CN101343346A

CN101343346A - 壳聚糖聚氨酯材料及其制备方法

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Publication number: CN101343346A
Application number: CNA2008101465956A
Authority: CN
Inventors: 寇世杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2009-01-14

Abstract

本发明为壳聚糖聚氨酯材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)二异氰酸酯预聚体与聚环氧丙烷反应，得聚氨酯预聚体；(2)向该预聚体中加入壳聚糖，高速强力搅拌使之溶解，得粘稠、无沉淀物析出的液体；(3)交联固化反应得壳聚糖聚氨酯弹性体。(4)制得的弹性体溶胀至平衡后即得相应水凝胶。采用本体聚合方法，制备工艺简单、高效、无毒、对环境友好，制得的两类壳聚糖聚氨酯力学性能好、易加工，与真实皮肤组织的力学性能接近，生物相容性好、可生物降解、生物活性高、耐油耐水性好、性能可控，在医学、药物和相关性能测试等领域具有广泛的用途。

Description

壳聚糖聚氨酯材料及其制备方法

技术领域

本发明为壳聚糖聚氨酯材料及其制备工艺，由该工艺制备的壳聚糖聚氨酯材料可应用于人造器官、临床介入治疗装备、药物、医学模型和汽车、航空航天相关性能测试等领域，尤其在医疗和相关性能测试等领域有效为广泛的用途。

背景技术

聚氨酯(PU)弹性体是一类具有优异综合性能的高分子材料，耐磨性好、硬度范围宽、强度和伸长率都高、负载支撑容量大、减震效果好、耐油性能优异、生物相容性、生物可降解形成型加工性能好和性能可控，无毒，无“三致”作用，故聚氨酯弹性体居目前合成材料之首，除大量用在耐磨、耐油、吸震和高负载容量上之外，还大量用作人工心脏及人工心脏辅助装置、人造血管、人造肾脏、人造皮肤、介入诊疗导管、人工关节、人工软骨、生物粘接剂、神经导管和控制释放载体等医用材料上。参见：(1)傅明源，孙酣经，《聚氨酯弹性体及其应用》.北京：化学工业出版社，1999；(2)SandersJ.H.et al，《Polyurenthanes，Interscjence Publfshha，1964。

聚氨酯(PU)弹性体是由多异氰酸酯、聚合物多元醇、不同扩链剂二醇或二胺及不同硫化剂、填料和助剂等构成。

在医学领域所选用的高分子材料要比工业上的要求高得多，尤其对植入人体的材料要求更高，具体要求是：化学性能稳定；组织相容性好；无致癌性；耐生物老化；能经受各种消毒过程而不变性；成型加工性能好。目前，聚氨酯弹性体的生物活性不够，在医学领域的应用有很大局限性，所以需要制备一种生物活性高的聚氨酯弹性体材料，来满足医学领域对高分子材料的需求。

壳聚糖含有游离氨基，能结合酸分子，是天然多糖中唯一的碱性多糖，因而具有许多特殊的物理化学性质和生理功能。而且由于壳聚糖在人体内可生物降解，无毒副作用，来源广泛，生物活性高，以及具有抑菌、抗肿瘤、调血脂、调节免疫、活化肠道双歧杆菌等多种生理功能，同时不同分子量范围的壳聚糖对血液的活性具有不同的性质(低分子量时表现抗凝血性，高分子量时表现促凝血性)，因此广泛应用于精细化工、生物医药、保健食品和农林畜牧等方面。参见：(1)蒋挺大.《甲壳素[M]》.北京：化学工业出版社，2003；(2)Rabea E.1，Badawy M.E.T，Stevens C.V，Smagghe G，Steurbaut W.《Biomacromolecules》，4，2003，1457：(3)Badawy M.E.1，Rabea E.1，Rogge T.M，et al，《Biomacromolecules》，5,2004,589。但是壳聚糖的机械性能、耐生物老化能力和成型加工性能明显不足。

所以急需一种方法，利用壳聚糖制备新型的聚氨酯材料，使材料除了符合生物医用材料的基本要求之外，还具有壳聚糖良好的生物活性和多种优异的生理功能的特征，又具有聚氨酯弹性体耐生物老化、力学性能好、易加工等的优点。目前，国内报道有制备壳聚糖和聚氨酯复合材料的方法，利用水性聚氨酯溶液和壳聚糖溶液物理共混做血液相容性涂液层，例如中国专利公开文件CN 1306042A，和利用改性壳聚糖和特定的聚氨酯经行溶液反应制备可降解半互穿聚合物网络弹性材料，例如中国专利公开文件CN 1583853A，以及用壳聚糖交联活性炭聚氨酯制备泡沫生物固定载体，例如中国专利公开文件CN 1587106A。上述方法制备的壳聚糖和聚氨酯复合材料的功能单一，应用领域小，原料范围窄。利用壳聚糖改性聚氨酯也有报道，例如中国专利公开文件CN1869094A，但其操作工艺复杂，在制备过程中引入了丙酮等有毒物质，不能满足在医学应用中的无毒要求。

