CN1137179C

CN1137179C - 无毒医用聚氨酯材料的制备方法

Info

Publication number: CN1137179C
Application number: CNB011071982A
Authority: CN
Inventors: 钟银屏; 李建树; 何成生; 樊翠蓉
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2004-02-04
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: CN1371929A

Abstract

本发明公开一种无毒医用聚氨酯材料的制备方法，它是将一定配比的脂肪族二异氰酸酯、聚醚二元醇和小分子扩链剂，采用一步聚合法进行制备，其特征是聚醚二元醇选用的分子量为800～4000，小分子扩链剂选用含碳2～10的脂肪族二元醇，其控制异氰酸指数的摩尔比为1.0～1.1，并对后熟化工序采用分阶段降温熟化，使反应不加催化剂，材料无毒，使用更安全；热塑性好，加工成型不需助剂；力学和生物相容性均佳，特别适合作与血液接触的介入诊疗导管材料。

Description

无毒医用聚氨酯材料的制备方法

本发明属于高分子生物医用工程材料的制备技术领域，具体涉及一种以脂肪族二异氰酸酯为主要原料，反应过程无需催化剂，且产品又有优良的力学性能和生物相容性的无毒医用聚氨酯材料的制备方法。

生物医用高分子材料不仅应具有理想的力学性能，还应具有优良的生物相容性。

传统的生物医用高分子材料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、硅橡胶等。K.L.Syulezewski等人在《生物材料》1988年9卷253～256页中报道的研究表明，聚乙烯、聚氯乙烯在合成和制备过程中必须加入的各种添加剂会降低成品的生物相容性，会对人体造成潜在的危害。而聚四氟乙烯又因太硬，回弹性差，硅橡胶又太软，力学强度差等性能，在不同程度上限制了它们在生物医学领域的应用。

聚氨酯材料则因其优良的力学和生物相容性，在生物医用领域得到了较广泛的应用，如制作静脉介入诊疗导管、动脉插管、心脏起博器绝缘层、人工血管、医用手套、医用血袋等。

聚氨酯主要是由多异氰酸酯、大分子多元醇和扩链剂合成的。其中多异氰酸酯和扩链剂共同构成了聚氨酯材料的硬段结构，大分子多元醇构成了聚氨酯材料的软段结构。由于硬段结构和软段结构在微相结构上不完全相容而形成的微相分离结构，赋予了聚氨酯材料优良的力学性能和生物相容性。

目前，已有多种牌号的聚氨酯应用于生物医用领域，如Biomer^、Vialon^(Bec-ton，Dickinson and Company)、Pellethane^(Upjohn Chemical Co.)和Tecoflex^(Thermedics Inc.)等。其中除Tecoflex^是采用脂肪族的4，4′-二环己基甲烷二异氰酸酯为聚氨酯合成硬段结构外，其余都是采用芳香族的4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯为聚氨酯合成硬段结构。对于4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯，Szycher(J.Elast.Plast.1983(5)，81)、Batich(J.Biomed.Mater.Res.1989(23)，311)和Daka(Biomater Artif，Cells.Immobil.Biotechnol.1993(21)，23)等人分别研究发现其在高温或强碱作用下会产生致癌物质4，4′-二甲烷二苯基二胺(MDA)，并有人从Mo-lay公司出售的产品中发现了少量的MDA。另外还有研究表明以芳香族二异氰酸酯为原料合成的聚氨酯产品，由于结构中苯环的存在，在使用过程中不可避免要产生氧化发黄现象，而氧化产物也有可能对人体造成危害。

用脂肪族二异氰酸酯作原料合成的聚氨酯虽然不存在上述问题，但是其一，因脂肪族二异氰酸酯的反应活性远低于芳香族二异氰酸酯，故已有技术为获得高反应速率体系和力学性能较好的聚氨酯，一般都在合成时加入了催化剂，如世界专利WO98/08884、美国专利USP4789720、USP4743673等；其二，由于脂肪族二异氰酸酯缺乏苯环结构，其制得的聚氨酯的力学性能较之以芳香族二异氰酸酯为原料制得的聚氨酯低。

本发明的目的是针对已有技术的不足而提供一种以脂肪族二异氰酸酯为主要原料，反应过程无需催化剂并能获得力学性能优良的无毒医用聚氨酯的制备方法。

本发明经过大量的调查和深入的研究发现，以脂肪族二异氰酸酯为原料制备聚氨酯，通过合理地选择控制原料及其配比，以及合理地选择控制反应的工艺条件就可有效地解决已有技术存在的问题。

