医疗用TPU分类及主要用途

医疗用TPU分类及主要用途

2010/1/7/9:53来源：Alibaba

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慧聪塑料网讯：医疗级聚氨酯弹性体的种类

热塑性聚氨酯弹性体（TPU）在医疗中使用的聚氨酯弹性体主要是热塑

性聚氨酯（TPU）弹性体。其加工方式可为注射成型、挤出成型或溶液浇汪成型。

热塑性聚氨酯是由软段（长链的低聚物二醇）及硬段（二异氰酸酯及扩链剂）所

组成的线性嵌段聚合物，由于硬段具有很强的极性，硬段之间通过氢键形成硬段

微相区，分布于软段基体中，形成一种物理性交联点，使弹性体具有硫化橡胶的

弹性回复性能。由于聚氨酯分子结构中的软硬段存在极性差异，这种结构使它与

生物体具有良好的相容性。由于TPU加工方便，性能优异，已广泛应用于多种医

疗及保健制品，如可用于长期及短期植入人体的医用材料等。

TPU的性能根据原料二异氰酸酯、低聚物二醇及短链二醇扩链剂的品种

及配比而定。在医疗用聚氨酯弹性体制备中，两种常用二异氰酸酯是芳香族的

4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）及脂肪族的亚甲基二环己基二异氰酸酯

（HMDI）。常用的低聚物多元醇有聚四亚甲基醚二醇（PTMEG）、聚酯二醇及聚

碳酸酯二醇等。由于以PTMEG与MDI或HMDI制成的聚氨酯弹性体具有优异的机

械强度、耐水性及生物相容性，PTMEG是用于医疗用聚氨酯材料的一种重要的低

聚物二醇，聚酯二醇也可用于医疗级聚氨酯材料，目前注意力已集中于聚碳酸酯

二醇。最常用的扩链剂是1,4-丁二醇（BD）。

几种医疗级TPU的原料、性能及商品牌号举例如下：

（1）脂肪族聚醚氨酯以HMDI或六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、PTMEG

及BD为原料的TPU具有良好的生物相容性、强度及可加工性。如美国Thermedics

公司（原Thermo Electron公司）的医用聚氨酯Tecoflex的组成是

PT-MEG-HMDI-BD，80年代美国DuPont公司的医用聚氨酯Adiprenelw 500的原

料是PTMEG-HDI-BD。

（2）芳香族聚醚氨酯这类TPU以MDI、PTMEG及BD为原料。与脂肪

族聚醚氨酯相比，它们具有类似的生物相容性，而物理强度、耐溶剂性及高温可

加工性比脂肪族TPU好，是一类应用较早、牌号较多的TPU。其缺点是暴露在光

或γ射线下时间长了会变黄。如果操作温度不当可产生亚甲基-4,4’-二苯基二

胺（MDA）。商品牌号有：美国BF Goodrich公司的Estane，美国DOW化学公司

（早先的Upjohn公司）的Pellethane，Thermedics公司的Tecothane，Bayer

美国公司的Texin，美国JPS弹性体公司的Stevens系列热塑性聚氨酯MP-1880、

MP-1882及MP1890，德国Elastogran公司的Elastollan SP806，等等。

（3）脂肪族聚碳酸酯氨酯这类TPU以HMDI、聚碳酸酯二醇为原料。

它具有与聚醚氨酯类似的生物相容性，耐氧化降解性及生物稳定性更好，有良好

的强度和操作性。商品有Thermedics公司的Carbothane、PolyMedica工业公司

的Chronoflex等。这种TPU能抵抗酶诱发的降解，用于人造心脏及血管。

（4）芳香族聚碳酸酯氨酯其原料是MDI、聚碳酸酯二醇和BD。它具

