CN117177782A - 可热交联形成弹性材料的聚合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了可热交联形成弹性材料的聚合物及其制备方法和应用,其中可热交联形成弹性材料的聚合物为饱和嵌段共聚物,包括作为硬链段的聚合物A,以及作为软链段的聚合物B,化学式为:(Am)i(Bn)j(Af)k或(Am‑Bn)pX(Bn‑Af)q;其中,聚合物B两端的聚合物A组成彼此独立;聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;聚合物B为共轭二烯聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;且聚合物A和聚合物B中至少有一种聚合物含有热交联单体;X为偶联剂发生偶联反应后的残留基团。

Description

可热交联形成弹性材料的聚合物及其制备方法和应用 技术领域
本申请涉及生物医用材料领域,特别是涉及可热交联形成弹性材料的聚合物及其制备方法和应用。
背景技术
生物医用材料是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料。用于人体组织替代和修复的植入材料,最常用的是两种弹性材料:聚氨酯和硅橡胶。虽然聚氨酯和硅橡胶被广泛用于多种植入医疗器械,比如隆胸假体、心脏起搏器、人造血管、人工晶状体、人工关节、心脏瓣膜等等,但这两种弹性材料长期植入人体后会产生降解和钙化等问题[Biomaterials 2008;29:448-460][Int.J.Biomed.Eng.2014;37:57-60]。
1990年代中期,一种新的弹性材料,SIBS,即基于聚苯乙烯-聚异丁烯-聚苯乙烯三嵌段聚合物的一类热塑性弹性体,被发现具有生物惰性、优异的生物稳定性和相容性[Biomaterials 2008;29:448-460],该材料已经被用于若干三类医疗器械(包括心血管支架载药涂层和青光眼引流管),近20年的临床实践证实该材料没有聚氨酯和硅胶材料常见的降解、钙化和异体反应。SIBS的生物惰性来自于它的分子结构和组成:通过活性阳离子聚合合成的SIBS聚合物,分子量分布窄,不含残留单体、低聚物和小分子添加剂等容易引起异体反应的成分;聚合物由聚苯乙烯和聚异丁烯两种嵌段组成,分子结构中只有碳-氢和碳-碳两种化学键,在人体内不易被降解而失去功能或释放引起异体反应的小分子。
由于SIBS材料是一种热塑性弹性体,在长期受力的情况下会发生蠕变而变形,这使其生物医学应用受到限制。本专利发明人之一Yonghua Zhou等在美国专利US 8765895中描述了一种可以受热交联的SIBS材料(即XSIBS材料),该材料加热后即可交联,而无需添加催化剂、交联剂等成分,交联过程也不释放水分、醇、酸等小分子,因而具有SIBS材料同等的生物稳定性和生物相容性。 目前XSIBS材料已经用于人工心瓣的开发[Annals Biomed Engi.2019;47:113-125]。此外,本专利发明人之一Yonghua Zhou等在美国专利US 8585940中描述了由XSIBS材料衍生而来的一种可热交联聚异丁烯,不含聚苯乙烯但可以受热交联,被用于开发新一代人工晶状体。
加氢苯乙烯类嵌段聚合物(HSBC)是一种与SIBS类似的嵌段聚合物材料,具有热塑性弹性体的特性(即既可以像热塑性塑料一样易于加工,又具有热固性橡胶一样的弹性)。HSBC和SIBS这类热塑性弹性体的共同点是:它们是一种多嵌段聚合物,其中有聚苯乙烯这样的硬段聚合物,还有聚异丁烯或加氢的聚丁二烯或聚加氢的异戊二烯这样的软段聚合物;硬段是分散相,处于聚合物的两端,而软段是连续相,处于聚合物的中间,这样分散的硬段在连续的软段中形成了物理交联使得材料具有橡胶弹性,这样的物理交联使得材料可以熔融或溶液加工而具有热塑性塑料的可加工性。
