專利名稱：一種嵌段聚醚型聚氨酯共聚物及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種嵌段聚醚型聚氨酯共聚物及其制備方法和其在制備生物醫(yī)用材料中的用途。
隨著高分子科學(xué)，醫(yī)學(xué)和生物學(xué)的迅速發(fā)展和相互滲透，使生物醫(yī)用高分子成為具有廣泛應(yīng)用前景的新型功能材料，人們對高分子生物醫(yī)用材料的制備投入了大量的精力。研究表明，絕大多數(shù)高分子材料在于血液接觸時都導(dǎo)致不同程度的凝血，已制備出的許多醫(yī)用高分子，如有機桂橡膠，聚氨酯，聚甲基丙烯酸酯，聚氯乙烯和聚環(huán)氧乙烷等，有的因力學(xué)性能不能滿足要求，有的因血液適應(yīng)性差，使臨床應(yīng)用受到限制。
聚氨酯材料是指在分子的主鏈上含有較多氨基甲酸酯基團的一類聚合物。自1937年德國Farben的Bayer等合成聚氨酯以來，已形成了聚氨酯軟、硬泡沫、彈性體、塑料等一系列強度和剛性不同的產(chǎn)品。J.W.Boretos等人在Science，1967，1581481中首次報道了聚氨酯彈性體植入狗體內(nèi)的研究成果。此后，人們大量研究和開發(fā)了聚氨酯生物醫(yī)用材料，并有一系列商品化產(chǎn)品問世。
聚氨酯是具有良好機械強度，耐撓曲性的彈性材料，尤其是嵌段聚醚型聚氨酯，它的生理相容性、化學(xué)和物理穩(wěn)定性十分優(yōu)異，是一種較為理想的生物醫(yī)用高分子材料。國外的產(chǎn)品如用于人工心臟、人工心臟瓣膜和人造血管的Angilflex和Biomer，前者是交聯(lián)的聚醚型聚氨酯-有機硅共聚物，后者是由乙二胺擴鏈的線性嵌段聚醚型聚氨酯。其它如Cardiothane、Pellethane2363系列、Tecoflex EG系列等都是聚醚型線性或交聯(lián)型聚氨酯，用于輸尿管、動脈血管、血泵搏動膜以及頜面修復(fù)等。
近年來，為了使嵌段聚氨酯表現(xiàn)出更優(yōu)良的性能，對聚氨酯進行各種形式的化學(xué)改性如接枝、離子化和表面負載抗凝血活性物質(zhì)。A.Takahara在et al.polymer，1985，26987中報道說嵌段聚氨酯的表面親水-疏水平衡對材料的抗凝血性能有很大的影響。在研究材料-血液的相互作用的表面物理化學(xué)行為的基礎(chǔ)上，Ikaka在Adv Polymer Science，1984，57103中指出極端親水性表面和極端疏水性表面都具有良好的血液相容性。極端親水性表面由于與界面的親合性較大，從而使界面自由能大大降低，減少了材料表面對材料中多種組分的作用，因而呈現(xiàn)較優(yōu)良的抗凝血性能。而具有極端疏水性表面的材料，由于其表面自由能低，與血液各組分的作用小，同樣能呈現(xiàn)優(yōu)良的抗凝血性能。
氟碳基團是人們公認的自然界中疏水性最強的物質(zhì)，因此將氟碳基團接入聚氨酯分子結(jié)構(gòu)中的研究和成果也是有報道。如Han等人在et al.J Biomer SciPolymer Edn，1992，3(3)229中報道采用表面化學(xué)接枝反應(yīng)在SPU表面上接入全氟代烷基后，發(fā)現(xiàn)這種極端疏水性的聚氨酯表面也具有和極端親水性的聚氨酯表面相當(dāng)?shù)目鼓阅?。但是這種接枝方法難以控制氟碳基團在表面的分布，并且其反應(yīng)性受基體的影響大。
大部分含氟聚氨酯是以雙關(guān)能度的氟化聚醚或氟化二異氰酸酯為原料合成的，這種產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)主鏈上含有氟碳基，由于受制于分子主鏈和更強的氫鍵作用，很難進入表面，因此其疏水作用有限，更為重要的是，這種聚氨酯的溶解性能差，因此很少見到在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里的應(yīng)用報道。
本發(fā)明的產(chǎn)物克服了它們的缺點，端基氟碳向表面移動更容易，而且溶解性能好。
本發(fā)明通過聚合反應(yīng)，以氟碳基團作為端基接入聚氨酯主鏈端部，制備出了一種含氟碳端基的新的嵌段聚醚型聚氨酯共聚物。由于氟碳端基在聚合物體系中，有自發(fā)向界面聚集的趨勢，因此本發(fā)明共聚物表面的疏水性更強，可用于制備具有優(yōu)良抗凝血性能的生物醫(yī)用材料。
