热塑性高分子材料麻醉面罩密封性能研究

赫兰蓄

摘 要：临床麻醉处理过程中经常需要使用麻醉面罩，麻醉面罩的密封性会直接影响到麻醉质量。密封气垫会对麻醉面罩的密封性乃至后续麻醉效果产生重要影响，积极选择合适的气垫材料以提高麻醉面罩的密封效果十分必要。针对麻醉面罩的基本结构，并结合临床应用的需求，进行分析密封气垫的特点、热塑性高分子材料的麻醉面罩密封气垫性能，应用聚氯乙烯（PVC）糊树脂与有机硅季铵盐抗菌剂制备用于麻醉面罩气垫的软质PVC抗菌材料，验证了相关材料在抗菌、力学等方面的性能，证明其具备一定的临床应用可行性。

关键词：麻醉面罩；密封气垫；热塑性；高分子材料；聚氯乙烯

中图分类号：TQ336.6

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）04-0071-04

Research on the sealing performance of anesthesia mask

made of thermoplastic polymer material

Study on the sealing performance of thermoplastic polymer anesthesia mask

HE Lanxu

（

Department of Anesthesiology，Stomatological Hospital，Jilin University，Changchun 130022，China）

Abstract：Anesthesia masks are often used in clinical anesthesia treatment，and the sealing of anesthesia masks directly affects the quality of anesthesia.Among them，sealing air cushions will have a significant impact on the sealing and even subsequent anesthesia effects of anesthesia masks.It is necessary to actively choose appropriate air cushion materials to improve the sealing effect of anesthesia masks.The basic structure of anesthesia masks was analyzed，and the characteristics of sealing air cushions were analyzed based on clinical application needs.Afterwards，a detailed analysis was conducted on the sealing air cushion performance of thermoplastic polymer materials for anesthesia masks.Through certain experiments，a soft PVC antibacterial material was prepared using PVC paste resin and organic silicon quaternary ammonium salt antibacterial agent for anesthesia mask air cushion.The performance of the relevant materials in antibacterial，mechanical，and other aspects was verified through experiments，proving its clinical feasibility.

Key words：anesthesia mask;air-tight air cushion;thermoplastic;polymer material; polyvinyl chloride

近年来，随着医疗水平的提升，我国医用原料技术水平也不断取得突破。医用塑料产品使用的高分子材料近百种，常见的包括聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）等。除了用于常见的口罩、隔离衣、注射器、输液袋、面罩、护目镜、手套，还用于人工器官等。

麻醉操作在临床的应用较多，这一过程中经常需要使用麻醉面罩，但一些情况下面罩无法与患者面部很好贴合，易漏气。为解决这些问题，还需要借助一定的面罩密封气垫。在密封气垫的制作中，可以应用不同的高分子材料。

1 麻醉面罩密封气垫

麻醉面罩可按材质、设计、技术参数、预期用途、辅助功能等不同分为若干型号及规格［1］。典型麻醉面罩产品通常为带有单向阀的气囊结构，其结构如图1所示。麻醉面罩可采用聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、硅橡胶、热塑性弹性体（如TPE、TPU）等适宜的高分子材料制成，通常由罩体、接头及气囊（或密封垫）组成，可配有挂钩和固定带。

麻醉面罩通常由罩体、接头及气囊（或密封垫）组成，覆盖于患者口鼻部位，用于连接呼吸管路进行麻醉气体输送，可以帮助患者更为顺利的吸入麻醉气体，进而获得理想的麻醉效果［2］。一次性使用麻醉面罩主要用于临床麻醉前诱导，手术中的通气和维持麻醉；一次性使用以避免病人之间的交叉感染。麻醉面罩的底部可设置环形橡胶块和/或气垫的方式与病人面部皮肤接触，以增强病人使用的舒适感［3］。现有技术中，麻醉面罩的气垫在使用时，存在下述问题：（1）在采用橡胶块结构时，不能利于橡胶块根据不同用户面部的不同进行变形贴合使用，不能根据不同的病人分别达到较好贴合使用的效果。（2）不能降低麻醉面罩佩戴时用户需承受的局部壓力，不能增强佩戴舒适感和提高密封效果，不能较好防止麻醉面罩内气体的大量泄漏。在做手术时，有时虽然打了麻药，但由于植物神经不能被麻醉，仍然会出现出汗情况。

2 热塑性高分子材料的麻醉面罩密封气垫性能分析

2.1 聚氯乙烯（PVC）材料

聚氯乙烯（PVC），具有较高的回弹性、优异的耐热性能、较高的拉伸强度以及优良的耐磨性、抗撕裂性、耐油、耐热、耐寒等性能，可用于生产防护面罩、医用手套等产品［4-5］。纯PVC属无规立构，硬而脆，很少应用。生产者可添加不同的添加剂，实现所需的物理性能和力学性能。在PVC中加入适量的增塑剂，就可制成软硬程度不一的透明制品。另外，还可以添加一定的抗菌剂。通过添加抗菌剂，可以抑止革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌等的生长来起到抗菌作用［6］。相应的抗菌剂应具备低移动速率和高活性等特点，使其在塑料颗粒中的抗菌性能更优越［7］。在材料相容性和迁移速率之间保持适度平衡使其在塑料颗粒中的抗菌性能更优越。

