CN104174072B - 一种医用聚氨酯胰肠吻合器材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用聚氨酯胰肠吻合器材料及其制备方法，材料包括：一定质量分数的多异氰酸酯与聚合物多元醇通过聚合反应制备而成的预聚体或半预聚体、扩链剂、消泡剂、抗菌剂和补强剂。方法包括：⑴聚合物多元醇的脱水；⑵预聚体或半预聚体的制备；⑶加入助剂；⑷预聚体的扩链；⑸一次硫化；⑹二次硫化，之后得浇注型聚氨酯弹性体材料。还包括一种利用浇注型聚氨酯弹性体材料制备的医用吻合器，吻合器为圆环状，沿圆环的外周壁上均布有4个钛钉。浇注型聚氨酯弹性体材料为一种高延展性和高抗撕裂强度的弹性体材料，具有生理无毒性、高柔软性、高延展性及优良的耐介质性等，可以广泛应用于医学领域。

Description

一种医用聚氨酯胰肠吻合器材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及医学领域的医用聚氨酯胰肠吻合器材料，尤其是一种弹性更好，抗撕裂强度较好的浇注型聚氨酯高分子材料及其制备方法。

背景技术

聚氨酯是一种性能介于橡胶与塑料之间的高分子合成材料，其特点是硬度调整范围宽，既有橡胶的的弹性又有塑料的硬度，具有良好的回弹性。浇注型聚氨酯弹性体，是由多元醇类聚合物和多异氰酸酯反应得到预聚体，再与一种扩链剂反应进行高温固化。

中国专利97101134.6公开的一种耐温聚氨酯弹性体，物料组成为(当量比)异氰酸酯：脱水二元醇：含有异氰脲酸酯环和活性氢的化合物按1:0.8:0.1～1:0.1：0.8的配比加入到反应器中，在搅拌的状态下，升温至80～90℃，反应2～4小时，制得预聚体；先把预聚体升温到80～90℃，然后按物料组成为(当量比)预聚体中异氰酸酯基：扩链剂按1:0.85～1:0.95,加入扩链剂在80～90℃下进行反应，浇注、硫化得到产品。该方法得到的耐温聚氨酯弹性体的弹性不足，抗撕裂强度不够。

在医疗用材料中，针对胰肠患者需要接胰肠而采用了聚氨酯弹性体材料，对该材料的弹性和抗撕裂强度有较高的要求，如果弹性和抗撕裂强度不足，会导致手术接胰肠吻合生长不好，而在医疗胰肠断裂导致胰液泄露的病人数量与日俱增。在医学上这种手术也让医生十分的为难，因为胰肠的吻合没有物体可以固定，而胰液腐蚀性又特别的强。因此，提出一种高弹性和抗撕裂强度的弹性体材料及其制备方法，以及利用该材料制作一种胰肠吻合器来解决这一医学问题。

发明内容

本发明的目的之一是为了克服医学上胰腺癌患者需要接合胰肠且胰肠不好吻合生长的问题，提供一种高弹性和抗撕裂强度的聚氨酯高分子弹性体材料。

本发明的另一目的在于提供一种上述聚氨酯高分子弹性体的制备方法。

本发明的再一目的是提供一种利用上述材料制作的胰肠吻合器。

本发明第一目的的实现，主要是改进浇注型聚氨酯的弹性及抗撕裂强度，使其具有一种高密度、高弹性、高延展性、高柔软性及不溶于溶剂等理化特性，并且不受高温影响，可广泛应用于医学领域。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

作为本发明的一个实施方式，一种浇注型聚氨酯高分子材料，包括下述质量分数的原料：

进一步地，所述多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、4,4'-二本基甲烷二异氰酸酯(MDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。

