聚四氟乙烯和薄壁导管衬垫简介

聚四氟乙烯（PTFE）是一种极其流行且丰富的含氟聚合物。自20世纪30年代以来，PTFE已经被宙斯与杜邦的技术人员意外开发。PTFE被认为是含氟聚合物的独特，因为它是完全氟化的，其仅包含氟和碳原子，如图1所示。

该结构提供了PTFE许多理想和独特的特性。事实上，根据最新估计，预计到2020年的全球PTFE市场预计将达到64.4亿美元，其年增长率为8.1％^［1］．这意味着在未来三年内估计全球PTFE全球消费量为524.1千吨^［1］！聚四氟乙烯主要被称为特氟隆^®但正如这个市场概述所显示的，PTFE确实已经成为现代世界许多领域的支柱。

图1。经典描述PTFE单体的刘易斯结构(左)，键合线绘制(中)，立体表示(右)。

聚四氟乙烯的结构

聚四氟乙烯是一种四氟乙烯(TFE)均聚物，由四氟乙烯单体通过自由基反应聚合而成(图2)。TFE聚合由反应中加入的过氧化物催化，产生的反应自维持，直到熄灭或反应物耗尽。这种反应的结果是具有相当强度的长链(高分子量)分子。聚四氟乙烯链长是广泛可控的，因此可以操纵以适应特定的应用。然而，与大多数饱和碳化合物不同，聚四氟乙烯聚合物链通常不灵活;它们产生具有独特化学特性的刚性棒状分子。

图2。合成聚四氟乙烯的一般反应方案。

PTFE的独特性能源于它的多个碳氟键。在元素周期表上的所有元素中，氟具有最高的电负性——它对电子的吸引力，包括那些与成键有关的电子^[2,3]．与氟相比，碳含有适度的电气，因此C-F键对氟极偏振。除了共价共享氟和碳之间的电子，还有相当大的静电吸引力，拉伸部分正碳（C^δ+)向部分负的氟(F^Δ-）.

因此，碳氟键的共价特性和部分静电特性导致碳氟键极短，这种效应通过多重偶极相互作用与聚四氟乙烯中的多个碳氟键复合。在PTFE中，C-F键的长度通常是1.32 Å，而C-F键的长度一般是1.35 Å^［4］．这个长度比其他碳卤键短也比碳氧键和碳氮键短。(只有碳硅键比碳氟键短)。结果是聚四氟乙烯沿着C-C主链紧密堆积，但以一种意想不到的方式。

PTFE是一种近填充的长链聚合物。然而，PTFE不采用为大多数饱和碳链观察到的典型的锯齿形图案，而是呈螺旋螺旋（图3a）。通常，沿着碳链骨架上的相邻碳的更大取代基将自己放置在抗构象中（图4a）。然而，由于大尺寸的氟原子和它们从其电负性源于其电负性，因此PTFE的相邻碳的氟原子不能形成真正的交错和抗构象。相反，氟原子在螺旋构象中沿圆形构象定位，沿着略小于交错抗构象的60°的C-C原子的二偏角角度（图3B和4）。

图3。(A)饱和烃链的典型之字形构象。(B)聚四氟乙烯的螺旋几何结构与氟原子围绕碳链主骨架。

聚四氟乙烯(PTFE)之所以出现这种罕见的现象，不是由于小氟代烷烃中出现的间扭式效应，而是由于聚四氟乙烯的C-C键轨道和C-F反键轨道(σ cc→σ*CF)的超共轭和相互作用(图5)。^［5］．超共轭所带来的能量减少远远大于相邻碳-碳原子二面角变小所带来的能量损失。每增加一个-CF，这些能源效益就会更加突出₂-。结果是一个更紧密的填充螺旋聚四氟乙烯与优越的稳定性程度。这种选择的螺旋构象的聚四氟乙烯超过之字形构象是如此稳定，它也被观察到在高氯代烷烃^［5］．（应该注意的是，PTFE基于压力和温度改变螺旋度的至少两个其他相或过渡构象存在，其中II期在近似室温和下方占主导地位^{(6 - 8)}．（但是，这里不应讨论这些阶段）。

图4。新手投影：小氟化烷烃和PTFE的几何比较。1,2-二氟乙烷，C的交错抗构象₂H₄F₂(左)，1,2-二氟乙烷的间扭式构象(中间)，PTFE的锯齿形交错构象(右)。

图5。PTFE的螺旋几何示意图:夸张的(准)gauche构象(左)，σ cc→σ*CF轨道相互作用和超共轭(右)。

聚四氟乙烯的特点和性能

PTFE的紧密性自然及其完全粘合的碳链给予这种聚合物，使其成为今天需求的多种理想的性质。氟的三个孤立的电子平衡整体偶极矩，无论其C-F键如何以及其高电子密度。这是指PTFE的氟原子是不可极化的。PTFE的氟原子还具有电子的完全价壳八位座。这两个方面呈现PTFE差的电子给体和氢粘合剂差的氟。结果是PTFE的C-C骨架周围的氟包覆的氟，赋予PTFE异常良好的耐化学性。（然而，PTFE仍然可以受涉及卤代化合物或碱金属的特异性制备的病症的影响。

