兩親性可生物降解聚氨酯彈性體的合成方法
2023-06-05 17:49:11
專利名稱：兩親性可生物降解聚氨酯彈性體的合成方法
技術領域：
本發明屬於生物材料領域，特別涉及一種兩親性可生物降解聚氨酯彈性體的合成方法。
背景技術：
由於聚氨酯彈性體具有良好的力學性能及優異的生物相容性和抗凝血性，所以聚氨酯彈性體可以用於心血管組織工程方面。目前可生物降解聚氨酯的合成主要有以下幾種途徑(1)低聚糖衍生物聚氨酯。
(2)木質素、單寧及樹皮衍生聚氨酯。
(3)纖維素衍生聚氨酯。
(4)澱粉衍生聚氨酯。
以上幾種可生物降解聚氨酯合成是利用異氰酸酯基團的高活性和天然高分子化合物的可生物降解性能，把含有多個羥基的天然高分子化合物作為聚氨酯多元醇組分之一，製成各種聚氨酯材料，可以賦予其較好的生物降解性和生物相容性。但是這類聚氨酯材料作為生物吸收材料的主要問題有三個首先所採用的樹皮、澱粉、等原材料不經過淨化和消毒處理，裡面含有大量對人體有害的物質，而且其降解產物具有生物毒性，無法滿足組織工程用生物材料的要求，只能應用於工業用可降解聚合物領域。除此之外，還可以用完全生物降解的聚合物，例如聚乳酸、聚己內酯、聚碳酸亞乙酯等為聚氨酯的多元醇組分，與二異氰酸酯一起反應來合成可生物降解聚氨酯，這類聚氨酯特別適合應用於醫學領域。但是聚乳酸和聚碳酸亞乙酯的製造工藝複雜，成本高昂，目前尚無法實現工業化大批量生產。聚己內酯和聚乙二醇是已經非常成熟的工業化產品，國內許多廠家生產，價格也較低廉。所以是生產生物可降解聚氨酯彈性體的優良原料。
發明內容
本發明的目的是提供適合應用於醫學領域的一種兩親性可生物降解聚氨酯彈性體的合成方法。其特徵在於用完全可生物降解的聚乙二醇(PEG)、聚己內酯(PCL)作為多元醇組分以及2，6-二異氰酸酯(HDI)為原料材料，採取溶液縮合聚合法反應合成可生物降解的聚氨酯。具體步驟為1).將一定摩爾比的PCL二醇與PEG按1∶10-10∶1的比例加入三口瓶中，一瓶口裝冷凝管及溫度計，另一瓶口裝機械攪拌，攪拌棒與玻璃攪拌套管間用真空橡膠管連接，並塗覆真空矽酯潤滑密封；然後置於50℃-120℃的電加熱套中，攪拌至反應物完全熔融作為多元醇組分抽真空1-3Pa，3小時。然後從其中一瓶口充入保持10-40Pa氮氣保護，滴加二月桂酸二丁基錫，加入50-300毫升丁酮，加入HDI與多元醇的摩爾比為0.9∶1-1.1∶1的比例，在90℃下反應1-3小時；2).氮氣保護下將2的產物升溫到60-120℃，加入催化劑二月桂酸二丁基錫1-3滴，滴加適量的丁二醇，一般用量為HDI用量的1％-10％，用於聚合物封端，於此溫度下反應0.5-3.5小時；3)出料先降溫至約60℃，然後停止攪拌，停止N2保護，將反應瓶提離加熱套，將溶液倒在去離子水中沉澱析出乳白色彈性的聚氨酯。
所述PEG，分子量從200到4600、PCL-diol，分子量從500到6000。
本發明的有益效果是用可完全生物降解聚合物作為聚氨酯的多元醇組分，與二異氰酸酯一起反應來合成無毒，安全、可生物吸收和生物降解的聚氨酯彈性體，同時具有較好的生物相容性。通過改變配比可對材料硬度和彈性進行調整，以適合不同用途的需要。本產品的合成方法為一步共縮聚法，合成過程簡單，反應條件溫和、反應穩定、容易控制。這類聚氨酯特別適合應用於醫學領域。
具體實施例方式
本發明的目的是提供適合應用於醫學領域的一種兩親性可生物降解聚氨酯彈性體的合成方法。其特徵在於用完全可生物降解的聚乙二醇(PEG)、聚己內酯(PCL)作為多元醇組分以及2，6-二異氰酸酯(HDI)為原料材料，採取溶液縮合聚合發反應合成可生物降解的聚氨酯。具體步驟為
