导尿管球囊用硅橡胶材料的制备及其性能研究

摘要

硅橡胶具有耐高低温、耐溶剂、柔软性好、透气性好、生理惰性、生物相容性好、与人体组织血液不粘连及消毒简便等优异性能，广泛应用于医疗卫生、电子电器、汽车、航空等各个行业，在医疗卫生中的应用和研究更受人关注。硅橡胶球囊导尿管是临床普遍使用的一种外科辅助医疗器械，在外科导尿、止血、引流、灌药和膀胱冲洗及显影诊疗技术中起着重要作用。但由于硅橡胶分子链柔性大，分子链间相互作用力较弱，内聚能密度低，难结晶，导致硅橡胶的抗撕裂性能和拉伸性能较差。硅橡胶作为临床导尿管用扩张性球囊时，在置留导尿过程中易爆裂，且使用后回缩不良难以取出，增加病患痛苦和经济负担。因此研发出撕裂强度高、回弹性好的硅橡胶材料及其制备工艺，是硅橡胶植入材料发展中亟待解决的关键问题。这对提升我国医疗器械技术水平和促进我国医疗卫生事业的发展具有重要意义。
　　本文以医用甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)为原料，采用正交试验优化二段硫化工艺，并探索了交联剂过氧化苯甲酰(BPO)对VMQ结构与性能的影响;详细探究了纤维素纳米晶须(NCC)对VMQ的增强效果。运用了模拟尿液浸泡硅橡胶，考察了尿液浸泡前后硅橡胶样品的力学性能和形貌变化，分析材料临床医学应用可能性，为制备高强度、高撕裂性能的医用硅橡胶植入材料提供理论基础和技术指导。具体研究工作包括以下几个方面:
　　(1)采用正交试验考察硫化时间、温度、压强对其各力学性能的影响。结果表明，在160℃、5 min、12 MPa下制备的VMQ具有较高的综合力学性能，200℃、6h为二段硫化的较优工艺。此硫化工艺下制备的硅橡胶的撕裂强度有20.15 KN/m，拉伸强度为9.31MPa，定伸变形率为8.68％，断裂伸长率为1465％，整体力学性能较优。DMA测试表明二段硫化可以进一步分解残留于硅橡胶体内的硫化剂，减少硅橡胶内部内部界面不均匀的情况，完善了网络交联结构，使硅橡胶玻璃化转化温度Tg的升高。优化胶经模拟尿液浸泡14 d后力学性能无大幅度下降，由未浸泡时的20.15 KN/m和9.01 MPa降至18.47 KN/m和8.61 MPa，减损不大。FE-SEM结果也表明了尿液浸泡对硅橡胶表面有一定影响但对内部影响不大。
　　(2)将交联剂过氧化苯甲酰(BPO)添加到VMQ中以研究其含量对VMQ性能影响。结果表明BPO添加量0.1 phr制备的硅橡胶的撕裂强度有20.58 KN/m，拉伸强度为9.03MPa，定伸变形率为8.58％，断裂伸长率为1460％，整体力学性能较优，为本实验的较优交联剂配方工艺。DMA实验表明BPO的适当加入可增加硅橡胶内部的网络交联结构，限制硅胶分子的链段自由运动，阻碍硅橡胶基体从玻璃态转变为高弹态，硅橡胶的Tg升高。制备的VMQ经人工模拟尿液浸泡14d后，平均撕裂强度为19.23 KN/m，拉伸强度为8.56MPa，与浸泡前分别降低了7.24％和5.87％，化学稳定性较好。
　　(3)将纤维素纳米晶须(NCC)添加到VMQ中，对NCC/VMQ复合材料的形貌和力学性能进行检测，研究其对硅橡胶的影响。结果表明，NCC的加入并未很好提高VMQ的力学强度，对其变形率的减小有显著效果，但VMQ的应力—应变曲线显示，NCC的加入明显地提高了VMQ材料的1000％处的定伸强度，说明NCC是有效的补强体，由于脆性增加，断裂伸长率降低导致强度下降。浸泡14d后优选NCC/VMQ复合材料的撕裂强度和拉伸强度分别由的20.35 KN/m和8.25 MPa降至19.03 KN/m和8.02 MPa，分别为原来的93.44％和94.8％，CNC/VMQ复合材料耐模拟尿液腐蚀较好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 硅橡胶的结构

1．2 硅橡胶的性能

1．2．1 生物相容性

1．2．2 耐高低温性

1．2．3 其他性能

1．3 硅橡胶的分类

1．3．1 按反应机理分

1．3．2 按硫化温度分

1．3．3 按所用单体分

1．4 硅橡胶的应用研究

1．4．1 医疗卫生领域

1．4．2 汽车领域

1．4．3 电气电子领域

1．4．4 其他领域

1．5 硅橡胶的缺陷及改性

1．5．1 补强体系改性

1．5．3 硫化体系改性

1．6 论文的立题依据、研究内容及创新点

1．6．1 立题依据

1．6．2 研究内容

1．6．3 创新点

第二章 医用硅橡胶的工艺优化及其性能研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料与仪器

2．2．2 硅橡胶在不同硫化温度下硫化曲线的测定

2．2．3 正交试验

2．2．4 二段硫化实验

2．2．6 尿液浸泡实验

2．2．7 力学性能测试

2．2．8 动态热力学分析(DMA)

2．2．9 傅里叶红外光谱分析(FT-IR)

2．2．8 场发射扫描电镜分析(FE-SEM)

2．3 结果与讨论

2．3．1 VMQ的硫化曲线测定

2．3．2 正交试验结果分析

2．3．3 硫化温度对VMQ力学性能的影响

2．3．4 二段硫化时间对VMQ性能的影响

2．3．5 二段硫化对VMQ动态力学性能的影响

2．3．6 二段硫化对VMQ内部结构的影响

2．3．7 尿液浸泡对VMQ的影响分析

2．4 本章小结

第三章 交联剂含量对医用硅橡胶性能影响的研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料与仪器

3．2．2 VMQ复合材料的制各及配方

3．2．3 VMQ尿液浸泡实验

3．2．4 拉伸性能测试

3．2．5 动态热力学分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 BPO含量对VMQ力学性能的影响

3．3．2 BPO对MVQ动态力学性能的影响

3．3．3 液浸泡实验结果分析

3．4 本章小结

第四章 纤维素纳米晶须／硅橡胶复合材料的制备及其性能研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料与仪器

4．2．2 NCC的制备

4．2．3 NCC／VMQ复合材料的制备

4．2．4 尿液浸泡实验

4．2．5 力学性能测试

4．2．6 动态力学性能分析(DMA)

4．2．7 场发射扫描电镜分析(FE-SEM)

4．2．8 傅里叶红外光谱分析(FT-IR)

4．3 结果与讨论

4．3．1 NCC及VMQ／NCC复合材料微观形貌分析

4．3．2 改性前后的NCC的FT-IR分析

4．3．3 NCC含量对NCC／VMQ复合材料力学性能的影响

4．3．4 纤维素晶须含量对NCC／VMQ复合材料动态力学性能的影响

4．3．5 尿液浸泡对NCC／VMQ复合材料的影响

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

附录

致谢