HSBC和SIBS根本区别在于:SIBS通过苯乙烯和异丁烯的活性阳离子聚合合成,分子结构中中间的橡胶链段是由饱和的聚异丁烯组成;而HSBC通过苯乙烯和共轭二烯的活性阴离子聚合合成,然后通过选择性加氢使聚共轭二烯上的双键得到饱和。HSBC合成的第一步是通过阴离子聚合得到聚苯乙烯-聚共轭二烯-聚苯乙烯三嵌段聚合物,该聚合物是一种热塑性弹性体,但橡胶段聚共轭二烯的每一个单体单元含有一个聚合时形成的双键,因此在高温或易氧化环境中是不稳定的;HSBC合成的第二步是使用催化剂进行选择性加氢,使聚共轭二烯上的双键转化为饱和的碳-碳键,从而解决不饱和键导致的不稳定性问题。共轭二烯一般包括丁二烯和异戊二烯。商用的HSBC聚合物主要有SEBS和SEPS两大类,其中SEBS使用丁二烯单体,而SEPS使用异戊二烯单体。
活性阴离子聚合是一种真正意义上的活性聚合,而活性阳离子则是一种可控活性聚合。通过阴离子聚合合成的HSBC材料,具有非常狭窄的分子量分布(分子量多分散性指数一般低于1.1);而通过阳离子聚合得到的SIBS材料,因为苯乙烯聚合难以控制并且伴随偶联反应,最终产物分子量分布较宽(分子量多分散性指数一般为1.3左右,往往伴随有少量聚合后期生成的偶联产物)。因 此,HSBC是一种更加单一纯净的嵌段聚合物,其机械力学性能更优异(如更高的拉伸强度)。
此外,HSBC的分子结构设计上具有比SIBS更大的灵活性。HSBC橡胶相单体的选择有异戊二烯和丁二烯以及两者的混合体,而SIBS的橡胶单体只有异丁烯。HSBC的橡胶相可以通过引入苯乙烯与共轭二烯单体无规共聚,得到含有苯乙烯单体单元的橡胶相;HSBC的橡胶相通过无规共聚引入苯乙烯单体单元后,可以大大提高弹性体的机械力学性能(如拉伸模量、耐磨性以及抗撕裂性能),接近聚氨酯弹性体的性能,从而扩展其应用范围[美国专利US 7169848]。对于SIBS而言,因为苯乙烯和异丁烯的无规共聚难以实现,通过引入苯乙烯进入橡胶相而提高机械力学性能同样难以实现,因此SIBS难以接近聚氨酯的特有性能,应用范围大大受到限制。
HSBC材料是理想的医用材料,因其具有以下优点:不含塑化剂和过敏原,很低量的可浸出物和可滤出物,不水解也不降解,不引起人体刺激反应,便于加工成型,适合各种消毒手段(环氧乙烷、伽马射线、电子束、紫外线、高温)等[https://kraton.com/products/pdf/Medical%20Brochure.pdf]。HSBC材料可以通过重要的相关医学标准测试,如ISO10993生物相容性测试和美国药典USP 6级认证。目前HSBC材料的生物医学应用仅限于风险较低的医疗器械(一类和二类)或耗材。在医用领域,HSBC一般和其他组分(如聚烯烃、聚氨酯、工程塑料、矿物油等)共混,然后加工成医用制品(如输液管、输液袋、注射器、密封件、医用连接件、药物瓶塞和瓶盖、医用包装、伤口绷带、皮肤贴片、手术用帘布、医用服等)。这些应用虽然也有涉及人体植入,但限于30天之内,尚未有长期植入人体的应用。这一点与SIBS材料正好相反:SIBS已经用于长期植入人体的三类医疗器械(如心血管支架和青光眼引流管),但因价格高昂而很少用于低风险、短期植入的医疗器械或耗材。
HSBC和SIBS都是不水解的碳氢化合物,不含具有生物毒性的小分子可浸出物和可滤出物,因此均具有很好的生物相容性。从材料组成的角度看,两者实质上的唯一差别在于在分子结构上橡胶相的单体组成。SIBS的橡胶相是聚异 丁烯,而HSBC的橡胶相主要是乙烯和1-丁烯的共聚物或乙烯和丙烯的共聚物(或者加氢后的聚丁二烯或加氢后的聚异戊二烯)。SIBS的生物稳定性被归结于聚异丁烯分子结构,没有易于被攫取的氢原子发生降解反应,因此具有完全的生物惰性[美国专利US 6102939]。然而事实上,SIBS材料在紫外线、伽马射线、电子束等照射下易于发生降解(因此SIBS一般适合用环氧乙烷消毒),而HSBC在这些射线下更稳定,可以用这些射线消毒,这表明HSBC可能在人体内具有更好的稳定性,至少可以和SIBS一样用于长期人体植入。事实上,HSBC由于更优异的机械力学性能而应该具有比SIBS更宽泛的生物医学应用范围。
