医疗设备消毒剂耐受性研究

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摘要：本文研究了3种类型的热塑性聚氨酯（TPU）对常见消毒剂的耐受性。将TPU试样浸泡在戊二醛、消毒水或医用酒精等消毒剂中保持一定时间后，测试样品的重量、硬度和拉伸强度等性能变化情况。结果表明：聚己内酯型TPU稳定性优于聚醚型TPU和聚酯型TPU，适合用于医疗设备。

关键词：热塑性聚氨酯(TPU)；消毒剂；医用；硬度；强度

得益于热塑性聚氨酯(TPU)拥有的高强度、柔韧性和便于挤出、注塑成型加工的优异综合性能，特别是其制品表现出良好的尺寸稳定性和生物相容性，近年来TPU成为医疗设备的常用材料[1-8]。医疗设备在使用过程中不可避免与生物体接触，当医疗设备表面残留或者携带病菌，就会给生物体带来极大的威胁，甚至可能引起巨大的感染伤害。因此医疗设备在使用时必须保证是无菌无毒的，那么消毒剂的使用是不可或缺的[9-12]。本文通过测试不同类型的TPU片状试样在3种常见消毒剂中浸泡指定时间后重量、硬度和拉伸强度等性能的变化，评价TPU对消毒剂的耐受性，为医疗器械软质部件的材料选择和新材料开发提供一些借鉴或指导。

1实验部分

1.1实验原材料与设备。三种TPU原料：TPU82A：聚醚型TPU，路博润公司Gemothane8963系列，硬度80A，拉伸强度24Mpa；TPU77AU：聚己内酯型TPU，路博润公司Gemothane8955系列，硬度78A，拉伸强度25MPa；TPUH75A，聚酯型TPU，自制，硬度75A，拉伸强度20Mpa。三种消毒剂：使用去离子水配制，A、戊二醛溶液，戊二醛含量2%；B、消毒水，次氯酸钠含量10%；C、医用酒精，乙醇含量75%。制样和测试设备：精密型自动压片机由东莞市正工机电设备科技有限公司生产，型号ZG-50。万能拉伸试验机由深圳三思纵横科技股份有限公司生产，型号CMT4104。1.2TPU样片的制备。首先用真空干燥箱在80-85℃将TPU原料干燥4小时；然后通过自动压片机热压成型，热压温度180℃，压力10MPa，时间5min；然后冷压定型后，脱模获得厚度2mm的片材。重量和硬度的测试使用长×宽×厚=30mm×30mm×2mm的方形样片。拉伸测试使用哑铃型样条，记录样条平行部分厚度。将样片和样条，放置到指定的消毒液中浸泡，记录不同的浸泡周期：0天，1天，7天，14天，21天和35天。1.3性能测试在不同的浸泡周期，同一方形样片用于重量和硬度的测试，硬度测试方法遵循ASTMD2240标准。使用ASTMD412标准测试不同浸泡时间的哑铃型样条拉伸强度。

2结果与讨论

2.1样品重量随浸泡时间变化。图1TPU浸泡35天重量变化实验结果表明，TPU材料对不同消毒剂的吸附和吸收有明显差异，总体来说医用酒精最容易被渗透进入TPU样片中，TPU-82A增重最大为25%，最小的TPU-77AU也有9%的增重。相对而言，TPU对消毒水的耐受性最佳，增重约1%，而戊二醛消毒剂稍高，但也小于2%。酒精容易被吸收的主要原因是，乙醇分子运动能力强，可以和TPU的分子链上的氨基、羟基、醚键等作用形成氢键，部分破坏TPU的结晶，水分子和乙醇分子进入TPU基体中[13-15]。而图2-图4，TPU重量随时间变化趋势也说明消毒剂进入TPU基体中是溶胀过程，基本上在7天时溶胀平衡为重量最高点，延长浸泡时间，重量保持不变或减小，减小原因是少量TPU水解。对于三种TPU类型来说，聚己内酯型的TPU-77AU对三种消毒液的耐受性都有良好表现，增重最小。而聚醚型TPU-82A增重最大，聚酯型TPU-H75A表现接近TPU-77AU。聚醚型TPU由于醚键含量较多，更容易和水结合，所以吸水增重较多。2.2样品硬度随浸泡时间变化图。5TPU浸泡35天硬度变化实验结果表明，消毒剂能够比较明显的改变TPU材料的硬度，在实际使用中可能带给用户触感上的差异。消毒剂通常导致TPU硬度降低，样品变得更柔软，其内在原因是消毒液部分溶胀了TPU，水分子等小分子进入TPU分子链间隙，使分子链的相互作用力降低，类似增塑作用，整体容易变形，硬度降低。特别是医用酒精，能导致硬度下降16A，而戊二醛和消毒水相对硬度变化较小，小于3A。而图6-图8，TPU硬度随时间变化趋势也说明消毒剂进入TPU基体中是溶胀过程，基本上在7天时溶胀平衡为硬度最低点，延长浸泡时间，硬度保持不变或轻微升高。对于三种TPU类型来说，聚己内酯型的TPU-77AU对三种消毒液的耐受性优异，硬度变化约-3A~3A，由于人体对硬度的分辨力通常为5A，小于3A的硬度变化是可以接受的[13-15]。聚醚型TPU-82A硬度下降过大，超过10A；聚酯型TPU-H75A表现比TPU-77AU差，但好于TPU82A。2.3样品拉伸性能随浸泡时间变化图9TPU浸泡35天拉伸强度保持率实验结果表明，不同消毒剂对TPU的强度影响有明显不同。总体来说消毒水对强度的影响最小，能够保持70%以上，而戊二醛和医用酒精影响较大，只能保留50%-95%。TPU拉伸强度的变化，来源于TPU聚集态的变化，3种消毒剂都是水溶液，水分子和消毒剂小分子有可能扩散渗透进入TPU分子链间隙，形成氢键，导致分子之间作用力变化，引起拉伸强度的变化。乙醇分子容易进入TPU内部，所以TPU对医用酒精的耐受相对最差，而戊二醛不容易扩散，次氯酸钠极性差异也不容易进入TPU分子链间，所以其拉伸强度保持率较高[13-16]。图11TPU在消毒水中拉伸强度随浸泡时间变化图图12TPU在医用酒精中拉伸强度随浸泡时间变化图而图10-图12，TPU强度随时间变化趋势也说明消毒剂进入TPU的作用途径是小分子扩散到基体中，如果不能发生扩散溶胀，其强度基本不随时间变化。对于三种TPU类型来说，聚己内酯的TPU-77AU对三种消毒液都保持了优异的拉伸强度，全周期都大于15Mpa。而聚醚型TPU-82A和聚酯型TPU-H75A分别在21天，35天出现强度小于10Mpa的样条，已经不能正常使用了。

3结论

本文采用浸泡35天的方式，测试戊二醛、消毒水和医用酒精三种常用消毒剂对TPU材料性能的影响，结果表明医用酒精对TPU重量、硬度和拉伸强度有较大影响，戊二醛和消毒水相对影响较小。同时聚己内酯型的TPU77AU综合性能优异，能够满足医疗设备消毒对材料的要求。而聚醚型TPU82A由于亲水性较好，不适合用于长期和消毒剂接触制品。自制的聚酯型TPU-H75A的消毒液耐受性较差，在分子量分布和结晶相态控制等方面还有很多需要改进的地方。

作者:雷宇 闫戈 郝同辉 单位:1.路博润管理（上海）有限公司 2.湖北大学材料科学与工程学院