專(zhuān)利名稱(chēng)：梳形功能化聚氨酯材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚氨酯彈性體及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種梳形功能化聚氨酯材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚氨酯(PU)作為嵌段共聚物一般是由短鏈段原料和長(zhǎng)鏈段原料聚合而成，因其中的硬段和軟段會(huì)發(fā)生微相分離不僅使其具有較好的生物相容性，還具有優(yōu)良的耐磨性、耐撓曲、耐濕氣和耐多種化學(xué)品性能，此外它還具有易于加工，能采用常規(guī)方法消毒等優(yōu)點(diǎn)，使之被廣泛用于制備介入導(dǎo)管、心臟起搏器絕緣線等醫(yī)療器械，是研究和應(yīng)用最為廣泛的生物醫(yī)用高分子材料之一。然而作為長(zhǎng)期植入體內(nèi)的制品，如小直徑人工血管，因其抗凝血性能仍不能滿足臨床要求，故其的生物相容性仍需要進(jìn)一步提高。聚乙二醇是一種親水性，無(wú)毒性和無(wú)免疫原性的生物相容性材料。人們發(fā)現(xiàn)在聚氨酯膜的表面接枝聚乙二醇，可以降低蛋白吸附和血小板活性，從而提高其血液相容性。如Lee等人發(fā)現(xiàn)用分子量小于10000的聚乙二醇改性后的聚氨酯表面具有顯著的抗蛋白吸附和抗血小板黏附作用(Journal of Biomedical Materials Research, 1998, 40:314-323.)。另外，有研究者將磺酸基、賴(lài)氨酸、精氨酸-甘氨酸-谷氨酸多肽以及肝素等接枝到聚氨酯表面的聚乙二醇鏈端，也能進(jìn)一步提高生物相容性(Bae JS，Seo EJ，KangIK.Synthesis and characterization of heparinized polyurethanes using plasmaglow discharge.Biomaterials 1999; 20(6):529 -537)。但遺憾的是這些表面改性方法復(fù)雜，首先需要用等離子處理或者高溫下與二異氰酸酯反應(yīng)來(lái)活化表面，然后才能接枝聚乙二醇。這種方法很顯然用于人工血管的內(nèi)表面改性就顯得更不方便了。為了避免復(fù)雜的表面改性過(guò)程，很多研究者開(kāi)始采用本體改性(即將聚乙二醇鏈接枝到聚氨酯主鏈上)來(lái)提高其生物相容性。計(jì)劍等將四氫呋喃和單環(huán)氧基聚乙二醇進(jìn)行開(kāi)環(huán)反應(yīng)，先得到帶聚乙二醇側(cè)鏈的聚醚二元醇，然后再以該聚醚二元醇為軟段合成聚氨酯，從而將聚乙二醇接枝到聚氨酯軟段上[高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，1999，20(5): 814-818]。Kim JH等通過(guò)化學(xué)反應(yīng)得到含聚乙二醇側(cè)鏈的二元醇，以此二元醇為擴(kuò)鏈劑將聚乙二醇鏈的連接到聚氨酯的硬段區(qū)[Biomaterials 2002, 23: 2015-2025]。這些方法所用的聚乙二醇側(cè)鏈的端基為甲氧基，所得到的聚氨酯沒(méi)有可反應(yīng)的基團(tuán)。但更常用的方法是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將聚乙二醇鏈直接接枝到聚氨酯主鏈上。這種方法需要聚氨酯主鏈和/或聚乙二醇的端基含有活性反應(yīng)點(diǎn)，例如聚氨酯主鏈上的氨基甲酸酯基團(tuán)通常作為活性點(diǎn)來(lái)接枝異氰酸酯封端的聚乙二醇低聚物[Biomaterials 1995，16: 467- 471]。