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摘要：本文研究了3種類型的熱塑性聚氨酯（TPU）對常見消毒劑的耐受性。將TPU試樣浸泡在戊二醛、消毒水或醫用酒精等消毒劑中保持一定時間后，測試樣品的重量、硬度和拉伸強度等性能變化情況。結果表明：聚己內酯型TPU穩定性優于聚醚型TPU和聚酯型TPU，適合用于醫療設備。

關鍵詞：熱塑性聚氨酯(TPU)；消毒劑；醫用；硬度；強度

得益于熱塑性聚氨酯(TPU)擁有的高強度、柔韌性和便于擠出、注塑成型加工的優異綜合性能，特別是其制品表現出良好的尺寸穩定性和生物相容性，近年來TPU成為醫療設備的常用材料[1-8]。醫療設備在使用過程中不可避免與生物體接觸，當醫療設備表面殘留或者攜帶病菌，就會給生物體帶來極大的威脅，甚至可能引起巨大的感染傷害。因此醫療設備在使用時必須保證是無菌無毒的，那么消毒劑的使用是不可或缺的[9-12]。本文通過測試不同類型的TPU片狀試樣在3種常見消毒劑中浸泡指定時間后重量、硬度和拉伸強度等性能的變化，評價TPU對消毒劑的耐受性，為醫療器械軟質部件的材料選擇和新材料開發提供一些借鑒或指導。

1實驗部分

1.1實驗原材料與設備。三種TPU原料：TPU82A：聚醚型TPU，路博潤公司Gemothane8963系列，硬度80A，拉伸強度24Mpa；TPU77AU：聚己內酯型TPU，路博潤公司Gemothane8955系列，硬度78A，拉伸強度25MPa；TPUH75A，聚酯型TPU，自制，硬度75A，拉伸強度20Mpa。三種消毒劑：使用去離子水配制，A、戊二醛溶液，戊二醛含量2%；B、消毒水，次氯酸鈉含量10%；C、醫用酒精，乙醇含量75%。制樣和測試設備：精密型自動壓片機由東莞市正工機電設備科技有限公司生產，型號ZG-50。萬能拉伸試驗機由深圳三思縱橫科技股份有限公司生產，型號CMT4104。1.2TPU樣片的制備。首先用真空干燥箱在80-85℃將TPU原料干燥4小時；然后通過自動壓片機熱壓成型，熱壓溫度180℃，壓力10MPa，時間5min；然后冷壓定型后，脫模獲得厚度2mm的片材。重量和硬度的測試使用長×寬×厚=30mm×30mm×2mm的方形樣片。拉伸測試使用啞鈴型樣條，記錄樣條平行部分厚度。將樣片和樣條，放置到指定的消毒液中浸泡，記錄不同的浸泡周期：0天，1天，7天，14天，21天和35天。1.3性能測試在不同的浸泡周期，同一方形樣片用于重量和硬度的測試，硬度測試方法遵循ASTMD2240標準。使用ASTMD412標準測試不同浸泡時間的啞鈴型樣條拉伸強度。

