CN114181421B - 一种表面高度亲水性的医用聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种表面高度亲水性的医用聚丙烯材料及其制备方法，采用表面羟基化的聚丙烯为基体、氧化聚乙烯醇OPVA和盐酸多巴胺溶液反应获得端基为多巴胺的OPVA‑DA为介导分子，常温反应5小时，在聚丙烯的表面形成一层聚乙烯醇亲水层,厚度在1~10μm之间可控，该材料表面水接触角在10‑25.6º，显示高度的亲水性，可以用作分离过滤网,或者作为生物医用材料,增强抗蛋白质和抗血小板的粘附能力,以及抗组织拈连的能力等。

Description

一种表面高度亲水性的医用聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用聚丙烯的表面修饰，特别涉及一种用聚乙烯醇修饰的聚丙烯材料及其制备方法，聚丙烯材料的形式是膜、网、颗粒或微球。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种热塑性树脂，属于半结晶性材料,比聚乙烯(polyethylene,PE)有更大的硬度和更高的熔点。其可分为等规聚丙烯(isotaetic polyprolene)、无规聚丙烯(atactic polypropylene)和间规聚丙烯(syndiotatic polypropylene)。其中，均聚物型和共聚物型的聚丙烯都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性和抗溶解性。由于均聚型的聚丙烯具有一定的脆性，所以聚合时常常加入1～4％或更高含量的乙烯作为共聚单体从而获得聚丙烯聚乙烯的共聚物。
医用聚丙烯作为医疗器械材料被广泛使用，如除了用作制造医用导管和血液净化滤膜等外，还在疝外科手术中广泛用作疝修补材料。然而在保持其本体力学性能不发生显著下降的前提下，如何提高这类材料的亲水性、抗粘接性和生物相容性等,依然是技术难点和研究热点。
多巴胺作为一种广泛应用的嫁接涂层的介导分子，可以将不同的高分子通过化学键的方法嫁接在聚丙烯的表面。例如：《中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题F：生物医用高分子》2017年，“多巴胺介导的聚丙烯材料表面抗粘连功能化”一文中，将具有良好抗粘连作用的壳聚糖(CS)和聚乙二醇(PEG)，嫁接在具有优异力学性能的聚丙烯材料表面上。通过应用氧等离子体活化,以多巴胺为介导,结合化学接枝的方法("嫁接到"的方法),在聚丙烯补片表面获得壳聚糖(CS)和聚乙二醇(PEG)的涂层，获得的经过表面功能化的聚丙烯补片具有显著的抗粘连功能和良好组织相容性,并且与脏器接触(如小肠),而无明显粘连、无明显并发症,粘连等级小与1级接近0级,炎症指标小于1级。廉成波等的多巴胺用于表面修饰的研究进展一文中(《合成橡胶》2014-0715，37(4)：327-330)提出，多巴胺在不同基质上的黏附机理，可能来源于多巴胺的邻苯二酚和氨基官能团，这种结构可以与无机、有机表面建立共价和非共价的相互作用。
聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)，无毒无味，具有较高的生物相容性。PVA易于成膜，其膜的机械性能优良，膜的拉伸强度因聚合度和醇解度不同而不同。PVA与亲水性的纤维素有很好的粘接力。一般情况，聚合度和醇解度越高，粘接强度越大。目前尚无借助多巴胺作介导分子，在聚丙烯表面接枝聚乙烯醇涂层的报道。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供表面高度亲水性的医用聚丙烯材料及其制备方法，所得材料为表面嫁接有具有高度亲水性的和良好抗组织粘连的聚乙烯醇的聚丙烯材料，该制备方法程序简单，快速方便。
