一种亲水性聚氨酯泡沫敷料及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用敷料技术领域，特别是涉及一种亲水性聚氨酯泡沫敷料及其制备方法。
背景技术
皮肤作为人体最大的器官，在感知外界刺激、调节体温、调控水分蒸发损失、保护体内各种组织和器官免受物理性和化学性损害、抵御病原微生物的侵袭等过程中发挥着重要作用。当皮肤受到大面积损伤时，会引起许多局部甚至全身性问题，严重的甚至会危及生命。因此，在皮肤出现大面积缺损或难以愈合的情况下，在其表面覆盖医用敷料进行修复就显得极为重要。
医用敷料是用于对各种创伤、创口表面进行临时覆盖的医用卫生材料，可作为皮肤的临时替代品，使之免受细菌感染及其他外来因素的影响，防止水分和蛋白质的过度流失，起到保护创面、促进愈合的作用。传统的医用敷料以棉、纱布、绷带等天然材料为主，多为干性，不能主动为创口提供温润的愈合环境，对创口的恢复不能够起到促进作用，对于细胞组织液的保持能力也有限；且传统医用敷料在创口愈合后会和组织成为一体，在后期的去除敷料的过程中给患者带来二次伤害与疼痛。因此，传统医用敷料已经难以满足人们的需求，性能更优的新型医用敷料正逐渐受到人们的重视。
聚氨酯泡沫敷料作为新型医用敷料的一种，不仅可以缩短伤口愈合时间，减少医用敷料用量，显著缩短护理时间；还能减少疤痕的产生与收缩，取下敷料时不粘连，减少患者痛苦，防止二次伤害，因而在医用敷料领域得到了广泛应用。但由于采用不同组分或不同制备方法得到的聚氨酯泡沫敷料性能差异较大，如何选择适宜的组分及制备方法来获得性能较优的聚氨酯泡沫敷料是当前的研究重点。
公开号为CN106137539A的专利提供了一种亲水性聚氨酯、亲水性聚氨酯发泡体及其制得的湿式创伤敷料，该专利通过先将第一聚醚多元醇与多异氰酸酯反应生成预聚物后，再加入第二聚醚多元醇及透明质酸进行反应，制备了具有亲水性的聚氨酯。公开号为CN107617124A的专利提供了一种医用聚氨酯泡沫敷料及其制备方法，该专利通过将含有催化剂、表面活性剂、交联剂、羧甲基纤维素钠和纯化水的混合料与含有海藻酸钠、抗黄剂、水性聚氨酯预聚体的混合料迅速混合发泡，制备了毒性小、对皮肤无刺激的聚氨酯泡沫敷料。
上述聚氨酯泡沫敷料均通过向聚氨酯预聚体中添加透明质酸或海藻酸钠的方式来提高其亲水性，但由于添加的透明质酸或海藻酸钠与聚氨酯预聚体间的结合作用较弱，在实际使用过程易于流失，使聚氨酯泡沫敷料的亲水性难以持续，并降低其力学性能，导致其应用受限。此外，当前聚氨酯泡沫敷料生产过程中使用的多元醇主要为石油基多元醇，由于这类多元醇通常存在成本较高、难以降解、污染环境等问题，如何利用更加价廉、环保的植物油基多元醇对其进行替代也逐渐成为了当前的研究热点。
有鉴于此，当前仍有必要对亲水性聚氨酯泡沫敷料及其制备方法进行研究，以解决上述问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种亲水性聚氨酯泡沫敷料及其制备方法，通过将植物油基多元醇与聚乙二醇按一定比例混合，并加入填料及助剂，待其混合均匀后再加入多异氰酸酯进行反应，从而以简便的方法和较低的成本制备生物相容性好、亲水性强且能够长效保湿的亲水性聚氨酯泡沫敷料。
为实现上述目的，本发明提供了一种亲水性聚氨酯泡沫敷料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将植物油基多元醇和聚乙二醇按预设质量比混合均匀，得到多元醇混合液；再向所述多元醇混合液中加入预定量的发泡剂、催化剂、表面活性剂和填料，加热搅拌并充分混匀后，得到混合液I；
S2、对步骤S1得到的所述混合液I进行静置处理，待气泡去除后再按预设的异氰酸酯指数加入多异氰酸酯，迅速搅拌使其混合均匀后，得到混合液II；将所述混合液II倒入模具中，充分反应后进行熟化处理，得到亲水性聚氨酯泡沫敷料。