进一步地，所述聚合物多元醇为聚丙二醇(PPG)、聚乙二醇(PEG)、聚四氢呋喃二醇(PTMG)或环氧乙烷(EO)/环氧丙烷(PO)共聚醚多醇。

进一步地，所述聚合物多元醇为官能度为2或3，平均分子量为400-3000。

进一步地，所述多异氰酸酯与聚合物多元醇的按照官能度比值为2:1生成的预聚体；所述多异氰酸酯与聚合物多元醇的按照官能度比值为1:1生成的半预聚体。

进一步地，所述扩链剂为乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇(BDO)、乙二胺、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)或4,4'-二氨基二苯基甲烷(MDA)；

所述补强剂为气相法白炭黑、纳米碳酸钙、滑石粉或碳化硅微粉；

所述消泡剂为二甲基聚硅氧烷、甲基烷基聚硅氧烷或上述两者的改性聚合物；

所述抗菌剂为二氧化钛纳米银抗菌剂、β-1,4-聚葡萄糖胺(脱乙酰壳聚糖多糖)、羟甲基壳聚糖或甲壳素。

相应地，本发明还给出了一种浇注型聚氨酯高分子材料的制备方法，包括如下步骤：

1)聚合物多元醇的脱水：将聚合物多元醇置于反应器中，在100-130℃，真空度0.09-0.10MPa下脱水2-3h，取出，冷却至50-60℃；

2)预聚体或半预聚体的制备：按照R值2-5和多异氰酸酯与聚合物多元醇官能度为2:1或1:1的比值，在步骤1)脱水后的质量分数为57％-74％的聚合物多元醇中加入融化好的18.5％-35.5％的多异氰酸酯，在80-90℃下按照步骤1)真空条件下反应2.5-3.5h，得到预聚体或半预聚体，常温密封保存，待用；

3)加入助剂：将0.1％-1％的抗菌剂，0.1％-0.5％的消泡剂加入步骤2)中温度为50-60℃的预聚体或半预聚体中；

4)预聚体的扩链：按照质量分数为1％-5％的比例将扩链剂在60-90℃下熔融后，迅速加入到步骤2)温度为50-60℃的预聚体或半预聚体中，加入扩链剂的同时，加入质量分数为0.1％-1％补强剂，并且迅速搅拌均匀后注入模具中；

5)一次硫化：将步骤3)所述的已充模的模具放入100-110℃下的真空干燥机中熟化0.5-1.0h后，将医用吻合器脱模待用；

6)二次硫化：将脱模后得到的初步成型的医用吻合器放入升温至110-130℃的真空干燥机中熟化10-15h，即得浇注型聚氨酯材料。

进一步地，所述预聚体多异氰酸酯与聚合物多元醇制备时的R值为2-5。

进一步地，所述扩链剂的扩链系数为[-NH₂]/[-NCO]＝0.9。

再进一步地，本发明还利用上述浇注型聚氨酯高分子材料来制备了医用吻合器，该医用吻合器包括一直径为50mm，高为5mm，厚度为2.5mm的圆环，沿圆环的外周壁上均布有4个钛钉，相邻钛钉之间的弧线距离为38mm。

本发明所述的真空，是将真空干燥机中的空气抽去，主要作用是除去聚合物多元醇中的水分，防止制备过程中多异氰酸酯与水反应使制得的弹性体吻合器中存在气泡，影响吻合器的弹性及抗撕裂强度等力学性能。

本发明中为了消除多异氰酸酯与无法避免的微量水分反应和机械搅拌过程中产生的气泡加入消泡剂，使制品有更好的强度及性能。

本发明作为医用材料为了防止聚氨酯胰肠吻合器在适宜温度湿度下产生霉菌、真菌和各种微生物对聚氨酯材料的侵蚀和破坏，加入了适宜的抗菌剂。

本发明由于采用了聚合物多元醇，因其存在较多的羟基，可能会形成体型扩链，会影响到产物的弹性等力学性能，所以制备时务必严格保证反映的时间、用料等等。

本发明区别于以往的聚氨酯弹性体材料所使用的反应材料及制备方法，本发明具有下述特点：

1)本发明是制备一种浇注型聚氨酯高分子医用胰肠吻合器，能够包裹胰腺和十二指肠末端，使其恰好吻合，且不会对较脆的胰腺组织产生过大的压力，不致压碎胰腺组织而产生胰漏。