综上所述,HSBC作为一种长期植入材料,不但可以改进聚氨酯和硅胶的不足(易降解、易钙化等),也可以改进SIBS材料的力学性能上的不足。因此HSBC可以取代聚氨酯、硅胶和SIBS而用于众多长期植入的医疗器械,包括人工晶状体、心脏瓣膜、心脏起搏器导线绝缘材料、人工血管、青光眼引流管、整容材料等。但HSBC和SIBS一样,都是热塑性弹性体,在长期受力情况下会发生蠕变或永久变形而失去其应有功能。如果对HSBC进行化学交联,而交联过程不引入催化剂等具有生物毒性的添加剂,而且不释放具有生物毒性的小分子,那么就可以应用于长期受力的医疗器械,而不易发生变形而失效。
白内障是人类第一致盲疾病,凡是各种原因如老化,遗传,局部营养障碍,免疫与代谢异常,外伤,中毒,辐射等,都能引起晶状体代谢紊乱,导致晶状体蛋白质变性而发生混浊,从而产生白内障。虽然药物对于早中期白内障有一定缓解或改善,但更为有效的治疗方法是通过手术摘除浑浊的晶状体核,同时植入人工晶状体以恢复病人的视觉。人类最先采用的人工晶状体材料是玻璃,其缺点是比较重而且手术过程中易碎,后来采用了有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯),其缺点是材质很硬难以折叠,必须采用较大的切口(长度约6毫米)植入然后缝合该切口,这对于病人眼睛的损害较大,术后恢复周期也较长。随着激光乳化术的开发应用,晶体摘除术所需的切口越来越小(约2毫米);同时更柔软易于折叠的人工晶状体得以开发成功,可以通过细小的手术切口植入囊腔。这样的微创植入手术无需伤口缝合,病人无需住院,一般手术后几小时内即可 出院。
当前用于可折叠人工晶状体的材料可以分为三类:硅橡胶、亲水性丙烯酸酯类、疏水性丙烯酸酯类[Turk J Ophthalmol 2017;47:221-225][Medicine 2017;96:44][e-Polymers 2009;9(1):1466]。硅橡胶的主要缺点是:生物相容性不足,长久植入后会有钙化和炎症现象发生;折光指数低,需要制成比较厚的人工晶状体;机械强度不佳比如抗撕裂性能弱、拉伸性能差、拉伸模量高,不利于晶体折叠后置入;容易吸收硅油而影响光学效果,而硅油常常用于玻璃体切除后的填充材料;易受YAG激光的损伤,而YAG激光常常用于治疗后发性白内障;晶体折叠后展开一般会快速弹开恢复形状,容易损伤囊腔。这些因素导致市场上人工晶状体主要使用丙烯酸酯类材料(包括亲水性和疏水性两大类)。亲水性丙烯酸酯类的缺点是容易产生后发性白内障以及钙化现象,而且折光指数较低,而疏水性丙烯酸酯类也存在不足,如因机械性能(比如抗撕裂性能和拉伸性能)差而容易在折叠植入过程中破损,而且植入后易出现闪辉和白斑现象。
为了改进当前人工晶状体的不足,一种用阳离子聚合方法合成的可以热交联的聚异丁烯材料技术得以开发(美国专利US8765895),该技术已经被用于制作新型人工晶状体(美国专利US8585940)。这项人工晶状体材料技术的优点是:该材料具有优异的生物相容性和生物稳定性;采用一次性模压或注射成型而无需任何后续溶剂萃取纯化过程;不会发生闪辉和白斑;材质柔软,拉伸模量较低,断裂伸长率较高,便于折叠植入;折光指数和阿贝指数比硅胶更高。当前这项技术尚处于开发阶段,其作为新型人工晶状体的优点有待临床验证。此外,这项技术应当还有若干不足:聚异丁烯玻璃化温度远远低于室温,所以基于聚异丁烯的交联材料通过折叠植入后会非常迅速展开而容易损伤囊腔;聚合过程为超低温的阳离子聚合,聚合物清洗过程尤其复杂,材料为粘稠液体不易加工处理,而且材料中含有的氯成分在热压成型时会腐蚀模具,这些使得人工晶状体的成本可能偏高;该材料的拉伸强度和断裂伸长率虽比丙烯酸酯类材料更好,但依然偏低,限制了其在高端人工晶状体技术上的开发(比如超小切口人工晶状体、可调焦人工晶状体等等)。
因此当前尚需新的人工晶状体材料和产品,以解决当前人工晶状体技术的种种不足。