进一步地，在步骤S1中，所述植物油基多元醇和聚乙二醇的预设质量比为1:(0.8～1.2)。
进一步地，在步骤S1中，所述填料的加入量占所述多元醇混合液质量的0.05％～0.2％；所述填料为透明质酸钠、海藻酸钠中的一种或两种混合。
进一步地，在步骤S2中，所述异氰酸酯指数为1.1～1.5。
进一步地，在步骤S1中，所述加热搅拌过程的温度为60～80℃，时间为3～10min。
进一步地，在步骤S2中，所述静置处理过程的静置时间为1～5min；所述迅速搅拌过程的搅拌速度为600～800r/min，搅拌时间为5～40s；所述熟化处理的温度为60～80℃，熟化时间大于12h。
进一步地，在步骤S1中，所述植物油基多元醇为大豆油基多元醇、蓖麻油基多元醇、棕榈油基多元醇、菜籽油基多元醇、橄榄油基多元醇、葵花籽油基多元醇、玉米油基多元醇中的一种或多种混合。
进一步地，在步骤S2中，所述多异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯、改性多异氰酸酯中的一种或多种混合。
为实现上述目的，本发明还提供了一种亲水性聚氨酯泡沫敷料，该亲水性聚氨酯泡沫敷料根据上述技术方案中任一技术方案制备得到。
进一步地，所述亲水性聚氨酯泡沫敷料的表观密度为53～58kg/m3，吸水率大于16g/g，保湿性大于3.5％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过将植物油基多元醇与聚乙二醇按一定比例混合，并加入填料及助剂，待其混合均匀后再加入多异氰酸酯进行反应，制备了生物相容性好、生物粘附性高、安全无毒、亲水性强且能够长效保湿的亲水性聚氨酯泡沫敷料，该泡沫敷料能够为创面愈合提供微环境，起到减少创面感染的辅助作用，具有较好的应用前景。同时，本发明提供的亲水性聚氨酯泡沫敷料的整体制备过程工艺简单、成本低廉，能够满足工业大规模生产的需求。
2、本发明通过将植物油基多元醇与聚乙二醇混合，形成了多元醇混合液并将其用于聚氨酯泡沫敷料的制备。与传统的单独使用石油基多元醇或单独使用植物油基多元醇相比，本发明通过调控植物油基多元醇与聚乙二醇的比例，既能够平衡植物油基多元醇的疏水性与聚乙二醇的亲水性，使二者协同作用达到适宜的亲水性；又能够充分利用植物油基多元醇原料储备丰富、价格低廉、安全环保、可再生等优点，降低聚氨酯泡沫敷料的生产成本，提高聚氨酯泡沫敷料生产过程的经济效益和环境效益。
3、本发明选择透明质酸钠或海藻酸钠作为填料，与传统的无机填料相比，具有明显优异的亲水性、生物相容性和生物粘附性，能够有效提高制得的聚氨酯泡沫敷料的生物相容性以及吸水保湿能力，从而更好地吸收伤口渗出液，并维持伤口的湿润环境，促进伤口愈合。同时，与现有技术中先将多元醇与多异氰酸酯反应生成预聚体，再加入填料相比，本发明通过将填料先与多元醇混合液混合，再加入多异氰酸酯进行反应，能够使填料充分参与聚氨酯的合成反应，利用作为填料的透明质酸钠或海藻酸钠分子链上的羟基与多异氰酸酯上的异氰酸酯基团反应，既能够生成更加紧密的结构，改善制得的聚氨酯泡沫敷料的力学性能；又能够有效提高填料与聚氨酯基体间的结合作用，克服了填料在使用过程易于流失的问题，使填料持续发挥作用，提高聚氨酯泡沫敷料的使用寿命，达到长效保湿的效果。
4、本发明通过调整亲水性聚氨酯泡沫敷料制备过程的原料及工艺参数，能够对制得的亲水性聚氨酯泡沫敷料的表观密度、吸水性和保湿性等性能进行调控，使制得的亲水性聚氨酯泡沫敷料的表观密度为53～58kg/m3，吸水率大于16g/g，保湿性大于3.5％，以满足实际应用的需求。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
