技术领域
本发明涉及生物医药材料领域，具体涉及一种聚乙烯醇医用海绵及其制备方法。
背景技术
聚乙烯醇缩醛类高吸水海绵材料(简称PVF海绵)由于具备吸水性能强、抗拉强度高，生物相容性优异，耐磨，耐蠕变，耐碱性，亲水性好，不易老化等优点，被广泛应用于外科医学领域，特别在负压封闭引流治疗术中，起到传递负压和引流分泌物的作用。
而在负压封闭引流治疗术中使用的海绵有很多如下特殊的要求：必须有一定的抗压弹性模量以避免因负压引起的孔洞塌陷而堵孔；必须有一定的孔隙尺寸和高度连通的开孔结构以引离伤口分泌物；必须有均匀的孔隙分布以将负压均匀传递至所接触的整个创面；必须有一定的保湿性以防止海绵变硬刺激创面；必须不含有引起病变的杂质。
目前，现有PVF海绵生产技术最经典的就是将聚乙烯醇溶解，经发泡/交联工艺，制得聚乙烯醇缩醛类高吸水海绵。中国专利公开号为CN101508747和CN101508814的申请，分别公开了“三聚氰胺改性聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料及其制备方法和应用”和“二氧化硅改性聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料及其制备方法和应用”，这两种制备方法中，均以淀粉颗粒作为成孔核剂，在聚乙烯醇完成受热固化成型阶段之后，再用大量的水将淀粉从聚乙烯醇中清洗出去。若聚乙烯醇固化完成后淀粉在聚乙烯醇内部形成闭孔，这很难将淀粉完全清洗干净，而且此种工艺淀粉利用价值低，耗水量大，不利于节约资源与削减成本。另外， 中国专利公开号为CN1557872的申请公开了“高吸水聚乙烯醇发泡体及其制备方法”，该申请采用在聚乙烯醇溶液中用发泡剂碳酸氢钠与无机强酸反应放出二氧化碳气体的方法来发泡成孔，但是发泡所得的海绵产品泡孔直径大，而且很难控制均匀，因为碳酸氢钠与无机强酸反应强烈而且迅速，瞬间释放出大量气体，气体逃逸严重，故碳酸氢钠添加量较大，同时也消耗掉较多的无机强酸催化剂，此种方法很难在工业化生产中得到应用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种聚乙烯醇医用海绵及其制备方法，所得海绵孔径均匀易于控制，孔隙连通性能好，硬度适中，湿态抗压弹性大，柔韧性能良好，海绵吸水倍率高、保水性好，并且有很好的亲水性，可用于外科医学领域，特别适于作为负压封闭引流术用海绵耗材。
本发明第一方面提供了一种聚乙烯醇医用海绵的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙烯醇和淀粉加入到蒸馏水中，于50-95℃，100～600r/min转速下搅拌溶解1～24h，得到淀粉和聚乙烯醇的混合溶液；
(2)向所述混合溶液中加入交联剂、乳化剂和稳泡剂，于20～60℃，200～350r/min转速下搅拌2～8小时，得到第二混合溶液；
(3)向所述第二混合溶液中加入酸性催化剂，于20～90℃恒温，进行缩醛化的交联反应30～180min，得到乳状液体；
(4)交联反应完成后，将所述乳状液体倒入模具，于50～95℃加热固化2～8h，冷却至室温后脱模洗涤，裁切灭菌后，即得聚乙烯醇医用海绵。
本发明通过将淀粉与聚乙烯醇一起溶于水中，在水溶液中淀粉经过加热发生糊化反应，糊化淀粉在酸性催化剂溶液中因膨胀而占据部分空间，之后聚乙烯醇缩醛反应形成，糊化淀粉变为碎片，用水洗即可把固化后残留的淀粉除去，得到的聚乙烯醇医用海绵便具有连续开孔并且孔径均匀的结构。该制备方法避免了大量闭孔的形成，淀粉易于清洗去除，提高了海绵的吸液性能。且本发明制备方法无需添加发泡剂，通过糊化淀粉占据部分空间便可形成高度连通孔径 均匀的开孔，避免了由于添加发泡剂引起的问题，如开孔孔径大小、开孔均匀分布难以控制等。该医用海绵抗拉强度和抗压强度较强、生物相容性好、亲和性能佳、产品孔隙率高、吸液速率快，并且该制备方法的各个工艺环节简单、高效，该医用海绵可应用于治疗烧伤、创伤等临床医学领域，对细胞生长具有显著的促进作用。
