改性透明聚氨酯呼吸面罩氣密性測(cè)試與應(yīng)用驗(yàn)證

中圖分類號(hào)：TQ323.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2025）07-0087-04

Abstract：Inorder to further improve thecomfortof ventilatorrespirator masks，combined withthe traditional polyurethane material preparationprocess experience，the polyurethane mask material forsevere breathing wasoptimized， and the mechanical properties and practical application effects of the prepared polyurethane mask material were explored.The results showed that when the curing time was 12O min and the curing temperature was 80 C ，the mechanical properties of the polyurethane material met therequirements.Theclinical application showed that therespiratory mask prepared bythis material showed good comfort and satisfaction in clinical application，and pased the correlation test （ Plt;0.05 ）.

Key words：polyurethane face mask；curing time； curing temperature；mechanical properties；comfort

目前聚氨酯材料被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、建筑以及汽車制造等領(lǐng)域中。聚氨酯在本質(zhì)上屬于一種彈性體，通過二異氰酸酯、多元醇等反應(yīng)制得，具備很多材料特性，例如光學(xué)透明性較高、相容性好等[13]近些年來，對(duì)于高性能透明聚氨酯的研究受到了廣泛關(guān)注，其可有效用于安全防護(hù)以及高端光學(xué)設(shè)備等領(lǐng)域中，且針對(duì)相關(guān)研究持續(xù)增多。而在透明防護(hù)材料的研究中，這些主要使用多層復(fù)合材料，包括透明陶瓷以及高強(qiáng)度玻璃等。然而這些材料在應(yīng)用中存在氣密性、透明性以及適用性等無法滿足的情況[47]。本研究結(jié)合以往聚氨酯改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)上，從工藝角度對(duì)用于制備面罩的聚氨酯材料進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)該材料應(yīng)用的可行性進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)方案

1.1主要原材料與設(shè)備

主要原料：甲苯、四氫呋喃（AR，天津市科密歐化學(xué)試劑），M組分氨酯二異氰酸酯、N組分乙二醇（AR，佛山市森美亞復(fù)合材料有限公司）。

主要設(shè)備：Instron1196試驗(yàn)機(jī)（Instron美國(guó)）。

1.2透明聚氨酯彈性體的制備

（1）預(yù)處理階段。對(duì) M，N 組分抽真空處理，然后將其置于干燥箱內(nèi)，保持室溫條件，持續(xù)時(shí)間為1h，確保氣泡完全去除即可結(jié)束操作；（2）在首次除氣泡完成之后，兩組分按照相同比例進(jìn)行攪拌，充分?jǐn)嚢柚罄^續(xù)進(jìn)行真空處理，采用與步驟（1）相同的方式，持續(xù)時(shí)間為 0.5h （3）成型階段。在模具內(nèi)添加未交聯(lián)的聚氨酯，添加完成之后確保其保持均勻的狀態(tài)；（4）開始進(jìn)行硫化反應(yīng)，持續(xù)時(shí)間為1h，保持80^gC 的溫度，反應(yīng)結(jié)束之后進(jìn)行脫模，并保存產(chǎn)物備用。

1.3 性能測(cè)試

可見光透過率測(cè)試：選擇UV-3150光譜儀（日本島津）對(duì)制備的聚氨酯成型材料進(jìn)行透過率測(cè)試。

力學(xué)性能測(cè)試：依據(jù)GB/T528—2009《硫化橡 膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》進(jìn)行 測(cè)試。

邵爾A硬度：參考GB/T531.1—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗(yàn)方法第1部分：邵氏硬度計(jì)法（邵爾硬度）》操作。

2 結(jié)果與分析

2.1透明聚氨酯彈性體制備條件優(yōu)化

2.1.1固化時(shí)間對(duì)聚氨酯力學(xué)性能的影響

聚氨酯彈性體的力學(xué)性能受到固化時(shí)間的影響。本試驗(yàn)在 80^qC 的溫度下，固化時(shí)間對(duì)聚氨酯制品力學(xué)性能變化結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，在初期力學(xué)性能和固化時(shí)間之間表現(xiàn)為顯著的正相關(guān)性，即力學(xué)性能隨著固化時(shí)間的增大而明顯提高。但在達(dá) 90min 之后，力學(xué)性能沒有顯著的增長(zhǎng)，而是基本處于穩(wěn)定的狀態(tài)。出現(xiàn)該問題的原因，主要是達(dá)到該時(shí)間之后，兩組分反應(yīng)已經(jīng)基本結(jié)束，固化時(shí)間繼續(xù)增加不會(huì)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生影響，所以聚氨酯制品的力學(xué)性能也不會(huì)表現(xiàn)出較大程度的變化。