本发明提供了一种亲水性聚氨酯泡沫敷料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将植物油基多元醇和聚乙二醇按预设质量比混合均匀，得到多元醇混合液；再向所述多元醇混合液中加入预定量的发泡剂、催化剂、表面活性剂和填料，加热搅拌并充分混匀后，得到混合液I；
S2、对步骤S1得到的所述混合液I进行静置处理，待气泡去除后再按预设的异氰酸酯指数加入多异氰酸酯，迅速搅拌使其混合均匀后，得到混合液II；将所述混合液II倒入模具中，充分反应后进行熟化处理，得到亲水性聚氨酯泡沫敷料。
在步骤S1中，所述植物油基多元醇和聚乙二醇的预设质量比为1:(0.8～1.2)。
在步骤S1中，所述填料的加入量占所述多元醇混合液质量的0.05％～0.2％；所述填料为透明质酸钠、海藻酸钠中的一种或两种混合。
在步骤S2中，所述异氰酸酯指数为1.1～1.5。
在步骤S1中，所述加热搅拌过程的温度为60～80℃，时间为3～10min。
在步骤S2中，所述静置处理过程的静置时间为1～5min；所述迅速搅拌过程的搅拌速度为600～800r/min，搅拌时间为5～40s；所述熟化处理的温度为60～80℃，熟化时间大于12h。
在步骤S1中，所述植物油基多元醇为大豆油基多元醇、蓖麻油基多元醇、棕榈油基多元醇、菜籽油基多元醇、橄榄油基多元醇、葵花籽油基多元醇、玉米油基多元醇中的一种或多种混合。
在步骤S2中，所述多异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯、改性多异氰酸酯中的一种或多种混合。
本发明还提供了一种亲水性聚氨酯泡沫敷料，该亲水性聚氨酯泡沫敷料根据上述技术方案中任一技术方案制备得到。
所述亲水性聚氨酯泡沫敷料的表观密度为53～58kg/m3，吸水率大于16g/g，保湿性大于3.5％。
下面结合实施例及对比例对本发明提供的亲水性聚氨酯泡沫敷料的及其制备方法进行说明。
实施例1及对比例1
实施例1提供了一种亲水性聚氨酯泡沫敷料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按质量比1:1称取大豆油基多元醇和聚乙二醇各35g，置于干净的塑料杯中，混合均匀后得到多元醇混合液；再分别称取1.68g蒸馏水(发泡剂)、0.7g三亚乙基二胺(催化剂)、0.7g硅油(表面活性剂)和0.07g透明质酸钠(填料)，将其混合均匀后加入所述多元醇混合液中，在65℃下搅拌5min，使其混合均匀，得到混合液I。
S2、对步骤S1得到的所述混合液I进行静置2min去除气泡，再按异氰酸酯指数为1.2计算并称取37.95g多异氰酸酯，该多异氰酸酯由80％的2,6-甲苯二异氰酸酯和20％的4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯混合而成；将所述多异氰酸酯加入混合液I中后，以600～800r/min的转速迅速搅拌8s使其混合均匀，得到混合液II；将所述混合液II倒入模具中，充分反应后在65℃下熟化24h，即得到亲水性聚氨酯泡沫敷料。
以市售的棉质医用纱布作为对比例1，对实施例1及对比例1的促进创面愈合效果进行动物实验评估，通过手术方法在大鼠背部造成创面，并在创口表面贴敷试样一周，观察创口表面疤痕平复情况，评价各试样对创面愈合的促进作用以及对疤痕的修复功效，具体实验步骤如下：
取12只Wistar大鼠，背部剪毛后，4％硫化钠脱毛，温水清洗，晾干。次日用5％水合氯醛0.8mL/100g腹腔注射麻醉，常规消毒巾铺于背部脊椎两侧1cm处，平行脊椎分别做长约5cm的切口，之后用丝线缝合，送回鼠盒中，待其苏醒后正常饲养。
将这12只大鼠随机分为两组，每组6只。一组为试验组，创面贴上实施例1制备的亲水性聚氨酯泡沫敷料；另一组为对照组，创面贴上作为对比例1的棉质医用纱布。各大鼠创面的敷料每天更换一次，连续七天，观察供试品对大鼠创面愈合的促进作用以及对表面疤痕的修复功效，结果如表1所示。
