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【医疗UV胶水】医疗器材PVC\TPE\金属\tpu粘合UV胶水(图文)

文章出处:日昌华欣电子责任编辑:网络部人气:发表时间:2019-03-23 14:42:55【

 用于医疗应用的透气TPE薄膜

医疗器械和诊断行业杂志MDDI文章索引最初发布于2000年7月通过定制热塑性弹性体的硬段和软段化学,产品设计师可以制作满足各种保护性医疗产品要求的薄膜。
可渗透水蒸气或“透气”的热塑性弹性体(TPE)薄膜在医疗工业中得到越来越多的应用。1-3为了满足这种需求,已经开发了一系列具有基于醚型软链段和酰胺,氨基甲酸酯或酯硬链段的化学物质的这种膜。它们通常表现出基于醚的TPE的特性 - 可加工性,弹性,渗透性和强度。
 
与乙烯基或乳胶相比,氨基甲酸酯薄膜手套的更高渗透性导致舒适性和操作性增加。
 
TPE被挤出形成自支撑薄膜,其可设计用于层压到织物上。TPE薄膜用作灰尘或生物危害(例如血源性病原体)的屏障膜,同时仍允许排汗 - 一种称为水蒸气传输(WVT)的过程。本文介绍了这种重要屏障功能的机理,并回顾了各种TPE配方的相对优势。
 
障碍电影
 
开发具有防水和透气性的材料的一种商业上已证实的方法是使用微孔聚合物膜,例如由拉伸的聚四氟乙烯(PTFE),各种聚烯烃或沉淀浇铸的聚氨酯构成的那些。这些薄膜中的小孔尺寸阻止了液态水的渗透,但是互连的孔结构允许水蒸气的传输。
 
然而,对于衣服层压材料,通常选择连续或整体的TPE薄膜,因为它们不易受到表面污染和一些微孔结构观察到的其他相关问题的影响(参见表I)。这些整体薄膜更耐磨损和其他机械挑战。另外,膜的存在通常在织物的外观或处理方面不明显,其不产生噪音或气味。具有这些特性的薄膜具有低模量,低摩擦系数和低应变后的永久变形。
 
整体膜
技术
微孔膜
技术
防风 防风
防水防液 防水和防液体
表面活性剂不敏感 表面活性剂敏感
选择通透性 非选择性渗透性
高进水压力 低进水压力
显着的膨胀 几乎没有膨胀
撕裂强度好 撕裂强度低
优异的气味屏障 气味障碍
高WVT 高WVT
中等到高成本 成本低至高
表I.单片和微孔膜技术的特征比较。
当整块薄膜层压到开放式织物上时,TPE阻隔层的渗透性成为排汗消散的速率决定因素。小分子如空气组分-包括水蒸汽-可以通过一复杂的激活的分子溶液/扩散过程通过固体聚合物(活化是指必要在固体高分子创建分子途径的激活能量)。4 “透气”聚合物是那些对水蒸气具有高渗透性的聚合物,而不是那些对氧气或二氧化碳具有高渗透性的聚合物。潜在的浓度梯度越大,WVT的推动力越强,并且材料中的“芯吸”作用越明显。
 
致密的无孔TPE薄膜通过分子扩散(根据吸附 - 扩散模型)通过聚合物基质输送水分子,使用膜上部分水蒸汽压力的差异作为驱动力(见图1)。以这种方式,膜或膜用于控制邻近人体皮肤的小气候中的相对湿度和温度。为了最大限度地减少对水蒸气传输的阻力,薄膜应具有高水渗透性和低厚度。然而,最佳厚度不一定是最轻规格薄膜的最佳厚度,因为机械韧性随着降低而降低,并且在较低厚度下可以减小保护。
 
 
 
图1.通过亲水性整体TPU膜的水输送的示意图。
 
微气候动力学
 
皮肤和膜之间的微气候的重要参数是温度和湿度。为了保持恒定的核心体温和微气候与环境之间的热力学平衡(作为舒适性的定义),人类活动产生的热量应该等于散发到环境中的热量。热量损失的主要机制,特别是在体力活动期间,是水的蒸发和随后水向环境的输送。
 
