CN102604032A - 一种温敏扩链剂及温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温敏扩链剂及温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶，该水凝胶由以下方法制备得到：将15-20.6％的聚乙二醇、6.7-9.2％的多羟基羧酸、25.2-34.6％的多元异氰酸酯和催化剂二月桂酸二丁基锡混合，进行预缩聚反应，加入有机溶剂终止反应得到预聚体，然后加入15.3-36.5％的温敏扩链剂进行扩链反应，预聚体经扩链之后，加入3.1-4.3％的多元醇胺封端，然后加入11.6-19.4％的固化交联剂进行交联反应，得到温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶。本发明制备了一种温敏扩链剂，提供了一种在聚氨酯中引入温敏扩链剂的方法，并采用后交联的方式来控制材料的软硬度，克服了传统以激发双键方式同时进行引入基团和交联固化的不足，制备出温度、pH双敏感纯聚氨酯水凝胶。

Description

一种温敏扩链剂及温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶

技术领域

本发明涉及一种温敏扩链剂及一种温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶。

背景技术

聚氨酯(PU)具有良好的生物相容性和优良的物理机械性能。对人体具有良好的生理可接受性，并且可以保持长期人体植入的稳定性。而水凝胶表面不易粘附蛋白质和细胞，故在与血液、体液及人体组织相接触时会表现出良好的生物相容性；另外，水凝胶由于含有大量的水分而非常柔软，并且类似于生物体组织，故作为人体植入物可以减少不良反应。聚氨酯水凝胶大多数有环境响应性，根据对外界刺激的响应情况，水凝胶又可分为分为：温度响应性水凝胶、pH响应性水凝胶、光响应性水凝胶、压力响应性水凝胶、生物分子响应性水凝胶、电场响应性水凝胶等。这类水凝胶在相当广的程度上对环境所引起的刺激有不同程度的应答，具有智能性。由于水凝胶的这种智能性，近年来对它的研究和开发工作异常活跃，成为当今研究的热点，尤其是对温度和pH敏感这两大生物特点的聚氨酯水凝胶。目前，聚氨酯水凝胶在生物医学中的应用主要包括药物缓释系统、创伤敷料、接触眼镜和组织工程材料等领域。

目前，大多数具有温度和pH敏感聚氨酯水凝胶都是采用聚丙烯酸酯跟N-异丙烷丙烯酰胺以过硫酸盐激发交联的方式进行制备，这种方法制备的聚氨酯水凝胶只是部分结构具有聚氨酯分子链，并非纯聚氨酯水凝胶，一定程度上影响聚氨酯的生物相容性。另外通过激发双键交联的方式，因比例问题，难以对交联后材料的性能、温度敏感进行变量分离研究。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种温敏扩链剂。

本发明的另一目的在于提供一种温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶。

本发明的再一目的在于提供上述聚氨酯水凝胶的用途。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种温敏扩链剂，是由以下重量份数的成分制备得到：

N-异丙烷丙烯酰胺：65-80份

多元胺：          20-35份

催化剂：          0.01-0.03份；

所述的多元胺优选二元胺，特别优选乙二胺、丙二胺、己二胺、异佛尔酮二胺、环己二胺、二氨甲基环己烷、4，4′-二氨基二苯基甲烷或4，4′-二氨基二环己基甲烷中的一种；

所述的催化剂为乙醇钠、甲醇钠、氢氧化钠、乙醇钠、甲醇钾或氢氧化钾中的一种。

上述温敏扩链剂的制备方法，是将N-异丙烷丙烯酰胺、多元胺与催化剂混合，加入溶剂，80-85℃反应4-6h(michael加成反应)后抽干溶剂，得到温敏扩链剂；

所述的溶剂为醇类、醚类或酯类溶剂，优选甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙酮、丁酮或乙酸乙酯中的一种，特别优选乙醇。

一种温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶，是由以下质量百分比的成分制备得到：

聚乙二醇：        15-20.6％

多羟基羧酸：      6.7-9.2％

多元异氰酸酯：    25.2-34.6％

上述的温敏扩链剂：15.3-36.5％

多元醇胺：        3.1-4.3％

固化交联剂：      11.6-19.4％；

所述聚乙二醇的分子量为600-2000，优选600；

所述的多羟基羧酸为2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)、2，2-二羟甲基丁酸或酒石酸中的一种，优选2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)；

所述的多元异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、氢化苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)、间甲苯二异氰酸酯(XDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(MDI)或四甲基苯二甲基二异氰酸酯(TMXDI)中的一种，优选六亚甲基二异氰酸酯(HDI)；

所述的多元醇胺为二乙醇胺、乙醇胺或三羟甲基氨基甲烷中的一种，优选二乙醇胺；

所述的固化交联剂优选Bayer N3100。

上述温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶的制备方法，是将聚乙二醇、多羟基羧酸、多元异氰酸酯和催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)混合，进行预缩聚反应，加入有机溶剂终止反应得到预聚体，然后加入上述的温敏扩链剂进行扩链反应，预聚体经扩链之后，采用多元醇胺封端，然后加入固化交联剂进行交联反应，得到温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶；