表面高度亲水性的医用聚丙烯材料，是潜在的抗蛋白质和抗血小板吸附的理想材料，也是理想的抗组织粘连的植入修复材料。
表面高度亲水性的医用聚丙烯材料的制备方法，步骤如下：
(1)将聚丙烯材料清洗、干燥，备用；
所述的聚丙烯材料形式是膜，网，颗粒或微球(购自国药集团或其他聚丙烯公司)
聚丙烯包括等规聚丙烯(isotaeticpolyprolene)、无规聚丙烯(atacticpolypropylene)和间规聚丙烯(syndiotaticpolypropylene)以及加入1～4％乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的嵌段式共聚物。
(2)将聚丙烯材料(PP)应用氧等离子体处理得到羟基化的聚丙烯(O-PP)；
(3)将聚乙烯醇(PVA)采用高碘酸钠氧化得到氧化聚乙烯醇(OPVA)(《功能材料》2015年第15期15016-15020)。具体过程是：取2.00g聚乙烯醇(PVA)充分溶解于100mL水中，称取1.76g高碘酸钠溶于10mL水中，分次加入上述溶液中，继续避光搅拌5h。之后再向其中加入1mL乙二醇继续搅拌1h终止反应，得到氧化聚乙烯醇初产物(OPVA)。反应结束后，将初产物注入分子截留量为3500Da(MWCO＝3500)的透析袋中，纯化水中透析3天，每天换水4次。将透析后的产物进行冷冻干燥，最终得到氧化聚乙烯醇(OPVA)；
尽管聚乙烯醇主链上有许多羟基，但并不容易有效嫁接在聚丙烯的表面，常需要应用干燥的有机溶剂如吡啶等，在五氯化磷参与的条件下，使得聚乙烯醇主链上的羟基和经过羧基化的聚丙烯表面进行反应，从而实现聚乙烯醇在聚丙烯表面的嫁接(张天柱等，一种表面亲水性的医用聚丙烯材料的制备方法，授权公告日2014.02.12，中国，ZL201210488852.0)。而本发明所应用的氧化聚乙烯醇，具有端基具有醛基的显著优势，可以在水溶液中和介导分子多巴胺上的氨基反应，形成多巴胺功能化的聚乙烯醇，进而利用多巴胺结构中儿茶酚基团的粘合作用，将聚乙烯醇接枝在聚丙烯表面。该方法显著的优点在于反应条件简单，绿色环保，常温下即可进行。
(4)、步骤(3)得到的OPVA和盐酸多巴胺溶液(盐酸多巴胺固体购自国药集团,dopamine hydrochloride)反应，获得端基为多巴胺的OPVA(OPVA-DA)。
具体地，称取OPVA2.00g于烧杯中，加入100mL纯化水充分搅拌溶解。按照OPVA实际氧化度的15％(单体摩尔百分比)加入盐酸多巴胺(先将盐酸多巴胺溶于5mL水中)，室温搅拌反应1h。将反应后的溶液,注入分子截留量为3500Da(MWCO＝3500)的透析袋中。用pH＝5.5的纯化水透析3天，每天换水4次。透析后冻干，得到OPVA-DA(DAgrafted OPVA)。
(5)将步骤(2)的羟基化的聚丙烯置于步骤(3)制备得到的OPVA-DA水溶液中，连续搅拌5小时，取出、清洗除去未反应的OPVA-DA，就获得了高度亲水性的聚丙烯材料。
本发明所应用的氧化聚乙烯醇(OPVA)，由高碘酸钠氧化得到，两端基的官能团为醛基，可以在水溶液中和介导分子多巴胺上的氨基反应，形成多巴胺功能化的聚乙烯醇(OPVA-DA，图1)，进而多巴胺结构中儿茶酚基团继续和表面进行活化羟基化的聚丙烯(O-PP)表面进行反应，最后实现聚乙烯醇接枝在聚丙烯表面(PP-g-PVA)(PVA grafted PP)(图2)。
有益效果：本发明所采用的方法，反应条件简单，绿色环保，常温下即可进行。应用氧等离子体进行聚丙烯表面活化，廉价的多巴胺作为粘附介导分子，在常温下在水溶液就可进行，避免使用大量有机溶剂和其他化学试剂。所获得的PVA接枝涂层厚度可控，附着牢固。这些特有的优势使得将来产业化规模上的制备成为可能。
