一种可降解医用薄膜材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种可降解医用薄膜材料及其制备方法 (Degradable medical film material and preparation method thereof ) 是由 韩俊女 赵英杰 于 2020-04-13 设计创作，主要内容包括：本发明属于医用材料技术领域,公开了一种可降解医用薄膜材料及其制备方法。该可降解医用薄膜材料,按照重量份数计,包括如下组分：改性聚乳酸120份～140份、聚碳酸纤维80份～100份、壳聚糖20份～40份、淀粉30份～50份、魔芋精粉5份～20份、乙酸丁酸纤维素3份～10份、乙酰柠檬酸酯5份～20份、润滑剂1份～3份。本发明的可降解医用薄膜材料不仅具有高的拉伸强度,良好的断裂伸长率,而且还具有较长的保质期和较快的降解速率。本发明的制备方法操作简单,易于操作,而且还能提高医用薄膜材料的力学性能。(The invention belongs to the technical field of medical materials, and discloses a degradable medical film material and a preparation method thereof. The degradable medical film material comprises the following components in parts by weight: 120 to 140 portions of modified polylactic acid, 80 to 100 portions of polycarbonate fiber, 20 to 40 portions of chitosan, 30 to 50 portions of starch, 5 to 20 portions of konjaku flour, 3 to 10 portions of cellulose acetate butyrate, 5 to 20 portions of acetyl citrate and 1 to 3 portions of lubricant. The degradable medical film material has high tensile strength, good elongation at break, long shelf life and high degradation rate. The preparation method of the invention has simple operation and easy operation, and can also improve the mechanical property of the medical film material.)
技术领域
本发明属于医用材料技术领域，具体涉及一种可降解医用薄膜材料及其制备方法。
背景技术
薄膜材料是指厚度介于单原子到几毫米间的薄金属或有机物层，薄膜的品种分类暂无统一的规定。通常人们习惯将薄膜分为以下几种：按薄膜成型所用原料分类：分为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜和聚酯薄膜等；按薄膜用途分类：一种为农用薄膜：根据农膜的具体用途，又可分为地膜和大棚膜，一种为包装薄膜：包装膜按其具体用途，又可分为食品包装膜和各种工业制品用包装膜等，还有用于特殊环境、具有特殊用途的透气薄膜，水溶薄膜以及具有压电性能的薄膜等。按薄膜的成型方法分类：有经挤出塑化、吹塑成型的薄膜，称为吹塑薄膜；经挤出塑化，后熔融料从模具口流延成型的薄膜，称为流延薄膜；在压延机上由几根辊筒辗压塑化原料制成的薄膜，称为压延薄膜。