图2.根据干燥剂方法在23°C(ASTM E96 A)下35μmPEE薄膜的水蒸汽透过率与相对湿度的关系。
 
在身体活动期间,人类每小时蒸发多达800克水,这相当于产生的热量的约1800kJ-约80%的热损失。由于组件上的部分水蒸汽压力的差异,水蒸气可以通过对流通过常规衣服开口和/或通过衣服组件的织物层之中和之间的停滞空气层的扩散传送到环境中。图2和表II分别显示了WVT对膜环境的环境条件和水分梯度的依赖性(数据仅用于比较目的,并不代表说明书)。还进行了对医学工业中常用的各种WVT测试方法的更详细的比较研究。五应该注意的是,碟形测试 - 例如ASTM E96中推荐的测试 - 通常显示出测试结果的显着变化,这与空气速度和其他单独的测试室条件有关。建议在直接比较中测试不同的薄膜。
 
程序 相关的
ASTM 
方法 单位 温度。(C) 相对。
哼。(%) TPU / 
PTHF 1 TPU / 
PEO 2 TPU / 
PEO 3
肖氏A 
硬度 D2244 85 90 82
回升 重量% 23 沉浸
1 14 48
直立
杯,
干燥剂 E96 A g / m 2 /天 23 85 320 800 1400
直立
杯,
干燥剂 E96 E. g / m 2 /天 38 90 850 2300 3700
直立
杯,
干燥剂 E96 E. g / m 2 /天 23 50 340 600 1000
直立
杯,
E96 B g / m 2 /天 23 50 200 600 900
杯,
E96 BW g / m 2 /天 23 50 1000 6000 9000
1 Walopur 2201 AU; 2 Walotex VPT 2204AC; 3 Walotex VPT 22002C
表二。具有不同软链段化学的商业TPU醚膜的典型WVT数据,根据几种常见的测试程序产生,其特征在于跨膜的不同水蒸气梯度。数据标准化为25-μm规格材料。
TPE树脂化学
 
有许多性质会影响聚合物的渗透性或透气性。例如,材料的亲水性,结晶度和填料含量都会影响聚合物传递水蒸气的能力。经常选择用于医疗用途的TPE是AB型多嵌段共聚物,由聚醚软链段和可结晶的硬链段组成。具有酰胺(PEBA),聚氨酯(TPU)或酯(PEE)硬链段的TPE树脂通常在弹性体中提供最高的机械韧性,使其成为制造轻质薄膜的极佳候选材料(参见图3)。6-9 可以操纵TPE的分子主链以改善渗透性 - 例如,通过掺入亲水部分以增加聚合物对水的亲和力。
 
 
 
图3.亲水性TPE薄膜中使用的硬链段树脂的化学结构。
 
在分段TPE中,渗透主要通过橡胶状的弹性软相而不是通过硬链段发生。结果,渗透率与硬链段含量或肖氏硬度成反比地变化。通常,软链段含量主要决定整体TPE膜的水蒸汽渗透性。图4说明了TPE的软链段含量越高,肖氏硬度越低的规则。
 
图4.肖氏D硬度和水蒸气透过率(ASTM E96 B,30°C,10μm)作为软链段含量(PEE-PEO / 4000 g / mol)的函数,参考文献9的数据。
 
软段。透气性TPE薄膜的基础聚醚软链段通常是聚环氧乙烷(PEO或PEG)或聚环氧乙烷/聚环氧丙烷(PEO / PPO)嵌段共聚醚,但也使用聚四氢呋喃(PTHF或PTMEG)(参见图5)。透气性TPE中通常不存在普通PPO软段。通常,不同软段的混合物用于平衡物理性质:例如,PEO更亲水,而PTHF在机械上更坚韧并且不会膨胀太多。增加软段中的CH 2 / O 2比率会降低硬段和软段之间的相容性。
 
图5.通常用于透气性TPE材料的醚型软链段大分子二醇的化学结构。
 
用于透气性TPE薄膜的树脂中亲水性软链段的分子量与其它聚醚基TPE的分子量具有相同的数量级(600-4000g / mol)。(文献中提供了标准醚软链段材料的性能评论.10)基于PEO的TPE提供了所有已知聚合物测得的最高水渗透率,接近(有时甚至超过)着名亲水聚合物的渗透性,如纤维素和聚乙烯醇。使用PEO作为薄膜中的软链段的一个缺点是其实质上的粘性,这可能是由于在任何洗衣或干洗过程中的加热或膨胀造成的。
 
根据整体膜的吸附 - 扩散模型,渗透率是渗透剂吸附到膜聚合物中的函数及其通过它的扩散运动。透气性TPE的高链流动性 - 所有醚醚PEO软链段的玻璃化转变温度远低于0°C证明 - 允许水的高扩散系数。通常认为高水渗透性与TPE内观察到的连续软段相有关。
 