发明内容

1.发明目的：本发明的目的是利用壳聚糖制备新型的聚氨酯材料，即壳聚糖聚氨酯，并提供该材料的本体聚合制备方法，由该方法制备的壳聚糖聚氨酯力学性能好，与真实皮肤组织的力学性能接近，生物相容性好、可生物降解、生物活性高，制备工艺简单、高效、无毒、对环境友好。

2、技术方案：本发明所述的壳聚糖聚氨酯材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)二异氰酸酯预聚体(a)与聚环氧丙烷(b)反应，得到聚氨酯预聚体；

(2)向聚氨酯预聚体中加入适量壳聚糖粉末(c)，搅拌使之溶解，得到均一的液体；

(3)将该液体交联固化反应，即得壳聚糖聚氨酯弹性体材料。

(4)将按上述步骤制备的壳聚糖聚氨酯弹性体溶胀至平衡，即制得相应水凝胶材料。

在本发明方法中，聚氨酯预聚体中聚环氧丙烷片断的质量与壳聚糖的质量的比例为0.9-1.2∶1，优选比例为0.9-1.1∶1，更优选比例为1.0∶1。

合适的二异氰酸酯预聚体(a)应为对苯二甲烷二异氰酸酯(MDI)预聚体、4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(H₁₂MDI)预聚体、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)预聚体、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)预聚体、环己基二异氨酸酯(THDI)预聚体等中的一种或几种。二异氰酸酯预聚体(a)组分中游离异氰酸酯含量(-NCO％)应为11％-80％，优选为游离异氰酸酯含量(-NCO％)为23％的二异氰酸酯预聚体。

合适的聚环氧丙烷(b)应为M_n＝2000左右的液态聚环氧丙烷。

合适的壳聚糖(c)应为粉末状，无定形态，脱乙酰度≥90.0％，pH(10g/L，25℃)7.0～8.0，粘度50～800mPa·s，重金属≤0.0015％，干燥失重≤10.0％，砷＜0.00006％，灼烧残渣≤1.5％，不溶物≤1.0％。

合适的制备工艺为：适量的二异氰酸酯预聚体(a)与聚环氧丙烷(b)在80℃下高速搅拌，恒温反应2.5小时，得到聚氨酯预聚体；向该预聚体中加入适量壳聚糖粉末(c)，高速强力搅拌使之溶解，得到粘稠、无沉淀物析出的液体；恒温交联固化反应2小时，即得壳聚糖聚氨酯弹性体材料。

若需制备相应的壳聚糖聚氨酯水凝胶，将制得的壳聚糖聚氨酯弹性体用乙酸-乙酸钠缓冲水溶液溶胀至平衡后即得相应水凝胶材料。

3、有益效果：本发明采用本体聚合方法，制备工艺简单、高效、无毒、对环境友好，所制备的两类壳聚糖聚氨酯材料具有力学性能好、易加工，与真实皮肤组织的力学性能接近，生物相容性好、可生物降解、生物活性高、耐油耐水性好、性能可控等良好性能，可应用于人造器官、临床介入治疗装备、药物、医学模型和汽车、航空航天相关性能测试等领域，尤其在医疗和相关性能测试等领域有效为广泛的用途。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详述。

实施例1：在三颈瓶中依次加入9.063g对苯二甲烷二异氰酸酯(MDI)预聚体和4.023g聚环氧丙烷，在80℃下高速搅拌，恒温反应2.5小时，得到聚氨酯预聚体；向该预聚体中加入10g壳聚糖粉末，高速强力搅拌使之溶解，得到粘稠、无沉淀物析出的液体；80℃恒温交联固化反应2小时，即得壳聚糖聚氨酯弹性体材料。该样品标记为9#。

力学性能测试方法：以新鲜猪皮为参比标准样品，用邵氏硬度计(HA)分别测量参比标准样品和9#材料硬度。

测得参比标准样品HA＝25.6，9#材料HA＝42.4。

若需制备壳聚糖聚氨酯水凝胶材料，将制得的壳聚糖聚氨酯弹性体用乙酸-乙酸钠缓冲水溶液溶胀至平衡后即得相应水凝胶。该样品标记为13#。

力学性能测试方法：以新鲜猪皮为参比标准样品，用邵氏硬度计(HA)分别测量参比标准样品和13#材料硬度。

测得参比标准样品HA＝25.6，13#材料HA＝29.0。

实施例2：在三颈瓶中依次加入2.884g对苯二甲烷二异氰酸酯(MDI)预聚体和7.779g聚环氧丙烷，在80℃下高速搅拌，恒温反应2.5小时，得到聚氨酯预聚体；向该预聚体中加入10g壳聚糖粉末，高速强力搅拌使之溶解，得到粘稠、无沉淀物析出的液体；90℃恒温交联固化反应2小时，即得壳聚糖聚氨酯弹性体材料。该样品标记为10#。