2.2 实验材料

本次实验中用到的主要实验材料：

（1）PVC 糊树脂，平均聚合度1 728，呈疏松状，材料质量与其体积之比为0.27 g/cm3 ，黏度3 360 mPa· s；

（2）试验菌株：金黄色葡萄球菌；

（3）液体抗菌剂：属于季铵盐化合物，由山东博沂化工有限责任公司提供，该液体抗菌剂具有较高的耐温、安全性。

（4）培养基及试剂：试验中使用的培养基为胰酪大豆胨琼脂培养基，所用缓冲液为氯化钠－蛋白胨缓冲液，pH 值7.0 ，上述培养基即缓冲液均由上海杰星生物科技有限公司提供；

（5）乙酰柠檬酸三丁酯（ATBC）：由山东科兴化工有限责任公司提供；

（6）液体钙锌稳定剂：由佛山今佳新材料科技提供。

2.3 实验设备与仪器

此次试验中所使用的试验设备与仪器主要包括恒温干燥箱与扫描电子显微镜以及生物安全柜等，如：扫描电子显微镜，北京天耀科技有限公司；恒温干燥箱，昆山荣仕达电子设备有限公司；生物安全柜，南京莱步科技实业有限公司；电动加硫成型机，扬州拓普电气科技有限公司；真空搅拌机，上海精若科学仪器有限公司；高压灭菌锅，北京福意联医疗设备有限公司；差示扫描量热仪，北京恒久实验设备有限公司；万能材料试验机，上海和呈仪器制造有限公司。

2.4 实验样品制备

（1）实验配方。实验所用原料包括：PVC糊树脂、增塑剂、稳定剂和其他助剂，添加量分别为100、60、1.5和0.3份；

（2）制糊。按照上述配方对相关材料进行准确的称量，并将全部原料均添加到真空搅拌机中进行搅拌，分别制备实验所需空白样以及抗菌试样。其中，对全部原料进行充分搅拌后，混合均匀，去除气泡，获得PVC糊料。该试样属于空白样，即PVC0；另取适量空白样，向其中加入1.5份抗菌剂，充分混合均匀，可获得抗菌PVC糊料，即为PVC1.5试样；

（3）试样制备。取适量上述步骤中所制备的PVC糊料，添加到麻醉面罩气垫模具中。将模具置于恒温干燥箱中进行干燥固化处理，处理过程中的固化温度设置为210 ℃，处理时间6 min；待处理完毕获得实验样品，妥善保存备用；

（4）拉伸性能试样制备。取适量PVC 糊料置于模具中，并将模具放置在恒温干燥箱中进行干燥固化处理，固化温度200 ℃，处理时间200 s；处理完毕获得实验材料，材料的厚度为2 mm。对固化后得到的材料进行适当的裁剪处理为片状。将片状材料置于模具中，使用电动加硫成型机进行压片成型处理，温度210 ℃，压力11 MPa，时间150 s；处理结束后进行保压冷却，最终获得实验所需样片，样片厚度为1 mm，且表面平整度良好。对实验样片进行裁剪，将其处理为哑铃状，妥善保存，用于后续拉伸性能测试。

2.5 性能测试

2.5.1 微观形貌

对气垫试样材料进行适当的切割处理，利用小刀将其切割出平整的截面，并使用导电胶将试样固定在样品台上，喷金后用扫描电子显微镜观察其截面的微观形貌；

2.5.2 拉伸性能

进行5 组平行测试，试验速度为250 mm/min，取其平均值为试验结果。

2.5.3 抗菌性能

用打孔器制备抑菌测试所需的试样，试验步骤：（1）物品灭菌。试验开始前，对试验样品进行灭菌处理，使用体积分数75%乙醇溶液对样品进行浸泡，浸泡时间1 min。浸泡结束后使用无菌水对试样进行冲洗，并自然风干。对照样品则采用高压湿热灭菌方式进行灭菌处理，灭菌完毕后予以烘干，或者直接进行干热灭菌。（2）菌悬液涂覆。取0.3 mL 上述菌悬液，用涂布棒将其涂抹在NA平板上，保持均匀涂抹。涂抹完毕将平皿盖盖好，并将其置于室温环境下，静置5 min。（3）抗菌样品放置。每次试验贴放3个染菌平板，每个平板贴放2片试验样品和2片对照样品。盖好平皿盖，在溫度（37±1）℃、相对湿度大于90%的条件下进行正置培养，培养时间为16～18 h。培养结束后，使用游标卡尺对抑菌圈直径进行测量。按照相关规范的要求，如果最终测量所得抑菌环直径在7 mm以上的水平，则判定为相应的试样具有抑菌作用；反之，则认为该试样无抑菌功能。