优选地，以重量份计算，各原料的配比如下：
聚乙烯醇：50～100份；淀粉：5～10份；蒸馏水：300～1000份；交联剂：30～70份；乳化剂：1～10份；稳泡剂：1～10份；酸性催化剂：25～50份。
优选地，所述聚乙烯醇选自聚合度为1700～2600、醇解度为80～99.9％的聚乙烯醇中的一种或多种。
优选地，所述淀粉选自小麦淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉和玉米淀粉的一种或多种。
优选地，所述交联剂选自丙三醇缩水甘油醚、六次甲基四胺、甲醛、乙醛、乙二醛、丙醛、丁醛、丁二醛、戊二醛、癸醛、月桂醛(十二醛)、十三醛、肉豆蔻醛(十四醛)、甲基乙基乙醛、甲基辛基乙醛、甲基壬基乙醛、三甲基乙醛、苯甲醛、苯乙醛、苯丙醛、桂醛、多聚甲醛和甲醛溶液中的一种或多种。
优选地，所述乳化剂选自吐温20、吐温21、吐温40、吐温60、吐温61、吐温80、吐温81、吐温85、苯磺酸钠、烷基磺酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚、双甘油聚丙二醇醚和二异丙基萘磺酸钠中的一种或多种。
优选地，所述稳泡剂选自甘油、聚丙烯酰胺、十二烷基二甲基氧化胺、单乙醇胺和二乙醇胺中的一种或多种。
优选地，所述酸性催化剂选自盐酸、磷酸、硝酸、硫酸、乙酸和乙二酸中的一种或多种。
优选地，所述聚乙烯醇和所述淀粉按质量比5～10:1混合，所述聚乙烯醇和蒸馏水按质量比1:6～10混合。
优选地，所述乳化剂与所述稳泡剂按质量比1:1混合，所述乳化剂与所述聚乙烯醇按质量比1:10～100混合，所述交联剂与所述聚乙烯醇按质量比0.6～0.7:1混 合，所述酸性催化剂与所述聚乙烯醇按质量比0.5～1:1混合。
本发明步骤(1)-(3)可在水浴或油浴中加热。
优选地，所述洗涤方法是将裁切前的海绵材料通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行初步清洗；裁切后的海绵也通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行再次清洗。
本发明第一方面提供的聚乙烯醇医用海绵的制备方法，工艺简单、高效，且通过将淀粉与聚乙烯醇一起溶于水中，加热使淀粉发生糊化反应，糊化淀粉因膨胀而占据部分空间，待糊化淀粉去除后形成开孔，从而使得海绵的孔径均匀易于控制，孔隙连通性能好，该海绵材料对人体无毒无害，在使用过程中不会对人体造成任何伤害，可用于外科医学领域，特别适于作为负压封闭引流术用海绵耗材。
本发明第二方面提供了一种由上述制备方法制得的聚乙烯醇医用海绵，所述聚乙烯醇医用海绵内部具有贯通开孔结构，所述开孔的孔径为0.5-3mm，孔隙率为80％-95％。
优选地，所述聚乙烯醇医用海绵的吸水倍率为6-12/g·g-1，吸水速率为5-10/g·min-1，湿态压缩弹性模量在30-60KPa，表观密度在0.08-0.15g/cm3。
本发明第二方面提供的聚乙烯醇医用海绵，孔径均匀易于控制，孔隙连通性能好，硬度适中，湿态抗压弹性大，柔韧性能良好，海绵吸水倍率高、保水性好，并且有很好的亲水性，可用于外科医学领域，特别适于作为负压封闭引流术用海绵耗材。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
本发明下述实施例中，海绵的吸水倍率和吸水速率按GB/T 8810-2005标准测定，海绵的湿态压缩弹性模量是将海绵吸水后按GB-/T14694-93标准测定，表观密度按GB-/T 6343-2009标准测定，孔隙率按质量-体积法测定。
实施例1
一种聚乙烯醇医用海绵的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份计，将50份聚合度为1700，醇解度99.9％的聚乙烯醇和5份小麦淀粉共混均匀后，与300份蒸馏水加入到反应器中，在50℃油浴下，转速为100r/min，搅拌溶解24h，得到淀粉和聚乙烯醇混合溶液；