医用级薄膜对薄膜的性能要求更高，不仅要求薄膜材料具有较好的力学性能，还要求其需要具有可降解性，不然会造成大量的医用材料的白色污染；此外，在提高医用薄膜材料降解率的同时，还要保证医用薄膜材料的保质期，即有效使用时间。因此，在提高薄膜降解率的同时，如何保持或提高薄膜的保质期，以及薄膜的力学性能，成为研究热点和难点。
发明内容
有鉴于此，为了解决目前的医用薄膜材料性能较为单一的问题，本发明提供一种可降解医用薄膜材料。
本发明的另一目的是提供一种上述可降解医用薄膜材料的制备方法。
本发明采用如下方案实现：一种可降解医用薄膜材料，按照重量份数计，包括如下组分：改性聚乳酸120份～140份、聚碳酸纤维80份～100份、壳聚糖20份～40份、淀粉30份～50份、魔芋精粉5份～20份、乙酸丁酸纤维素3份～10份、乙酰柠檬酸酯5份～20份、润滑剂1份～3份。
优选的，按照重量份数计，包括如下组分：改性聚乳酸120份～130份、聚碳酸纤维80份～90份、壳聚糖20份～30份、淀粉30份～40份、魔芋精粉5份～10份、乙酸丁酸纤维素3份～5份、乙酰柠檬酸酯5份～10份、润滑剂1份～3份。
优选的，按照重量份数计，包括如下组分：改性聚乳酸130份、聚碳酸纤维90份、壳聚糖30份、淀粉40份、魔芋精粉10份、乙酸丁酸纤维素5份、乙酰柠檬酸酯10份、润滑剂2份。
优选的，所述润滑剂为甘油、PE-蜡、聚乙烯蜡或山梨酸钾中的至少一种。
优选的，所述魔芋精粉是：未经任何改性处理的天然魔芋精粉，包括特级、一级、二级、三级普通魔芋精粉和纯化魔芋胶粉，提取自白魔芋、花魔芋、田阳魔芋、西盟魔芋、攸乐魔芋、或勐海魔芋中的至少一种。
优选的，所述淀粉为未经任何改性处理的纯天然淀粉，提取自马铃薯、木薯、豌豆、玉米、或红薯中的至少一种。
本发明还提供了一种可降解医用薄膜材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)按所需重量份称取各组分，将改性聚乳酸、聚碳酸纤维、壳聚糖、淀粉、魔芋精粉、润滑剂加入到混料机中进行低速搅拌混合，得到混合物A，备用；
(2)乙酸丁酸纤维素和乙酰柠檬酸酯加入到所述混合物A中，进行高速搅拌混合，得到混合物B，备用；
(3)将所述混合物B再放入冷混机中进行搅拌冷混合，出料至挤出机中挤出造粒，压延成膜，制备得到所述医用薄膜材料。
优选的，所述步骤(1)中的低速搅拌速度为100r/min～200r/min，搅拌温度为50℃～60℃，搅拌时间为30min～50min。
优选的，所述步骤(2)中的高速搅拌速度为300r/min～500r/min，搅拌温度为100℃～120℃，搅拌时间为20min～30min。
优选的，所述步骤(3)中的冷混合的搅拌速度为100r/min～200r/min，搅拌温度为20℃～40℃，搅拌时间为1h～2h。
与现有技术相比，采用上述方案本发明的有益效果为：
本发明的可降解医用薄膜材料不仅具有高的拉伸强度，良好的断裂伸长率，而且还具有较长的保质期和较快的降解速率。
本发明的制备方法操作简单，易于操作，而且还能提高医用薄膜材料的力学性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明以下实施例中采用的改性聚乳酸的是通过如下方法制备得到的：
将聚乳酸加入的混料机中，再加入聚乙烯醇、偶联剂、润滑剂、分散剂，进行混合均匀后加入双螺杆造粒机中进行熔融改性，控制改性温度在130℃，得到的物质就是改性聚乳酸。
本发明以下实施例采用的润滑剂为甘油、PE-蜡、聚乙烯蜡或山梨酸钾中的至少一种。
本发明以下实施例采用的魔芋精粉是：未经任何改性处理的天然魔芋精粉，包括特级、一级、二级、三级普通魔芋精粉和纯化魔芋胶粉，提取自白魔芋、花魔芋、田阳魔芋、西盟魔芋、攸乐魔芋、或勐海魔芋中的至少一种。
本发明以下实施例采用的淀粉为未经任何改性处理的纯天然淀粉，提取自马铃薯、木薯、豌豆、玉米、或红薯中的至少一种。
实施例1
本实施例提供一种可降解医用薄膜材料，按照重量份数计，包括如下组分：改性聚乳酸120份、聚碳酸纤维80份、壳聚糖20份、淀粉30份、魔芋精粉5份、乙酸丁酸纤维素3份、乙酰柠檬酸酯5份、润滑剂1份。
上述可降解医用薄膜材料通过如下方法制备得到：