1).將一定摩爾比的PCL二醇與PEG按1∶10-10∶1的比例加入三口瓶中，一瓶口裝冷凝管及溫度計，另一瓶口裝機械攪拌，攪拌棒與玻璃攪拌套管間用真空橡膠管連接，並塗覆真空矽酯潤滑密封；然後置於50℃-120℃的電加熱套中，攪拌至反應物完全熔融作為多元醇組分抽真空1-3Pa，3小時。然後從其中一瓶口充入保持10-40Pa氮氣保護，滴加二月桂酸二丁基錫，加入50-300毫升丁酮，加入HDI與多元醇的摩爾比為0.9∶1-1.1∶1的比例，在90℃下反應1-3小時；2).氮氣保護下將2的產物升溫到60-120℃，加入催化劑二月桂酸二丁基錫1-3滴，滴加適量的丁二醇，一般用量為HDL用量的1％-10％，用於聚合物封端，於此溫度下反應0.5-3.5小時；3).出料先降溫至約60℃，然後停止攪拌，停止N2保護，將反應瓶提離加熱套，將溶液倒在去離子水中沉澱析出乳白色彈性的聚氨酯。
在本發明中，採用聚乙二醇(PEG，分子量從200到4600)、聚己內酯二醇(PCL-diol，分子量從500到6000)以及2，6-二異氰酸酯己酸乙酯(HDI)為原料製備。其PCL系列中聚乙二醇鏈段(PEG)的介入使得共聚物結晶度隨其含量增加先升後降，球晶尺寸變小，從而大大改善了共聚物的機械性能；拉伸強度可高達14MPa；斷裂伸長率由PCL的1210％增加到2044％；熔點隨組分變化由44.8℃降為37.7℃；平衡吸水率由8％增加至70％；材料表面水接觸角由80度下降至40度，親水性大大提高。該系列生物降解性受到本身鏈柔順性、結晶性能、分子量及其分子量分布的影響，外在條件受到降解薄膜厚度以及環境的影響。當PEG質量百分數達到50％時，結晶度最小，降解最快。在磷酸緩衝溶液中，厚度為0.14mm的薄膜降解10周後隨PEG含量不同失重率分別為25％(PCLPEG-30)、30％(PCLPEG-50)、20％(PCLPEG-70)。
選擇2，6-二異氰酸酯己酸乙酯的降解中間體，與可生物降解的聚乙二醇(PEG)、聚己內酯(PCL)作為多元醇組分合成對人體無毒的小分子或人體新陳代謝產物的無毒性、安全的生物吸收材料；選擇交聯網狀結構更自由地調整生物吸收材料的力學性能和降解速率。可製備出兩親性可生物降解聚氨酯彈性體，具有親水親油性，其平衡吸水率可在8％至100％之間調控。下面再舉實施例對本發明予以進一步說明。
實施例11).將20克PCL(分子量1000)與80克PEG(分子量1000)加入三口瓶中，真空密封、機械攪拌，抽真空3Pa、3小時，然後置於100℃的電加熱套中，攪拌至反應物完全熔融，得到多元醇組分預聚物，然後從其中一瓶口充入保持10-40Pa氮氣保護，滴加三滴二月桂酸二丁基錫，加入16.84克HDI，在100℃下反應3小時。
2).氮氣保護下將①的產物升溫到120℃，加入300毫升丁酮，加入1滴二月桂酸二丁基錫催化劑，滴加0.94克丁二醇用以聚合物封端，於此溫度下反應0.5-3.5小時。
3).出料先降溫至60℃，然後停止攪拌，停止N2保護，將反應瓶提離加熱套，將溶液倒在去離子水中沉澱析出乳白色彈性體。
實施例21).將40克PCL(分子量1000)與60克PEG(分子量1000)加入三口瓶中，真空密封、機械攪拌，抽真空3Pa、3小時，然後置於100℃的電加熱套中，攪拌至反應物完全熔融，得到多元醇組分預聚物，然後從其中一瓶口充入保持10-40Pa氮氣保護，滴加三滴二月桂酸二丁基錫，加入16.84克HDI，在100℃下反應3小時。
2).氮氣保護下將①的產物升溫到120℃，加入300毫升丁酮，加入1滴二月桂酸二丁基錫催化劑，滴加0.94克丁二醇用以聚合物封端，於此溫度下反應0.5-3.5小時。
3).出料先降溫至60℃，然後停止攪拌，停止N2保護，將反應瓶提離加熱套，將溶液倒在去離子水中沉澱析出乳白色彈性體。
實施例3
1).將50克PCL(分子量1000)與50克PEG(分子量1000)加入三口瓶中，真空密封、機械攪拌，抽真空3Pa、3小時，然後置於100℃的電加熱套中，攪拌至反應物完全熔融，得到多元醇組分預聚物，然後從其中一瓶口充入保持10-40Pa氮氣保護，滴加三滴二月桂酸二丁基錫，加入16.84克HDI，在100℃下反應3小時。