心脏瓣膜指心房与心室之间或心室与动脉间的瓣膜,包括位于左心室和左心房之间的二尖瓣、位于右心室和右心房之间的三尖瓣、位于左心室出口的主动脉瓣以及位于右心室出口的肺动脉瓣。当心脏瓣膜出现结构或功能改变时,血液无法顺利排出、或者排出去的血液逆流回来,而使心脏负荷加重,由此引发的一系列病症,称之为瓣膜性心脏病。形成瓣膜性心脏病的病因很多,主要有风湿性和退行性两种。风湿性瓣膜性心脏病因风湿热常常反复发作,导致心脏瓣膜变形,引起瓣膜的狭窄或关闭不全;风湿性瓣膜性心脏病常于20-40岁发病,多累及二尖瓣,其次是主动脉瓣,也可同时累及二尖瓣、主动脉瓣和三尖瓣,累及肺动脉瓣的很少见。退行性瓣膜性心脏病多起因于老龄人口(一般六十岁以上)的瓣膜钙化,表现为瓣膜增厚变硬、变形钙盐沉积等,导致瓣膜狭窄或关闭不全;多数患者首先累及主动脉瓣,也可于二尖瓣发生退行性关闭不全或狭窄。
对于瓣膜结构严重钙化或受损的病人,人工瓣膜置换术是最为有效的治疗手段。早期人工瓣膜置换需要外科开胸手术,人工瓣膜产品主要有两大类:机械瓣和生物瓣。机械瓣的材质一般为钛、石墨基质和热解碳等人工材料,虽然耐久性好,但病人需终生服用抗凝血药物。生物瓣通常取牛或马的心包或猪瓣膜,经人工加工制作而成,其特点是更接近人体生理瓣膜的特性;虽然生物瓣抗凝血性好而病人无需长期服用抗凝血药物,但由于老化和逐渐磨损耐久性只有5-10年。近年来,经导管置入心瓣手术因手术伤害小而成为心瓣置换技术的主流[Ann Cardiothorac Surg(2017)6(5):493–7]。由于机械瓣无法经导管置入,此类介入治疗手段只能采用柔软的可折叠生物瓣。生物瓣除了耐久性差,其原材料动物心包膜因动物来源材料的个体性差异难以保证原材料的一致性,而且成本很高,难以实现大规模生产;此外,生物瓣甚至可能携带动物源疾病而危及病人,甚至导致死亡。
因此,临床上亟需性能更加优异的人工瓣膜材料,不但兼具机械瓣的耐久 性和生物瓣的生物相容性,还可像生物瓣那样通过微创手术介入治疗,还能解决生物瓣的高成本、原料质量难控制等不足。
聚合物材料用以制作人工心脏瓣膜具有几个明显的优势:1)聚合物材料可以大规模生产,性能和质量可以得到稳定控制,进而大大降低成本;2)聚合物材料的机械力学性能宽泛,可以通过分子结构和化学组成的设计以达到心瓣产品所需的性能(包括柔软可折叠的特性,以符合经导管置入等微创手术的要求);3)聚合物材料可以通过不同的加工方式得到不同尺寸和形状的心脏瓣膜,而生物瓣除了裁剪缝制外基本上不能再加工以改变厚度和形状,这使得瓣膜设计可以通过生物力学分析和有限元分析进行优化;4)聚合物材料一般不携带动物源疾病。
虽然具有这些优势,聚合物材料的生物相容性、耐久性和耐疲劳性是其用于人工心瓣产品的主要挑战。聚合物材料用以开发人工心瓣已有几十年的开发历史,但尚未有成功的临床应用[Biomaterials 36(2015)6-25]。用于制作人工心瓣的聚合物材料包括硅胶,发泡聚四氟乙烯,聚氨酯,SIBS(苯乙烯-异丁烯-苯乙烯三嵌段聚合物),乙丙橡胶以及聚乙烯醇水凝胶。硅胶和发泡聚四氟乙烯的机械力学性能达不到心瓣使用要求,而聚氨酯材料因水解稳定性差而达不到耐久性要求。SIBS(苯乙烯-异丁烯-苯乙烯三嵌段聚合物)是一种生物相容性和生物稳定性都很优异的一种弹性材料,但由于其热塑性的特点而容易在长期作用力下发生蠕变变形。用聚酯纤维增强的SIBS材料制作的心瓣,在羊动物模型实验中,因聚合物蠕变导致内部包埋的聚酯纤维暴露而导致钙化和凝血现象【Wang,Q.et al,2010,“In-Vivo Assessment of a Novel Polymer(SIBS)Trileaflet Heart Valve,”J.Heart Valve Dis.,19(4),pp.499–505】。热交联的SIBS材料(XSIBS)具有抗蠕变性能,用该材料制作的心瓣具有改进的血液动力学和抗凝血性能,但目前仍处于实验室开发阶段,尚未进入临床应用。乙丙橡胶和聚乙烯醇水凝胶均未见临床实验报道,遑论产品注册以及商业化。
