超高分子量聚乙烯膜的改性方法及其在醫用材料中的應用

楊 靜

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東廣州 510000）

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是典型的生物材料，具有優異綜合性能以及熱塑性，因此在工程塑料、工程膜材中廣泛應用。UHMWPE最早在二十世紀六十年代由美國應用化學公司提出并發展，開始工業化生產進程[1-2]。UHMWPE具有超高分子量，一般超過100萬，超高分子量決定了UHMWPE具有良好的耐腐蝕性、耐低溫性以及耐溶劑性、耐沖擊性[3]，保證了UHMWPE制備的產品和膜材能夠在-260℃的條件下使用。同時已有研究也表明UHMWPE具有良好的生物相容性，因此能夠用作人體治療的醫學材料，目前軟組織、人造關節中均已經開始應用UHMWPE材料。UHMWPE能夠作為醫學材料除了生物相容性之外，還因為UHMWPE具有一定的高耐磨性和低摩擦性、高沖擊強度，另外良好的生物穩定性也是重要原因。但UHMWPE在低溫下基本沒有能夠溶解的溶劑，且UHMWPE的黏度較高，這些因素限制了其在生物膜等醫療領域中的應用，但研究者進行了部分研究。其中Castro在二十世紀八十年代基于TIPS方法制備了UHMWPE膜。Lloyd等在1990年對TIPS方法進行了更深入的研究，分析了TIPA方法中的具體影響因素。

UHMWPE膜具有質量優、價格相對便宜的優點，但也存在彎曲強度較差、表面硬度較低及熱變形溫度較低等缺陷與不足，這些缺陷與不足限制了UHMWPE膜應用領域的進一步擴展。為進一步提高UHMWPE膜性能以拓展其應用領域，提出了基于表面工程的UHMWPE改性方法，研究發現其效果較優，UHMWPE的表面改性成為當前研究熱點之一。

1 UHMWPE簡介

UHMWPE分子結構雖和普通高密度聚乙烯結構類似，但分子量更高，超過100萬，屬于超高分子量范疇。超高分子量也決定了UHMWPE具有一些高密度聚乙烯材料所沒有的特殊性能，包括典型的耐沖擊性、耐磨性以及自潤滑性等性能。

自UHMWPE受到人們重視以來，UHMWPE加工改性技術不斷得到發展完善，UHMWPE加工方法主要包括擠出成型法、壓制燒結法、吹塑成型及注塑成型法等。在UHMWPE材料的工業化生產過程中出現了一些典型UHMWPE生產公司，包括日本三井石油化學公司、聯邦德國Hoechst公司、日本昭和石油化學工業公司等。

2 UHMWPE的改性方法

UHMWPE具有表面硬度差、彎曲強度差及變形溫度低和蠕變性能差等缺陷與不足，因此需要進行一定改性，目前常用改性包括交聯、填充等。而針對UHMWPE膜的改性方法較多，包括光接枝改性、物理改性、化學改性、共混改性以及等離子體改性等。其中應用較廣泛和成熟的方法主要是化學改性，常見的化學改性方法包括偶聯劑改性以及化學氧化改性等；另外光接枝改性也已經成為目前常用的改性方法之一，其中本體接枝、液相/氣相接枝是典型的光接枝方法的代表。

3 UHMWPE的應用情況

“性能卓越，加工困難”八個字充分反映了UHMWPE材料的良好特點及性能。前面指出UHMWPE材料具有典型的耐光、耐沖擊、耐腐蝕以及耐磨性能。這些優良性能決定了UHMWPE能夠應用于高性能纖維市場，目前UHMWPE已經應用于輕質復合材料領域，且優勢顯著。在我國當前軍事領域、航空航天領域以及醫療領域中對材料性能要求逐漸提高的背景下，UHMWPE因良好性能被廣泛采用，石油化工等內襯管材中也大量采用UHMWPE。

4 UHMWPE在醫學方面的應用

UHMWPE也因生物穩定性、生物相容性以及良好的物理機械性能被應用于醫學領域，包括外科移植的相關產品開發、牙托材料制備、整形縫合和醫用手套等醫療設備。在醫療裝備和醫療產品中使用UHMWPE材料能夠保證醫療中出現過敏情況，其中在關節替代物的開發應用技術中發展時間最長且技術最成熟，已經有超過十年的臨床經驗和歷史。比如在膝關節中襯墊材料主要是UHMWPE，同時股關節中的髖臼部件也主要采用UHMWPE。在醫療領域的發展中，UHMWPE開始應用于組織支架材料的開發研究中，目前人耳支架材料、顱骨支架材料以及神經支架材料中均開始引入UHMWPE進行研發。

當前UHMWPE在醫療領域中研究應用中還主要是研究其耐磨機理，希望以提高UHMWPE在醫用環境中的耐磨機理，希望在降低磨損的同時，降低關節松脫及UHMWPE的熔骨作用。

5 結論與展望

改性是提高UHMWPE膜性能的重要方式之一。開發一種新型的高生物相容性、高耐磨性及強抗沖擊性的新材料難度是十分大的，不僅耗時耗力還有可能研發不出來。而對現有的高分子材料進行改性，能夠以較低的成本得到滿足需求的材料。

對UHMWPE的表面改性不僅進一步提高了其性能，還在一定程度上給予了UHMWPE一定新功能，良好性能及新性能保證了UHMWPE應用領域的多樣化，也進一步提高了UHMWPE的工業價值。在當前針對UHMWPE材料表面改性技術不斷提高的背景下，UHMWPE的性能也必將進一步提高，在軍事、航天、醫療領域中的應用也必將進一步拓展。