一種基于微孔發泡注射成型制備無皮層發泡材料的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及發泡材料的制備方法，具體的說，設及一種基于微孔發泡注射成型制 備無皮層發泡材料的方法，屬于一種批量化生產無皮層多孔支架的新方法，適用于組織工 程支架領域。
【背景技術】
[0002] 多孔支架的制備是組織工程學研究領域中的重要研究內容之一，它主要是起到細 胞外基質的作用，引導細胞在其上生長進而生成新的目標組織或器官，起到替代或修復病 損器官或組織的目的。
[0003] 微孔注射成型方法由傳統的注射成型工藝發展而來，其基本原理是聚合物烙體與 超臨界流體通過螺桿的轉動充分混合形成均相體系，在注射過程中運一均相體系被注入模 具型腔，均相體系中的超臨界流體由于壓強的降低而轉變為氣體在聚合物烙體中形成氣泡 核并膨脹生長使材料充滿整個模具型腔，最終通過冷卻定型獲得內部具有泡孔結構的發泡 制品。該方法成型周期短、自動化程度高、制品的幾何外形可控且成型精度高，具有其他支 架制備方法無法比擬的優勢。然而通過該方法制備的發泡材料卻存在著泡孔間連通性差、 獲得制品有未發泡皮層結構的缺陷，運就使得細胞無法向支架內部遷移，且不利于營養物 質和代謝廢物的傳輸。因此，怎樣提高發泡制品的泡孔連通性、消除制品的皮層結構是微孔 注射成型制備組織工程支架中面臨的難題。
[0004] Wintermantel等采用微孔注射成型法制備了孔隙率為70%，泡孔尺寸為184~ 1102μπι的熱塑性聚氨醋(TPU)多孔材料;他們還使用超臨界二氧化碳作為發泡劑，通過精確 地調控工藝參數及二氧化碳含量使TPU泡孔在發泡過程中破裂，從而制備了通孔率為71% 的多孔支架。然而，在調節工藝參數來提高支架通孔率的同時難W實現支架泡孔尺寸及泡 孔密度的調控；而且能夠通過工藝調控來獲得高泡孔連通性的材料十分有限[Mucell⑥ technology for injection molding:A processing method for polyether-urethane scaffolds , Journal of Materials Science，2005，40(17):4613-4618;Supercritical C02 in injection molding can produce open porous polyurenthane scaffolds-a parameter s化dy,Journal of Cellular Plastics,2012,48(2): 141-159·]。在基于微孔 注射成型的研究中，在聚乳酸(PLA)或TRJ基體中添加水溶性致孔劑，經過注射發泡及粒子 漸濾能夠有效提高支架的孔隙率及泡孔連通性。然而，采用微孔注射發泡成型制備出的發 泡材料具有明顯的皮層結構，該皮層結構的產生不利于發泡材料在組織工程領域的應用。 目前，對于怎樣消除該皮層結構的研究極少，有部分研究報道了通過調節工藝參數來控制 制備聚合物發泡材料的皮層厚度，一般來說，提高模具溫度、提高注射溫度和增加注射速率 有助于減小發泡樣品皮層厚度[Controlling Morphology of Injection Molded Structural Foams by Mold Design and Processing Parameter,Journal of Cellular Plastics ,2007,43(4-5):3'3-330；The effect of injection molding conditions on the morphology of polymer structural foams,Polymer Engineering and Science, 2009,49(5) :949-959.化uagen等使用水作為發泡劑、NaCl顆粒作為致孔劑制備了PU組織工 程支架[A Novel Processing Method for Injection-Molded Polyether-Urethane Scaffolds.Part 1:Processing,Journal of Biomedical Materials Research,Part B, 2006,77B(1) :65-72.];世界專利號為W02009/155066公開了一種利用活性炭作為吸水材 料，研究了其對聚苯乙締擠出發泡行為的影響；Chen等發現水的加入在擠出發泡過程中可 W進一步降低淀粉/C02體系的粘度，從而促進發泡[Mieology and Expansion of Strach-Water-C02Mixtures with Controlled Gelatinization by Supercritical Fluid Extrusion,International Journal of Food Properties,2006,9(4):863-876]。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是：提供一種基于微孔注射成型 制備無皮層發泡材料的方法，制備出的多孔材料外表無皮層結構。
[0006] 為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0007] -種基于微孔發泡注射成型制備無皮層發泡材料的方法，包括如下步驟：（1)將聚 合物粒料浸泡在去離子水中進行吸水處理；（2)將步驟(1)處理后的聚合物粒料加入注射成 型設備中W水和超臨界流體作為共發泡劑通過微孔注射成型方法獲得無皮層發泡材料。
[0008] 作為一種優選，步驟(1)中，聚合物粒料泡水前先干燥。
[0009] 作為一種優選，步驟(1)中，聚合物粒料浸泡至吸水率達到恒定值2%。
[0010] 作為一種優選，步驟(1)中，聚合物粒料浸泡后，擦干表面的水分。
[0011] 作為一種優選，步驟(2)的過程為:將步驟（1)中處理后的聚合物粒料加入到注射 成型設備中進行塑化烙融后，注入超臨界流體，然后超臨界流體與聚合物粒料通過螺桿的 轉動進一步混合、擴散后形成均一的氣烙混合體系，在注射過程中運一氣烙混合體系被注 入模具型腔，氣烙混合體系中的超臨界流體由于壓強的降低而轉變為氣體在聚合物烙體中 形成氣泡核并膨脹生長使材料充滿整個模具型腔，最終通過冷卻定型獲得內部具有泡孔結 構的發泡制品。
[0012] 作為一種優選，超臨界流體為超臨界氮氣或超臨界二氧化碳。
[0013] 作為一種優選，聚合物烙體的注射溫度為190~210°C，超臨界流體含量為聚合物 質量的1%~4%，超臨界流體的注射壓力為15~25MPa，注射速度為20~60ccm/s，模具溫度 為 20 ~40°C。
[0014] 作為一種優選，冷卻時間為90s，鎖模力為400kN，保壓壓力為45MPa。
[0015] 作為一種優選，步驟(1)中，聚合物為熱塑性聚氨醋。
[0016] 作為一種優選，本發明方法所選用的材料體系級別為醫用級，發泡材料用于生產 無皮層多孔支架。
[0017] 總的說來，本發明具有如下優點：
[0018] 基于微孔注射成型技術，通過采用水和超臨界流體作為共發泡劑可W制備出無皮 層結構的多孔材料，泡孔率比單一的超臨界二氧化碳制備出的樣品泡孔率提高200%;在制 備過程中不設及有機溶劑，且適于大批量生產，是一種可W規模化生產組織工程支架的方 法。
【附圖說明】