吸水率高度依赖于PEO含量,但也取决于软链段分子量。据信,随着PEO软链段分子量的增加,吸水率的增加反映了硬段和软段之间的相分离程度。较低分子量的软链段通常导致机械上更坚韧的薄膜。
 
较高分子量的软链段形成更明显但硬的链段差的PEO结构域,其能够吸收更大量的水。PEO含量的吸水率的增加基本上显示绘制范围的指数增加,这可以通过由硬链段域形成的“物理”交联的减少量来解释。这些交联对亲水性PEO区域施加溶胀限制,继续在溶胀的聚合物基质中出现高于某一PEO含量的水簇。图6说明了两种类型的吸收水:结合水和液体(冷冻)。在PEO含量低的情况下,吸收的水通过氢键与PEO链结合。超过一定的PEO含量,越来越多地存在冷冻水。这种冷冻水可以用称为热量测定法的技术揭示,该技术通过DSC分析测量聚合物中水簇的冷冻/熔点降低。用这种技术可以确定从2到7nm变化的孔径。
 
 
 
图6.在室温下浸入水中的PEE / PEO TPE的吸水率:(a)作为软链段含量和软链段分子量的函数,和(b)作为PEO的函数(4000g) / mol)含量显示为总量和液体馏分,参考数据9。
 
硬段。透气性TPE薄膜的熔融温度很大程度上取决于存在的硬链段的类型。高熔融温度对于高温工艺(例如层压,织物防水,接缝密封和熨烫)期间的热稳定性是期望的。PA12-聚酰胺在其主要分子重复单元中具有12个碳单元 - 和大多数TPU硬链段提供175℃或更低的熔融温度,而使用一些基于聚酯的TPE导致熔点为200℃。
 
这些多嵌段共聚物的许多重要机械性能 - 例如拉伸强度或耐磨性 - 也由硬链段的类型决定。例如,掺入含氮PA12和TPU硬链段的配方通常产生更坚韧的薄膜(参见表III)。
 
程序 相关的
ASTM方法 单位 PEBA 1 TPU 2 TPU 3 PEE 4 >
肖氏A 
硬度 D2244 87 90 82 80
具体
重力 D792 g / cm 3 1.05 1.26 1.17 1.22
ULT。
拉伸  
MD D882 兆帕 37.6 35.1 46.8 11.0
光盘 23.1 29.4 38.1 7.1
ULT。
艺龙旅行网。  
MD D882 540 460 580 380
光盘 500 490 740 660
50%
模量  
MD D882 兆帕 14.2 6.4 5.6 5.6
光盘 11.9 5.4 4.4 3.8
撕裂
 
MD D1004 N /毫米 85.1 41.2 41.3 42.2
光盘 116.2 47.0 47.1 55.1
WVT在
38°C和
90%RH下 E96 E. g / m 2 /天 3200 2300 3000 2600
1 Pebatex MX 2234; 2 Walotex VPT 2204AC; 3 Dureflex PT1710S; 4 Dureflex PS2010S
表III。不同硬段化学透气PEO TPE薄膜的典型性能比较。数据标准化为25-μm规格材料。
FILM MANUFACTURE
 
用于制造整体透气薄膜的最常用技术是溶液浇铸和熔融挤出。
 
如果有合适的溶剂,TPE薄膜材料的热塑性使其成为从溶液中加工的潜在候选者。虽然TPU经常由MEK或其他溶液加工,但寻找合适的PEBA和PEE溶剂是有问题的,因为甲酚型溶剂难以正确处理。
 
例如,亲水性TPU可以从粘性溶液直接浇铸到织物上。蒸发溶剂后,可以获得致密的整体涂层。通过在溶液沉淀成非溶剂的同时控制相分离,也可以获得微孔膜。溶液加工通常比挤出更昂贵 - 这是挤出薄膜的显着优点。
 
熔融挤出是将TPE加工成薄膜的有利技术。除极软的等级外,大多数亲水性TPE适合挤出(见图7)。TPE原料的干燥是至关重要的,因为它们倾向于非常快地吸收环境水分,并且熔体中的高水分含量会导致膜表面不均匀。可以使用常规扁平模具或用于吹膜的标准圆形模具从熔体成形薄膜。通过模头的熔融聚合物的量和相应的铸造,冷却或顶部起飞辊的速度决定了薄膜的最终厚度。从模唇到最终薄膜的TPE的厚度经受50:1至100:1的拉伸比。TPE必须具有足够的熔体强度以承受拉伸而不会撕裂。结晶应优选在拉伸完成后进行,以使机器方向的取向和机械性能的各向异性最小化。表III显示了纵向(MD)与横向(CD)的TPE性能的比较。
 

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