本發(fā)明的目的在于提供一種新的具有優(yōu)良抗凝血性能的嵌段聚醚型聚氨酯共聚物。
本發(fā)明的另一目的在于提供本發(fā)明的一種嵌段聚醚型聚氨酯共聚物的制備方法。
本發(fā)明的目的還在于提供本發(fā)明的一種嵌段聚醚型聚氨酯共聚物在制備生物醫(yī)用材料中的用途。
一種嵌段聚醚型聚氨酯共聚物的制備方法，該方法包括將二異氰酸酯和聚醚二醇及擴鏈劑進行共聚反應(yīng)，反應(yīng)是在單端羥基氟醇存在下進行的，所述單端羥基氟醇為具有如下通式的化合物或其衍生物CF3(CF2)n(CH2)mOH，其中n值為3～20，m值為0～12。產(chǎn)物具有如下通式PU-[O(CH2)m(CF2)nCF3]x，其中PU代表二異氰酸酯與聚醚二醇聚合后再經(jīng)過胺或醇擴鏈而形成的聚醚型聚氨酯。二異氰酸酯與聚醚二醇的聚合是在50～120°下聚合，其摩爾配比為1.0∶0.2～1.0∶1.0；所述單端羥基氟醇的重量百分含量為1～20％。
所述的擴鏈劑為小分子二醇HO-R-OH、多醇R’-(OH)m、小分子二胺NH2-R-NH2或多胺R’-(NH2)m，其中，R＝CnH2n，R’＝CnH2n-m，n＝1～10，m＝0～6；所述二異氰酸酯優(yōu)選為二苯基甲烷-4，4′-二異氰酸酯(MDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、六次亞甲基二異氰酸酯(HDI)或其衍生物。
所述聚醚二醇優(yōu)選為四氫呋喃均聚醚二醇、聚環(huán)氧丙烷二醇、聚環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷共聚醚二醇、四氫呋喃-環(huán)氧丙烷二元共聚醚二醇、四氫呋喃-環(huán)氧丙烷-環(huán)氧乙烷三元共聚醚二醇，其分子量M＝1.0×102～1.0×105。
所述反應(yīng)中可進一步含有二甲基甲酰胺、甲乙酮、甲苯、乙酸乙酯、四氫呋喃或者其混合溶劑。
所述反應(yīng)可進一步含有催化劑，所述催化劑為二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、三亞乙基二胺。
本發(fā)明還提供了一種本發(fā)明嵌段聚醚型聚氨酯共聚物在制備生物醫(yī)用材料中的用途。
實施例1將1.0摩爾分子量為2000的聚四氫呋喃聚醚二醇(PTMG)和0.2摩爾單端羥基的氟醇CF3(CF2)7CH2CH2OH，120℃預(yù)熱1小時，在氬氣保護下加入反應(yīng)釜內(nèi)，降溫至60℃。加入2.0摩爾二苯基甲基二異氰酸酯(MDI)(配成濃度為10％的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液)，80℃下攪拌2小時。在20℃下逐滴加入濃度為0.025g/ml二甲基甲酰胺溶液的丁二胺0.8摩爾，攪拌下反應(yīng)0.5小時，90℃繼續(xù)反應(yīng)30分鐘完成。
接觸角的大小是表征表面疏水和親水性的常用手段，一般來講，接觸角低于90°為親水表面，而接觸角高于90°為疏水表面，普通聚氨酯表面接觸角為105°，而氟碳端基的聚氨酯表面接觸角可達140°以上，表現(xiàn)出強疏水性。
根據(jù)XPS的原理，通過改變?nèi)肷浣?，可以獲得不同表面深度的氟原子含量，低角度反映較淺表層的氟含量，高角度反映較深表層的氟含量。在上述產(chǎn)物的XPS測試時(表1)，當(dāng)入射角為30°時，氟原子含量為63.56％；當(dāng)入射角為90°時，氟原子的含量為60.73％，由此可以看出，氟原子在表層的濃度高于深層，證明了氟原子的表面富集趨勢。
從以上分析可知，該反應(yīng)產(chǎn)物可用于制備具有優(yōu)良抗凝血性能的生物醫(yī)用材料。
表1 X射線光電子能譜(XPS)數(shù)據(jù)
實施例2清洗并用氮氣飽和裝配有氮氣保護管、溫度計、電動攪拌機的反應(yīng)釜，加入分子量2000的聚四氫呋喃醚二醇1.0摩爾，單端羥基的氟醇CF3(CF2)6CH2CH2OH0.05摩爾，120℃預(yù)熱1小時，在80℃攪拌下加入經(jīng)過預(yù)熱的二苯基甲基二異氰酸酯1.05摩爾，攪拌反應(yīng)，加入擴鏈劑丁二胺0.5摩爾，迅速攪拌至反應(yīng)完成，擠出并冷卻成型。