2)本发明制备的医用聚氨酯胰肠吻合器嵌有四枚钛钉，可有效固定胰腺与十二指肠末端，使其不致滑脱，达到吻合的目的。

3)本发明浇注型聚氨酯的制备中，采用了预聚体法，有效的改善了弹性体的一系列的力学性能、物理性能及工艺性能。同时，半预聚体法可以很大程度的降低了预聚体的粘度，使之操作变得简单、方便。

4)本发明浇注型聚氨酯的制备中，严格控制-NCO的含量，使其保持在5％，这样制得的弹性体具有较好的力学性能。

5)本发明浇注型聚氨酯的制备中，增添了补强剂，更好的改善了弹性体的力学性能。

6)本发明浇注型聚氨酯的制备中，加入了消泡剂，改善了弹性体的表面及理化性能。

7)本发明浇注型聚氨酯的制备中，加入了抗菌剂，使其适于作为医用材料。

附图说明

图1为本发明医用吻合器结构示意图，图中孔为吻合器的钛钉插孔。

图2为本发明医用吻合器俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。需要说明的是，下述实施例仅用于说明本发明，但并不用于限制本发明的实施范围。

本发明浇注型聚氨酯高分子材料的制备方法，包括如下步骤：

1)聚合物多元醇的脱水：将聚合物多元醇置于反应器中，在100-130℃，真空度0.09-0.10MPa下脱水2-3h，取出，冷却至50-60℃；

2)预聚体或半预聚体的制备：按照R值2-5和多异氰酸酯与聚合物多元醇官能度为2:1或1:1的比值，在步骤1)脱水后的质量分数为57％-74％的聚合物多元醇中加入融化好的18.5％-35.5％的多异氰酸酯，在80-90℃下按照步骤1)真空条件下反应2.5-3.5h，得到预聚体或半预聚体，常温密封保存，待用；

3)加入助剂：将0.1％-1％的抗菌剂，0.1％-0.5％的消泡剂加入步骤2)中温度为50-60℃的预聚体或半预聚体中；

4)预聚体的扩链：按照质量分数为1％-5％的比例将扩链剂在60-90℃下熔融后，迅速加入到步骤2)温度为50-60℃的预聚体或半预聚体中，加入扩链剂的同时，加入质量分数为0.1％-1％补强剂，并且迅速搅拌均匀后注入模具中；

5)一次硫化：将步骤3)所述的已充模的模具放入100-110℃下的真空干燥机中熟化0.5-1.0h后，将医用吻合器脱模待用；

6)二次硫化：将脱模后得到的初步成型的医用吻合器放入升温至110-130℃的真空干燥机中熟化10-15h，即得浇注型聚氨酯材料。

聚合物多元醇为聚丙二醇(PPG)、聚乙二醇(PEG)、聚四氢呋喃二醇(PTMG)或环氧乙烷(EO)/环氧丙烷(PO)共聚醚多醇。聚合物多元醇为官能度为2或3，平均分子量为400-3000。多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、4,4'-二本基甲烷二异氰酸酯(MDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。聚合物多元醇与多异氰酸酯的预聚体制备时的R值为2-5，根据制得的弹性体的弹性强弱而定。扩链剂为乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇(BDO)、乙二胺、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)或4,4'-二氨基二苯基甲烷(MDA)；补强剂为气相法白炭黑、纳米碳酸钙、滑石粉或碳化硅微粉；消泡剂为二甲基聚硅氧烷、甲基烷基聚硅氧烷或上述两者的改性聚合物；抗菌剂为二氧化钛纳米银抗菌剂、β-1,4-聚葡萄糖胺(脱乙酰壳聚糖多糖)、羟甲基壳聚糖或甲壳素等。

下面给出了具体实施例用于进一步说明上述制备方法。

实施例1:

