热塑性弹性体在医疗器械中的应用

热塑性弹性体在医疗器械中的应用

文/汤飞 1 张华威 1 杨志华 1 殷敬华1，2 *

1.威高集团有限公司

2.中国科学院长春应用化学研究所

热塑性弹性体（Thermoplastic elastomer，TPE）是一类在常温显示橡胶弹性，高温能塑化成型的高分子材料，兼具橡胶和热塑性塑料的特性。其高分子链段由塑料段（硬段）和橡胶段（弹性软段）组成。TPE常温具有硫化橡胶的特性，高温呈现热塑性塑料的加工特性，被称为天然橡胶、合成橡胶后的“第三代橡胶”。热塑性弹性体可分为反应共聚型和橡塑共混型两个类型。常见的可分为以下几类：苯乙烯类(SBC)、聚氨酯类(TPU)、聚酰胺类(TPA)、聚酯类(TPEE)、聚氯乙烯类(TPVC)、聚烯烃类简单共混型(TPO)和热塑性硫化胶(TPV)。目前这些类型的TPE都已工业化生产，几乎涵盖了现代合成橡胶与合成树脂的所有领域。

TPE的应用领域颇多，其中医疗制品是其主要应用领域之一，广泛用于医药包装、药液和血液存储输注以及各类导管、医疗设备配件等。这是因为与橡胶相比，TPE不需要硫化，能够采用热塑性塑料的注射模塑或者挤出成型加工工艺，甚至能够在一些基材上进行二次注塑成型，简化生产过程，降低成本；与热塑性塑料相比，TPE可以循环利用，经济环保。除了具备这种加工性能的优势外，TPE还具备了优越的化学、物理和生物性能，如抗氧化性能好、硬度范围宽、无毒等，可谓是弥补了塑料和橡胶的缺点，并集塑料和橡胶优点于一身，这些独特性能使之成为医疗器械制造业的首选。美国和欧洲的医疗制品生产商以每年10%的比率增加TPE的使用量，更清洁、更安全的要求使得TPE在更多医疗制品中崭露头角。就应用在医疗器械方面而言，苯乙烯类和聚氨酯类热塑性弹性体的使用量最大，涉及到的产品也最广，聚酰胺类热塑性弹性体也占有部分的市场份额。

通讯联系人：殷敬华，中科院长春应用化学研究所研究员，博士生导师；威高集团总工程师；*************.cn

一、热塑性弹性体作为医用材料所必须满足的条件

医用材料要与人体组织、血液、体液等接触，有的甚至永久性植入体内。因此，这类材料必须具有优良的生物体可替代性（力学性能、功能性）、生物相容性和血液相容性。热塑性弹性体同样需满足下列基本条件：

(1)在化学上是惰性的，不会因与体液接触而发生反应；

(2)对人体组织不会引起炎症和异物反应；

(3)不会致癌；

(4)不会发生变态反应性的过敏反应；

(5)具有良好的血液相容性，不溶血，不凝血；

(6)长期植入体内，也不会丧失拉伸强度和弹性等物理机械性能；

(7)能经受必要的消毒措施而不变形；

(8)易于加工成所需要的、复杂的形状。

本文将针对苯乙烯类、聚氨酯类和聚酰胺类热塑性弹性体在医疗器械上的应用状况及威高集团有限公司近几年来的产品开放情况作一介绍。

二、.苯乙烯类TPE在医疗器械中的应用

苯乙烯类TPE主要包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SIS）以及氢化SBS（SEBS）和SIS(SEPS)。这类热塑性弹性体力学性能优异；弹性好，断裂伸长率大，永久变形小；无毒；易加工，被誉为第四代橡胶。在TPE中，SBS占有重要的地位，是目前世界上发展最快、用量最大的一种可替代PVC、软硫化橡胶的环保型热塑性弹性体材料。SBS的不足就是抗老化性能较差，其氢化产物SEBS克服了这一缺陷。由于SEBS性能卓越，在业界享有“橡胶黄金” 之称。

目前国内主要生产厂家巴陵石化已生产SBS和SEBS等多种牌号的产品。2009年5月中旬巴陵石化合成橡胶事业部发布：经技术创新团队攻关，该部医用SEBS小试产品经国内大型医疗器械公司使用后，各项指标均媲美国际同类产品。国际知名的生产商有：美国科腾、日本可乐丽、台湾台橡、台湾荣化、意大利埃尼、西班牙DYNASOL公司以及日本旭化成。美国科腾公司作为苯乙烯嵌段共聚(SBC)化学的最初发明者其旗下产品类型多、牌号全，已经成为世界领先

的苯乙烯嵌段共聚物(SBCs)和独特的聚异戊二烯（Polyisoprene）系列产品的制造商，其产品大部分取得了FDA认证，有的取得了USPⅥ认证。SEPTON 是可乐丽通过独创技术开发出的苯乙烯类热塑性弹性体，也是可乐丽为医疗产品专门打造的品牌。其他公司虽然生产苯乙烯类热塑性弹性体则主要应用在工程领域。

苯乙烯类TPE所占总热塑性弹性体市场的份额最大，约50%，不过最近几年所占份额有所下降。近年来，随着国际医疗卫生领域对医用耗材卫生要求的日益严格，以及人们对健康的越来越重视，医疗制品的材质选用也就成为医用耗材制造商寻求突破的关键。因SEBS具有透明度高、热稳定性好、可采用蒸汽和环氧乙烷及紫外线消毒、本身无毒等特点，已被美国及欧盟相关认证机构认可用于医疗器材，如一次性输液管、血袋、婴儿奶嘴等生产，是一种理想的绿色环保的医用材料，得到推广和应用。近几年来，国外发达国家和地区苯乙烯类TPE产品市场成熟，需求增长稳定，国内外新品种开发主要集中在茂金属合金、医疗用无毒透明产品等方面。如国外最新开发的新型茂金属聚合物聚苯弹性体（PSE），其中苯乙烯含量达到80%。美国Teknor Apex公司开发用于医用导管用的是MP1508L1和MP1871-R配混料，是氢化异戊二烯橡胶与苯乙烯嵌段共聚物，替代传统胶乳和塑料填充管，具有更好的透明度和加工性能。苯乙烯类TPE在医疗器械方面的应用还有滴室、密封件及医用导管等。

三、聚氨酯类TPE在医疗器械中的应用

聚氨酯弹性体是有软段（长链多元醇）和硬段（二异氰酸酯及扩链剂）嵌段共聚合成的聚合物，通过调整这两个链段的比率，可以制备不同硬度的聚氨酯弹性体，硬度范围在60A-84D之间。由于医用级聚氨酯弹性体要求纯度高、反应条件和工艺条件要求苛刻，用量不大，生产技术只集中在少数的几家国外大公司手中，如：路博润、拜耳、巴斯夫、陶氏化学和亨斯迈等。

医用聚氨酯弹性体具有良好的延伸性和抗挠曲性，强度高、耐磨损，生物相容性好、无致畸变作用、无过敏反应，血液相容性、抗血栓性能好，且不损伤血液成分，同时聚氨酯材料具有优异的物理机械性能和加工性能，使其在医疗领域得到广泛应用。上世纪50 年代，聚氨酯弹性体开始应用于医用材料，最初用于骨修复材料，之后又成功用于血管外科手术缝合用补充涂层。聚氨酯弹性体作为一种医用材料受到越来越多的重视，各种医用聚氨酯弹性体迅速被开发出来。