附图说明：
图1为应用高碘酸钠在水溶液中氧化聚乙烯醇获得氧化聚乙烯醇(OPVA)，介导分子多巴胺和氧化聚乙烯醇(OPVA)进行反应，形成多巴胺功能化的聚乙烯醇(OPVA-DA)。
图2本发明制备方法的工艺简图，将表面进行羟基化的聚丙烯浸泡在多巴胺功能化的聚乙烯醇(OPVA-DA)水溶液中一定时间就获得本发明的目标产物。
具体实施方式：
以下将结合实施例具体说明本发明的技术方案：
实施例1
本实施例的目的在于考察应用交联聚乙烯醇嫁接聚丙烯的效果。
表面高度亲水性的医用聚丙烯材料的制备方法，步骤如下：
1.将0.5g聚丙烯颗粒,用二氯甲烷或丙酮清洗三次，每次20mL，清洗时间3h,并在40℃条件下干燥24h。
2.将经过上述程序处理的聚丙烯材料置于应用氧等离子体处理2分钟，得到羟基化的聚丙烯。
3.称取2.00g交联的聚乙烯醇(PVA)(分子量30K)充分溶解于100mL水中，称取1.76g高碘酸钠溶于10mL水中，分次加入上述溶液中，继续避光搅拌5h。之后再向其中加入1mL乙二醇继续搅拌1h终止反应，得到氧化聚乙烯醇初产物。反应结束后，将初产物注入分子截留量为3500Da(MWCO＝3500)的透析袋中，纯化水中透析3天，每天换水4次。将透析后的产物进行冷冻干燥，最终得到氧化聚乙烯醇(OPVA)。
4:称取OPVA2.00g于烧杯中，加入100mL纯化水充分搅拌溶解。按照OPVA实际氧化度的15％(单体摩尔百分比)加入盐酸多巴胺(先将盐酸多巴胺溶于5mL水中)，室温搅拌反应1h。将反应后的溶液,注入分子截留量为3500Da(MWCO＝3500)的透析袋中。用pH＝5.5的纯化水透析3天，每天换水4次。透析后冻干，得到OPVA-DA。
5.称取步骤4获得OPVA-DA2.0g,加入100mL纯化水充分搅拌溶解。将经步骤二表面羟基化的聚丙烯材料置于上述溶液中，连续搅拌5小时，然后将聚丙烯颗粒取出，并用纯水清洗，最终获得亲水性的聚丙烯颗粒。表面水接触角25.6°，显示高度的亲水性。表面涂层厚度约为1.1μm。
实施例2
本实施例的目的在于考察应用低聚合度的聚乙烯醇(分子量20K)嫁接聚丙烯的效果。
表面高度亲水性的医用聚丙烯材料的制备方法，步骤如下：
1.将0.5g聚丙烯颗粒,用二氯甲烷或丙酮清洗三次，每次20mL，清洗时间3h,并在40℃条件下干燥24h。
2.将经过上述程序处理的聚丙烯材料置于应用氧等离子体处理2分钟，得到羟基化的聚丙烯。
3.称取2.00g低聚合度的线性聚乙烯醇(PVA)(分子量20K)充分溶解于100mL水中，称取1.76g高碘酸钠溶于10mL水中，分次加入上述溶液中，继续避光搅拌5h。之后再向其中加入1mL乙二醇继续搅拌1h终止反应，得到氧化聚乙烯醇初产物。反应结束后，将初产物注入分子截留量为3500Da(MWCO＝3500)的透析袋中，纯化水中透析3天，每天换水4次。将透析后的产物进行冷冻干燥，最终得到氧化聚乙烯醇(OPVA)。
4:称取OPVA2.00g于烧杯中，加入100mL纯化水充分搅拌溶解。按照OPVA实际氧化度的15％(单体摩尔百分比)加入盐酸多巴胺(先将盐酸多巴胺溶于5mL水中)，室温搅拌反应1h。将反应后的溶液,注入分子截留量为3500Da(MWCO＝3500)的透析袋中。用pH＝5.5的纯化水透析3天，每天换水4次。透析后冻干，得到OPVA-DA。
5.称取步骤4获得OPVA-DA2.0g,加入100mL纯化水充分搅拌溶解。将经步骤二表面羟基化的聚丙烯材料置于上述溶液中，连续搅拌5小时，然后将聚丙烯颗粒取出，并用纯水清洗，最终获得亲水性的聚丙烯颗粒。表面水接触角15.1°，显示高度的亲水性。表面涂层厚度约为2.1μm。
实施例3
本实施例的目的在于考察应用不同氧化程度的低聚合度的聚乙烯醇(分子量20K)嫁接聚丙烯的效果。