(2)向上述淀粉和聚乙烯醇混合溶液中加入1份烷基磺酸钠、1份甘油、30份六次甲基四胺，在20℃的温度下，转速为200r/min，匀速搅拌8h，得到第二混合溶液；
(3)向上述第二混合溶液中加入25份盐酸，油浴恒定温度为20℃，进行缩醛化的交联反应6min，交联反应完成后，得到乳状液体，此时乳状液体内泡孔结构初步形成；
(4)将所得乳状液体倒入模具，模具在温度50℃的环境下加热固化2h，冷却至室温后脱模，通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行初步清洗；初步清洗后再按尺寸裁切成指定的规格，裁切后的海绵也通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行再次清洗，最后经辐照灭菌，即得聚乙烯醇医用海绵。
本发明实施例所得产物呈白色海绵状，泡孔均匀，孔径在0.5-3mm；质轻有弹性，柔韧性良好，硬度适中，吸水后变软，而且吸水保水性能优良，具备高吸液海绵的性质。
本实施例制备得到的聚乙烯醇医用海绵性能检测结果显示，吸水倍率为6.3/g·g-1，吸水速率为6.7/g·min-1，湿态压缩弹性模量在49.1KPa，表观密度在0.104g/cm3，孔隙率在87％。
实施例2
一种聚乙烯醇医用海绵的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份计，将50份聚合度为2000，醇解度80％的聚乙烯醇和5份玉米淀粉共混均匀后，与400份蒸馏水加入到反应器中，在95℃油浴下，转速为600r/min，搅拌溶解1h，得到淀粉和聚乙烯醇混合溶液；
(2)向上述淀粉和聚乙烯醇混合溶液中加入0.5份双甘油聚丙二醇醚、0.5份二乙醇胺、30份甲醛，在60℃的温度下，转速为350r/min，匀速搅拌2h，得到第二混合溶液；
(3)向上述第二混合溶液中加入50份盐酸，油浴恒定温度为60℃，进行缩醛化的交联反应0.5min，交联反应完成后，得到乳状液体，此时乳状液体内泡孔结构初步形成；
(4)将所得乳状液体倒入模具，模具在温度95℃的环境下加热固化8h，冷却至室温后脱模，通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行初步清洗；初步清洗后再按尺寸裁切成指定的规格，裁切后的海绵也通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行再次清洗，最后经辐照灭菌，即得聚乙烯醇医用海绵。
本实施例所得产物呈白色海绵状，泡孔均匀，孔径在0.5-3mm；质轻有弹性，柔韧性良好，硬度适中，吸水后变软，而且吸水保水性能优良，具备高吸液海绵的性质。
本实施例制备得到的聚乙烯醇医用海绵性能检测结果显示，吸水倍率为7.4/g·g-1，吸水速率为8.1/g·min-1，湿态压缩弹性模量在45.3KPa，表观密度在0.121g/cm3，孔隙率在85％。
实施例3
一种聚乙烯醇医用海绵的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份计，将50份聚合度为2400，醇解度88％的聚乙烯醇、50份聚合度为1700，醇解度99.9％的聚乙烯醇和5份小麦淀粉、以及5份玉米淀粉共混均匀后，与1000份蒸馏水加入到反应器中，在95℃油浴下，转速为100r/min，搅拌溶解24h，得到淀粉和聚乙烯醇混合溶液；
(2)向上述淀粉和聚乙烯醇混合溶液中加入10份烷基磺酸钠、10份甘油、70份甲醛，在60℃的温度下，转速为350r/min，匀速搅拌8h，得到第二混合溶液；
(3)向上述第二混合溶液加入50份硫酸，油浴恒定温度为60℃，进行缩醛化的交联反应3min，交联反应完成后，得到乳状液体，此时乳状液体内泡孔结构初步形成；