2).氮氣保護下將①的產物升溫到120℃，加入300毫升丁酮，加入1滴二月桂酸二丁基錫催化劑，滴加0.94克丁二醇用以聚合物封端，於此溫度下反應0.5-3.5小時。
3).出料先降溫至60℃，然後停止攪拌，停止N2保護，將反應瓶提離加熱套，將溶液倒在去離子水中沉澱析出乳白色彈性體。
實施例41).將60克PCL(分子量1000)與40克PEG(分子量1000)加入三口瓶中，真空密封、機械攪拌，抽真空3Pa、3小時，然後置於100℃的電加熱套中，攪拌至反應物完全熔融，得到多元醇組分預聚物，然後從其中一瓶口充入保持10-40Pa氮氣保護，滴加三滴二月桂酸二丁基錫，加入16.84克HDI，在100℃下反應3小時。
2).氮氣保護下將①的產物升溫到120℃，加入300毫升丁酮，加入催化劑1滴二月桂酸二丁基錫，滴加0.94克丁二醇用以聚合物封端，於此溫度下反應0.5-3.5小時。
3).出料先降溫至60℃，然後停止攪拌，停止N2保護，將反應瓶提離加熱套，將溶液倒在去離子水中沉澱析出乳白色彈性體。
實施例51).將80克PCL(分子量1000)與20克PEG(分子量1000)加入三口瓶中，真空密封、機械攪拌，抽真空3Pa、3小時，然後置於100℃的電加熱套中，攪拌至反應物完全熔融，得到多元醇組分預聚物，然後從其中一瓶口充入保持10-40Pa氮氣保護，滴加三滴二月桂酸二丁基錫，加入16.84克HDI，在100℃下反應3小時。
2).氮氣保護下將①的產物升溫到120℃，加入300毫升丁酮，加入1滴二月桂酸二丁基錫催化劑，滴加0.94克丁二醇用以聚合物封端，於此溫度下反應0.5-3.5小時。
3).出料先降溫至60℃，然後停止攪拌，停止N2保護，將反應瓶提離加熱套，將溶液倒在去離子水中沉澱析出乳白色彈性體。
實施例61).將100克PCL(分子量2000)與100克PEG(分子量2000)加入三口瓶中，真空密封、機械攪拌，抽真空3Pa、3小時，然後置於100℃的電加熱套中，攪拌至反應物完全熔融，得到多元醇組分預聚物，然後從其中一瓶口充入保持10-40Pa氮氣保護，滴加三滴二月桂酸二丁基錫，加入16.84克HDI，在100℃下反應3小時。
2).氮氣保護下將①的產物升溫到120℃，加入300毫升丁酮，加入1滴二月桂酸二丁基錫催化劑，滴加0.94克丁二醇用以聚合物封端，於此溫度下反應0.5-3.5小時。
3).出料先降溫至60℃，然後停止攪拌，停止N2保護，將反應瓶提離加熱套，將溶液倒在去離子水中沉澱析出乳白色彈性體。
實施例71).將40克PCL(分子量2000)與160克PEG(分子量2000)加入三口瓶中，真空密封、機械攪拌，抽真空3Pa、3小時，然後置於100℃的電加熱套中，攪拌至反應物完全熔融，得到多元醇組分預聚物，然後從其中一瓶口充入保持10-40Pa氮氣保護，滴加三滴二月桂酸二丁基錫，加入16.84克HDI，在100℃下反應3小時。
2).氮氣保護下將①的產物升溫到120℃，加入300毫升丁酮，加入1滴二月桂酸二丁基錫催化劑，滴加0.94克丁二醇用以聚合物封端，於此溫度下反應0.5-3.5小時。
3).出料先降溫至60℃，然後停止攪拌，停止N2保護，將反應瓶提離加熱套，將溶液倒在去離子水中沉澱析出乳白色彈性體。
實施例81).將180克PCL(分子量2000)與20克PEG(分子量1000)加入三口瓶中，真空密封、機械攪拌，抽真空3Pa、3小時，然後置於100℃的電加熱套中，攪拌至反應物完全熔融，得到多元醇組分預聚物，然後從其中一瓶口充入保持10-40Pa氮氣保護，滴加三滴二月桂酸二丁基錫，加入16.84克HDI，在100℃下反應3小時。
2)氮氣保護下將①的產物升溫到120℃，加入300毫升丁酮，加入催化劑1滴二月桂酸二丁基錫，滴加0.94克丁二醇用以聚合物封端，於此溫度下反應0.5-3.5小時。