(1)所需重量份称取各组分，将改性聚乳酸、聚碳酸纤维、壳聚糖、淀粉、魔芋精粉、润滑剂加入到混料机中进行低速搅拌混合，得到混合物A，备用；
其中，搅拌速度为100r/min，搅拌温度为50℃，搅拌时间为50min；
(2)乙酸丁酸纤维素和乙酰柠檬酸酯加入到所述混合物A中，进行高速搅拌混合，得到混合物B，备用；
其中，高速搅拌速度为300r/min，搅拌温度为100℃，搅拌时间为30min；
(3)将混合物B再放入冷混机中进行搅拌冷混合，出料至挤出机中挤出造粒，压延成膜，制备得到所述医用薄膜材料；
其中，冷混合的搅拌速度为100r/min，搅拌温度为20℃，搅拌时间为2h。
实施例2
本实施例提供一种可降解医用薄膜材料，按照重量份数计，包括如下组分：改性聚乳酸140份、聚碳酸纤维100份、壳聚糖40份、淀粉50份、魔芋精粉20份、乙酸丁酸纤维素10份、乙酰柠檬酸酯20份、润滑剂3份。
上述可降解医用薄膜材料通过如下方法制备得到：
(1)所需重量份称取各组分，将改性聚乳酸、聚碳酸纤维、壳聚糖、淀粉、魔芋精粉、润滑剂加入到混料机中进行低速搅拌混合，得到混合物A，备用；
其中，搅拌速度为200r/min，搅拌温度为60℃，搅拌时间为30min；
(2)乙酸丁酸纤维素和乙酰柠檬酸酯加入到所述混合物A中，进行高速搅拌混合，得到混合物B，备用；
其中，高速搅拌速度为500r/min，搅拌温度为120℃，搅拌时间为20min；
(3)将混合物B再放入冷混机中进行搅拌冷混合，出料至挤出机中挤出造粒，压延成膜，制备得到所述医用薄膜材料；
其中，冷混合的搅拌速度为200r/min，搅拌温度为40℃，搅拌时间为1h。
实施例3
本实施例提供一种可降解医用薄膜材料，按照重量份数计，包括如下组分：改性聚乳酸130份、聚碳酸纤维90份、壳聚糖30份、淀粉40份、魔芋精粉10份、乙酸丁酸纤维素5份、乙酰柠檬酸酯10份、润滑剂2份。
上述可降解医用薄膜材料通过如下方法制备得到：
(1)所需重量份称取各组分，将改性聚乳酸、聚碳酸纤维、壳聚糖、淀粉、魔芋精粉、润滑剂加入到混料机中进行低速搅拌混合，得到混合物A，备用；
其中，搅拌速度为150r/min，搅拌温度为55℃，搅拌时间为40min；
(2)乙酸丁酸纤维素和乙酰柠檬酸酯加入到所述混合物A中，进行高速搅拌混合，得到混合物B，备用；
其中，高速搅拌速度为400r/min，搅拌温度为110℃，搅拌时间为25min；
(3)将混合物B再放入冷混机中进行搅拌冷混合，出料至挤出机中挤出造粒，压延成膜，制备得到所述医用薄膜材料；
其中，冷混合的搅拌速度为150r/min，搅拌温度为30℃，搅拌时间为1.5h。
对比例1
与实施例3相比，对比例1中不含聚碳酸纤维，其余组分和制备方法均与实施例3相同。
对比例2
与实施例3相比，对比例1中不含壳聚糖，其余组分和制备方法均与实施例3相同。
对比例3
与实施例3相比，对比例1中不含淀粉和魔芋精粉，其余组分和制备方法均与实施例3相同。
对比例4
与实施例3相比，对比例1中不含魔芋精粉，其余组分和制备方法均与实施例3相同。
对比例5
与实施例3相比，对比例2中不含乙酸丁酸纤维素和乙酰柠檬酸酯，其余组分和制备方法均与实施例3相同。
对比例6
与实施例3相比，对比例2中不含乙酸丁酸纤维素，其余组分和制备方法均与实施例3相同。
对比例7
与实施例3相比，对比例5的制备过程中的步骤(2)的搅拌速度与步骤(1)的搅拌速度相同，搅拌温度也与步骤(1)的搅拌温度相同，对比例5的制备过程具体为；
(1)所需重量份称取各组分，将改性聚乳酸、聚碳酸纤维、壳聚糖、淀粉、魔芋精粉、润滑剂加入到混料机中进行低速搅拌混合，得到混合物A，备用；
其中，搅拌速度为150r/min，搅拌温度为55℃，搅拌时间为40min；
(2)乙酸丁酸纤维素和乙酰柠檬酸酯加入到所述混合物A中，持续进行低速搅拌混合，得到混合物B，备用；
其中，150r/min，搅拌温度为55℃，搅拌时间为40min；
(3)将混合物B再放入冷混机中进行搅拌冷混合，出料至挤出机中挤出造粒，压延成膜，制备得到所述医用薄膜材料；