(4)将所得乳状液体倒入模具，模具在温度95℃的环境下加热固化2h，冷却至室温后脱模，通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行初步清洗；初步清洗后再按尺寸裁切成指定的规格，裁切后的海绵也通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行再次清洗，最后经辐照灭菌，即得聚乙烯醇医用海绵。
本实施例所得产物呈白色海绵状，泡孔均匀，孔径在0.5-3mm；质轻有弹性，柔韧性良好，硬度适中，吸水后变软，而且吸水保水性能优良，具备高吸液海绵的性质。
本实施例制备得到的聚乙烯醇医用海绵性能检测结果显示，吸水倍率为8.7/g·g-1，吸水速率为6.0/g·min-1，湿态压缩弹性模量在37.8KPa，表观密度在0.147g/cm3，孔隙率在82.3％。
实施例4
一种聚乙烯醇医用海绵的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份计，将100份聚合度为2600，醇解度99.9％的聚乙烯醇和10份木薯淀粉共混均匀后，与1000份蒸馏水加入到反应器中，在95℃油浴下，转速为100r/min，搅拌溶解24h，得到淀粉和聚乙烯醇混合溶液；
(2)向上述淀粉和聚乙烯醇混合溶液中加入5份烷基磺酸钠、5份甘油、70份甲醛，在20℃的温度下，转速为200r/min，匀速搅拌8h，得到第二混合溶液；
(3)向上述第二混合溶液中加入50份盐酸，油浴恒定温度为20℃，进行缩醛化的交联反应1.5min，交联反应完成后，得到乳状液体，此时乳状液体内泡孔结构初步形成；
(4)将所得乳状液体倒入模具，模具在温度50℃的环境下加热固化8h，冷却至室温后脱模，通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行初步清洗；初步清洗后再按尺寸裁切成指定的规格，裁切后的海绵也通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行再次清洗，最后经辐照灭菌，即得聚乙烯醇医用海绵。
本实施例所得产物呈白色海绵状，泡孔均匀，孔径在0.5-3mm；质轻有弹性，柔韧性良好，硬度适中，吸水后变软，而且吸水保水性能优良，具备高吸液海绵的性质。
本实施例制备得到的聚乙烯醇医用海绵性能检测结果显示，吸水倍率为11.4/g·g-1，吸水速率为9.4/g·min-1，湿态压缩弹性模量在51.6KPa，表观密度在0.096g/cm3，孔隙率在91％。
实施例5
一种聚乙烯醇医用海绵的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份计，将50份聚合度为2600，醇解度99.9％的聚乙烯醇、50份聚合度为2000，醇解度80％的聚乙烯醇和10份小麦淀粉共混均匀后，与1000份蒸馏水加入到反应器中，在95℃油浴下，转速为600r/min，搅拌溶解24h，得到淀粉和聚乙烯醇混合溶液；
(2)向上述淀粉和聚乙烯醇混合溶液加入5份烷基磺酸钠、5份苯磺酸钠、5份二乙醇胺、5份单乙醇胺、30份戊二醛、20份乙醛、10份甲基乙基乙醛，在20℃的温度下，转速为200r/min，匀速搅拌8h，得到第二混合溶液；
(3)向上述第二混合溶液中加入50份盐酸，油浴恒定温度为20℃，进行缩醛化的交联反应6min，交联反应完成后，得到乳状液体，此时乳状液体内泡孔结构初步形成；
(4)将所得乳状液体倒入模具，模具在温度50℃的环境下加热固化8h，冷却至室温后脱模，通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行初步清洗；初步清洗后再按尺寸裁切成指定的规格，裁切后的海绵也通过甩干—浸 水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行再次清洗，最后经辐照灭菌，即得聚乙烯醇医用海绵。