表面高度亲水性的医用聚丙烯材料的制备方法，步骤如下：
1.将0.5g聚丙烯颗粒,用二氯甲烷或丙酮清洗三次，每次20mL，清洗时间3h,并在40℃条件下干燥24h。
2.将经过上述程序处理的聚丙烯材料置于应用氧等离子体处理2分钟，得到羟基化的聚丙烯。
3.称取2.00g低聚合度的线性聚乙烯醇(PVA)(分子量20K)充分溶解于100mL水中，称取0.88g高碘酸钠溶于10mL水中，分次加入上述溶液中，继续避光搅拌5h。之后再向其中加入1mL乙二醇继续搅拌1h终止反应，得到氧化聚乙烯醇初产物。反应结束后，将初产物注入分子截留量为3500Da(MWCO＝3500)的透析袋中，纯化水中透析3天，每天换水4次。将透析后的产物进行冷冻干燥，最终得到氧化聚乙烯醇(OPVA)。
4:称取OPVA2.00g于烧杯中，加入100mL纯化水充分搅拌溶解。按照OPVA实际氧化度的15％(单体摩尔百分比)加入盐酸多巴胺(先将盐酸多巴胺溶于5mL水中)，室温搅拌反应1h。将反应后的溶液,注入分子截留量为3500Da(MWCO＝3500)的透析袋中。用pH＝5.5的纯化水透析3天，每天换水4次。透析后冻干，得到OPVA-DA。
5.称取步骤4获得OPVA-DA2.0g,加入100mL纯化水充分搅拌溶解。将经步骤二表面羟基化的聚丙烯材料置于上述溶液中，连续搅拌5小时，然后将聚丙烯颗粒取出，并用纯水清洗，最终获得亲水性的聚丙烯颗粒。表面水接触角20.8°，显示高度的亲水性。表面涂层厚度约为1.5μm。
结果表明，通过应用不同类型的聚乙烯醇和不同的氧化度，可以有效调控聚丙烯表面的接触角和涂层的厚度，根据实施例的结果看，优选的条件是低聚合物的聚乙烯醇(分子量20K～30K)，低氧化度，即控制高碘酸钠的摩尔数(N(NaIO4))与聚乙烯醇羟基的摩尔数(N(-OH))比在1：10。

Claims (5)

1.表面高度亲水性的医用聚丙烯材料，其特征在于，是将表面活化的聚丙烯，应用经过多巴胺修饰的聚乙烯醇进行表面接枝，最终在表面形成一层聚乙烯醇亲水层, 厚度在1~10μm之间可控；
所述的表面高度亲水性的医用聚丙烯材料，制备方法如下：
（1）、将聚丙烯材料清洗、干燥，备用；
（2）、将聚丙烯材料应用氧等离子体进行表面活化处理得到羟基化的聚丙烯；
（3）、将聚乙烯醇采用高碘酸钠氧化得到氧化聚乙烯醇；
（4）、步骤（3）得到的氧化聚乙烯醇和盐酸多巴胺溶液反应，多巴胺作为粘附介导分子，氧化聚乙烯醇两端基的官能团为醛基，在水溶液中和介导分子多巴胺上的氨基反应，获得端基为多巴胺的聚乙烯醇；
（5）、将步骤（2）所得羟基化的聚丙烯置于步骤（4）制备得到的端基为多巴胺的聚乙烯醇水溶液中，多巴胺结构中儿茶酚基团和表面进行活化羟基化的聚丙烯表面进行反应，连续搅拌5小时，取出、清洗除去未反应的端基为多巴胺的聚乙烯醇，实现聚乙烯醇接枝在聚丙烯表面，获得了高度亲水性的聚丙烯材料。
2.权利要求1所述的表面高度亲水性的医用聚丙烯材料，其特征在于，所述的聚丙烯材料形式是膜，网，颗粒或微球。
3.权利要求1所述的表面高度亲水性的医用聚丙烯材料，其特征在于，所述步骤（4）中，端基为多巴胺的聚乙烯醇的制备过程如下：称取氧化聚乙烯醇 2.00 g溶解于100 mL 纯化水；按照氧化聚乙烯醇实际氧化度的15 %单体摩尔百分比加入盐酸多巴胺水溶液，室温反应1 h，产物透析后冻干，得到，端基为多巴胺的聚乙烯醇。
4.权利要求1所述的表面高度亲水性的医用聚丙烯材料，其特征在于，所述步骤（3）中，聚乙烯醇为线性或者交联聚乙烯醇。
5.权利要求1所述的表面高度亲水性的医用聚丙烯材料，其特征在于，所述步骤（3）中，控制高碘酸钠的摩尔数与聚乙烯醇羟基的摩尔数比在1：10。
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