CN102174304A

CN102174304A - 一种生物相容性两亲性聚合物水凝胶粘合剂的制备方法

Info

Publication number: CN102174304A
Application number: CN 201110042086
Authority: CN
Inventors: 李莉; 郭旭虹; 沈睦贤; 房鼎业
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2011-09-07

Abstract

本发明涉及一种粘接性可调的生物相容性两亲性聚合物水凝胶粘合剂的制备方法。该制备方法共分为两步：第一步，通过控制水解反应，对疏水的聚醋酸乙烯酯(PVAc)进行侧链改性，制得醋酸乙烯酯乙烯醇共聚物(PVAc-VA)；第二步，PVAc-VA按一定重量比与聚(甲基乙烯醚-马来酸酐)(PMVE-MA)混合，通过控制PVAc-VA的羟基与PMVE-MA的酸酐基在水和助溶剂中的化学反应制得部分交联的聚合物水凝胶。由于得到的聚合物水凝胶同时含有亲水和疏水基团，对亲水和疏水的表面均具有良好的粘接性，并且具有良好的生物相容性，可用作假牙粘合剂和医用覆敷材料等。

Description

一种生物相容性两亲性聚合物水凝胶粘合剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种粘接性可调的生物相容性两亲性聚合物水凝胶粘合剂的制备方法，具体的说就是利用聚(甲基乙烯醚-马来酸酐)（PMVE-MA）与部分水解的聚醋酸乙烯酯（PVAc-VA）进行化学交联反应，从而制备粘接性可调的两亲性生物相容性聚合物水凝胶，并将其作为功能性材料应用于假牙粘合剂和医用覆敷材料等领域。

背景技术

活动性假牙由于其便于清洗、轻便、易于修理、费用低等优点而拥有大量的使用者。活动性假牙通常由人造牙齿以及牙基托组成。为了避免牙基托滑动及由此引起的不适感，可以采用假牙粘合剂将牙基托固定在口腔。假牙粘合剂既是一种胶粘剂，又是牙基托和齿龈间的填充垫层。理想的假牙粘合剂应该无毒，使用者感觉上可以接受，平时粘接性较强，在使用后又易于从口腔粘膜和牙基托上取下；同时要求假牙粘合剂透明性好且不易从口腔粘膜与牙基托中的间隙渗漏以免给使用者带来不美观的负面效果。

马来酸酐聚合物是使用较早的假牙粘合剂（参见美国专利3,003,998）。为了使此类基于马来酸酐的假牙粘合剂具有更好的粘接性能，主要采取了两种方法：第一种方法是共聚，如美国专利5,037,942和5,093,387。但是采用共聚方法易于引入和残余未反应的有害单体以及引发剂，并且所得产物分子量难于控制。第二种方法是利用碱金属盐交联马来酸酐共聚物，如中国专利CN 95195498.9将钙、钠、钾和季铵化合物的混合物加到马来酸酐共聚物中；又如美国专利7,008,976采用锌、锶、钙、铝、镁等阳离子来交联马来酸酐共聚物。但在包括以上专利的有关文献中涉及的粘合剂对疏水性牙基托表面都不能提供满意的粘接性。

本发明以低成本、无毒、无味的聚醋酸乙烯酯(PVAc)为原料，水和助溶剂混合物作为溶剂，在酸性或碱性催化条件下使原料部分水解制得PVAc-VA共聚物。得到的共聚物主链上既含有亲水的羟基，又含有疏水性乙酯基团。将PVAc-VA共聚物与马来酸酐共聚物PMVE-MA混合，PMVE-MA中的酸酐基团与PVAc的羟基在水和助溶剂中发生酯化和酯交换反应，生成具有三维网络结构的水凝胶。通过调节两种聚合物的分子量、PVAc水解度、交联度等因素，可使得聚合物水凝胶对亲水和疏水的表面都具有可调的粘接性，同时又具有良好的延展性和机械性能。这种聚合物水凝胶可作为生物相容性粘接材料用作假牙粘合剂和医用覆敷材料等。

发明内容

本发明的目的在于制备粘接性可调的两亲性生物相容性聚合物水凝胶粘合剂。通过部分水解聚醋酸乙酯来制备聚醋酸乙烯酯乙烯醇共聚物(PVAc-VA)，然后在水和助溶剂中与聚(甲基乙烯醚-马来酸酐)（PMVE-MA）通过部分化学交联制备聚合物水凝胶。通过改变聚醋酸乙烯酯中酯基的水解度、聚醋酸乙烯酯与聚(甲基乙烯醚-马来酸酐)的加料比、二者的分子量、以及交联反应时间，可实现水凝胶对疏水和亲水表面粘接强度的调控，从而制备出两亲性生物相容性聚合物水凝胶。