有与脂肪族聚碳酸酯氨酯类似的生物稳定性及生物相容性，芳香族聚氨酯的强度

和耐溶剂性，缺点是可能产生MDA及黄变。商品有美国聚合物技术集团公司的

Bionate等。

（5）芳香族聚酯氨酯以聚己内酯或聚己二酸酯MDI和BD为原料，这

类TPU的强度比PTMEG型聚氨酯的高，但易于水解和受微生物的侵袭。商品有

BF Goodrich公司的Estane、Dow化学公司的Pellethane等。

（6）聚氨酯-脲弹性体例如Bayer（美国）公司的Texin5590是一种脂肪族聚醚

脲型TPU，设计用于与血液接触的场合，以及管形材料及导液管等短期植入装置。

美国Ethicon公司的医用聚氨酯弹性体Biomer是由PTMEG和MDI反应生成端异

氰酸酯基预聚物。在二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中以乙二胺为扩链剂，浇注而成

的线性聚氨酯-脲嵌段聚合物。Corvita公司90年代研制的植入人体器官用TPU

弹性体材料Corethane，未透露组成成分，据称它具有与广泛使用的芳香族聚醚

聚氨酯相似的性能，但在人体内不会受酶的影响而降解。该公司还在开发研制聚

氨酯共聚物以及与其它聚合物的复合材料，用于体内植入物。

其它聚氨酯弹性体除TPU之外，一些聚氨酯弹性体预聚物及共聚物也

应用于医疗场合。例如，美国Kontron公司的Cardiothane是一种聚氨酯-有机

硅弹性体。它是在由MDI和聚四氢呋喃醚二醇生成的预聚物中加入分子量较大的

硅氧烷交联剂（端乙酰氧基硅氧烷），由微量水交联而生成的交联聚合物，采用

溶液浇注法成型。Avcothane是美国Avco-Ereto公司开发的聚氨酯-聚二甲基硅

氧烷嵌段共聚物，此材料在外循环血泵中用，可以采用浸渍成型，有很好的机械

性能，能满足人工心脏苛刻的要求。聚氨酯弹性体可以多种形式用于医疗，例如

可以PTMEG-MDI预聚体销售，根据所需的形状进行现场浇注成型。还可制成微孔

弹性体。下面介绍聚氨酯弹性体在医疗中的用途。

聚氨酯弹性体的应用聚氨酯首次应用于骨折修复材料，尔后又成功用

于血管外科手术缝合用补充涂层。70年代开始聚氨酯作为一种医用材料已受到

重视。到了80年代初，用聚氨酯弹性体制作人工心脏移植手术获得成功，使聚

氨酯材料在生物医学上的应用得到进一步的发展。下面对聚氨酯弹性体在医疗方

面的应用的作简单地介绍。

人工心脏辅助装置用于人工心脏隔膜及包囊的弹性体，要求具有良好

的生物和血液相容性，以及优异的机械强度特别是耐曲挠性能。心脏的博动若按

每分钟70次计算，则植入人体的心脏每年要耐曲挠4千万次，按植入10年计算，

则需耐4亿次曲挠。60年代研制人工心脏，开始用硅橡胶和天然橡胶制作人工

心脏气囊，虽然有较好的生物相容性，但在耐曲挠性能方面却不能满足要求。80

年代初研制成功的聚氨酯弹性囊，经试验，其耐曲挠超过5亿次，应用于人工心

脏获得成功。故世界各国研制人工心脏及其辅助装置的材料，都倾向于使用聚氨

酯材料。人工心脏上用的聚氨酯弹性体隔膜材料，为聚醚型热塑性聚氨酯，其组

成成分一般是聚四呋喃醚二醇（PTMEG）-MDI（或HDI）-BD或乙二胺，溶液浇注

或注射成型。为利用硅橡胶的优异生物相容性，也有采用聚氨酯-硅烷嵌段共聚

物。

医用胶管热塑性聚氨酯弹性体具有优异的机械强度、柔韧性、耐磨性

以及生物相容性，可用于各种医用胶管管材，如输液管、导液管、导尿管。无毒

的软质聚氯乙烯大量应用于医用胶管，采用医用级聚氯乙烯管时，因此必须使用