2.5.4 热力学性能

对试样进行热力学性能测试，测试仪器为差示扫描量热仪，检验试样玻璃化转变温度。测试过程中准确称量6 mg试样，将试样置于铝盘中进行密封处理。对差示扫描量热仪运行程度进行设定，并按照所设定程序在氮气氛围中进行测试。

3 结果与分析

3.1 抗菌剂的分散性

通过对液体抗菌剂与处于液体状态的PVC糊料进行充分的搅拌混合，可以获得一定的抗菌PVC 糊料。PVC0与PVC1.5试样断面电镜扫描结果如图2所示。

从图2可以看出，PVC1.5试样在成型之后，整体呈现出均相结构状态，并存在材质分层、固体颗粒团聚情况。这表明试验中所添加的抗菌剂在PVC1.5试样中呈现出均匀分布的状态，有利于更好的发挥出理想的抗菌作用。

3.2 力学性能

本实验中，为检验所制备试样材料的力学性能，结合实际情况，通过开展拉伸实验的方式，重点考察试样的拉伸强度和断裂伸长率。首先，在样品两端缓慢施加载荷，使样品的任务部分受到轴向拉力，使样品沿轴向延伸，直至断裂。材料的拉伸强度和塑性特征可通过拉伸实验来测量。拉伸试样应满足不同材料拉伸实验的相关国家标准和行业规范的要求，其中，拉伸强度是指试样拉伸至断裂过程中出现的最大力值［8］；断裂伸长率是指试样断裂时的伸长率。通过拉伸实验，可以得到PVC0与PVC1.5试样的断裂伸长率与拉伸强度数据结果，其相应的数据结果如表1所示。

由表1可知，在拉伸强度方面，PVC1.5试样的拉伸强度检测结果低于PVC0试样。总体来看，2试样的拉伸强度均處于相对较高的水平；但结果也显示，通过在试样中添加一定的抗菌剂，会导致试样拉伸强度的小幅度下降。另外，通过拉伸试验还观察到，在断裂伸长率方面，PVC1.5试样的断裂伸长率高于PVC0试样。这证明，通过在试样中添加一定的抗菌剂，可以在一定程度上促进试样断裂伸长率的提高。综合分析以上结果可得出：在试验材料中添加一定的有机硅季铵盐抗菌剂，可以提高麻醉面罩气垫的柔韧性。

3.3 抗菌性能

季铵盐类聚合物具有抗菌活性高、性能稳定持久、残余毒性及对人体组织的刺激性低等优点，因而备受关注［9］。季铵盐类聚合物对细菌的半致死量约为抗菌肽（LL-37，属高效抗菌剂）的二分之一，毒性仅约为LL-37的十分之一［10］。在此次研究中，通过开展抑菌实验，得出相应的抑菌环大小。本实验所使用的PVC0试样与PVC1.5试样金黄色葡萄球菌的抑菌环直径大小如表2所示。参照相关规范关于抑菌环直径与抗菌作用的判定标准，试样PVC1.5的抑菌环直径为9.85 mm，大于7 mm，即证明该试样具备抑菌性能。

由表2可知，PVC1.5试样金黄色葡萄球菌的抑菌环直径平均值明显大于PVC0试样。这表明，在添加适量抗菌剂之后，试验所用气垫材料试样的抑菌性能明显提升。

3.4 热力学性能

PVC0试样与PVC1.5试样差示扫描量热仪测量结果如表3所示。

由表3可知，PVC1.5试样玻璃化转变温度小于PVC0试样。结合玻璃化转变温度与材料柔韧性相关评估标准，表明PVC1.5试样材料的柔韧性较好。

究其原因，可能是在试验中PVC糊料中添加了一定的小分子抗菌剂，相应的抗菌剂具有增塑作用，可以促进PVC糊料的快速成型，加快了PVC分子链之间的移动。通过这一方式，可以有效减轻不同分子链间缠结，提升材料的柔韧性。

4 应用前景分析

本实验表明，应用PVC糊树脂与有机硅季铵盐抗菌剂制备用于麻醉面罩气垫的软质PVC抗菌材料，检测后可以发现该材料具备良好的抗菌性能、力学性能以及热力学性能，具备一定的临床应用可行性。为此，在未来的研究中，在制备麻醉面罩气垫的过程中，可尝试在相应的原材料中添加适量的液体有机硅季铵盐抗菌剂，以改善气垫材料的综合性能，提升其柔韧性与抗菌性能，以更好的提高麻醉面罩的密封性与使用效果，确保麻醉效果，并改善患者的使用体验。

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