力学性能测试方法：同实施例1。

测得10#材料HA＝35.0。

若需制备壳聚糖聚氨酯水凝胶材料，将制得的壳聚糖聚氨酯弹性体用乙酸-乙酸钠缓冲水溶液溶胀至平衡后即得相应水凝胶。该样品标记为14#。

力学性能测试方法：同实施例1。

测得14#材料HA＝25.4。

实施例3：在三颈瓶中依次加入6.681g对苯二甲烷二异氰酸酯(MDI)预聚体和3.717g聚环氧丙烷，在80℃下高速搅拌，恒温反应2.5小时，得到聚氨酯预聚体；向该预聚体中加入10g壳聚糖粉末，高速强力搅拌使之溶解，得到粘稠、无沉淀物析出的液体；60℃恒温交联固化反应2小时，即得壳聚糖聚氨酯弹性体材料。该样品标记为11#。

力学性能测试方法：同实施例1。

测得11#材料HA＝31.4。

若需制备壳聚糖聚氨酯水凝胶材料，将制得的壳聚糖聚氨酯弹性体用乙酸-乙酸钠缓冲水溶液溶胀至平衡后即得相应水凝胶。该样品标记为15#。

力学性能测试方法：同实施例1。

测得15#材料HA＝25.4。

实施例4：在三颈瓶中依次加入11.710g对苯二甲烷二异氰酸酯(MDI)预聚体和8.085g聚环氧丙烷，在80℃下高速搅拌，恒温反应2.5小时，得到聚氨酯预聚体；向该预聚体中加入10g壳聚糖粉末，高速强力搅拌使之溶解，得到粘稠、无沉淀物析出的液体；70℃恒温交联固化反应2小时，即得壳聚糖聚氨酯弹性体材料。该样品标记为12#。

力学性能测试方法：同实施例1。

测得12#材料HA＝33.6。

力学性能测试方法：同实施例1。

测得16#材料HA＝25.0。

Claims

1.壳聚糖聚氨酯材料的本体聚合制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(3)将该液体交联固化反应，即得壳聚糖聚氨酯弹性体材料，

(4)将按上述步骤制备的壳聚糖聚氨酯弹性体溶胀至平衡，即制得相应水凝胶材料，

2.根据权利要求1所述的壳聚糖聚氨酯材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所述的二异氰酸酯预聚体(a)组分为对苯二甲烷二异氰酸酯(MDI)预聚体、4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(H₁₂MDI)预聚体、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)预聚体、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)预聚体、环己基二异氨酸酯(THDI)预聚体等中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的壳聚糖聚氨酯材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所述的二异氰酸酯预聚体(a)组分游离异氰酸酯含量(-NCO％)应为11％-80％，优选为游离异氰酸酯含量(-NCO％)为23％的二异氰酸酯预聚体。

4.根据权利要求1所述的壳聚糖聚氨酯材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所述的聚环氧丙烷(b)组分应为M_n＝2000左右的液态聚环氧丙烷。

5.根据权利要求1所述的壳聚糖聚氨酯材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所述的生成聚氨酯预聚体的反应，应当在80℃恒温反应下高速搅拌的条件下进行，反应时间为2.5小时。

6.据权利要求1所述的壳聚糖聚氨酯材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中，所述加入的壳聚糖粉末(c)组分，应满足以下技术指标：粉末状，无定形态，脱乙酰度≥90.0％，pH(10g/L，25℃)7.0～8.0，粘度50～800mPa·s，重金属≤0.0015％，干燥失重≤10.0％，砷＜0.00006％，灼烧残渣≤1.5％，不溶物≤1.0％。

7.据权利要求1所述的壳聚糖聚氨酯材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中，所述加入的壳聚糖粉末(c)组分的量，应使加入后反应体系中聚氨酯预聚体中聚环氧丙烷片断的质量与壳聚糖的质量的比例为0.9-1.2∶1，其中优选比例为0.9-1.1∶1，更优选比例为1.0∶1。

8.据权利要求1所述的壳聚糖聚氨酯材料的制备方法，其特征在于步骤(3)中，所述的交联固化反应应在恒温条件下进行，反应时间为2小时，反应温度为60℃～90℃。

9.据权利要求1所述的壳聚糖聚氨酯材料的制备方法，其特征在于步骤(4)中，所述溶胀弹性体的水溶液为乙酸-乙酸钠缓冲液。