當(dāng)仲胺作為活性點(diǎn)被引入到聚氨酯擴(kuò)鏈劑中，氯甲酸酯封端的聚乙二醇鏈就可以和仲胺反 應(yīng)，從而得到聚乙二醇接枝的聚氨酯[Journal of Polymer Science,Part A: Polymer Chemistry 1999, 37, 3441-3448]。但這種方法需要先對(duì)仲胺進(jìn)行保護(hù)，合成得到聚氨酯主鏈后再脫保護(hù)，才能得到仲胺反應(yīng)位點(diǎn)，故步驟較復(fù)雜。這些研究雖在一定程度上提高了聚氨酯的血液相容性，但在引入聚乙二醇接枝的反應(yīng)位點(diǎn)時(shí)，都需要多步化學(xué)反應(yīng)，操作復(fù)雜，且得到的聚氨酯的聚乙二醇側(cè)鏈的端基要么是磺酸基，要么是甲氧基，也就是說(shuō)沒(méi)有可反應(yīng)的基團(tuán)來(lái)進(jìn)一步接枝生物活性大分子，如生長(zhǎng)因子等，來(lái)提高材料的生物活性，使植入體內(nèi)制品能長(zhǎng)期使用。因此，迫切需要尋找一種在聚氨酯的聚乙二醇側(cè)鏈的端基上具有可反應(yīng)基團(tuán)，以為進(jìn)一步接枝生物大分子或接枝生物活性分子提供反應(yīng)位點(diǎn)，同時(shí)制備又較為簡(jiǎn)單的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，首先提供一種帶聚乙二醇側(cè)鏈的梳形功能化聚氨酯材料的制備方法，該方法不僅簡(jiǎn)單，且可獲得聚乙二醇側(cè)鏈端基為氨基或環(huán)氧基的梳形功能化聚氨酯材料。本發(fā)明的另一目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶聚乙二醇側(cè)鏈的梳形功能化聚氨酯材料的制備方法，該方法不僅簡(jiǎn)單，且可獲得聚乙二醇側(cè)鏈端基為羧基的梳形功能化聚氨酯材料。本發(fā)明的再一目是提供一種由上述方法分別制備的帶聚乙二醇側(cè)鏈的梳形功能化聚氨酯材料，該材料聚乙二醇側(cè)鏈的端基為可反應(yīng)基團(tuán)。本發(fā)明首先提供的帶聚乙二醇側(cè)鏈的梳形功能化聚氨酯材料的制備方法，其特征在于該方法的工藝步驟和條件如下:(I)將I摩爾份數(shù)均分子量為50(Γ4000的二元醇加入反應(yīng)容器中，攪拌并升溫至10(Tl20°C，真空脫水90 240 分鐘后降溫至5(T80°C，加入1.58 7.10摩爾份二異氰酸酯，在保持5(T80°C，真空下預(yù)聚反應(yīng)廣4小時(shí)得聚氨酯預(yù)聚物；(2)先將0.5 6摩爾份賴(lài)氨酸加入第一溶劑中至溶解，然后在攪拌下將其加入聚氨酯預(yù)聚物中擴(kuò)鏈反應(yīng)1(Γ30分鐘，停止攪拌并放置l(Tl2h，再倒入水中沉淀，沉淀物室溫下干燥后即得帶羧基的聚氨酯彈性體；(3)先將以羧基的摩爾計(jì)為0.5 2份帶羧基的聚氨酯彈性體溶解在第二溶劑中，然后依次加入以聚氨酯彈性體中所含羧基摩爾份至少1.2倍的二環(huán)己基碳二亞胺、至少1.2倍的N-羥基琥珀酰亞胺和0.5 2摩爾份端氨基聚乙二醇，室溫下攪拌反應(yīng)2(Γ30小時(shí)，其中二環(huán)己基碳二亞胺和N-羥基琥珀酰亞胺為等摩爾；(4)在上述反應(yīng)液中加入為第二溶劑重量I 3%的0.1 M的稀鹽酸，繼續(xù)反應(yīng)3 6個(gè)小時(shí)，過(guò)濾除去沉淀，將濾液滴入攪拌中的蒸餾水中，使之形成均勻分散的膠體，然后過(guò)濾，將濾液裝入截留分子量為8000 14000的透析袋內(nèi)，于蒸餾水中透析，每隔4飛個(gè)小時(shí)換一次蒸餾水，5^7天后取出，將透析袋內(nèi)的溶液真空冷凍干燥后即得聚乙二醇側(cè)鏈端基為氨基的梳形功能化聚氨酯，或(I)將I摩爾份數(shù)均分子量為50(Γ4000的二元醇加入反應(yīng)容器中，攪拌并升溫至10(Tl20°C，真空脫水90 240分鐘后降溫至5(T80°C，加入1.58 7.10摩爾份二異氰酸酯，在保持5(T80°C，真空下預(yù)聚反應(yīng)廣4小時(shí)得聚氨酯預(yù)聚物；(2)先將0.5 6摩爾份賴(lài)氨酸加入第一溶劑中至溶解，然后在攪拌下將其加入聚氨酯預(yù)聚物中擴(kuò)鏈反應(yīng)1(Γ30分鐘，停止攪拌并放置10 12h，再倒入水中沉淀，沉淀物室溫下干燥后即得帶羧基的聚氨酯彈性體；