本发明的一种生物相容性两亲性聚合物水凝胶粘合剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）醋酸乙烯酯乙烯醇共聚物的制备：将占溶液总重量百分数为15～45%的聚醋酸乙烯酯缓慢加入助溶剂和水的体积比为1：0.5～2的混合溶剂中，控制温度为50～80℃，搅拌2～4小时，搅拌速度200～400转/分；然后滴加催化剂，滴加速度为10～15秒/滴，催化剂用量为聚醋酸乙烯酯重量的0.1～1%；再持续反应3～5小时；反应完毕后，加入1～2倍产物溶液体积的去离子水搅拌洗涤，静置后倒去上层清液；如此反复洗涤3～5次后，再用适量助溶剂完全溶解洗涤后的产物，并在搅拌中缓慢倒入2～4倍溶液体积的去离子水，使产物沉淀析出，过滤后再用适量助溶剂完全溶解，并重复上一步沉淀和过滤操作；如此重复沉淀纯化3～5次后，将沉淀产物在60～80℃下真空干燥24～48小时后得到第一步中间体产物醋酸乙烯酯乙烯醇共聚物；

（2）两亲性聚合物粘合剂的制备：将重量百分数为20～50%的步骤（1）产物醋酸乙烯酯乙烯醇共聚物缓慢加入由水、助溶剂和保湿剂组成的体积比为1:0.25～1:0.05～0.3的混合溶液中，以200～400转/分的速度搅拌，升温并使体系处于回流状态，控制温度为70～80℃；2小时后，缓慢加入改性剂聚(甲基乙烯醚-马来酸酐)，使其与所述醋酸乙烯酯乙烯醇共聚物的重量比为1:2～5；升温并使体系处于回流状态，控制温度为80～90℃，再反应2～6小时，冷却后得到目标产物。

所述催化剂为酸或碱；所述酸为盐酸或柠檬酸；所述碱为氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠；

所述醋酸乙烯酯乙烯醇共聚物的分子量为12～500千克/摩尔，结构式如下：

其中聚合度n和m分别由聚醋酸乙烯酯分子量和第一步反应的程度决定；所述聚醋酸乙烯酯的水解度为2～10摩尔%；

步骤（1）和（2）中所述助溶剂为乙醇、乙二醇或薄荷醇；

步骤（2）中所述保湿剂为聚乙二醇、丙三醇、山梨醇或矿物油，所述改性剂聚(甲基乙烯醚-马来酸酐)的分子量为200～2000千克/摩尔。

所述生物相容性聚合物水凝胶粘合剂可用作假牙粘合剂和医用覆敷材料。

通过核磁共振氢谱(¹H NMR)可计算部分水解的聚醋酸乙烯酯的水解度。这里的水解度是指PVAc中的乙酯基团水解为羟基基团的摩尔比例。如图1所示，与未水解酯基连接的CH基团氢原子共振峰出现在化学位移在4.9ppm左右(积分面积为A_H1),而已水解的聚乙烯醇单元CH₂基团氢原子共振峰在1.6ppm左右处(积分面积为A_H4)，可利用以下公式来计算水解度:

。

聚合物水凝胶交联度越高，其内聚力以及其本体粘接强度越大。但随着交联度升高，其流动性变差，不利于在粘接界面铺展，从而影响其界面粘接强度。因此，为得到最优化的粘接性，聚合物水凝胶的交联度应该控制适中。聚合物水凝胶交联度的具体测试方法为：称取7.0～9.0克干燥的聚合物样品放置于索氏提取器中，加入200～400毫升丙酮溶液，控制温度80～100℃使体系保持回流，抽提三天以上直至干燥后的聚合物样品重量不再减少。聚合物水凝胶的交联度用残余聚合物重量占原重量的百分比表示。一般控制在15～30%为宜。

剥离强度可直接反映聚合物凝胶作为两亲性粘合剂的粘接性能。剥离强度的测试参照国标GB/T 2790-1995（胶粘剂180度剥离强度试验方法挠性材料对刚性材料），用材料拉伸测试仪对聚合物水凝胶在亲、疏水材料表面的180度剥离强度进行了测试。为了模拟假牙亲、疏水的界面，采用棉布条模拟亲水界面，有机玻璃板（聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，通常用于假牙基托材料）模拟疏水界面。本发明制备的聚合物水凝胶的平均180度剥离强度为6～12牛顿/厘米。

此外，利用旋转流变仪测试聚合物水凝胶的流变性能，可以预测其粘接性。当聚合物水凝胶处于临界凝胶点附近时，其交联度适中，内聚力与流动性之间达到平衡，表现为粘接性能最佳。此时，弹性模量G’和粘性模量G”在很宽的频率范围内平行（或重叠）并与频率成幂函数关系。因此，通过测试聚合物水凝胶的G’和G”是否平行或重叠可以被用来评价聚合物水凝胶的粘接性能。