所述预缩聚反应是在80-85℃下反应2-3小时；

所述的有机溶剂为丙酮、丁酮、乙醇或乙酸乙酯中的一种，优选丙酮；

所述交联反应是在70-80℃反应4小时。

上述的温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶可以用于生物医学领域，比如用作药物缓释载体，优选用作敷料。

N-异丙烷丙烯酰胺及其衍生物所含有的异丙烷基团在25-35℃之间会有一个较低临界溶液温度(LCST)，其具体温度因化合物的具体结构而异，当温度低于LCST时，N-异丙烷丙烯酰胺及其衍生物可溶解于水；而当温度高于LCST时，则由亲水转变成疏水，发生相分离。因此，N-异丙烷丙烯酰胺及其衍生物经常被引入温度和pH双重敏感性水凝胶中，作为温度敏感部分。但是传统的引入方法是利用碳碳双键后交联的方式，此种方式使水凝胶的软硬度及引入量不能很好地分离研究，本发明制备的温敏扩链剂，利用michael加成反应制备，在预聚合完成之后，利用N上的H与-NCO反应，从而引入具有温度敏感的异丙烷基团，使得水凝胶具有温度敏感。而在另一方面，在制备水凝胶的过程中，引入的羧基和氨基、亚氨基等弱酸弱碱基团，当外界pH发生变化时，水凝胶结构中的弱酸弱碱基团则随之改变形态(如外界pH呈现碱性的时候，羧基随之呈现离子形态，而氨基则保留其原理的形态；外界呈现酸性的时候氨基随之呈现离子形态，而羧基则保留其原理的形态)，基团形态改变会直接影响到水凝胶的亲水性，从而对改变水凝胶的吸胀率。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明制备了一种温敏扩链剂，提供了一种在聚氨酯中引入温敏扩链剂的方法，并采用后交联的方式来控制材料的软硬度，克服了传统以激发双键方式同时进行引入基团和交联固化的不足，制备出温度、pH双敏感纯聚氨酯水凝胶。

附图说明

图1是聚氨酯水凝胶A₁-A₄在不同pH值下的吸胀率趋势曲线图。

图2是聚氨酯水凝胶的B₁-B₄在不同pH值下的吸胀率趋势曲线图。

图3是聚氨酯水凝胶B₁在不同温度、不同pH值下的吸胀率趋势曲线图。

图4是聚氨酯水凝胶B₄在不同温度、不同pH值下的吸胀率趋势曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种温敏扩链剂的制备方法，包括以下步骤：

在单口圆底烧瓶中加入80份的N-异丙烷丙烯酰胺、20份的乙二胺和0.01份的乙醇钠，以10g乙醇作为溶剂，置于电磁搅拌器中充分搅拌，加热到80℃，待乙醇蒸汽排除空气之后，密封烧瓶，保持80-85℃，4-6h后取出抽干乙醇，得到温敏扩链剂。所述份数为重量份数。

实施例2

一种温敏扩链剂的制备方法，包括以下步骤：

在单口圆底烧瓶中加入65份的N-异丙烷丙烯酰胺、35份的乙二胺和0.01份的甲醇钠，以10g乙醇作为溶剂，置于电磁搅拌器中充分搅拌，加热到80℃，待乙醇蒸汽排除空气之后，密封烧瓶，保持80-85℃，4-6h后取出抽干乙醇，得到温敏扩链剂。所述份数为重量份数。

实施例3

一种温敏扩链剂的制备方法，包括以下步骤：

在单口圆底烧瓶中加入75份的N-异丙烷丙烯酰胺、25份的乙二胺和0.01份的氢氧化钠，以10g乙醇作为溶剂，置于电磁搅拌器中充分搅拌，加热到80℃，待乙醇蒸汽排除空气之后，密封烧瓶，保持80-85℃，4-6h后取出抽干乙醇，得到温敏扩链剂。所述份数为重量份数。

实施例4-11

一种温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

按照表1的原料配比往装有温度计、搅拌器、冷凝回流管的三口瓶中加入DMPA和PEG600，110℃下真空脱水1小时，然后加入几滴二月桂酸二丁基锡和HDI，在80-85℃下预聚2-3小时，后加入丙酮终止反应，冷却到40℃左右，加入实施例1、2或3合成的温敏扩链剂进行扩链10分钟。最后在室温下加入二乙醇胺，搅拌15分钟，把剩余的端-NCO封为端-OH。往上述扩链产物加入Bayer N3100交联剂后放入烘箱，在70-80℃反应4小时成水凝胶透明块状，将合成的水凝胶泡在水的流动相中浸泡1周以除去残留的合成单体和溶剂，然后放入烘箱烘干，得到温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶，所得聚氨酯水凝胶的产品编号分别为A₁-A₄、B₁-B₄，所得聚氨酯水凝胶的温度、pH双敏特性见图1-4。