无毒的稳定剂和增塑剂。而采用热塑性聚氨酯弹性体和软质聚氯乙烯共混树脂，

可制成各种医用特殊输液和输血装置，用聚氨酯弹性体制作的双压胶管的内胶

层，能防止聚氯乙烯中增塑剂向溶液中迁移。聚氨酯材料还能制造胃镜软管。胃

镜软管是光学纤维胃镜的重要配件之一。要求其具有足够的柔软性、弹性、无毒；

另外在制作工艺上要求管径均匀无弯曲变形，对管子表面的光洁度也有很高的要

求，现在采用热塑性的聚氨酯弹性体，挤出成型制作胃镜软管，工艺简单，加工

方便，柔软性和弹性都较好，符合医用要求，国外已普通采用。80年代初北京

市塑料研究所曾采用TPU挤塑成型制造胃镜软管。山西省化工研究所1992年研

制成功了用于气管切开患者的聚氨酯气管套管，由圆弧形内外套管等组成，较金

属套管舒适，柔韧性好，可用常规方法灭菌。

聚氨酯薄膜制品TPU能够通过溶液浇注成型或挤塑、吹塑成型制成薄而韧的薄

膜。这种薄膜具有较高的强度和弹性，例如美国JPS弹性体公司Stevens聚氨酯

薄膜拉伸强度高达41.2~54.9MPa，能伸长8倍，并回到原来的尺寸而无明显的

形变。它们不含增塑剂，能长期、并在较宽温度范围保持其柔韧性，还具有良好

的透气性、耐药品性、耐微生物、耐辐射性能，可用于多种医疗卫生用途，如灼

伤覆盖层、伤口包扎材料和取代缝线的外科手术用拉伸薄膜、用于病人退烧的冷

敷冰袋、一次性给药软袋、填充液体的义乳、避孕套、医院床垫及床套等。

TPU薄膜能有效地作为阻隔细菌的屏障，用于医院病床罩垫能使病人的

汗容易挥发，手感舒适，能进行消毒处理，Bayer（美国）公司开发的吹塑聚氨

酯薄膜DureflexPS2010S及PS2020S，24h湿气透过率为600g/m2，撕裂强度为

525N/cm。在1994年，伦敦国际集团（LIG）公司开发了世界上第一种聚氨酯避

孕套并开始生产，商品牌号为Durex-Avanti，已得到美国食品药物管理局（FDA）

的认可。它采用牌号为Duron的TPU制造，强度为乳胶的1倍，可做得更薄（厚

度仅50μm），提高敏感性。此新型避孕套透明、无气味、耐油质润滑剂，可防

止性传播疾病，特别适于对乳胶过敏的人。以聚氨酯薄膜为囊避材料、采用液体

填充而成的义乳，手感柔软，与皮肤接触无异物感，放入高档胸罩中，适合于乳

房手术者及女性乳房偏小者佩戴，效果逼真，国内已有生产。某公司采用TPU

薄膜生产一次性静脉给药体系的软囊。这种给药体系由装药的塑料容器、聚氨酯

软囊、流速控制系统组成。其中聚氨酯软囊是关键部件，采用3层聚氨酯薄膜用

射频焊封在一起，最里层有液体药物，第二和第三层之间是一安瓿，挤压后被活

化产生CO2气体，把药物挤出容器。

假肢采用共聚醚型聚氨酯-脲弹性体或聚醚型聚氨酯制作的人体假

肢，和人体组织有很好的相容性。聚酯-MDI发泡所制得的聚氨酯泡沫弹性体可

制作假脚。水发泡聚氨酯弹性体可制作假肢护套，其表面模仿人的真正皮肤，很

容易洗涤，这种护套有很好的物理和机械性能。特别是在耐磨性能方面超过乳胶

护套。80年代初我国北京假肢厂进行了聚氨酯假肢的研究。江苏省化工研究所

在80年代中后期开展了微孔聚氨酯弹性体假肢包覆材料的研究，上肢肢体采用

聚醚多元醇和TDI一步法制成微孔弹性体，而要求耐磨及耐屈挠的手掌和手指部

分以聚酯多元醇和MDI为主要原料采用半预聚法制备。用聚氨酯材料替代原来包

覆PVC的乳胶手套材料，消除了电动假手的大部分噪音，并省电。

聚氨酯薄膜制品TPU能够通过溶液浇注成型或挤塑、吹塑成型制成薄而韧的薄

膜。这种薄膜具有较高的强度和弹性，例如美国JPS弹性体公司Stevens聚氨酯

