改性透明聚氨酯呼吸面罩氣密性測試與應用驗證

中圖分類號：TQ323.8 文獻標志碼：A文章編號：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用于醫療、建筑以及汽車制造等領域中。聚氨酯在本質上屬于一種彈性體，通過二異氰酸酯、多元醇等反應制得，具備很多材料特性，例如光學透明性較高、相容性好等[13]近些年來，對于高性能透明聚氨酯的研究受到了廣泛關注，其可有效用于安全防護以及高端光學設備等領域中，且針對相關研究持續增多。而在透明防護材料的研究中，這些主要使用多層復合材料，包括透明陶瓷以及高強度玻璃等。然而這些材料在應用中存在氣密性、透明性以及適用性等無法滿足的情況[47]。本研究結合以往聚氨酯改進經驗上，從工藝角度對用于制備面罩的聚氨酯材料進行優化，并對該材料應用的可行性進行分析。

1 試驗方案

1.1主要原材料與設備

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

主要設備：Instron1196試驗機（Instron美國）。

1.2透明聚氨酯彈性體的制備

（1）預處理階段。對 M，N 組分抽真空處理，然后將其置于干燥箱內，保持室溫條件，持續時間為1h，確保氣泡完全去除即可結束操作；（2）在首次除氣泡完成之后，兩組分按照相同比例進行攪拌，充分攪拌之后繼續進行真空處理，采用與步驟（1）相同的方式，持續時間為 0.5h （3）成型階段。在模具內添加未交聯的聚氨酯，添加完成之后確保其保持均勻的狀態；（4）開始進行硫化反應，持續時間為1h，保持80^gC 的溫度，反應結束之后進行脫模，并保存產物備用。

1.3 性能測試

可見光透過率測試：選擇UV-3150光譜儀（日本島津）對制備的聚氨酯成型材料進行透過率測試。

力學性能測試：依據GB/T528—2009《硫化橡 膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》進行 測試。

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方法第1部分：邵氏硬度計法（邵爾硬度）》操作。

2 結果與分析

2.1透明聚氨酯彈性體制備條件優化

2.1.1固化時間對聚氨酯力學性能的影響

聚氨酯彈性體的力學性能受到固化時間的影響。本試驗在 80^qC 的溫度下，固化時間對聚氨酯制品力學性能變化結果如圖2所示。

由圖2可知，在初期力學性能和固化時間之間表現為顯著的正相關性，即力學性能隨著固化時間的增大而明顯提高。但在達 90min 之后，力學性能沒有顯著的增長，而是基本處于穩定的狀態。出現該問題的原因，主要是達到該時間之后，兩組分反應已經基本結束，固化時間繼續增加不會對反應產生影響，所以聚氨酯制品的力學性能也不會表現出較大程度的變化。

2.1.2 固化溫度對聚氨酯性能的影響

聚氨酯彈性體的拉伸強度和固化溫度之間的關系如圖3所示。

由圖3可知，在一定溫度范圍內，聚氨酯制品拉伸強度和固化溫度之間表現出一定的正相關性，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，聚氨酯制品拉伸強度處于較低的水平，主要是因為溫度較低，異氰酸酯與氫化物之間的反應不強烈，難以達到較高的反應速度，所以拉伸性能相對較低。另外，在固化溫度超過 100^°C 之后，繼續增大溫度，聚氨酯拉伸強度也未出現顯著的增加，總體保持了穩定的狀態。出現該現象的原因，是因為在達到該溫度之后，整個體系的反應已經基本結束，所以拉伸強度不會再出現顯著的變化。

2.2透明聚氨酯彈性體的性能測試

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，在可見光波長為 390～770nm 時，發現其可見光透過率達到了較高的水平，基本超過90% ，所以制備的聚氨酯彈性體保持了較好的光學透明性，滿足了應用的標準。

