CN112870438A - 一种生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途。所述生物基水性聚氨酯用于制作人工皮肤表皮材料，所述生物基水性聚氨酯分子量为5～8万，其初始降解温度为250～280℃，玻璃化转变温度为‑30～‑40℃，其中，所述生物基水性聚氨酯由生物基异氰酸酯、生物基多元醇及含硅改性聚醚多元醇经过缩聚反应制备而成。根据本发明的提供的生物基水性聚氨酯结合了水性聚氨酯的环保性能、生物基材料的生物相容性和生物可降解性及有机硅材料的肤感，从而在制备的人工皮肤表皮材料具有优异的生物相容性、生物可降解性、无毒性、力学性能及类皮肤的摩擦性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子聚合物领域，具体公开了一种生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途。
背景技术
皮肤作为人类做大的器官，在对抗外部因素侵犯过程中起到了不可替代的作用。因此随着人们对皮肤研究的深入，很多研究学者也制备出各种类型的人工皮肤，这些人工皮肤材料在化妆品、生物工程、医学及智能穿戴设备领域具有广阔的应用前景。目前人工皮肤表皮材料主要是分两大类，一种是聚氨酯类，另一种聚二甲基硅氧烷系列。聚二甲基硅氧烷系列材料具有较好的肤感，但其在潮湿环境下表现为疏水性，导致其材料制备的皮肤干燥，摩擦变现与真实皮肤相差甚远；而聚氨酯材料易于设计，但其性能与真实皮肤还有一些差别，仍需改进完善。因此开发具有生物相容性好，生物可降解性优异，无毒性，力学性能佳及不同干湿环境下类皮肤的摩擦及变形能力的材料具有十分重要的意义。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途，该生物基水性聚氨酯结合了水性聚氨酯的环保性能、生物基材料的生物相容性和生物可降解性及有机硅材料的肤感，从而在制备的人工皮肤表皮材料具有优异的生物相容性、生物可降解性、无毒性、力学性能及类皮肤的摩擦性能。
为实现上述目的，本发明提供一种生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途。所述生物基水性聚氨酯用于制作人工皮肤表皮材料，所述生物基水性聚氨酯分子量为5～8万，其初始降解温度为250～280℃，玻璃化转变温度为 -30～-40℃，其中，所述生物基水性聚氨酯由生物基异氰酸酯、生物基多元醇及含硅改性聚醚多元醇经过缩聚反应制备而成，该性能下的生物基水性聚氨酯具有优异的生物相容性以及柔软性。
在本发明的一实施例中，所述人工皮肤表皮材料包括人工植皮和/或机器人皮肤。
在本发明的一实施例中，所述生物基水性聚氨酯的力学强度为80～100Mpa，和/或断裂伸长率为710～1050％。
在本发明的一实施例中，所述水性聚氨酯在湿度为85％的条件下，摩擦系数为0.40～0.80。
在本发明的一实施例中，所述生物基异氰酸酯选自二聚酸二异氰酸酯，生物基质1,4-丁二异氰酸酯，生物基质1,5-戊二异氰酸酯中任意一种或上述任意其组合。
在本发明的一实施例中，生物基大分子多元醇选自蓖麻油，蓖麻油改性多元醇，二聚酸多元醇，1,3-丙二醇聚醚多元醇中任意一种或上述任意其组合。
在本发明的一实施例中，所述生物基异氰酸酯：生物基多元醇：含硅改性聚醚多元醇的摩尔比为5:1:0.2～7:1:1，以保证所述生物基水性聚氨酯的力学强度。
在本发明的一实施例中，所述含硅改性聚醚多元醇占所述生物基水性聚氨酯的质量比为5～35％，该含硅改性聚醚多元醇具有如下的结构式：
在本发明的一实施例中，所述缩聚反应的温度为80-95℃。
在本发明的一实施例中，所述生物基水性聚氨酯的固含量为30％～50％。
如上所述，本发明提供一种生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途，所述生物基水性聚氨酯由生物基异氰酸酯、生物基大分子多元醇及含硅改性聚醚多元醇制备而成，其合成工艺利用缩聚反应工艺，即生物基异氰酸酯、生物基大分子多元醇及含硅聚醚改性多元醇按一定比例合适反应温度下制备而成，生产工艺更加简单、高效。所述生物基水性聚氨酯制作的人工表皮材料结合了水性聚氨酯的环保性能、生物基材料的生物相容性和生物可降解性及有机硅材料的肤感，这种新型材料将在化妆品、人工植皮及机器人皮肤行业具有广阔的应用。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明提供了一种生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途，所述生物基水性聚氨酯由生物基异氰酸酯、生物基多元醇及含硅改性聚醚多元醇经过缩聚反应制备而成。所述生物基水性聚氨酯制备的人工皮肤表皮材料具有有生物基材料可降解性、有机硅材料的肤感及水性聚氨酯材料的环保性能。
实施例1
一种用于人工皮肤表皮材料的生物基水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