按照R值2-5和多异氰酸酯与聚合物多元醇官能度为1:1的比值，取质量分数为60.9％的聚醚多元醇聚四氢呋喃二醇，经在100℃，0.09MPa的真空压强下脱水2.5h，取出，冷却至60℃；然后加入35.5％的MDI，在0.09MPa的真空条件下，85℃下反应3小时，得到温度为85℃的半预聚体，常温密封保存；取0.1％的二甲基聚硅氧烷和0.1％的二氧化钛纳米银抗菌剂加入到温度为50℃半预聚体中，取3％MOCA在80℃下熔融迅速加入到温度为50℃半预聚体中，同时加入0.4％补强剂气相法白炭黑搅拌反应持续25min后，注入模具中；真空干燥、100℃下一次硫化0.5h；再升温至120℃真空干燥、二次硫化10h，即得浇注型聚氨酯材料。

实施例2:

按照R值2-5和多异氰酸酯与聚合物多元醇官能度为1:1的比值，取质量分数为57％聚合物多元醇聚丙二醇，经在120℃，0.10MPa的真空压强下脱水2h，取出，冷却至50℃；然后加入35.5％的MDI，在0.10MPa的真空条件下，80℃下反应3.5小时，得到温度为80℃的半预聚体，常温密封保存；取0.5％的二甲基聚硅氧烷和1％的β-1,4-聚葡萄糖胺加入到温度为50℃半预聚体中，将5％乙二醇在80℃下熔融迅速加入到温度为50℃的半预聚体中，同时加入1％补强剂气相法白炭黑搅拌反应持续35min后，注入模具中；真空干燥、105℃下一次硫化1.0h；再升温至110℃真空干燥、二次硫化12h，即得浇注型聚氨酯材料。

实施例3:

按照R值2-5和多异氰酸酯与聚合物多元醇官能度为1:1的比值，取质量分数为74％聚合物多元醇聚乙二醇，经在130℃，0.10MPa的真空压强下脱水3h，取出，冷却至55℃；然后加入18.5％的TDI，在0.10MPa的真空条件下，90℃下反应2.5小时，得到温度为90℃的半预聚体，常温密封保存；取0.5％的二甲基聚硅氧烷和1％的羟甲基壳聚糖加入到温度为60℃半预聚体中，将5％MDA在60℃下熔融迅速加入到温度为60℃的半预聚体中，同时加入1％补强剂滑石粉搅拌反应持续30min后，注入模具中；真空干燥、110℃下一次硫化1.0h；再升温至130℃真空干燥、二次硫化15h，即得浇注型聚氨酯材料。

实施例4:

按照R值2-5和多异氰酸酯与聚合物多元醇官能度为2:1的比值，取质量分数为65％聚合物多元醇聚四氢呋喃二醇，经在120℃，0.09MPa的真空压强下脱水2h，取出，冷却至50℃；然后加入30.8％的IPDI，在0.09MPa的真空条件下，90℃下反应3.0小时，得到温度为90℃的预聚体，常温密封保存；取0.5％的甲基烷基聚硅氧烷和0.2％的β-1,4-聚葡萄糖胺加入到温度为60℃预聚体中，将3％丙二醇在70℃下熔融迅速加入到温度为60℃预聚体中，同时加入0.5％补强剂纳米碳酸钙搅拌反应持续35min后，注入模具中；真空干燥、100℃下一次硫化0.5h；再升温至120℃真空干燥、二次硫化12h，即得浇注型聚氨酯材料。

实施例5:

按照R值2-5和多异氰酸酯与聚合物多元醇官能度为2:1的比值，取质量分数为72.8％聚合物多元醇环氧乙烷(EO)/环氧丙烷(PO)共聚醚多醇，经在110℃，0.10MPa的真空压强下脱水3h，取出，冷却至60℃；然后加入23％的TDI，在0.10MPa的真空条件下，80℃下反应3.5小时，得到温度为80℃的预聚体，常温密封保存；取0.5％的甲基烷基聚硅氧烷和0.2％的甲壳素加入到温度为50℃预聚体中，将3％BDO在80℃下熔融迅速加入到温度为50℃预聚体中，同时加入0.5％补强剂碳化硅微粉搅拌反应持续35min后，注入模具中；真空干燥、110℃下一次硫化0.5h；再升温至120℃真空干燥、二次硫化12h，即得浇注型聚氨酯材料。