附图说明

图1是部分水解的聚醋酸乙烯酯在氘代水中的核磁共振氢谱图；

图2是本发明的两亲性聚合物水凝胶的弹性模量G’和粘性模量G”随频率变化曲线；

图3是利用索氏提取器测定交联度时残余重量随时间变化图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

由图1看出，与未水解酯基连接的CH基团氢原子共振峰出现在化学位移4.9ppm左右，而已水解的聚乙烯醇单元CH₂基团氢原子共振峰在1.6ppm左右。图1对应的是实施例1产物。图2中三个聚合物水凝胶样品都采用分子量为15千克/摩尔的PVAc，其水解度分别为S1：2.7%，S2：3.6%，S3：3.9%。图2对应于采用类似于实施例1和实施例3制备的三种产物；从图中可以看到，PVAc的水解度接近3.9%时，样品的弹性模量G’与粘性模量G”在很大的频率范围内基本重叠；其粘接强度达到最高。可见，聚合物水凝胶的流变性能可以用来预测其粘结性能。图3表明：利用索氏提取器测定交联度时利用丙酮抽提2小时左右，残余重量基本恒定。此时的残重即可用于计算交联度。图3对应于实施例3产物。

实施例1 部分水解的聚醋酸乙烯酯共聚物(PVAc-VA)的制备

将10.0克分子量70千克/摩尔的PVAc缓慢加于乙醇和水的体积比为1：1的混合溶剂中，然后用油浴控制体系温度为50℃，控制搅拌速度为200转/分，约3小时后得到完全溶解的均相体系。然后用恒压漏斗滴加浓度为0.5摩尔/升的催化剂盐酸溶液5毫升，滴加速度为10滴/秒。约60分钟后滴加完毕，再持续反应3小时。反应完毕后，将部分水解的PVAc用等体积的去离子水浸泡洗涤产品3次。再用适量乙醇完全溶解，滴加到两倍的去离子水中析出。过滤后，将水解的PVAc再用适量乙醇溶解，并再次滴加到去离子水中沉淀析出，如此反复纯化3次。最后将固体产品在50℃下真空干燥48小时后，得到部分水解产品PVAc-VA。

实施例2 部分水解的聚醋酸乙烯酯共聚物(PVAc-VA)的制备

将30.0克分子量15克/摩尔的的PVAc置于乙醇和水的体积比为1：0.9的混合溶剂中，然后用油浴控制体系温度为60℃，控制搅拌速度为300转/分，搅拌约4小时后得到均相体系。然后用恒压漏斗滴加浓度为1摩尔/升的催化剂氢氧化钠溶液15毫升，控制滴加速度为20滴/秒；约60分钟后滴加完毕，再持续反应4小时。反应完毕后，将部分水解的PVAc用溶液体积一半的去离子水浸泡洗涤产品5次；再用适量乙醇完全溶解，滴加到三倍的去离子水中析出。过滤后，将水解的PVAc再用适量乙醇溶解，并再次滴加到去离子水中沉淀析出，如此反复纯化5次。最后将固体产品在48℃下真空干燥48小时后，得到纯的部分水解产品PVAc-VA。

实施例3 两亲性聚合物水凝胶的制备

将实施例1干燥后的产物PVAc-VA缓慢加入水、乙醇和丙三醇体积比为1:0.7:0.3的混合溶液中，控制体系温度为80℃，搅拌速度300转/分；4小时后，PVAc-VA在混合溶剂中均匀分散，然后缓慢加入分子量为250千克/摩尔的PMVE-MA使其与PVAc-VA的质量比为1:2，升温到85℃左右回流反应4个小时得到目标产物。通过设计模拟假牙粘接界面的剥离强度测试得到该实施例目标产物的180度剥离强度为7.7牛顿/厘米。

实施例4 两亲性聚合物水凝胶的制备

将实例2干燥后的产物PVAc-VA缓慢加入水，乙醇和丙二醇体积比为1:0.8:0.2的混合溶液中，控制体系温度为90℃，搅拌速度为300转/分。2小时后，PVAc-VA在混合溶剂中均匀分散，然后缓慢加入分子量为500千克/摩尔的PMVE-MA使其与PVAc-VA的质量比为1:4，升温到90℃左右回流反应两个小时得到目标产物。对该目标产物进行了模拟假牙粘接界面的180度剥离强度测试，测试结果为6.6牛顿/厘米。

Claims

1.一种生物相容性两亲性聚合物水凝胶粘合剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂为酸或碱；所述酸为盐酸或柠檬酸；所述碱为氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠；

；其中聚合度n和m分别由聚醋酸乙烯酯分子量和第一步反应的程度决定；所述聚醋酸乙烯酯的水解度为2～10摩尔%；

步骤（1）和（2）中所述助溶剂为乙醇、乙二醇或薄荷醇；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物相容性聚合物水凝胶粘合剂可用作假牙粘合剂和医用覆敷材料。