表1实施例1及对比例1的动物实验评估结果
由表1可以看出，实施例1制备的亲水性聚氨酯泡沫敷料能够促进创面愈合，并具有一定的疤痕修复功效，主要是因为本发明中选用的填料具有优异的亲水性、生物相容性和生物粘附性，能够有效提高制得的聚氨酯泡沫敷料的生物相容性以及吸水保湿能力，从而更好地吸收伤口渗出液，并维持伤口的湿润环境，促进伤口愈合。
实施例2～3及对比例2
实施例2～3及对比例2分别提供了一种亲水性聚氨酯泡沫敷料的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了步骤S1中作为填料的透明质酸钠的添加量，各实施例及对比例对应的具体透明质酸钠添加量及其占多元醇混合液的质量百分数如表1所示；其余步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
表1实施例2～3及对比例2的透明质酸钠添加量及其占比
为进一步评估上述实施例及对比例制备的亲水性聚氨酯泡沫敷料的性能，分别对其表观密度、吸水率及保湿性进行测试，结果如表2所示。
表2实施例1～3及对比例2的性能参数
由表2中实施例1～3的性能参数可以看出，随着透明质酸钠添加量的增加，制得的亲水性聚氨酯泡沫敷料的表观密度逐渐增加，但其吸水率和保湿性均呈现先增加后降低的趋势，当透明质酸钠占多元醇混合液质量的0.1％时，具有相对更优的吸水性和保湿性。
与实施例1～3相比，对比例2中未添加透明质酸钠，其制备的亲水性聚氨酯泡沫敷料的表观密度、吸水率和保湿性均相对较低。这主要是因为本发明通过将透明质酸钠先与多元醇混合液混合，再加入多异氰酸酯进行反应，能够使透明质酸钠分子链上的羟基与多异氰酸酯上的异氰酸酯基团反应，生成更加紧密的结构，既提高了聚氨酯泡沫敷料的表观密度，改善其力学性能；又能够提高透明质酸钠与聚氨酯基体间的结合作用，并充分发挥透明质酸钠本身优异的亲水性、生物相容性和生物粘附性，使制备的亲水性聚氨酯泡沫敷料具有更优异的吸水性和保湿性，从而更好地吸收伤口渗出液，并维持伤口的湿润环境，促进伤口愈合。
实施例4～5及对比例3～4
实施例4～5及对比例3～4分别提供了一种亲水性聚氨酯泡沫敷料的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了步骤S1中植物油基多元醇和聚乙二醇的质量比，其余步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
各实施例及对比例对应的植物油基多元醇和聚乙二醇的具体质量比及其制备的亲水性聚氨酯泡沫敷料的性能参数如表3所示。
表3实施例4～5及对比例3～4的制备条件及性能参数
由表3可以看出，植物油基多元醇对所制备敷料的吸水率和保湿性有一定影响，且在植物油基多元醇与聚乙二醇的质量比趋近于1:1时，制备的亲水性聚氨酯泡沫敷料具有更优异的吸水性和保湿性。这主要是由于不同植物油基多元醇和聚乙二醇的质量比影响了分子链上软硬链段的比例，进而影响了聚氨酯泡沫的泡孔结构，导致了制备的亲水性聚氨酯泡沫敷料的性能变化。因此，本发明优选植物油基多元醇和聚乙二醇的质量比为1:(0.8～1.2)。
实施例6～10
实施例6～10分别提供了一种亲水性聚氨酯泡沫敷料的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了步骤S2中设置的异氰酸酯指数、熟化温度或熟化时间，其余步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
各实施例对应的异氰酸酯指数、熟化温度、熟化时间及其制备的亲水性聚氨酯泡沫敷料的性能参数如表4所示。
表4实施例6～10的制备条件及性能参数