其中，冷混合的搅拌速度为150r/min，搅拌温度为30℃，搅拌时间为1.5h。
对比例8
与实施例3相比，对比例6中没有进行冷混合，直接对混合物B进行压延成型，制成医用薄膜，具体过程为：
(1)所需重量份称取各组分，将改性聚乳酸、聚碳酸纤维、壳聚糖、淀粉、魔芋精粉、润滑剂加入到混料机中进行低速搅拌混合，得到混合物A，备用；
其中，搅拌速度为150r/min，搅拌温度为55℃，搅拌时间为40min；
(2)乙酸丁酸纤维素和乙酰柠檬酸酯加入到所述混合物A中，进行高速搅拌混合，得到混合物B，备用；
其中，高速搅拌速度为400r/min，搅拌温度为110℃，搅拌时间为25min；
(3)将混合物B直接出料至挤出机中挤出造粒，压延成膜，制备得到所述医用薄膜材料。
实验分析：
(一)力学测试：
将实施例1-3制备的医用薄膜材料和对比例1-8制备的医用薄膜材料，根据国家标准GB/T8804.1-88和GB/T8805-88的要求和规定测试其拉伸强度和弯曲弹性模量及抗压强度进行测试，其测试结果如表1所示；
表1实施例1-实施例3和对比例1-对比例8的可降解医用薄膜材料的力学测试
注意，表中的“D”代表对比例。
从表1中可以得出如下结论：
(1)将对比例1与实施例3的数据相比较，可知聚碳酸纤维能够增加医用薄膜材料的拉伸强度；
(2)将对比例2与实施例3相比较，可知壳聚糖对医用薄膜材料的拉伸强度和断裂伸长率的影响不大。
(3)将对比例3与实施例3相比较，可知淀粉和魔芋精粉较为严重的影响医用薄膜材料的力学性能。
(4)将对比例4与实施例3相比较，可知魔芋精粉较为严重的影响医用薄膜材料的力学性能。
(5)将对比例5与实施例3相比较，可知乙酸丁酸纤维素和乙酰柠檬酸酯严重的影响医用薄膜材料的断裂伸长率。
(6)将对比例6与实施例3相比较，可知乙酸丁酸纤维素和严重的影响医用薄膜材料的断裂伸长率。
(7)将对比例7与实施例3相比较，可知在具体制备医用薄膜材料时，先进性低温、低速混合，再进行高温、高速混合，能够有效的增加薄膜材料的拉伸强度。
(8)将对比例8与实施例3相比较，可知在具体制备医用薄膜材料时，后续的冷混合不仅影响材料的拉伸强度，还严重影响薄膜材料的断裂伸长率。
(二)降解测试
将实施例1-实施例3制备的医用薄膜材料和对比例1-对比例8制备的医用薄膜材料进行降解性能测试。
将实施例1-实施例3医用薄膜材料和对比例1-对比例8制备的医用薄膜材料，分别称取其质量为M1，平行试验为6组，然后标记后放置在温度为30℃，湿度和光模拟自然环境的培养箱内进行观察，分别检测第30天、第60天、第90天、第180天和第360天的剩余质量进行称量，其质量记为M2，然后计算其在第7天、第15天、第30天和第60天的降解率，即降解率＝(M1-M2)/M1*100％，其结果如表2所示。
表2实施例1-实施例3和对比例1-对比例8的可降解医用薄膜材料的降解率(％)
注意，表中的“D”代表对比例。
从表2中可以可出如下结论：
(1)实施例1-实施例3的医用薄膜材料在90天内保证不会发生降解，而在第180天时，其降解率可以高达50％；甚至到第360天，其降解率可以高达90％。
(2)从对比例1和对比例2可以看出，虽然他们的医用薄膜材料在90天内能够保证不会发生降解，但是在第180天和第360天时，他们的降解率明显低于实施例的降解率。
(3)从对比例3和对比例4中可以看出，他们的医用薄膜材料在第60天就出现降解现象，说明此薄膜的保质期较短；另外，在第180天和第360天，他们的降解率明显低于实施例的降解率。
(4)从对比例5和对比例6的降解数据可知，乙酸丁酸纤维素和乙酰柠檬酸酯并不会影响医用薄膜材料的降解率。
(5)从对比例7和对比例8的降解数据可知，制备方法也不会影响医用薄膜的降解率。
综合表1和表2反馈的结果可知，实施例的医用薄膜材料不仅具有高的拉伸强度，良好的断裂伸长率，而且还具有较长的保质期和较快的降解速率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。