称取50g1,3-丙二醇聚醚多元醇(分子量1000)和15g含硅改性聚醚多元醇 (分子量为1800)，放入反应器中，搅拌下加入80g二聚酸二异氰酸酯(DDI)，在90℃下搅拌反应2h；然后向反应釜中添加4.2g二羟甲基丙酸(DMPA)，在 90℃下继续搅拌反应2h；继续向反应釜中添加2g小分子多元醇扩链剂，在90℃下继续搅拌反应2h，然后加入0.35g催化剂，继续反应3h；将聚氨酯预聚体降温到1～30℃，加入3.17g三乙胺转移至高速分散机下，分散速度为1200～1800r/min，迅速加入280～300g的去离子水，制备出低分子量的水性聚氨酯分散体；降低搅拌速度为200～300r/min，再加入4-4.5g小分子胺后扩链剂搅拌1～10分钟，即得可应用于人工皮肤表皮材料的生物基水性聚氨酯材料。
实施例2
称取50g1,3-丙二醇聚醚多元醇(分子量1000)和20g含硅改性聚醚多元醇(分子量为1800)，放入反应器中，搅拌下加入80g二聚酸二异氰酸酯(DDI)，在90℃下搅拌反应2h；然后向反应釜中添加4.2g二羟甲基丙酸(DMPA)，在 90℃下继续搅拌反应2h；继续向反应釜中添加2g小分子多元醇扩链剂，在90℃下继续搅拌反应2h，然后加入0.35g催化剂，继续反应3h；将聚氨酯预聚体降温到1～30℃，加入3.17g三乙胺转移至高速分散机下，分散速度为1200～1800r/min，迅速加入280～300g的去离子水，制备出低分子量的水性聚氨酯分散体；降低搅拌速度为200～300r/min，再加入4-4.5g小分子胺后扩链剂搅拌1～10分钟，即得可应用于人工皮肤表皮材料的生物基水性聚氨酯材料。
该材料的生物相容性通过把材料移植到小白鼠某个部位来测试其白细胞浓度测试；该材料的生物降解性通过解剖移植小白鼠部位来测试；该材料的摩擦性能通过测试不同环境下摩擦系数来表征，主要测试手背的摩擦系数；该材料力学性能通过常规的成膜测试得到。
表1生物基水性聚氨酯用作人工皮肤表皮材料时的性能结果
通过上表1的表征可知，该材料通过测试白细胞浓度的变化可知，其先经过一定排斥后趋于稳定，因此其生物相容性较好；通过质量损失数据可知，该材料在几个月后基本上降解完成；其摩擦系数也十分接近人体摩擦系数；该材料具有较好的力学性能。该材料结合了水性聚氨酯的环保性能、生物基材料的生物相容性和生物可降解性及有机硅材料的肤感，这种新型材料将在化妆品、人工植皮及机器人皮肤行业具有广阔的应用。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途，其特征在于，所述生物基水性聚氨酯用于制作人工皮肤表皮材料，所述生物基水性聚氨酯分子量为5～8万，其初始降解温度为250～280℃，玻璃化转变温度为-30～-40℃，其中，所述生物基水性聚氨酯由生物基异氰酸酯、生物基多元醇及含硅改性聚醚多元醇经过缩聚反应制备而成。
2.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途，其特征在于，所述人工皮肤表皮材料包括人工植皮和/或机器人皮肤。
3.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途，其特征在于，所述生物基水性聚氨酯的力学强度为80～100Mpa，和/或断裂伸长率为710～1050％。
4.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途，其特征在于，所述水性聚氨酯在湿度为85％的条件下，摩擦系数为0.40～0.80。
5.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途，其特征在于，所述生物基异氰酸酯选自二聚酸二异氰酸酯，生物基质1,4-丁二异氰酸酯，生物基质1,5-戊二异氰酸酯中任意一种或上述任意其组合。
6.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途，其特征在于，生物基大分子多元醇选自蓖麻油，蓖麻油改性多元醇，二聚酸多元醇，1,3-丙二醇聚醚多元醇中任意一种或上述任意其组合。
7.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途，其特征在于，所述生物基异氰酸酯：生物基多元醇：含硅改性聚醚多元醇的摩尔比为5:1:0.2～7:1:1，以保证所述生物基水性聚氨酯的力学强度。
8.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途，其特征在于，所述含硅改性聚醚多元醇占所述生物基水性聚氨酯的质量比为5～35％，该含硅改性聚醚多元醇具有如下的结构式：
9.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途，其特征在于，所述缩聚反应的温度为80-95℃。
10.根据权利要求1所述的生物基水性聚氨酯在人工皮肤表皮材料中用途，其特征在于，所述生物基水性聚氨酯的固含量为30％～50％。
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