由表4可以看出，异氰酸酯指数控制在1.2，熟化温度在60～80℃，熟化时间24h时，所制备的亲水性聚氨酯泡沫敷料有最优异的吸水性和保湿性。这是由于低异氰酸酯指数导致异氰酸根与多元醇及透明质酸钠上的羟基未反应完全，交联程度不够；高异氰酸酯指数导致反应剧烈进行，放出大量热，出现“烧芯”现象，影响泡孔成型。因此，本发明优选异氰酸酯指数为1.1～1.5。
对比例5
对比例5提供了一种亲水性聚氨酯泡沫敷料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按质量比1:1称取大豆油基多元醇和聚乙二醇各35g，置于干净的塑料杯中，混合均匀后得到多元醇混合液；再按异氰酸酯指数为1.2计算并称取37.95g多异氰酸酯，该多异氰酸酯与实施例1中一致；将称取的多异氰酸酯加入多元醇混合液中并充分搅拌，待其反应完全后得到聚氨酯预聚体；
S2、分别称取1.68g蒸馏水(发泡剂)、0.7g三亚乙基二胺(催化剂)、0.7g硅油(表面活性剂)和0.07g透明质酸钠(填料)，将其混合均匀后加入所述聚氨酯预聚体中，迅速搅拌8s使其混合均匀，并将得到的混合溶液倒入模具中，充分反应后在65℃下熟化24h，即得到亲水性聚氨酯泡沫敷料。
对该对比例制备的亲水性聚氨酯泡沫敷料的表观密度、吸水率及保湿性进行测试，结果如表5所示。
表5对比例5的性能参数
由表5可以看出，实施例1制备的亲水性聚氨酯泡沫敷料与对比例5制备的聚氨酯泡沫敷料相比，两者有较为相近的表观密度，但前者有更加优异的吸水性及保湿性。
此外，与对比例5相比，实施例1通过将透明质酸钠先与多元醇混合液混合，再加入多异氰酸酯进行反应，能够使填料充分参与聚氨酯的合成反应，利用作为填料的透明质酸钠或海藻酸钠分子链上的羟基与多异氰酸酯上的异氰酸酯基团反应，既能够生成更加紧密的结构，改善制得的聚氨酯泡沫敷料的力学性能；又能够有效提高填料与聚氨酯基体间的结合作用，克服填料在使用过程易于流失的问题，使填料持续发挥作用，提高聚氨酯泡沫敷料的使用寿命，达到长效保湿的效果。因此，本发明提供的方法能够以简便的方法、低廉的成本，使制备的亲水性聚氨酯泡沫敷料在具有优异的吸水性及保湿性的同时，也具有较好的力学性能和长效保湿的效果，以满足实际应用的需求。
综上所述，本发明通过将植物油基多元醇与聚乙二醇按比例混合，并加入填料及助剂，待其混合均匀后再加入多异氰酸酯进行反应，制备了生物相容性好、生物粘附性高、安全无毒、亲水性强且能够长效保湿的亲水性聚氨酯泡沫敷料。通过上述方式，本发明既能够利用植物油基多元醇与聚乙二醇的混合在低成本的条件下使制得的聚氨酯泡沫敷料达到适宜的亲水性；又能够充分利用填料优异的亲水性及其结合作用，在提高聚氨酯泡沫敷料的力学性能的同时避免填料的流失，达到长效保湿的效果。同时，本发明提供的亲水性聚氨酯泡沫敷料的整体制备过程工艺简单、成本低廉，能够满足工业大规模生产的需求。
需要说明的是，本领域技术人员应当理解，本发明提供的填料可以是透明质酸钠、海藻酸钠中的一种或两种混合；植物油基多元醇可以是大豆油基多元醇、蓖麻油基多元醇、棕榈油基多元醇、菜籽油基多元醇、橄榄油基多元醇、葵花籽油基多元醇、玉米油基多元醇中的一种或多种混合；多异氰酸酯可以是2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯、改性多异氰酸酯中的一种或多种混合。同时，在本发明提供的亲水性聚氨酯泡沫敷料的制备方法中，步骤S1中加热搅拌过程的温度可以在60～80℃之间调整，时间可以在3～10min之间调整，使各原料充分混合均匀即可；步骤S2中的静置时间可以在1～5min之间进行调整，使气泡被完全去除即可；步骤S2中的迅速搅拌过程的搅拌时间可以在5～40s之间进行调整，熟化时间大于12h即可，均属于本发明的保护范围。
以上所述仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