表1实施例4-11中聚氨酯水凝胶的原料配比

由图1-2可以看出：

系列样品在不同的pH环境中(如A1样品在pH＝3、pH＝7和pH＝11的时候)，呈现不同的吸胀率，表现出良好的pH敏感性。

系列样品在pH＝3和pH＝11的时候，随着温敏扩链剂的加入，其胺基的数量随之增多，同时增加水凝胶的亲水点，使得水凝胶的吸胀率随之增大；但是在pH＝7时出现了抛物线趋势的现象，是因为在中性的体系中，水凝胶内部的羧基与胺基酸碱互相作用，增加水凝胶内部的交联点，使得内部的交联密度增大，随着胺基引入量增多，其交联密度也随之增大，因此当温敏扩链剂增加到一定程度，内交联作用大于亲水作用是，吸胀率反而下降。

由图3和图4可以看出：

B1样品和B4样品在pH＝3、pH＝7和pH＝11的环境中的温度敏感吸胀率测试曲线各不重合，说明样品在不同的温度下，在不同的pH环境中仍有着不同的吸胀率，其pH敏感性在不同温度下能很好地表现出来。

B4样品在pH＝3和pH＝7时，其测试曲线都呈现突变状，在此两种pH环境下，最低临界温度(LCST)出现在24℃附近。在pH＝11时，由于水凝胶的羧基离子化，疏水的端异丙基包裹亲水的羧基时，因其带上负电荷而互相排斥，致使疏水的端异丙基不能大量包裹离子化的羧基，故其温度-吸胀率曲线单调上升，体现不出突变的效果。

B1样品在没添加温敏扩链剂的情况下，其测试曲线都只呈现单调无突变，说明不含温敏扩链剂的情况下，样品不具有吸胀率因温度变化而发生突变的温度敏感性能。

因此，在对比B1和B4的温度测试曲线之后，在水凝胶合成的过程中加入温敏扩链剂，能使水凝胶带来温度敏感的性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温敏扩链剂，其特征在于是由以下重量份数的成分制备得到：

N-异丙烷丙烯酰胺：65-80份

多元胺：          20-35份

催化剂：          0.01-0.03份。

2.根据权利要求1所述的温敏扩链剂，其特征在于：

所述的多元胺为乙二胺、丙二胺、己二胺、异佛尔酮二胺、环己二胺、二氨甲基环己烷、4，4′-二氨基二苯基甲烷或4，4′-二氨基二环己基甲烷中的一种；

所述的催化剂为乙醇钠、甲醇钠、氢氧化钠、乙醇钠、甲醇钾或氢氧化钾中的一种。

3.权利要求1所述温敏扩链剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将N-异丙烷丙烯酰胺、多元胺与催化剂混合，加入溶剂，80-85℃反应4-6h后抽干溶剂，得到温敏扩链剂。

4.根据权利要求3所述温敏扩链剂的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙酮、丁酮或乙酸乙酯中的一种。

5.一种温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶，其特征在于：是由以下质量百分比的成分制备得到：

聚乙二醇：                    15-20.6％

多羟基羧酸：                  6.7-9.2％

多元异氰酸酯：                25.2-34.6％

权利要求1或2所述的温敏扩链剂：15.3-36.5％

多元醇胺：                    3.1-4.3％

固化交联剂：                  11.6-19.4％。

6.根据权利要求5所述的温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶，其特征在于：

所述聚乙二醇的分子量为600-2000；

所述的多羟基羧酸为2，2-二羟甲基丙酸、2，2-二羟甲基丁酸或酒石酸中的一种。

7.根据权利要求5所述的温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶，其特征在于：

所述的多元异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、氢化苯基甲烷二异氰酸酯、间甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯或四甲基苯二甲基二异氰酸酯中的一种；

所述的多元醇胺为二乙醇胺、乙醇胺或三羟甲基氨基甲烷中的一种。

8.权利要求5-7任一项所述的温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将聚乙二醇、多羟基羧酸、多元异氰酸酯和催化剂二月桂酸二丁基锡混合，进行预缩聚反应，加入有机溶剂终止反应得到预聚体，然后加入权利要求1或2所述的温敏扩链剂进行扩链反应，预聚体经扩链之后，加入多元醇胺封端，然后加入固化交联剂进行交联反应，得到温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶。

9.根据权利要求8所述的温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶的制备方法，其特征在于：

所述预缩聚反应是在80-85℃下反应2-3小时；

所述的有机溶剂为丙酮、丁酮、乙醇或乙酸乙酯中的一种；

所述交联反应是在70-80℃反应4小时。

10.权利要求5-7任一项所述的温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶在药物缓释载体中的应用。

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