PTFE的不可逆力的氟鞘也具有其他重要意义。PTFE的外部紧致氟“胶囊”，具有高电子密度，同样地擦除其他PTFE链。结果，PTFE表面具有非常低的摩擦系数，通常报告在0.02-0.08的范围内。PTFE对甚至小分子的不反应性质，如水或其他PTFE链意味着PTFE粘附在几乎没有任何内容。这些功能转化为指定应用程序的极好润滑性。

PTFE也被认为是刚性分子。PTFE不允许在C-C骨架单键周围自由旋转，与卤素饱和的碳链聚合物或简单的烃链如聚乙烯不同。氟原子的电子所需的电子密度和空间导致通过静脉位置的空间排斥，而且通过1,3位。这种厌恶使得旋转能量屏障围绕C-C单键极大地不利，超强稳定性。结果是一个构象不灵活的PTFE聚合物链。

聚四氟乙烯产品和导管组件

可以在各种产品中制造PTFE。PTFE的化学和机械功能允许这些产品用于各种应用。PTFE可开发成型部件;用作柔性管接头，电绝缘体，轴承，阀体，齿轮;并作为管道挤出（图6）。PTFE可以用极其细小的公差加工成精密部件，并且可以制成薄片或薄膜并加热收缩。PTFE的紧密粘合性质呈现出具有终极润滑性的特殊磨损和耐磨性。

图6。实施例PTFE挤出产品：（a）未珍化的和（b）颜料管，（c）PTFE热量与螺旋颜料，（d）PTFE单丝（特写镜头），和（e）Zeus ptfe子Lite-wall^®管道。（图像不缩放）。

随着这种性质作为耐化学性和润滑性，难怪PTFE发现其进入了这些特征特别理想的医疗应用的方法。PTFE在20世纪70年代之前的医疗行业成功和安全使用的历史悠久^[9]．聚四氟乙烯可以挤压作为管与非常薄的壁，使它完美的血管导管组件，均匀和小直径是至关重要的。例如，聚四氟乙烯可用于导管的内壁(衬垫)，以提供非常光滑的内表面。这些导管光滑的聚四氟乙烯内径(ID)降低了不同导管技术的摩擦，如气球、支架或动脉粥样切除设备，因为它们被推过导管腔的狭窄范围。如果导管ID没有足够的润滑性，支架等设备在被推入导管腔时可能会像手风琴一样坍塌。导管内径润滑度的增加会降低导管设备在通过管腔时的展开力，从而提高手术成功的概率。

浸渍涂层vs.自由挤压导管底座衬垫

浸渍涂层是一种竞争技术，可在成分上达到薄聚合物壁。执行该过程，以便将一些表面属性或质量赋予涂覆的部分，例如增加刚性或润滑性。在此描述的实例中，作为导管施工过程的一部分，可以在心轴上进行浸涂。然后，一旦涂层已经固化，导管的附加部件，包括尼龙护套，编织和夹套重新流动过程步骤，基于固化的浸涂的心轴上（图7）。在完成导管结构之后，然后将心轴从新建的导管中取出，留下浸涂层，成为最内腔壁的浸渍层。

图7。导管结构：基本导管部件：心轴，基部线性，编织加固，夹克（尼龙或北峰^®典型)和可剥皮(FEP)热收缩。

浸涂一开始看起来是一个简单的过程，但有一些限制，使它不能被普遍用于导管建设。浸渍涂层会经历像橘子皮表面一样的不均匀。有时，浸涂表面会出现许多被称为颤振的横截面线，这是由于涂涂过程中的振动造成的。浸涂的表面在固化层上也可能有坑洞、凹陷，甚至是孔，这是由涂层过程中的污染物(包括水分)造成的。导管ID的表面缺陷是导管使用的严重障碍。虽然这些缺陷可以用不同的方法来解决，但浸涂工艺的高精确度通常需要更大的成本和时间。

最后，也部分原因是由于上述缺陷，用于导管ID腔壁的浸涂心轴可以体验差的粘附性。这些缺陷可以是衬里粘附不良的形式，衬里朝向浸涂层（衬里）对心轴本身的编织或差的粘合或差的粘合剂。不完美的粘附可以导致分层缺陷，导管衬里最严重的缺陷。这种失败可以影响导管的基本方面，例如扭转透射率，可偏转性或可推性。这种缺陷的最终结果可能是导管本身的故障。虽然发生罕见，但分层缺陷呈现有关于浸涂过程的严重额外风险。

