超高分子量聚乙烯(Ultra high molecule weightpolyethylene,UHMWPE)是是由乙烯、丁二烯單體在催化劑的作用下,聚合而成的熱塑性工程塑料。“超高”是指分子量大于150萬克每摩爾。其熔點比高密度聚乙烯高10℃,即150℃。
超高分子量聚乙烯是綜合性能十分優(yōu)異的熱塑性工程塑料。更長的分子鏈(更高的的分子量)賦予了UHMWPE超群的耐磨性能、超低的摩擦系數(shù)、突出的耐腐蝕性,可與“塑料王”——聚四氟乙烯媲美,應用范圍廣泛。但由于其熔體粘度很高(高達109Pa*s),流動性極差(熔融指數(shù)為零)加熱時處于高粘彈態(tài),加工性能的超高難度極大的限制了它的應用。雖然同屬于PE家族,但是它具有跟普通PE完全不同性能,它的開發(fā)成功被普遍認為是20世紀十大科技成果之一。
而醫(yī)用級的UHMWPE要求更加嚴格,不允許使用任何加工助劑或者添加劑。因此,傳統(tǒng)的熱塑性塑料加工工藝如注塑、螺桿擠出、吹塑等都不適合UHMWPE。只能在高溫高壓下,使用壓模成型和柱塞擠出成型。
醫(yī)用UHMWPE
自1962年Charnley首次將UHMWPE應用在人工關節(jié)中以來,它成功被用作關節(jié)替換材料已有超過50 年的歷史,目前在臨床中得到了廣泛的推廣應用。
(UHMMWPE從原料到假體的生產過程)
醫(yī)用超高分子量聚乙烯的發(fā)展
第1代:傳統(tǒng)UHMWPE
傳統(tǒng)UHMWPE除了必要的滅菌外無特殊處理。雖然滅菌過程中聚乙烯會產生交聯(lián),但這種交聯(lián)程度非常低,耐磨性低于交聯(lián)聚乙烯。
第2代:高交聯(lián)UHMWPE(HXLPE)
HXLPE是采用大輻射劑量射線或加速電子束對UHMWPE產品進行輻照,然后通過熱處理消除殘留的自由基,用來減少氧化退變,提高耐磨性。有研究顯示,高交聯(lián)UHMWPE比未交聯(lián)UHMWPE磨損率最高可降低90%左右。自1998年FDA批準第一個HXLPE產品以來,HXLPE得到了廣泛的臨床應用。
第3代:復合維生素E的HXLPE (VEPE)
VEPE除了通過大劑量輻射交聯(lián)來提高材料的耐磨性以外,還使用額外的填充劑維生素E,進一步提高產品耐磨性,同時不會降低材料強度、抗疲勞性和抗氧化性,是應用于臨床的最新一代聚乙烯。2007年,VEPE材料的髖臼及臼襯開始應用于THA,2008年,VEPE材料的脛骨平臺墊片開始應用于TKA。
(復合維生素E聚乙烯假體呈現(xiàn)出黃色)
UHMWPE國內外需求
近幾年來國外超高分子量聚乙烯的年增長率達到15%~20%。
國內超高分子量聚乙烯應用起步較晚, 起點較高, 近年來發(fā)展很快, 年增長率達到30%。2017年,全球需求量約6萬噸,產量僅3萬噸左右。且隨著軍品、民品、醫(yī)療等領域不斷開發(fā),未來五年需求量有望保持15%左右增速增長,預計至2021年達到10.87萬噸,且仍將處于供不應求狀態(tài)。