(3)先將I 4摩爾份帶羧基的聚氨酯彈性體溶解在第二溶劑中，然后加入I 4摩爾份的端環(huán)氧基聚乙二醇，氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至11(T13(TC，攪拌回流反應(yīng)2(Γ30小時(shí)后，將反應(yīng)混合物裝入截留分子量為8000 14000的透析袋內(nèi)，于蒸餾水中透析，每隔4 6個(gè)小時(shí)換一次蒸餾水，5 7天后取出，將透析袋內(nèi)的溶液真空冷凍干燥后即得聚乙二醇側(cè)鏈端基為環(huán)氧基的梳形功能化聚氨酯。上述方法中所述的第一溶劑的用量為使聚氨酯彈性體溶液的固含量為26 39% ；第二溶劑的用量為使帶羧基的聚氨酯彈性體的重量百分含量為2 10%。上述方法中所述的第一溶劑為水和四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亞砜中的任一種組成的混合溶劑，其中水的重量百分含量為1(Γ30% ;第二溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亞砜中的任一種。上述方法中所述的端環(huán)氧基聚乙二醇或端氨基聚乙二醇優(yōu)選數(shù)均分子量為200 8000的，更優(yōu)選數(shù)均分子量為1000 4000的。本發(fā)明提供的另一梳形功能化聚氨酯材料的制備方法，其特征在于該方法的工藝步驟和條件如下:(I)將I摩爾份數(shù)均分子量為50(Γ4000 二元醇加入反應(yīng)容器中，攪拌并升溫至10(Tl20°C，真空脫水90 240分鐘后降溫至5(T80°C，加入2.2 7.08摩爾份二異氰酸酯，在保持5(T80°C，真空下預(yù)聚反應(yīng)廣4小時(shí)得聚氨酯預(yù)聚物；(2)先將0.15 2.10摩爾份含聚乙二醇側(cè)鏈的二元胺擴(kuò)鏈劑溶解在四氫呋喃或第二溶劑中，然后在攪拌下將其加入上述聚氨酯預(yù)聚物中，停止加熱，反應(yīng)10 15分鐘，再將0.5 4.5摩爾份賴(lài)氨酸溶于水中并加入到反應(yīng)體系中，水的用量為能使賴(lài)氨酸溶解即可，擴(kuò)鏈反應(yīng)1(Γ30分鐘后， 停止攪拌并放置10 12h，將反應(yīng)混合物裝入截留分子量為8000 14000的透析袋內(nèi)，于蒸餾水中透析，每隔4飛個(gè)小時(shí)換一次蒸餾水，5 7天后取出，將透析袋內(nèi)的溶液真空冷凍干燥后即得聚乙二醇側(cè)鏈端基為羧基的梳形功能化聚氨酯。上述方法中所述的四氫呋喃或第二溶劑的用量為使已加的反應(yīng)物總重量在其內(nèi)的重量百分含量為30% 50%，水的用量為第二溶劑質(zhì)量的10 30%。上述方法中所述的第二溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺、N, N- 二甲基乙酰胺或二甲基亞砜中的任一種；含聚乙二醇側(cè)鏈的二元胺擴(kuò)鏈劑(Lysine-NH-PEG)的化學(xué)結(jié)構(gòu)如下:
權(quán)利要求