2.1.2 固化溫度對(duì)聚氨酯性能的影響

聚氨酯彈性體的拉伸強(qiáng)度和固化溫度之間的關(guān)系如圖3所示。

由圖3可知，在一定溫度范圍內(nèi)，聚氨酯制品拉伸強(qiáng)度和固化溫度之間表現(xiàn)出一定的正相關(guān)性，即前者隨著后者的增大而變大。在固化溫度處于80^qC 以下時(shí)，聚氨酯制品拉伸強(qiáng)度處于較低的水平，主要是因?yàn)闇囟容^低，異氰酸酯與氫化物之間的反應(yīng)不強(qiáng)烈，難以達(dá)到較高的反應(yīng)速度，所以拉伸性能相對(duì)較低。另外，在固化溫度超過 100^°C 之后，繼續(xù)增大溫度，聚氨酯拉伸強(qiáng)度也未出現(xiàn)顯著的增加，總體保持了穩(wěn)定的狀態(tài)。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因，是因?yàn)樵谶_(dá)到該溫度之后，整個(gè)體系的反應(yīng)已經(jīng)基本結(jié)束，所以拉伸強(qiáng)度不會(huì)再出現(xiàn)顯著的變化。

2.2透明聚氨酯彈性體的性能測(cè)試

2.2.1 透明性

雙組分聚氨酯的可見光透過率如圖4所示。

由圖4可知，在可見光波長(zhǎng)為 390～770nm 時(shí)，發(fā)現(xiàn)其可見光透過率達(dá)到了較高的水平，基本超過90% ，所以制備的聚氨酯彈性體保持了較好的光學(xué)透明性，滿足了應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 力學(xué)性能

選擇在Instron1196試驗(yàn)機(jī)上對(duì)聚氨酯面罩進(jìn)行測(cè)試。該型號(hào)試驗(yàn)機(jī)為4號(hào)啞鈴狀，設(shè)定其標(biāo)距和標(biāo)距寬度分別為 25，4mm ；拉伸速度為500mm/min ;載荷傳感器壓力為 50kN ;試驗(yàn)時(shí)間和溫度分別為 30min.80^qC 。按照該條件進(jìn)行3次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

由表1可知，所得到的聚氨酯彈性體具備了良好的力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率以及邵氏硬度的平均值分別是 10.39MPa.197.82%.75HA ，可見力學(xué)性能較好，均符合設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 臨床應(yīng)用效果驗(yàn)證

2.3.1一般資料

本次研究以2021年10月 ～2023 年11月在我院重癥呼吸科接受治療的96例危重患者作為試驗(yàn)對(duì)象，這些患者均患有重癥呼吸疾病，且依賴于專用的呼吸面罩。將所有患者隨機(jī)為兩組，分別是對(duì)照組、觀察組。該試驗(yàn)已經(jīng)得到院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)。

納入標(biāo)準(zhǔn)： ① 患者了解試驗(yàn)的相關(guān)信息，具有較高的意愿參與該項(xiàng)研究，同時(shí)完成對(duì)知情同意書的簽署； ② 患者依賴于呼吸面罩，且必須持續(xù)吸氧，時(shí)間保持在1d以上2； ③ 患者應(yīng)符合年齡的要求，即不低于18歲； ④ 具有詳細(xì)的臨床資料; ⑤ 具有清晰的意識(shí)，不存在精神疾??； ⑥ 依從性滿足要求。

