一种基于微孔发泡注射成型制备无皮层发泡材料的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及发泡材料的制备方法，具体的说，设及一种基于微孔发泡注射成型制 备无皮层发泡材料的方法，属于一种批量化生产无皮层多孔支架的新方法，适用于组织工 程支架领域。
【背景技术】
[0002] 多孔支架的制备是组织工程学研究领域中的重要研究内容之一，它主要是起到细 胞外基质的作用，引导细胞在其上生长进而生成新的目标组织或器官，起到替代或修复病 损器官或组织的目的。
[0003] 微孔注射成型方法由传统的注射成型工艺发展而来，其基本原理是聚合物烙体与 超临界流体通过螺杆的转动充分混合形成均相体系，在注射过程中运一均相体系被注入模 具型腔，均相体系中的超临界流体由于压强的降低而转变为气体在聚合物烙体中形成气泡 核并膨胀生长使材料充满整个模具型腔，最终通过冷却定型获得内部具有泡孔结构的发泡 制品。该方法成型周期短、自动化程度高、制品的几何外形可控且成型精度高，具有其他支 架制备方法无法比拟的优势。然而通过该方法制备的发泡材料却存在着泡孔间连通性差、 获得制品有未发泡皮层结构的缺陷，运就使得细胞无法向支架内部迁移，且不利于营养物 质和代谢废物的传输。因此，怎样提高发泡制品的泡孔连通性、消除制品的皮层结构是微孔 注射成型制备组织工程支架中面临的难题。
[0004] Wintermantel等采用微孔注射成型法制备了孔隙率为70%，泡孔尺寸为184~ 1102μπι的热塑性聚氨醋(TPU)多孔材料;他们还使用超临界二氧化碳作为发泡剂，通过精确 地调控工艺参数及二氧化碳含量使TPU泡孔在发泡过程中破裂，从而制备了通孔率为71% 的多孔支架。然而，在调节工艺参数来提高支架通孔率的同时难W实现支架泡孔尺寸及泡 孔密度的调控；而且能够通过工艺调控来获得高泡孔连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基体中添加水溶性致孔剂，经过注射发泡及粒子 渐滤能够有效提高支架的孔隙率及泡孔连通性。然而，采用微孔注射发泡成型制备出的发 泡材料具有明显的皮层结构，该皮层结构的产生不利于发泡材料在组织工程领域的应用。 目前，对于怎样消除该皮层结构的研究极少，有部分研究报道了通过调节工艺参数来控制 制备聚合物发泡材料的皮层厚度，一般来说，提高模具温度、提高注射温度和增加注射速率 有助于减小发泡样品皮层厚度[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等使用水作为发泡剂、NaCl颗粒作为致孔剂制备了PU组织工 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.];世界专利号为W02009/155066公开了一种利用活性炭作为吸水材 料，研究了其对聚苯乙締挤出发泡行为的影响；Chen等发现水的加入在挤出发泡过程中可 W进一步降低淀粉/C02体系的粘度，从而促进发泡[Mieology and Expansion of Strach-Water-C02Mixtures with Controlled Gelatinization by Supercritical Fluid Extrusion,International Journal of Food Properties,2006,9(4):863-876]。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种基于微孔注射成型 制备无皮层发泡材料的方法，制备出的多孔材料外表无皮层结构。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种基于微孔发泡注射成型制备无皮层发泡材料的方法，包括如下步骤：（1)将聚 合物粒料浸泡在去离子水中进行吸水处理；（2)将步骤(1)处理后的聚合物粒料加入注射成 型设备中W水和超临界流体作为共发泡剂通过微孔注射成型方法获得无皮层发泡材料。
[0008] 作为一种优选，步骤(1)中，聚合物粒料泡水前先干燥。
[0009] 作为一种优选，步骤(1)中，聚合物粒料浸泡至吸水率达到恒定值2%。
[0010] 作为一种优选，步骤(1)中，聚合物粒料浸泡后，擦干表面的水分。
[0011] 作为一种优选，步骤(2)的过程为:将步骤（1)中处理后的聚合物粒料加入到注射 成型设备中进行塑化烙融后，注入超临界流体，然后超临界流体与聚合物粒料通过螺杆的 转动进一步混合、扩散后形成均一的气烙混合体系，在注射过程中运一气烙混合体系被注 入模具型腔，气烙混合体系中的超临界流体由于压强的降低而转变为气体在聚合物烙体中 形成气泡核并膨胀生长使材料充满整个模具型腔，最终通过冷却定型获得内部具有泡孔结 构的发泡制品。
[0012] 作为一种优选，超临界流体为超临界氮气或超临界二氧化碳。
[0013] 作为一种优选，聚合物烙体的注射溫度为190~210°C，超临界流体含量为聚合物 质量的1%~4%，超临界流体的注射压力为15~25MPa，注射速度为20~60ccm/s，模具溫度 为 20 ~40°C。
[0014] 作为一种优选，冷却时间为90s，锁模力为400kN，保压压力为45MPa。
[0015] 作为一种优选，步骤(1)中，聚合物为热塑性聚氨醋。
[0016] 作为一种优选，本发明方法所选用的材料体系级别为医用级，发泡材料用于生产 无皮层多孔支架。
[0017] 总的说来，本发明具有如下优点：
[0018] 基于微孔注射成型技术，通过采用水和超临界流体作为共发泡剂可W制备出无皮 层结构的多孔材料，泡孔率比单一的超临界二氧化碳制备出的样品泡孔率提高200%;在制 备过程中不设及有机溶剂，且适于大批量生产，是一种可W规模化生产组织工程支架的方 法。
【附图说明】