK/PEI/PPSU三元合金作为医用导管与生物机体具有较好的生物相容性和适应性、且无毒。
但是对比例1的PEEK/PEI/PES三元共混材料不能作为医用导管，虽然其结晶度较高，但是其冲击强度较低，韧性较差，力学强度也不是很高，达不到作为医用导管所需要的韧性要求以及耐消毒能力要求。而且PES作为原材料应用于生物机体上的生物适应性非常差，但是PPSU作为医用导管原材料应用于生物机体上其与生物机体的生物相容性和适应性能够满足要求；另外PES的耐消毒能力约为100-200次，但是PPSU的耐消毒能力在2000次以上；PES在耐有机物方面的性能远不如PPSU。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种PEEK基医用管材，其特征在于，包括如下重量百分数原料：80％PEEK，15％PEI，5％PPSU；
所述的PEEK基医用管材的制备方法，包括如下步骤：将PEEK、PEI、PPSU进行干燥处理去除水分后按配方称取原料，混合均匀后于双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出、造粒，再于单螺杆挤出机中进行挤出生产PEEK基医用管材；
所述双螺杆挤出机和所述单螺杆挤出机的熔融温度均小于390℃，且同时所述原料在所述双螺杆挤出机的螺杆中的停留时间为2分钟以内；
所述双螺杆挤出机在进行所述熔融共混前，所述PEI不与PEEK、PPSU进行混合，而采用侧喂料方式进料。
2.根据权利要求1所述的一种PEEK基医用管材，其特征在于，所述干燥处理的过程是将PEEK、PEI、PPSU于140℃～160℃下进行干燥4～6小时。
3.一种根据权利要求1～2任一项所述的PEEK基医用管材在医用导管上的应用。
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