近日,国家工信部发布了《产业转移指导目录》(2018年本),梳理了所有省市产业发展方向,明确各省市地区优先承接发展的产业及引导优化调整产业,多次点名了橡胶行业,提出在部分地区大力发展热塑性弹性体。为此,本文针对热塑性弹性体在新兴应用——医疗材料做一阐述。
医用高分子材料主要包括橡胶、软质聚氯乙烯(PVC)等柔软性材料。其中,PVC由于成本低,综合性能优良,一直是用量最大的一次性医疗输注器械用高分子材料。但科学家目前已经证实,PVC中的增塑剂邻苯二甲酸(2-乙基己基)二酯(DEHP)及含铅类热稳定剂对人体健康和环境存在隐患。国家相关部门已禁止PVC用于食品包装、儿童玩具和奶嘴等。相对于食品包装,由PVC制作的医疗输注器械与药液和血液接触后参与体液循环对人体带来的负面影响更大。而硫化橡胶用于医用材料,所含各种助剂也有析出的可能性,若析出会对人体造成危害。
热塑性弹性体(TPE)是一种在常温下显示硫化橡胶的高弹性,而高温下又像热塑性塑料一样可加工成型,兼具硫化橡胶和热塑性塑料特性的聚合物材料,被称作“第三代橡胶”。TPE本身不添加DEHP,同时具有高弹性、高强度的特性,环保、无毒、安全、柔软,对药物无吸附,可最大限度地保证药物疗效,受到人们的普遍青睐。因此,作为硫化橡胶或PVC医疗制品的代用品,TPE受到广泛关注,其作为医用材料的产量正在逐步增加。
TPE代替硫化橡胶
传统医用硫化胶塞生产时会产生大量的边角废料(约15%),导致了大量的原材料浪费;并且,其加工过程还存在能耗高、生产效率低等诸多问题。当下能源日益紧张,开发替代材料具有十分重要的意义。医用溴化丁基材料是一种理想的替代材料,用于医用胶塞可彻底解决医用硫化丁基胶塞的边角料浪费难题,并且可以多次成型加工,大大降低了生产成本;安全性能高,无毒,不易落屑,具有低萃取性和低浸出性;采用热塑加工方式成型,极大地降低了能耗,提高了生产效率;具有优异的隔水、隔气性能,穿刺后对针的静态保持力出色。可以预见,未来用该种材料生产的胶塞将会快速替代传统医用硫化胶塞,带动热塑性医用溴化丁基材料的需求增长。除了医用胶塞,在许多硫化橡胶医用制品上,TPE都有其独特的替代优势,详见表1。
TPE代替PVC
目前全国输液袋(瓶)需求量约为45亿套,主要材质为PVC。鉴于PVC增塑剂的害处,许多欧美国家已经禁止使用PVC原料作为医用耗材。非PVC材料生产的输液器取代传统的PVC输液器是大势所趋,也是一次性静脉输液器械发展的必然方向。TPE输液器与PVC输液器相比具有以下优点:一是不添加增塑剂DEHP,保护患者和医护人员的健康;二是材料对药物无吸附,不影响疗效;三是不添加含金属离子的稳定剂,避免了金属离子对患者的危害;四是焚烧不产生致癌的二噁英气体。二者性状对比如表2所示,两者对几种代表性药物吸附值的比较如表3所示。
医疗用TPU优势显著
此外,作为TPE的一类,热塑性聚氨酯弹性体(TPU)的医疗用优势也很显著。它是由软段(长链的低聚二醇)、硬段(二异氰酸酯)及扩链剂所组成的线型嵌段聚合物。TPU加工方便,性能优异,并且具有微观相分离结构,可应用于各种与血液直接接触的设备。TPU应用于医疗行业具有以下优势:优异的抗血栓性能,低毒性,生物相容性(特别是与血液的相容性)良好,无致畸变,无过敏,优良的韧性和弹性,加工性能好,耐磨、耐湿气、耐X射线、耐多种化学品,灭菌方式多样。应用实例包括:人工心脏及辅助装置、人造血管、计生用品、医用粘合剂、抗菌创伤敷料、接触眼镜、医用人造皮、药物缓释载体等。但医用TPU也存在一些不足之处,如不可生物降解,价格昂贵等。
医用TPE未来的发展趋势主要包括:增强使用安全性,如无毒害、无吸附、无抽出等;成型、包装过程更加简单、洁净;材料更加节能、可回收利用、低成本。为了加快我国医用TPE的发展,缩小与世界强国的差距,建议采取以下措施:加强高端医用TPE材料的研发力度;加大对医用TPE研发的科技支撑力度;加强企业与高校的产学研合作力度;加强对外技术交流与合作,引进先进技术和人才。