1.一種梳形功能化聚氨酯材料的制備方法，其特征在于該方法的工藝步驟和條件如下: (1)將I摩爾份數(shù)均分子量為50(Γ4000的二元醇加入反應(yīng)容器中，攪拌并升溫至10(Tl20°C，真空脫水90 240分鐘后降溫至5(T80°C，加入1.58 7.10摩爾份二異氰酸酯，在保持5(T80°C，真空下預(yù)聚反應(yīng)廣4小時(shí)得聚氨酯預(yù)聚物； (2)先將0.5 6摩爾份賴(lài)氨酸加入第一溶劑中至溶解，然后在攪拌下將其加入聚氨酯預(yù)聚物中擴(kuò)鏈反應(yīng)1(Γ30分鐘，停止攪拌并放置l(Tl2h，再倒入水中沉淀，沉淀物室溫下干燥后即得帶羧基的聚氨酯彈性體； (3)先將以羧基的摩爾計(jì)為0.5 2份帶羧基的聚氨酯彈性體溶解在第二溶劑中，然后依次加入以聚氨酯彈性體中所含羧基摩爾份至少1.2倍的二環(huán)己基碳二亞胺、至少1.2倍的N-羥基琥珀酰亞胺和0.5 2摩爾份端氨基聚乙二醇，室溫下攪拌反應(yīng)2(Γ30小時(shí)，其中二環(huán)己基碳二亞胺 和N-羥基琥珀酰亞胺為等摩爾； (4)在上述反應(yīng)液中加入為第二溶劑重量I 3%的0.1 M的稀鹽酸，繼續(xù)反應(yīng)3 6個(gè)小時(shí)，過(guò)濾除去沉淀，將濾液滴入攪拌中的蒸餾水中，使之形成均勻分散的膠體，然后過(guò)濾，將濾液裝入截留分子量為8000 14000的透析袋內(nèi)，于蒸餾水中透析，每隔4飛個(gè)小時(shí)換一次蒸餾水，5 7天后取出，將透析袋內(nèi)的溶液真空冷凍干燥后即得聚乙二醇側(cè)鏈端基為氨基的梳形功能化聚氨酯，或 (1)將I摩爾份數(shù)均分子量為50(Γ4000的二元醇加入反應(yīng)容器中，攪拌并升溫至10(Tl20°C，真空脫水90 240分鐘后降溫至5(T80°C，加入1.58 7.10摩爾份二異氰酸酯，在保持5(T80°C，真空下預(yù)聚反應(yīng)廣4小時(shí)得聚氨酯預(yù)聚物； (2)先將0.5 6摩爾份賴(lài)氨酸加入第一溶劑中至溶解，然后在攪拌下將其加入聚氨酯預(yù)聚物中擴(kuò)鏈反應(yīng)1(Γ30分鐘，停止攪拌并放置10 12h，再倒入水中沉淀，沉淀物室溫下干燥后即得帶羧基的聚氨酯彈性體； (3)先將I 4摩爾份帶羧基的聚氨酯彈性體溶解在第二溶劑中，然后加入I 4摩爾份的端環(huán)氧基聚乙二醇，氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至11(T13(TC，攪拌回流反應(yīng)2(Γ30小時(shí)后，將反應(yīng)混合物裝入截留分子量為8000 14000的透析袋內(nèi)，于蒸餾水中透析，每隔4 6個(gè)小時(shí)換一次蒸餾水，5 7天后取出，將透析袋內(nèi)的溶液真空冷凍干燥后即得聚乙二醇側(cè)鏈端基為環(huán)氧基的梳形功能化聚氣酷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述梳形功能化聚氨酯材料的制備方法，其特征在于該方法中所述的第一溶劑的用量為使聚氨酯彈性體溶液的固含量為26 39% ;第二溶劑的用量為使帶羧基的聚氨酯彈性體的重量百分含量為2 10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述梳形功能化聚氨酯材料的制備方法，其特征在于該方法中所述的第一溶劑為水和四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亞砜中的任一種組成的混合溶劑，其中水的重量百分含量為1(Γ30% ;第二溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亞砜中的任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述梳形功能化聚氨酯材料的制備方法，其特征在于該方法中所述的端環(huán)氧基聚乙二醇或端氨基聚乙二醇的數(shù)均分子量為200 8000。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述梳形功能化聚氨酯材料的制備方法，其特征在于該方法中所述的端環(huán)氧基聚乙二醇或端氨基聚乙二醇的數(shù)均分子量為200 8000。