排除標(biāo)準(zhǔn)：缺乏自主意識(shí)，難以配合完成試驗(yàn)。

2.3.2 方法

針對(duì)觀察組、對(duì)照組患者提供不同的呼吸面罩，分別是本研究制備的面罩和常規(guī)面罩；除此之外，其他護(hù)理?xiàng)l件均是一致的；然后對(duì)各組患者使用呼吸面罩的舒適度以及滿意度進(jìn)行評(píng)估，并結(jié)合得到的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。本研究制備的面罩相對(duì)于常規(guī)面罩的差異性主要體現(xiàn)在如下方面：透明外殼需要粘合硅膠墊，可以改善防滑效果，并達(dá)到更高的舒適性；在卡槽內(nèi)側(cè)設(shè)置固定框，便于約束固定塊和固定框；在固定框內(nèi)側(cè)設(shè)置緩沖網(wǎng)，可以滿足氧氣傳輸?shù)囊?；連接固定蓋以及過濾網(wǎng)，便于過濾外部空氣；為了保證良好的擴(kuò)音效果，需要對(duì)固定管、擴(kuò)音以及收音漏斗進(jìn)行約束；考慮到藥品投放的需求，在投藥口內(nèi)層卡合防護(hù)蓋，同時(shí)還需要對(duì)防護(hù)蓋進(jìn)行約束，并通過專用把手來滿足移動(dòng)防護(hù)蓋的要求。

2.3.3 觀察指標(biāo)

（1）面部壓力性損傷發(fā)生率。采用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為《壓瘡預(yù)防和治療：臨床實(shí)踐指南》，具體劃分為I、Ⅱ、Ⅱ、V這4個(gè)不同的等級(jí)，對(duì)應(yīng)著不同的損傷情況，分別為皮膚表面有紅斑、淺表性潰瘍、皮下組織壞死、深部組織受損。針對(duì)具體的損傷情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合收集的數(shù)據(jù)對(duì)總發(fā)生率進(jìn)行計(jì)算；

（2）舒適度評(píng)分。針對(duì)各組患者使用面罩之后的舒適度情況進(jìn)行評(píng)分，分值為1＼～8，分值越低說明舒適度越差，最后結(jié)合統(tǒng)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)分匯總；

（3）滿意度。針對(duì)各組患者使用面罩之后的滿意度情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，滿意度主要?jiǎng)澐譃?個(gè)不同的等級(jí)，分別是滿意、基本滿意以及不滿意，前2個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)的患者占比即為滿意度統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，根據(jù)最終的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

2.3.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

針對(duì)收集和統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)利用SPSS21.0進(jìn)行處理計(jì)量資料 x±s 表示，用 χ_t 檢驗(yàn);計(jì)數(shù)資料 n（%） 表示 ?χ² 檢驗(yàn)。若“ Plt;0.05^′′ ，則認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.3.5 結(jié)果與分析

（1）面部壓力性損傷發(fā)生率對(duì)比。根據(jù)得到的結(jié)果可知，相對(duì)于觀察組，對(duì)照組面部壓力性損傷嚴(yán)重程度I、Ⅱ、Ⅱ、V級(jí)明顯更高，兩組的總發(fā)生率分別是 9.23% .49.23% ?？梢?，在發(fā)生率上存在顯著的差異性，觀察組明顯更低，具體結(jié)果如表2所示。

（2）舒適度評(píng)分比較。針對(duì)觀察組、對(duì)照組使用面罩之后的舒適度進(jìn)行評(píng)分，二者的評(píng)分分別是（6.90±0.77 ）、 （2.85±0.79） 分（ 。根據(jù)以上結(jié)果可知，觀察組患者的舒適度評(píng)分明顯高于對(duì)照組，說明使用改良面罩為患者帶來了更高的舒適度。

（3）滿意度比較。針對(duì)觀察組、對(duì)照組使用面罩之后的滿意度進(jìn)行比較，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，二者分別是 96.92% .41.54% ，且差異顯著（ Plt;0.05 ）。可見，觀察組患者的滿意度更高。

3結(jié)語

本實(shí)驗(yàn)制備得到的聚氨酯面罩材料，其最佳的固化溫度和固化時(shí)間為 80^qC 和 120min 。在該最佳固化溫度下，該材料的拉伸強(qiáng)度為 10.39MPa 由此得出，本試驗(yàn)制備的材料符合要求。同時(shí)臨床結(jié)果也表明，該面罩材料的應(yīng)用具有較高的滿意度和舒適性。由此得出，該聚氨酯面罩材料可用于醫(yī)療領(lǐng)域。

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