本发明提供的无毒医用聚氨酯材料的制备方法是将一定配比的脂肪族二异氰酸酯、聚醚二元醇和小分子扩链剂，采用一步聚合法进行制备，其特征在于聚醚二元醇的分子量为800～4000，最好为1000～4000；小分子扩链剂选用含碳2～10的脂肪族二元醇；其异氰酸指数(NCO/OH)的摩尔比为1.0～1.1，优选1.01～1.05，最优选1.02～1.03，并使脂肪族二异氰酸酯与小分子脂肪族二元醇扩链剂之和在反应体系中的重量百分比为40～80％，其制备工艺各步骤的条件为：

①先将聚醚二元醇与小分子脂肪族二元醇在温度60～80℃下搅拌混合均匀；

②再加入脂肪族二异氰酸酯，并在真空条件下于温度90～130℃反应2～5小时，出料；

③将反应聚合物继续在真空条件下于100～140℃下后熟化2～24小时。

为了更有效地提高材料的力学性能，同时防止交联现象的产生，本发明在后熟化过程中采取了分阶段降温的技术措施，即先在温度120～140℃后处理1～10小时，然后再在温度100～120℃后处理1～14小时。

本发明提供的制备方法中脂肪族二异氰酸酯可选用4，4′-二环己基甲烷二异氰酸酯、1，6-己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯。

本发明提供的制备方法中聚醚二元醇可选用聚氧化乙烯二元醇、聚氧化丙烯二元醇、聚四氢呋喃醚二元醇中至少一种，也可为同一种但分子量不同的混合物。其中优选聚四氢呋喃醚二元醇。

本发明提供的制备方法中小分子脂肪族二元醇扩链剂可选用乙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，8-辛二醇中至少一种，其中优选1，4-丁二醇。

本发明具有以下优点：

1.本发明制备方法选用的脂肪族二异氰酸酯原料本身无潜在毒性，制成品使用过程也没有氧化物产生，制备过程中又不加催化剂，因而本发明获得的聚氨酯无毒，作为医用材料使用更安全。

2.本发明制备的聚氨酯材料热塑性好，在加工成型时无需助剂，也避免了助剂对人体带来的潜在危害。

3.本发明制备的聚氨酯材料在使用及贮存过程中不会氧化发黄，在外观色泽上更具竞争力。

4.本发明制备的聚氨酯材料不仅其生物相容性优良(见附表1)，而且其力学性能能与芳香族二异氰酸酯制备的聚氨酯媲美(见附表2)。

5.本发明制备的聚氨酯材料还与辐射不透明剂相容性好，因而特别适合制作在血液内使用的介入导管。

6.本发明提供的方法，工艺成熟，条件易于控制，尤其是后熟化采取二段降温处理措施设计独特，不仅有效地提高了材料的力学性能，而且也打破了已有技术惯用的解决手法。

下面给出实施例以对本发明进行具体描述，有必要指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明作一些非本质的改进和调整。

实施例一：

先将分子量为1000的聚四氢呋喃醚二元醇120克与1，4-丁二醇14.6克加入到带搅拌器、真空装置和温度计的反应釜中于60℃搅拌混合30分钟，然后加入4，4′-二环己基甲烷二异氰酸酯65.5克，在真空条件下于110℃反应3小时，升温至125℃后出料，再将反应聚合物继续在真空烘箱中于130℃后熟化5小时，又降温至110℃后熟化10小时即得硬段含量为40％的聚氨酯材料。

实施例二：

先将分子量为1000的聚四氢呋喃醚二元醇69.3克与1，4-丁二醇12.6克加入到带搅拌器、真空装置和温度计的反应釜中于70℃搅拌混合30分钟，然后加入4，4′-二环己基甲烷二异氰酸酯56.7克，在真空条件下于120℃反应3.5小时，升温至135℃后出料，再将反应聚合物继续在真空烘箱中于140℃后熟化7小时，又降温至100℃后熟化14小时即得硬段含量为50％的聚氨酯材料。

实施例三：

先将分子量为1000的聚四氢呋喃醚二元醇54.7克与1，4-丁二醇16.5克加入到带搅拌器、真空装置和温度计的反应釜中于80℃搅拌混合30分钟，然后加入4，4′-二环己基甲烷二异氰酸酯65.5克，在真空条件下于120℃反应4小时，升温至130℃后出料，再将反应聚合物继续在真空烘箱中于140℃熟化6小时，又降温至100℃后熟化10小时即得硬段含量为60％的聚氨酯材料。