超小（微）导管及其应用

对更小的尺寸设备的需求驱动了追求薄壁挤出和导管结构的浸涂过程。在作为微导管的一般描述下落下的这些装置是用于导航极小的血管，以用于微创手术程序（MISP）。这些程序可能是本质上的诊断，调查，映射或介入。导管设计在功能和施工之间平衡。基本目标专注于导管可销售性，灵活性，可推性和扭转力（透射率或扭转力）。基于探索脉管系统的曲折，导管外径（OD）和ID在选择适当的设计和装置时发挥作用。因此，导管ID壁厚是所需基本导管功能属性和应用环境的权衡。

宙斯Sub-Lite-Wall^®Streamliner™导管衬里

推进微导管设计以满足心肌，神经血管和周边市场的要求是一种压倒性的任务。对更功能和较小设备的需求是连续的。鉴于这些要求，Zeus Industrial Products Inc.正在制造新的Sub-Lite-Wall^®流线型火车™系列薄壁导管衬垫。宙斯Sub-Lite-Wall^®目前，已经达到壁厚至0.005“（0.127mm）和下方的管道，用Streamliner™系列薄壁导管衬里挤出机较小。这些专业挤出机由PTFE生产，并在长期成功Sub-Lite-Wall^®产品从宙斯。生产这些薄壁挤压件主要是为了让医疗设备制造商和工程师更容易进入人体曲折的路径。现在，随着这个市场的状态推动越来越小的血管，亚lite - wall^®Streamliner™系列PTFE挤压件全部设定为市场标准。

StreamLiner™XT是Zeus在StreamLiner™系列中的第一款产品，它改进了现有的同类中最好的薄壁导管衬管。StreamLiner™XT采用Zeus的LoPro™专利技术，最大壁厚为0.00075" (0.01905 mm)，内径低至0.013" (0.330 mm)(图8)。这些超小壁导管衬管允许更小的成品外径(ODs)，同时也增加了导管腔内潜力。聚四氟乙烯的高润滑性也具有特殊的优势，因为它可以改善(降低)导管内的部署力，从而推动通过它的技术(光纤、摄像头等)。

图8。Sub-Lite-Wall^®StreamLiner™XT:(A) StreamLiner™XT挤压油管，(B) StreamLiner™XT原理图、图形说明和特征描述。

作为自由挤出，Streamliner™XT在浸涂方面具有许多优点。与传统衬里相比，这些PTFE衬垫更加强硬，更强烈。Streamliner™XT不会体验浸涂衬垫易感的陨石坑，凹陷或孔。因此，Streamliner TM XT的均匀性有助于其超光滑的腔ID表面光洁度。Streamliner™系列衬里也不容易易于与浸涂衬垫相关的分层。这些改进在一起允许子Lite-Wall^®StreamLiner™系列降低了患者的风险，同时提供了良好的性能和有效的替代浸涂，使患者获得成功的结果。

结论

PTFE是在20世纪30年代最初发现的合成含氟聚合物，该聚合体已经生长到全球工业中。PTFE完全氟化的性质有助于这种聚合物的独特螺旋结构，产生广泛的有益特性。具有如此有利的性质，例如低摩擦系数和卓越的耐化学性，PTFE进入了医疗领域，并在那里拥有了长期历史的成功使用历史。Zeus Industrial Products Inc.为了提高PTFE挤出技术，开发了超薄壁炉PTFE导管衬里引入其亚灯墙^®流线型火车™系列。

StreamLiner™XT是该系列的第一款产品，采用了Zeus专有的LoPro™技术，在Zeus已经是同类产品中最好的壁厚基础上增加了壁厚< 0.00075”(0.01905 mm)的衬管。作为一种自由挤压技术，StreamLiner™系列消除了浸涂技术的许多风险，如腔壁表面不均匀和分层。这些衬套使成品设备更加坚固，同时保留足够的功能特性，如扭矩、灵活性和可推性。超彩色导管管腔ID显著提高了成功的MISPs通过导管的部署力量。Sub-Lite-Wall^®StreamLiner™XT允许更大程度地访问小血管，包括外周和神经血管，也代表了医疗设备临床医生和工程师提高患者预后的新工具。

参考：

1. 到2020年，聚四氟乙烯（PTFE）市场价值6,440.0百万美元。在线：盛大视图研究;2015年。
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3. 鲍林L：化学键的性质和分子和晶体的结构：现代结构化学引入：康奈尔大学出版社;1960年。
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5. Cormanich RA, O’hagan D, Bühl M:超共轭是全氟正构烷烃螺旋度的来源。Angewandte Chemie International Edition 2017:n/a-n/a。
6. 田中华，武村:聚四氟乙烯和聚乙烯高压相的拉曼光谱研究。中国科学(d辑)，1998,12(6):359 -361。
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9. Laustriat S，Geiss S，Becmeur F，Bientz J，Marcellin L，Sauvage P：Teflon的病史。EUR UROL 1990,17（4）：301-303。

这些信息已采购，审查和调整，由Zeus Industrial Products，Inc。提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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