聚醚醚酮(PEEK),是由英国帝国化学工业公司(ICI)于1978年开发出来的超高性能特种工程塑料。由于PEEK属于芳香族结晶型热塑性高分子材料,其熔点为334℃,具有机械强度高、耐高温、耐冲击、阻燃、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照及优良的电性能,在多数情况下可以足以取代金属、合金、陶瓷等材料。
PEEK导管在医疗领域的生产及应用

PEEK的分子结构

虽然它是一种化合材料,但其燃烧时并不产生无毒性气体,所以在倡导绿色环保设计的今天,其应用领域得以迅速扩大。

 

01

PEEK的制备

PEEK的合成是以4,4-二氟二苯甲酮、对苯二酚和碳酸钠为原料,以二苯砜为溶剂,在氮气的保护下,在逐渐升温至接近聚合物熔点的温度(320℃)时得到高分子PEEK树脂。其反应式如下:

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PEEK合成的反应式

PEEK的成本主要取决于高纯度的单体4,4-二氟二苯酮。其合成方法很多,主要有苯系化合物缩合法、卤素交换法、催化淡基化法、二氯乙烯氧化法、付氏烷基化法以及重氮化法6种生产方法,其中前4种方法在不同程度上存在反应收率低、异构体等杂质含量高、精制工艺复杂和生产成本高等缺点。

目前的生产方法主要是付氏烷基化法和重氮化法。付氏烷基化法原料易得,合成路线短,收率较高,生产成本低。其合成反应式如下:

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付氏烷基化法合成PEEK反应式

02

PEEK的生产工艺

PEEK的合成路线有亲核取代和亲电取代两种工艺路线。由于亲电取代路线存在产物易支化、催化剂和溶剂用量大且环境不友好等缺点,目前国际上一般采用亲核取代路线。真正拥有PEEK生产工艺的厂家仅有中国、英国两个国家。大部分国外国家制备PEEK树脂原料采用的是英国威格斯的工艺方法,国内则主要采用吉林大学的工艺方法。

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03

PEEK材料的物化性能

(1)较低的、与骨接近的弹性模量(PEEK 3.8GPa左右,松质骨 3.2-7.8GPa、皮质骨 17-20GPa、钛合金TC4 110GPa左右),可防止应力遮蔽效应,可使周边骨质保持原有强度。

 

(2)可透过X射线,在CT和MRI扫描时不显影,可较容易地评估骨生长和治愈过程;而在某些情况下需要看到植入体时,也可以通过改性来实现。而且耐辐射能力强,PEEK具有非常稳定的化学结构,在高剂量电离辐射下,PEEK部件也可以正常工作。

 

(3)优异的消毒性能,即使长期暴露在热蒸汽、环氧乙烷和伽马射线下,仍能保持其原有性质不改变。苛刻温度到250℃可以长期使用,瞬间使用温度可达到300℃。

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(4)较好的生物相容性。

(5)机械性能可调整,可以加入不同的添加剂,包括碳纤维、硫酸钡以及玻璃纤维,以满足不同的特定应用需求。

(6)更大的设计自由度,可以很容易地用半成品坯件机加工而成,或者通过注塑成型生产,PEEK的成型加工可以注射成型、挤出成型、3D打印技术。

 

目前在骨科医疗器械上的应用

 

运动医学、关节领域、颅颌面外科、棘突间装置。

目前涉及该领域的企业,如MDT、Depuy、江苏君华,施乐辉等厂家,都在研发生产。

满足生物相容性的注塑和挤出工艺是一大方向。

PEEK导管在医疗领域的生产及应用
PEEK导管在医疗领域的生产及应用

 

04

医用导管

医用导管行业上游主要包括材料行业、自动化设备制造行业、医疗器械配件生产等行业,下游为医疗机构。

 

其中上游供给充足对行业影响较小,下游需求是医用导管行业增长和盈利的核心因素。另外,近几年来,本土企业医疗导管市场份额相当,其中江苏君华、福建安平等在PEEK医用导管的产量和销量较大,未来随着国内规模较大公司的综合实力进一步提升,市场集中度将会进一步提高。

PEEK导管在医疗领域的生产及应用

我国医用导管行业的发展已初具规模,整体呈外向型格局。产品除满足国内需求外,每年出口较多。同时我国每年也进口大量医用导管,以满足国内市场对不同产品的需求。PEEK医用导管属于基础性医疗器械产品,在诊断、治疗、监护、急救、引流、灌流、气体输送、血液输送、康复中被广泛应用。随着现代科技的发展以及世界人口平均寿命不断增长和老龄化趋势加剧,医用导管在现代医学诊疗和家庭护理中应用的范围将不断扩大,重要性不断提升,行业未来发展潜力巨大。

05

PEEK导管的生产

PEEK医用导管的生产对环境的要求,设备和原料必须符合ISO13485标准,进行严格的杀菌和消毒,同时还要对导管进行很多后道加工如环印,封端,胀口,打孔,定弯成型,现在国内对PEEK导管生产做的比较专业的有江苏君华特塑、福建安平等。

PEEK导管在医疗领域的生产及应用

 资料来源:江苏君华特塑PEEK

 

原文始发于微信公众号(艾邦医用高分子):PEEK导管在医疗领域的生产及应用

作者 li, meiyong