薄膜拉伸强度高达41.2~54.9MPa，能伸长8倍，并回到原来的尺寸而无明显的

形变。它们不含增塑剂，能长期、并在较宽温度范围保持其柔韧性，还具有良好

的透气性、耐药品性、耐微生物、耐辐射性能，可用于多种医疗卫生用途，如灼

伤覆盖层、伤口包扎材料和取代缝线的外科手术用拉伸薄膜、用于病人退烧的冷

敷冰袋、一次性给药软袋、填充液体的义乳、避孕套、医院床垫及床套等。

TPU薄膜能有效地作为阻隔细菌的屏障，用于医院病床罩垫能使病人的

汗容易挥发，手感舒适，能进行消毒处理，Bayer（美国）公司开发的吹塑聚氨

酯薄膜DureflexPS2010S及PS2020S，24h湿气透过率为600g/m2，撕裂强度为

525N/cm。在1994年，伦敦国际集团（LIG）公司开发了世界上第一种聚氨酯避

孕套并开始生产，商品牌号为Durex-Avanti，已得到美国食品药物管理局（FDA）

的认可。它采用牌号为Duron的TPU制造，强度为乳胶的1倍，可做得更薄（厚

度仅50μm），提高敏感性。此新型避孕套透明、无气味、耐油质润滑剂，可防

止性传播疾病，特别适于对乳胶过敏的人。以聚氨酯薄膜为囊避材料、采用液体

填充而成的义乳，手感柔软，与皮肤接触无异物感，放入高档胸罩中，适合于乳

房手术者及女性乳房偏小者佩戴，效果逼真，国内已有生产。某公司采用TPU

薄膜生产一次性静脉给药体系的软囊。这种给药体系由装药的塑料容器、聚氨酯

软囊、流速控制系统组成。其中聚氨酯软囊是关键部件，采用3层聚氨酯薄膜用

射频焊封在一起，最里层有液体药物，第二和第三层之间是一安瓿，挤压后被活

化产生CO2气体，把药物挤出容器。

假肢采用共聚醚型聚氨酯-脲弹性体或聚醚型聚氨酯制作的人体假

肢，和人体组织有很好的相容性。聚酯-MDI发泡所制得的聚氨酯泡沫弹性体可

制作假脚。水发泡聚氨酯弹性体可制作假肢护套，其表面模仿人的真正皮肤，很

容易洗涤，这种护套有很好的物理和机械性能。特别是在耐磨性能方面超过乳胶

护套。80年代初我国北京假肢厂进行了聚氨酯假肢的研究。江苏省化工研究所

在80年代中后期开展了微孔聚氨酯弹性体假肢包覆材料的研究，上肢肢体采用

聚醚多元醇和TDI一步法制成微孔弹性体，而要求耐磨及耐屈挠的手掌和手指部

分以聚酯多元醇和MDI为主要原料采用半预聚法制备。用聚氨酯材料替代原来包

覆PVC的乳胶手套材料，消除了电动假手的大部分噪音，并省电。

医用聚氨酯的研究热塑性聚氨酯本身具有良好的生物相容性，但为了提高其血液

相容性，减少出现血栓的机会，还可通过对弹性体及弹性体表面进行改性，例如

在聚氨酯分子中引入亲水性的离子基团和亲水性链段、进行接枝聚合、与有机硅

等进行嵌段聚合，以提高弹性体制品表面的生物相容性和血液相容性，这方面有

不少研究。例如90年代国外开始研究的聚氨酯及聚氨酯-丙烯酸酯水凝胶，采用

脂肪族二异氰酸酯与聚醚多元醇、扩链剂或羟基丙烯酸酯单体等原料制成，含亲

水性成分，具有良好的生物相容性，可用于隐形眼镜、假肢部件、植入管材等。

由于价格等原因，在医用合成材料中，聚氨酯只占一小部分份额。美国

等国家的医用聚氨酯材料早已商业化，新材料、新用途仍在开发之中，医疗用品

对合成材料的性能有严格的要求，研究中需相关医疗单位的支持配合。国内不少

单位从事过或正在从事医用聚氨酯的研究，如山西省化工研究所、中山大学、上

海橡胶工业制品研究所、江苏省化工研究所等，但推广应用不够，影响不大，与

发达国家水平相比差距较大，有些材料如聚氨酯薄膜目前主要依赖进口。由于聚

氨酯弹性体的特殊而可靠的性能，具有高附加值，国内应加强研究和推广应用，

希望有关部门给予支持。