超高分子量聚乙烯膜的改性方法及其在医用材料中的应用

杨 静

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东广州 510000）

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是典型的生物材料，具有优异综合性能以及热塑性，因此在工程塑料、工程膜材中广泛应用。UHMWPE最早在二十世纪六十年代由美国应用化学公司提出并发展，开始工业化生产进程[1-2]。UHMWPE具有超高分子量，一般超过100万，超高分子量决定了UHMWPE具有良好的耐腐蚀性、耐低温性以及耐溶剂性、耐冲击性[3]，保证了UHMWPE制备的产品和膜材能够在-260℃的条件下使用。同时已有研究也表明UHMWPE具有良好的生物相容性，因此能够用作人体治疗的医学材料，目前软组织、人造关节中均已经开始应用UHMWPE材料。UHMWPE能够作为医学材料除了生物相容性之外，还因为UHMWPE具有一定的高耐磨性和低摩擦性、高冲击强度，另外良好的生物稳定性也是重要原因。但UHMWPE在低温下基本没有能够溶解的溶剂，且UHMWPE的黏度较高，这些因素限制了其在生物膜等医疗领域中的应用，但研究者进行了部分研究。其中Castro在二十世纪八十年代基于TIPS方法制备了UHMWPE膜。Lloyd等在1990年对TIPS方法进行了更深入的研究，分析了TIPA方法中的具体影响因素。

UHMWPE膜具有质量优、价格相对便宜的优点，但也存在弯曲强度较差、表面硬度较低及热变形温度较低等缺陷与不足，这些缺陷与不足限制了UHMWPE膜应用领域的进一步扩展。为进一步提高UHMWPE膜性能以拓展其应用领域，提出了基于表面工程的UHMWPE改性方法，研究发现其效果较优，UHMWPE的表面改性成为当前研究热点之一。

1 UHMWPE简介

UHMWPE分子结构虽和普通高密度聚乙烯结构类似，但分子量更高，超过100万，属于超高分子量范畴。超高分子量也决定了UHMWPE具有一些高密度聚乙烯材料所没有的特殊性能，包括典型的耐冲击性、耐磨性以及自润滑性等性能。

自UHMWPE受到人们重视以来，UHMWPE加工改性技术不断得到发展完善，UHMWPE加工方法主要包括挤出成型法、压制烧结法、吹塑成型及注塑成型法等。在UHMWPE材料的工业化生产过程中出现了一些典型UHMWPE生产公司，包括日本三井石油化学公司、联邦德国Hoechst公司、日本昭和石油化学工业公司等。

2 UHMWPE的改性方法

UHMWPE具有表面硬度差、弯曲强度差及变形温度低和蠕变性能差等缺陷与不足，因此需要进行一定改性，目前常用改性包括交联、填充等。而针对UHMWPE膜的改性方法较多，包括光接枝改性、物理改性、化学改性、共混改性以及等离子体改性等。其中应用较广泛和成熟的方法主要是化学改性，常见的化学改性方法包括偶联剂改性以及化学氧化改性等；另外光接枝改性也已经成为目前常用的改性方法之一，其中本体接枝、液相/气相接枝是典型的光接枝方法的代表。

3 UHMWPE的应用情况

“性能卓越，加工困难”八个字充分反映了UHMWPE材料的良好特点及性能。前面指出UHMWPE材料具有典型的耐光、耐冲击、耐腐蚀以及耐磨性能。这些优良性能决定了UHMWPE能够应用于高性能纤维市场，目前UHMWPE已经应用于轻质复合材料领域，且优势显著。在我国当前军事领域、航空航天领域以及医疗领域中对材料性能要求逐渐提高的背景下，UHMWPE因良好性能被广泛采用，石油化工等内衬管材中也大量采用UHMWPE。

4 UHMWPE在医学方面的应用

UHMWPE也因生物稳定性、生物相容性以及良好的物理机械性能被应用于医学领域，包括外科移植的相关产品开发、牙托材料制备、整形缝合和医用手套等医疗设备。在医疗装备和医疗产品中使用UHMWPE材料能够保证医疗中出现过敏情况，其中在关节替代物的开发应用技术中发展时间最长且技术最成熟，已经有超过十年的临床经验和历史。比如在膝关节中衬垫材料主要是UHMWPE，同时股关节中的髋臼部件也主要采用UHMWPE。在医疗领域的发展中，UHMWPE开始应用于组织支架材料的开发研究中，目前人耳支架材料、颅骨支架材料以及神经支架材料中均开始引入UHMWPE进行研发。

当前UHMWPE在医疗领域中研究应用中还主要是研究其耐磨机理，希望以提高UHMWPE在医用环境中的耐磨机理，希望在降低磨损的同时，降低关节松脱及UHMWPE的熔骨作用。

5 结论与展望

改性是提高UHMWPE膜性能的重要方式之一。开发一种新型的高生物相容性、高耐磨性及强抗冲击性的新材料难度是十分大的，不仅耗时耗力还有可能研发不出来。而对现有的高分子材料进行改性，能够以较低的成本得到满足需求的材料。

对UHMWPE的表面改性不仅进一步提高了其性能，还在一定程度上给予了UHMWPE一定新功能，良好性能及新性能保证了UHMWPE应用领域的多样化，也进一步提高了UHMWPE的工业价值。在当前针对UHMWPE材料表面改性技术不断提高的背景下，UHMWPE的性能也必将进一步提高，在军事、航天、医疗领域中的应用也必将进一步拓展。