2結果與討論

2.1樣品重量隨浸泡時間變化。圖1TPU浸泡35天重量變化實驗結果表明，TPU材料對不同消毒劑的吸附和吸收有明顯差異，總體來說醫用酒精最容易被滲透進入TPU樣片中，TPU-82A增重最大為25%，最小的TPU-77AU也有9%的增重。相對而言，TPU對消毒水的耐受性最佳，增重約1%，而戊二醛消毒劑稍高，但也小于2%。酒精容易被吸收的主要原因是，乙醇分子運動能力強，可以和TPU的分子鏈上的氨基、羥基、醚鍵等作用形成氫鍵，部分破壞TPU的結晶，水分子和乙醇分子進入TPU基體中[13-15]。而圖2-圖4，TPU重量隨時間變化趨勢也說明消毒劑進入TPU基體中是溶脹過程，基本上在7天時溶脹平衡為重量最高點，延長浸泡時間，重量保持不變或減小，減小原因是少量TPU水解。對于三種TPU類型來說，聚己內酯型的TPU-77AU對三種消毒液的耐受性都有良好表現，增重最小。而聚醚型TPU-82A增重最大，聚酯型TPU-H75A表現接近TPU-77AU。聚醚型TPU由于醚鍵含量較多，更容易和水結合，所以吸水增重較多。2.2樣品硬度隨浸泡時間變化圖。5TPU浸泡35天硬度變化實驗結果表明，消毒劑能夠比較明顯的改變TPU材料的硬度，在實際使用中可能帶給用戶觸感上的差異。消毒劑通常導致TPU硬度降低，樣品變得更柔軟，其內在原因是消毒液部分溶脹了TPU，水分子等小分子進入TPU分子鏈間隙，使分子鏈的相互作用力降低，類似增塑作用，整體容易變形，硬度降低。特別是醫用酒精，能導致硬度下降16A，而戊二醛和消毒水相對硬度變化較小，小于3A。而圖6-圖8，TPU硬度隨時間變化趨勢也說明消毒劑進入TPU基體中是溶脹過程，基本上在7天時溶脹平衡為硬度最低點，延長浸泡時間，硬度保持不變或輕微升高。對于三種TPU類型來說，聚己內酯型的TPU-77AU對三種消毒液的耐受性優異，硬度變化約-3A~3A，由于人體對硬度的分辨力通常為5A，小于3A的硬度變化是可以接受的[13-15]。聚醚型TPU-82A硬度下降過大，超過10A；聚酯型TPU-H75A表現比TPU-77AU差，但好于TPU82A。2.3樣品拉伸性能隨浸泡時間變化圖9TPU浸泡35天拉伸強度保持率實驗結果表明，不同消毒劑對TPU的強度影響有明顯不同。總體來說消毒水對強度的影響最小，能夠保持70%以上，而戊二醛和醫用酒精影響較大，只能保留50%-95%。TPU拉伸強度的變化，來源于TPU聚集態的變化，3種消毒劑都是水溶液，水分子和消毒劑小分子有可能擴散滲透進入TPU分子鏈間隙，形成氫鍵，導致分子之間作用力變化，引起拉伸強度的變化。乙醇分子容易進入TPU內部，所以TPU對醫用酒精的耐受相對最差，而戊二醛不容易擴散，次氯酸鈉極性差異也不容易進入TPU分子鏈間，所以其拉伸強度保持率較高[13-16]。圖11TPU在消毒水中拉伸強度隨浸泡時間變化圖圖12TPU在醫用酒精中拉伸強度隨浸泡時間變化圖而圖10-圖12，TPU強度隨時間變化趨勢也說明消毒劑進入TPU的作用途徑是小分子擴散到基體中，如果不能發生擴散溶脹，其強度基本不隨時間變化。對于三種TPU類型來說，聚己內酯的TPU-77AU對三種消毒液都保持了優異的拉伸強度，全周期都大于15Mpa。而聚醚型TPU-82A和聚酯型TPU-H75A分別在21天，35天出現強度小于10Mpa的樣條，已經不能正常使用了。

3結論

本文采用浸泡35天的方式，測試戊二醛、消毒水和醫用酒精三種常用消毒劑對TPU材料性能的影響，結果表明醫用酒精對TPU重量、硬度和拉伸強度有較大影響，戊二醛和消毒水相對影響較小。同時聚己內酯型的TPU77AU綜合性能優異，能夠滿足醫療設備消毒對材料的要求。而聚醚型TPU82A由于親水性較好，不適合用于長期和消毒劑接觸制品。自制的聚酯型TPU-H75A的消毒液耐受性較差，在分子量分布和結晶相態控制等方面還有很多需要改進的地方。

作者:雷宇 閆戈 郝同輝 單位:1.路博潤管理（上海）有限公司 2.湖北大學材料科學與工程學院