6.一種梳形功能化聚氨酯材料的制備方法，其特征在于該方法的工藝步驟和條件如下: (1)將I摩爾份數(shù)均分子量為50(Γ4000二元醇加入反應(yīng)容器中，攪拌并升溫至10(Tl20°C，真空脫水90 240分鐘后降溫至5(T80°C，加入2.2 7.08摩爾份二異氰酸酯，在保持5(T80°C，真空下預(yù)聚反應(yīng)廣4小時(shí)得聚氨酯預(yù)聚物； (2)先將0.15 2.10摩爾份含聚乙二醇側(cè)鏈的二元胺擴(kuò)鏈劑溶解在四氫呋喃或第二溶劑中，然后在攪拌下將其加入上述聚氨酯預(yù)聚物中，停止加熱，反應(yīng)10 15分鐘，再將0.5 4.5摩爾份賴(lài)氨酸溶于水中并加入到反應(yīng)體系中，水的用量為能使賴(lài)氨酸溶解即可，擴(kuò)鏈反應(yīng)1(Γ30分鐘后，停止攪拌并放置10 12h，將反應(yīng)混合物裝入截留分子量為8000 14000的透析袋內(nèi)，于蒸餾水中透析，每隔4飛個(gè)小時(shí)換一次蒸餾水，5 7天后取出，將透析袋內(nèi)的溶液真空冷凍干燥后即得聚乙二醇側(cè)鏈端基為羧基的梳形功能化聚氨酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述梳形功能化聚氨酯材料的制備方法，其特征在于該方法中所述的四氫呋喃或第二溶劑的用量為使已加的反應(yīng)物總重量在其內(nèi)的重量百分含量為30% 50%，水的用量為第二溶劑質(zhì)量的10 30%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述梳形功能化聚氨酯材料的制備方法，其特征在于該方法中所述的第二溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亞砜中的任一種；含聚乙二醇側(cè)鏈的二元胺擴(kuò)鏈劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)如下:
9.一種由權(quán)利要求1或6所述方法制備的梳形功能化聚氨酯材料，其特征在于該聚氨酯材料具有帶功能化端基的聚乙二醇側(cè)鏈，其側(cè)鏈的功能化端基為氨基、環(huán)氧基或羧基中的任一種，且其核磁氫譜在化學(xué)位移3.50 ppm、紅外光譜在1110 cnT1附近均顯示有聚乙二醇吸收峰。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的梳形功能化聚氨酯材料具有帶功能化端基的聚乙二醇側(cè)鏈，其側(cè)鏈的功能化端基為氨基、環(huán)氧基或羧基中的任一種，且其核磁氫譜在化學(xué)位移3.50 ppm、紅外光譜在1110 cm-1附近均顯示有聚乙二醇吸收峰。本發(fā)明還分別公開(kāi)了制備聚乙二醇側(cè)鏈端基為氨基或環(huán)氧基的梳形功能化聚氨酯的二步法和制備聚乙二醇側(cè)鏈端基為羧基的梳形功能化聚氨酯的一步法。本發(fā)明提供的端基為活性基團(tuán)的梳形功能化聚氨酯不僅可為進(jìn)一步接枝生物活性分子提供反應(yīng)位點(diǎn)，提高材料的生物活性，延長(zhǎng)植入體內(nèi)制品的使用期，還可擴(kuò)大聚氨酯在醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，同時(shí)制備方法工藝步驟少，操作也較為簡(jiǎn)單，因而易于實(shí)施，便于推廣。
文檔編號(hào)C08G18/83GK103224607SQ201310123610
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者謝興益, 張澤, 武向陽(yáng), 傅強(qiáng), 鐘銀屏 申請(qǐng)人:四川大學(xué), 拉瓦爾大學(xué)