2.2.2 力學性能

選擇在Instron1196試驗機上對聚氨酯面罩進行測試。該型號試驗機為4號啞鈴狀，設定其標距和標距寬度分別為 25，4mm ；拉伸速度為500mm/min ;載荷傳感器壓力為 50kN ;試驗時間和溫度分別為 30min.80^qC 。按照該條件進行3次測試，測試結果如表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性能，拉伸強度、拉斷伸長率以及邵氏硬度的平均值分別是 10.39MPa.197.82%.75HA ，可見力學性能較好，均符合設計的標準。

2.3 臨床應用效果驗證

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對象，這些患者均患有重癥呼吸疾病，且依賴于專用的呼吸面罩。將所有患者隨機為兩組，分別是對照組、觀察組。該試驗已經得到院倫理委員會的批準。

納入標準： ① 患者了解試驗的相關信息，具有較高的意愿參與該項研究，同時完成對知情同意書的簽署； ② 患者依賴于呼吸面罩，且必須持續吸氧，時間保持在1d以上2； ③ 患者應符合年齡的要求，即不低于18歲； ④ 具有詳細的臨床資料; ⑤ 具有清晰的意識，不存在精神疾病； ⑥ 依從性滿足要求。

排除標準：缺乏自主意識，難以配合完成試驗。

2.3.2 方法

針對觀察組、對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面罩；除此之外，其他護理條件均是一致的；然后對各組患者使用呼吸面罩的舒適度以及滿意度進行評估，并結合得到的結果進行總結。本研究制備的面罩相對于常規面罩的差異性主要體現在如下方面：透明外殼需要粘合硅膠墊，可以改善防滑效果，并達到更高的舒適性；在卡槽內側設置固定框，便于約束固定塊和固定框；在固定框內側設置緩沖網，可以滿足氧氣傳輸的要求；連接固定蓋以及過濾網，便于過濾外部空氣；為了保證良好的擴音效果，需要對固定管、擴音以及收音漏斗進行約束；考慮到藥品投放的需求，在投藥口內層卡合防護蓋，同時還需要對防護蓋進行約束，并通過專用把手來滿足移動防護蓋的要求。

2.3.3 觀察指標

（1）面部壓力性損傷發生率。采用的評價標準為《壓瘡預防和治療：臨床實踐指南》，具體劃分為I、Ⅱ、Ⅱ、V這4個不同的等級，對應著不同的損傷情況，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。針對具體的損傷情況進行統計分析，結合收集的數據對總發生率進行計算；

（2）舒適度評分。針對各組患者使用面罩之后的舒適度情況進行評分，分值為1＼～8，分值越低說明舒適度越差，最后結合統計的結果進行評分匯總；

（3）滿意度。針對各組患者使用面罩之后的滿意度情況進行統計，滿意度主要劃分為3個不同的等級，分別是滿意、基本滿意以及不滿意，前2個等級對應的患者占比即為滿意度統計的結果，根據最終的結果進行對比分析。

2.3.4 統計學處理

針對收集和統計的數據利用SPSS21.0進行處理計量資料 x±s 表示，用 χ_t 檢驗;計數資料 n（%） 表示 ?χ² 檢驗。若“ Plt;0.05^′′ ，則認為具有統計學意義。

2.3.5 結果與分析

（1）面部壓力性損傷發生率對比。根據得到的結果可知，相對于觀察組，對照組面部壓力性損傷嚴重程度I、Ⅱ、Ⅱ、V級明顯更高，兩組的總發生率分別是 9.23% .49.23% 。可見，在發生率上存在顯著的差異性，觀察組明顯更低，具體結果如表2所示。

（2）舒適度評分比較。針對觀察組、對照組使用面罩之后的舒適度進行評分，二者的評分分別是（6.90±0.77 ）、 （2.85±0.79） 分（ 。根據以上結果可知，觀察組患者的舒適度評分明顯高于對照組，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。針對觀察組、對照組使用面罩之后的滿意度進行比較，結果如表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結語

本實驗制備得到的聚氨酯面罩材料，其最佳的固化溫度和固化時間為 80^qC 和 120min 。在該最佳固化溫度下，該材料的拉伸強度為 10.39MPa 由此得出，本試驗制備的材料符合要求。同時臨床結果也表明，該面罩材料的應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療領域。

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