实施例6:

按照R值2-5和多异氰酸酯与聚合物多元醇官能度为2:1的比值，取质量分数为65.3％聚合物多元醇聚乙二醇，经在120℃，0.09MPa的真空压强下脱水2.5h，取出，冷却至60℃；然后加入32％MDI，在0.09MPa的真空条件下，85℃下反应3.0小时，得到温度为80℃的预聚体，常温密封保存；取0.7％的甲基烷基聚硅氧烷与二甲基聚硅氧烷混合物制成的消泡剂和0.4％的二氧化钛纳米银加入到温度为60℃预聚体中，将1％乙二胺在80℃下熔融迅速加入到温度为60℃预聚体中，同时加入0.6％补强剂纳米碳酸钙搅拌反应持续30min后，注入模具中；真空干燥、105℃下一次硫化1.0h；再升温至120℃真空干燥、二次硫化15h，即得浇注型聚氨酯材料。

本发明所采用的聚合物多元醇：聚丙二醇(PPG)、聚乙二醇(PEG)、聚四氢呋喃二醇(PTMG)或环氧乙烷(EO)/环氧丙烷(PO)共聚醚多醇中官能度为2或3，平均分子量为400-3000。

下表1为测定浇注型聚氨酯材料各力学性能指标：

表1性能指标对比

从上表1可以看出，本发明浇注型聚氨酯高分子材料的各力学性能指标能够很好的解决弹性和抗撕裂强度不足的问题，使得手术接胰肠吻合生长顺利。因此，这种高弹性和抗撕裂强度的弹性体材料及其制备方法，以及利用该材料制作这种胰肠吻合器来解决这一医学问题。

对实施例1进行耐性测试，本耐性测试模拟了聚氨酯弹性体在人体内各个器官的环境下发生的变化以及在消毒处理后对制品的影响，将实施例1制得的聚氨酯弹性体胰肠吻合器材料分别置于75％酒精、蒸馏水、盐酸(PH＝0.8)、3％双氧水以及NaOH(PH＝9)的溶剂中进行浸泡，14天后取出对比，观察其表面变化和质量变化，如表2所示。

表2耐性测试结果

在盐酸浸泡14天后略微发生黄变，NaOH中浸泡14天后无变化，其中，NaOH为模拟了制品在人体胰腺和肠管的PH值的变化，通过耐性测试，NaOH的质量差也很小，说明可以承受人体内环境变化，经过酒精和双氧水的浸泡对其总体影响也微乎及微，说明制品可以通过常规消毒后使用。

附：

细胞外液PH值的正常范围

血液

骨髓液

唾液

胃液

十二指肠液

粪便

尿液

胆汁

胰液

7.35～7.45

7.30～7.50

6.50～7.50

0.80～1.50

4.20～8.20

4.60～8.40

4.80～8.40

7.10～8.50

8.00～8.30

为了满足医用聚氨酯弹性体气氛灭菌需要，对实施例3进行环氧乙烷灭菌测试(测试条件60℃环氧乙烷气氛消毒3h)，测试后，通过其力学性能的变化来对其表征，如表3。

表3灭菌前后力学性能表征

通过上表可见，通过环氧乙烷灭菌测试后，对于聚氨酯弹性体的力学性能几乎无影响，通过环氧乙烷灭菌后的力学性能测试，通过灭菌前后的对比，弹性体的断裂伸长率和抗张强度变化微小，符合对聚氨酯弹性体的性能要求。

利用本发明浇注型聚氨酯高分子材料制备医用吻合器结构如图1和图2所示，该医用吻合器包括一直径为50mm，高为5mm，厚度为2.5mm的圆环，沿圆环的外周壁上均布有4个钛钉，相邻钛钉之间的弧线距离为38mm。