實施例3將分子量為2000的聚四氫呋喃聚醚二醇1.0摩爾，二苯基甲基二異氰酸酯5摩爾，在氬氣保護下加入反應(yīng)釜內(nèi)，加溫80℃并攪拌，2小時內(nèi)逐步加入溶劑二甲基甲酰胺6000ml，在30℃下加入丁二醇0.5摩爾，攪拌下反應(yīng)0.5小時，70℃下加入單端羥基的氟醇CF3(CF2)8CH2CH2OH 0.5摩爾，攪拌并氬氣保護下反應(yīng)30分鐘，于50℃滴加0.5摩爾季戊四醇(配成0.05g/ml濃度的二甲基甲酰胺溶液)，反應(yīng)半個小時后加入丁二胺2.5摩爾反應(yīng)至完成。
權(quán)利要求
1.一種嵌段聚醚型聚氨酯共聚物，其特征在于該共聚物的端基為氟碳基團，所述共聚物具有如下通式PU-[O(CH2)m(CF2)nCF3]x，其中PU代表二異氰酸酯與聚醚二醇聚合后再經(jīng)過胺或醇擴鏈而形成的聚醚型聚氨酯，n值為3～20，m值為0～12，x＝2～6。
2.一種嵌段聚醚型聚氨酯共聚物的制備方法，該方法包括將二異氰酸酯和聚醚二醇及擴鏈劑進行共聚反應(yīng)，其特征在于，所述反應(yīng)是在單端羥基氟醇存在下進行的，所述單端羥基氟醇為具有如下通式的化合物或其衍生物CF3(CF2)n(CH2)mOH，其中n值為3～20，m值為0～12，二異氰酸酯與聚醚二醇的聚合是在50～120°下聚合，其摩爾配比為1.0∶0.2～1.0∶1.0；所述單端羥基氟醇的重量百分含量為1～20％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的制備方法，其特征在于所述的擴鏈劑為小分子二醇HO-R-OH、多醇R′-(OH)m、小分子二胺NH2-R-NH2或多胺R′-(NH2)m或其混合物，其中，R＝CnH2n，R′＝CnH2n-m，n＝1～10，m＝0～6。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的制備方法，其特征在于所述二異氰酸酯為二苯基甲烷-4，4′-二異氰酸酯(MDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、六次亞甲基二異氰酸酯(HDI)或其衍生物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的制備方法，其特征在于所述聚醚二醇為分子量M＝1.0×102～1.0×105的四氫呋喃均聚醚二醇、聚環(huán)氧丙烷二醇、聚環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷共聚醚二醇、四氫呋喃-環(huán)氧丙烷二元共聚醚二醇、四氫呋喃-環(huán)氧丙烷-環(huán)氧乙烷三元共聚醚二醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的制備方法，其特征在于所述反應(yīng)中還進一步含有二甲基甲酰胺、甲乙酮、甲苯、乙酸乙酯、四氫呋喃或者其混合溶劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的制備方法，其特征在于所述反應(yīng)還進一步含有催化劑，所述催化劑為二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、三亞乙基二胺。
8.權(quán)利要求1所述的嵌段聚醚型聚氨酯共聚物在制備生物醫(yī)用材料中的用途。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種嵌段聚醚型聚氨酯共聚物及其制備方法和用途。該共聚物的通式可以表示為PU－[O(CH
文檔編號C08G18/83GK1365987SQ0110048
公開日2002年8月28日 申請日期2001年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月16日
發(fā)明者羅向東, 徐堅, 唐文紅, 戴新華, 張小莉 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所