3).出料先降溫至60℃，然後停止攪拌，停止N2保護，將反應瓶提離加熱套，將溶液倒在去離子水中沉澱析出乳白色彈性體。
實施例91).將40克PCL(分子量2000)與80克PEG(分子量1000)加入三口瓶中，真空密封、機械攪拌，抽真空3Pa、3小時，然後置於100℃的電加熱套中，攪拌至反應物完全熔融，得到多元醇組分預聚物，然後從其中一瓶口充入保持10-40Pa氮氣保護，滴加三滴二月桂酸二丁基錫，加入16.84克HDI，在100℃下反應3小時。
2).氮氣保護下將①的產物升溫到120℃，加入300毫升丁酮，加入催化劑1滴二月桂酸二丁基錫，滴加0.94克丁二醇用以聚合物封端，於此溫度下反應0.5-3.5小時。
3).出料先降溫至60℃，然後停止攪拌，停止N2保護，將反應瓶提離加熱套，將溶液倒在去離子水中沉澱析出乳白色彈性體。
實施例101).將20克PCL(分子量2000)與80克PEG(分子量4000)加入三口瓶中，真空密封、機械攪拌，抽真空3Pa、3小時，然後置於100℃的電加熱套中，攪拌至反應物完全熔融，得到多元醇組分預聚物，然後從其中一瓶口充入保持10-40Pa氮氣保護，滴加三滴二月桂酸二丁基錫，加入16.84克HDI，在100℃下反應3小時。
2)氨氣保護下將①的產物升溫到120℃，加入300毫升丁酮，加入1滴二月桂酸二丁基錫催化劑，滴加0.94克丁二醇用以聚合物封端，於此溫度下反應0.5-3.5小時。
3).出料先降溫至60℃，然後停止攪拌，停止N2保護，將反應瓶提離加熱套，將溶液倒在去離子水中沉澱析出乳白色彈性體。
權利要求
1.一種兩親性可生物降解聚氨酯彈性體的合成方法，其特徵在於用完全可生物降解的聚乙二醇(PEG)、聚己內酯(PCL)作為多元醇組分以及2，6-二異氰酸酯(HDI)為原料材料，採取溶液縮合聚合法反應合成可生物降解的聚氨酯；具體步驟為1).將一定摩爾比的PCL與PEG按1∶10-10∶1的比例加入三口瓶中，一瓶口裝冷凝管及溫度計，另一瓶口裝機械攪拌，攪拌棒與玻璃攪拌套管間用真空橡膠管連接，並塗覆真空矽酯潤滑密封；然後置於50℃-120℃的電加熱套中，攪拌至反應物完全熔融狀態，作為多元醇組分；抽真空1-3Pa，3小時。然後從其中一瓶口充入保持10-40Pa氮氣保護，滴加二月桂酸二丁基錫，加入50-300毫升丁酮，加入HDI與多元醇的摩爾比為0.9∶1-1.1∶1的比例，在90℃下反應1-3小時；2).氮氣保護下將2的產物升溫到60-120℃，加入催化劑二月桂酸二丁基錫1-3滴，滴加適量的丁二醇，一般用量為HDI用量的1％-10％，用於聚合物封端，於此溫度下反應0.5-3.5小時；3).出料先降溫至約60℃，然後停止攪拌，停止N2保護，將反應瓶提離加熱套，將溶液倒在去離子水中沉澱析出乳白色彈性的聚氨酯。
2.根據權利要求1所述兩親性可生物降解聚氨酯彈性體的合成方法，其特徵在於所述PEG，分子量從200到4600、PCL-diol，分子量從500到6000。
全文摘要
本發明公開了屬於生物材料領域的一種兩親性可生物降解聚氨酯彈性體的合成方法，該聚氨酯採用聚乙二醇、聚已內酯以及2，6－二異氰酸酯已酸乙酯為原料材料，一步共縮聚法合成為可生物降解產物，製備兩親性可生物降解聚氨酯彈性體，具有親水親油性，對生物體無毒性，同時具有較好的生物相容性。通過改變配比可對材料硬度和彈性進行調整，以適合不同用途的需要。合成過程簡單，反應條件溫和。這類聚氨酯特別適合應用於醫學領域。聚氨酯彈性體在生物材料應用上具有廣闊的發展前景。
文檔編號C08G18/40GK1468881SQ0313761
公開日2004年1月21日 申請日期2003年6月18日 優先權日2003年6月18日
發明者胡平, 韓濤, 韓媚, 胡 平 申請人:清華大學