该医用吻合器能提供适宜弹性，更高抗撕裂强度，在治疗胰肠吻合手术后效果良好，吻合器通过钛钉的固定，完全吻合在胰肠上，没有胰液外漏的现象，并且胰肠生长迅速，吻合良好。另外，没有任何不良反应，患者身体机能一切正常。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种医用聚氨酯胰肠吻合器材料，其特征在于，包括下述质量分数的原料：

所述多异氰酸酯与聚合物多元醇按照官能度比值为2:1生成预聚体；

所述多异氰酸酯与聚合物多元醇按照官能度比值为1:1生成半预聚体；

所述扩链剂为乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇(BDO)、乙二胺、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)或4,4'-二氨基二苯基甲烷(MDA)；

所述补强剂为气相法白炭黑、纳米碳酸钙、滑石粉或碳化硅微粉；

所述消泡剂为二甲基聚硅氧烷、甲基烷基聚硅氧烷或上述两者的改性聚合物；

所述抗菌剂为二氧化钛纳米银抗菌剂、β-1,4-聚葡萄糖胺(脱乙酰壳聚糖多糖)、羟甲基壳聚糖或甲壳素。

2.根据权利要求1所述的一种医用聚氨酯胰肠吻合器材料，其特征在于，所述多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。

3.根据权利要求1所述的一种医用聚氨酯胰肠吻合器材料，其特征在于，所述聚合物多元醇为聚丙二醇(PPG)、聚乙二醇(PEG)、聚四氢呋喃二醇(PTMG)或环氧乙烷(EO)/环氧丙烷(PO)共聚醚多醇。

4.根据权利要求1所述的一种医用聚氨酯胰肠吻合器材料，其特征在于，所述聚合物多元醇为官能度为2或3，平均分子量为400-3000。

5.根据权利要求1所述的医用聚氨酯胰肠吻合器材料，其特征在于，所述预聚体多异氰酸酯与聚合物多元醇制备时的R值为2-5。

6.基于权利要求1所述的一种医用聚氨酯胰肠吻合器材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)聚合物多元醇的脱水：将聚合物多元醇置于反应器中，在100-130℃，真空度0.09-0.10MPa下脱水2-3h，取出，冷却至50-60℃；

2)预聚体或半预聚体的制备：按照R值2-5和多异氰酸酯与聚合物多元醇官能度为2:1或1:1的比值，在步骤1)脱水后的质量分数为57％-74％的聚醚多元醇中加入融化好的18.5％-35.5％的多异氰酸酯，在80-90℃下按照步骤1)真空条件下反应2.5-3.5h，得到预聚体或半预聚体，常温密封保存，待用；

3)加入助剂：将0.1％-1％的抗菌剂，0.1％-0.5％的消泡剂加入步骤2)中温度为50-60℃的预聚体或半预聚体中；

4)预聚体的扩链：按照质量分数为1％-5％的比例将扩链剂在60-90℃下熔融后，迅速加入到步骤3)温度为50-60℃的预聚体或半预聚体中，加入扩链剂的同时，加入质量分数为0.1％-1％补强剂，并且迅速搅拌均匀后注入模具中；

5)一次硫化：将步骤4)所述的已充模的模具放入100-110℃下的真空干燥机中熟化0.5-1.0h后，将医用吻合器脱模待用；

6)二次硫化：将脱模后得到的初步成型的医用吻合器放入升温至110-130℃的真空干燥机中熟化10-15h，即得浇注型聚氨酯材料。

7.根据权利要求6所述的医用聚氨酯胰肠吻合器材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中扩链剂加入预聚体或半预聚体后搅拌反应持续25-35min。

8.基于权利要求6所述的一种医用聚氨酯胰肠吻合器材料的制备方法制备的医用吻合器，其特征在于，包括一直径为50mm，高为5mm，厚度为2.5mm的圆环，沿圆环的外周壁上均布有4个钛钉，相邻钛钉之间的弧线距离为38mm。