实施例四：

先将分子量为1000的聚四氢呋喃醚二元醇35.9克与1，4-丁二醇18.2克加入到带搅拌器、真空装置和温度计的反应釜中于70℃搅拌混合30分钟，然后加入4，4′-二环己基甲烷二异氰酸酯65.5克，在真空条件下于120℃反应4.5小时，升温至130℃后出料，再将反应聚合物继续在真空烘箱中于140℃后熟化5小时，又降温至110℃后熟化10小时即得硬段含量为70％的聚氨酯。

比较例：

先将分子量为1000的聚四氢呋喃醚二元醇66.8克与1，4-丁二醇7.28克加入到带搅拌器，真空装置和温度计的反应釜中于60℃搅拌混合30分钟，然后加入4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯38.4克，在真空条件下于75℃反应30分钟，升温至80℃出料，再将反应聚合物继续在真空烘箱中于100℃后熟化3小时即得硬段含量为40％的芳香族聚氨酯。

为了考察本发明制备的聚氨酯的生物相容性，采用动态血栓形成方法进行了测试(“用于评价医用高分子材料血液相容性的体外动态血栓形成试验方法研究”，《中国生物医学工程学报》，1987，6(4)：245～247)，结果见表1。从表1可看出，本发明实施例一至实施例四的聚氨酯较比较例和医用聚氯乙烯的抗血栓形成能力强，因而生物相容性好。

表1动态血栓形成实验结果比较样品号血栓长度(cm) 血栓重量(湿，mg) 血栓重量(干，mg)实施例一 6.5 133 40实施例二 6.2 170 43实施例三 5.5 175 40实施例四 5.4 183 45比较例 6.5 170 47

表2为本发明制备的聚氨酯与比较例所得聚氨酯力学性能比较，其拉伸强度和断裂伸长率是按GB1040-92，在日本津岛AG-10TA电子式万能试验机上(拉伸速度为20mm/min)测得的，硬度是按GB2411-80，在LX-A型橡胶硬度计上测得的。从其结果可看出，本发明根据不同配方制成的各种硬度的聚氨酯，其拉伸强度、断裂伸长率都较优良。

表2力学性能测试结果比较样品号拉伸强度(MPa) 最大断裂伸长率(％) 硬度(Shore A)实施例一 60 560 79实施例二 51 500 82实施例三 40 470 88实施例四 32 410 92比较例 60 600 80

另外本发明还将获得的聚氨酯加入30％(重量比)的辐射不透明剂BaSO₄作相容性实验，经混料、制样后，测其拉伸强度，其强度保持率≥70％，而据有关资料(H.Planck编辑的《Polyurethane in biomedical engineeringII》P1～18)报道，当聚氯乙烯在加入40％的BaSO₄时，其强度保持率则只有40％，这表明本发明的聚氨酯与辐射不透明剂相容性好，能满足制造各种具有辐射不透明性的血液内介入导管的要求。

Claims

1、一种无毒医用聚氨酯材料的制备方法，是将一定配比的脂肪族二异氰酸酯、聚醚二元醇和小分子扩链剂，采用一步聚合法进行制备，其特征在于聚醚二元醇选用的分子量为800～4000，小分子扩链剂选用含碳2～10的脂肪族二元醇，其异氰酸指数摩尔比为1.0～1.1，并使脂肪族二异氰酸酯与小分子脂肪族二元醇扩链剂之和在反应体系中的重量百分比为40～80％，其制备工艺各步骤的条件为：

②再加入脂肪族二异氰酯酯，并在真空条件下于温度90～130℃反应2～5小时，出料；

③将反应混合物继续在真空条件下于100～140℃后熟化2～24小时。

2、根据权利要求1所述的无毒医用聚氨酯材料的制备方法，其特征在于异氰酸指数的摩尔比为1.01～1.05。

3、根据权利要求1所述的无毒医用聚氨酯材料的制备方法，其特征在于异氰酸指数的摩尔比为1.02～1.03。

4、根据权利要求1或2或3所述的无毒医用聚氨酯材料的制备方法，其特征在于后熟化工序分二步进行，即先在120～140℃后处理1～10小时，然后再在温度100～120℃后处理1～14小时。

5、根据权利要求1或2或3所述的无毒医用聚氨酯材料的制备方法，其特征在于聚醚二元醇选用的分子量为1000～4000，且优选其中的聚四氢呋喃醚二元醇。

6、根据权利要求4所述的无毒医用聚氨酯材料的制备方法，其特征在于聚醚二元醇选用的分子量为1000～4000，且优选其中的聚四氢呋喃醚二元醇。