超高分子量聚乙烯产品及其制备方法和应用与流程

本发明涉及超高分子量聚乙烯材料，尤其涉及一种超高分子量聚乙烯产品及其制备方法和应用。

背景技术：

1、超高分子量聚乙烯因其优异的耐磨损性和生物相容性，已经成为人工关节主要的摩擦界面材料。然而以超高分子量聚乙烯为材料的人工关节在长期使用过程中由于磨损产生大量微粒，微粒聚集会引发巨噬细胞产生一系列不良的生理反应，最终造成关节的无菌松动和晚期失效。因此，改善超高分子量聚乙烯的摩擦学性能对于延长置换人工关节的使用寿命具有重要意义。研究发现，对超高分子量聚乙烯进行交联处理能够降低以超高分子量聚乙烯为材料的人工关节的磨损。

2、目前，对超高分子量聚乙烯进行交联处理主要有两种方法。一种是有机过氧化物交联改性，有机过氧化物交联改性是将有机过氧化物交联剂与超高分子量聚乙烯粉末进行共混，然后高温模压成型，在成型的过程中，有机过氧化物分解产生自由基，提取超高分子量聚乙烯中的氢原子，在超高分子量聚乙烯分子链上产生交联所必须的自由基，但是，有机过氧化物分解的副产物具有氧化作用，这给人工关节在人体内长期使用带来氧化风险。另一种是辐照交联改性，辐照交联改性是指超高分子量聚乙烯在电子束、γ射线或x射线电离辐照条件下，产生自由基并进行自由基重新结合的过程，辐照交联改性过程不需要额外引入交联剂，是一种安全高效的交联处理方法，然而，在辐照交联改性的过程中，会产生残余自由基，残余自由基在人工关节长期使用过程中，会与氧气结合，从而使得人工关节存在氧化失效的风险。

3、对辐照交联改性后的超高分子量聚乙烯进行热处理可以降低自由基残留量，从而进一步降低残余自由基的危害，目前常见的热处理方式包括退火处理和重熔处理。

4、退火处理是将超高分子量聚乙烯加热到熔点(137℃)以下，可以使超高分子量聚乙烯的非晶区中残留自由基活动性增强而重新结合，消除部分非晶区中的自由基。这种处理方式没有改变超高分子量聚乙烯的晶区状态，更好地保留了超高分子量聚乙烯的原有力学性能，然而退火处理去除残余自由基的能力有限，不能完全消除人工关节在长期使用过程中的氧化风险。

5、重熔处理是将超高分子量聚乙烯加热到熔点以上，从而释放晶区中的残余自由基，随后冷却使超高分子量聚乙烯重新结晶并形成交联。重熔处理几乎能消除全部的残余自由基。但是，具有交联结构的超高分子量聚乙烯重新冷却结晶，改变了超高分子量聚乙烯的原有晶区结构，削弱了超高分子量聚乙烯的断裂韧性。

6、因此，有必要开发一种超高分子量聚乙烯产品及其制备方法和应用以解决现有技术存在的上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种超高分子量聚乙烯产品及其制备方法和应用，以解决现有退火处理中去除残余自由基的能力有限而造成超高分子量聚乙烯产品的交联度较低的问题，同时保证了超高分子量聚乙烯产品的抗氧化性和抗冲击性。