本实施例所得产物呈白色海绵状，泡孔均匀，孔径在0.5-3mm；质轻有弹性，柔韧性良好，硬度适中，吸水后变软，而且吸水保水性能优良，具备高吸液海绵的性质。
本实施例制备得到的聚乙烯醇医用海绵性能检测结果显示，吸水倍率为11.4/g·g-1，吸水速率为7.6/g·min-1，湿态压缩弹性模量在54.2KPa，表观密度在0.103g/cm3，孔隙率在93％。
实施例6
一种聚乙烯醇医用海绵的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份计，将50份聚合度为2600，醇解度80％的聚乙烯醇和10份小麦淀粉共混均匀后，与500份蒸馏水加入到反应器中，在95℃油浴下，转速为600r/min，搅拌溶解24h，得到淀粉和聚乙烯醇混合溶液；
(2)向上述淀粉和聚乙烯醇混合溶液中加入5份双甘油聚丙二醇醚、5份二乙醇胺、15份戊二醛、15份甲醛，在20℃的温度下，转速为200r/min，匀速搅拌8h，得到第二混合溶液；
(3)向上述第二混合溶液中加入50份硫酸，油浴恒定温度为20℃，进行缩醛化的交联反应6min，交联反应完成后，得到乳状液体，此时乳状液体内泡孔结构初步形成；
(4)将所得乳状液体倒入模具，模具在温度95℃的环境下加热固化8h，冷却至室温后脱模，通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行初步清洗；初步清洗后再按尺寸裁切成指定的规格，裁切后的海绵也通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行再次清洗，最后经辐照灭菌，即得聚乙烯醇医用海绵。
本实施例所得产物呈白色海绵状，泡孔均匀，孔径在0.5-3mm；质轻有弹性，柔韧性良好，硬度适中，吸水后变软，而且吸水保水性能优良，具备高吸液海绵的性质。
本实施例制备得到的聚乙烯醇医用海绵性能检测结果显示，吸水倍率为10.2/g·g-1，吸水速率为5.9/g·min-1，湿态压缩弹性模量在49.9KPa，表观密度在0.095g/cm3，孔隙率在87％。
实施例7
一种聚乙烯醇医用海绵的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份计，将40份聚合度为2600，醇解度80％的聚乙烯醇、30份聚合度为1700，醇解度99.9％的聚乙烯醇、30份聚合度为2000，醇解度80％的聚乙烯醇和10份小麦淀粉共混均匀后，与800份蒸馏水加入到反应器中，在95℃油浴下，转速为600r/min，搅拌溶解24h，得到淀粉和聚乙烯醇混合溶液；
(2)向上述淀粉和聚乙烯醇混合溶液中加入2份双甘油聚丙二醇醚、2份二乙醇胺、60份戊二醛，在20℃的温度下，转速为200r/min，匀速搅拌8h，得到第二混合溶液；
(3)向上述第二混合溶液中加入80份硫酸，油浴恒定温度为20℃，进行缩醛化的交联反应3min，交联反应完成后，得到乳状液体，此时乳状液体内泡孔结构初步形成；
(4)将所得乳状液体倒入模具，模具在温度95℃的环境下加热固化8h，冷却至室温后脱模，通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行初步清洗；初步清洗后再按尺寸裁切成指定的规格，裁切后的海绵也通过甩干—浸水—甩干—浸水—再甩干的循环方式进行再次清洗，最后经辐照灭菌，即得聚乙烯醇医用海绵。
本实施例所得产物呈白色海绵状，泡孔均匀，孔径在0.5-3mm；质轻有弹性，柔韧性良好，硬度适中，吸水后变软，而且吸水保水性能优良，具备高吸液海绵的性质。
本实施例制备得到的聚乙烯醇医用海绵性能检测结果显示，吸水倍率为9.5/g·g-1，吸水速率为6.0/g·min-1，湿态压缩弹性模量在46KPa，表观密度在0.099g/cm3，孔隙率在88％。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。