2、为实现上述目的，本发明的所述超高分子量聚乙烯产品的制备方法，包括以下步骤：

3、s1：对超高分子量聚乙烯材料进行密封处理；

4、s2：对经过所述密封处理的所述超高分子量聚乙烯材料进行辐照处理，所述辐照处理的剂量为20～40kgy，所述辐照处理的方式为电子束或γ射线；

5、s3：将经过所述辐照处理的所述超高分子量聚乙烯材料进行真空退火处理，所述真空退火处理的温度为110～135℃，所述真空退火处理的时间为2～10h；

6、s4：将经过所述真空退火处理的所述超高分子量聚乙烯材料按照所述步骤s1、所述步骤s2和所述步骤s3的顺序再重复至少1次后，得到超高分子量聚乙烯产品。

7、本发明的所述超高分子量聚乙烯产品的制备方法的有益效果在于：通过对经过所述密封处理的所述超高分子量聚乙烯材料进行辐照处理，所述辐照处理的剂量为20～40kgy，所述辐照处理的方式为电子束或γ射线，使得所述超高分子量聚乙烯材料在剂量为20～40kgy范围内进行辐照处理后产生的交联密度低，交联点距离远，对残余自由基的束缚较小，然后将经过所述辐照处理的所述超高分子量聚乙烯材料进行真空退火处理，所述真空退火处理的温度为110～135℃，所述真空退火处理的时间为2～10h，即可完全消除残余自由基；通过将经过所述真空退火处理的所述超高分子量聚乙烯材料按照所述步骤s1、所述步骤s2和所述步骤s3的顺序再重复至少1次后，使得超高分子量聚乙烯材料接受的辐照处理的总剂量达标，即得到超高分子量聚乙烯产品可以满足使用条件的交联度。本发明解决了现有退火处理中去除残余自由基的能力有限而造成超高分子量聚乙烯产品的交联度较低的问题，同时保证了超高分子量聚乙烯产品的抗氧化性和抗冲击性。

8、可选的，所述步骤s4中，将经过所述真空退火处理的所述超高分子量聚乙烯材料按照所述步骤s1、所述步骤s2和所述步骤s3的顺序再重复1～3次后，得到超高分子量聚乙烯产品。

9、可选的，所述辐照处理的辐照方式为电子束，所述辐照处理的辐照剂量率为2～15kgy/h。

10、可选的，所述辐照处理的辐照方式为γ射线，所述辐照处理的辐照剂量率为3～13kgy/h。

11、可选的，所述真空退火处理的真空度小于或等于10-2pa。

12、可选的，所述辐照处理的总剂量为60～120kgy。

13、可选的，所述真空退火处理的总时间为6～40小时。其有益效果在于：总时间大于40小时或者总时间小于6小时，得到的超高分子量聚乙烯产品的性能均会降低。

14、可选的，所述步骤s1中，对超高分子量聚乙烯材料进行密封处理的步骤包括：将所述超高分子量聚乙烯材料装入密封装置中，并使用惰性气体将所述密封装置中的氧气排空，所述惰性气体为氮气或氩气。

15、本发明的另一目的是提供一种超高分子量聚乙烯产品，所述超高分子量聚乙烯产品由所述超高分子量聚乙烯产品的制备方法制备得到。

16、本发明的所述超高分子量聚乙烯产品的有益效果在于：由所述超高分子量聚乙烯产品的制备方法制备得到所述超高分子量聚乙烯产品，具有较高的交联度和良好的抗氧化性和抗冲击性，低剂量辐照处理产生的交联密度低，交联点距离远，对残余自由基的束缚较小，在较低温度下真空退火处理即可完全消除残余自由基。通过多次低剂量辐照处理，超高分子量聚乙烯材料接受的总剂量达标，从而使得超高分子量聚乙烯产品的交联度能够满足使用条件的要求。

17、可选的，所述超高分子量聚乙烯产品中的超高分子量聚乙烯的重均分子量为150～900万，所述超高分子量聚乙烯产品中的超高分子量聚乙烯的密度为0.92～0.95g/cm3。

18、可选的，所述超高分子量聚乙烯材料为超高分子量聚乙烯人工关节衬垫或超高分子量聚乙烯模塑料方棒。

19、本发明的又一目的是提供一种超高分子量聚乙烯产品的应用，应用于制备人工关节。

20、本发明的所述超高分子量聚乙烯产品的应用的有益效果在于：所述超高分子量聚乙烯产品应用于人工关节中，能够降低人工关节在使用过程中的磨损率，进而降低骨溶解和无菌松动的可能性，提升人工关节寿命。