生物瓣膜材料一般来源于动物心包组织,具有由胶原蛋白、弹性蛋白、纤粘连蛋白(fibronectin)和层粘连蛋白(laminin)组成的天然三维支架结构。这些心包 组织材料经过交联和抗钙化处理,然后缝制成心脏瓣膜产品。和高分子弹性材料相比,生物瓣材料虽然柔软但伸长率很低(约10-20%)。为了使高分子材料接近生物瓣材料的机械力学特性,利用纤维增强是一个通常使用的方法。纤维增强在硅胶、聚氨酯和SIBS材料上都被尝试过,而且基本上都使用聚酯纤维,但由于高分子材料本身的缺陷而未能成功开发得到临床应用的心瓣产品。聚酯纤维的一个不足在于不耐高温,在高于200摄氏度的高温下容易变形并脆化而失去其增强高分子材料的功效,因此不适用于需要高温加工制作复合材料的工艺流程。
发明内容
基于此,本申请提供一种采用阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物及其制备方法,所述可热交联形成弹性材料的聚合物经过加热可进行化学交联,得到适用于作长期体内植入的医疗器械,或医疗器械的部件。
一种通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物,所述弹性材料为饱和嵌段共聚物,包括作为硬链段的聚合物A,以及作为软链段的聚合物B,化学式为:(A m) i(B n) j(A f) k或(A m-B n) pX(B n-A f) q
其中,聚合物B两端的聚合物A组成彼此独立;
聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
聚合物B为共轭二烯聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
且聚合物A和聚合物B中至少有一种聚合物含有热交联单体;
X为偶联剂发生偶联反应后的残留基团;
下标m和f分别代表聚合物A中的共聚单体单元的数量,下标n代表聚合物B中的共聚单体单元的数量,m、n、f均为大于等于1的整数,且彼此独立;
下标i、k代表聚合物A嵌段的数量,下标j代表聚合物B嵌段的数量,i、k均为大于等于0的整数,j为大于等于1的整数,i、j、k彼此独立;
下标p、q代表聚合物A和聚合物B聚合形成的嵌段的数量,p和q均为大于等于0的整数,且彼此独立;
所述热交联单体的化学结构式为:
其中,R 1、R 2和R 3分别为氢或者C 1~C 10的烷基,三者相互独立。
可热交联的弹性材料整体为嵌段共聚物,其中,聚合物A和聚合物B均为阴离子聚合形成的无规共聚物,聚合物A和聚合物B分别为嵌段共聚物的嵌段,下标i、k代表聚合物A嵌段的数量,下标j代表聚合物B嵌段的数量,且满足i+k=j,或i+k=j+1。
例如:当i、j、k分别为1时,弹性材料的化学式为ABA;
当i和k分别为1,j为2时,弹性材料的化学式为ABAB;
当i为1,k为2,j为3时,弹性材料的化学式为ABABAB。
嵌段共聚物中各嵌段的共聚单体单元的数量可以相同,也可以不同,m、n、f仅用作区分聚合物A和聚合物B中共聚单体单元的数量,具体到较复杂的嵌段共聚物结构时,例如ABAB,则作为嵌段的两个聚合物A中的共聚单体单元数量可以不同,同样的,作为嵌段的两个聚合物B中的共聚单体单元数量也可以不同。
所述可热交联形成弹性材料的聚合物为饱和的嵌段共聚物,因此,聚合物A和聚合物B也均为饱和聚合物,若聚合物A和聚合物B经聚合反应后残留有不饱和的双键结构,可采用现有技术,例如催化加氢使之转化为饱和结构。也即,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚后加氢形成的饱和聚合物;
聚合物B为共轭二烯聚合后加氢形成的饱和聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚后加氢形成的饱和聚合物。
本文中如无特殊说明,共轭二烯聚合反应后的不饱和双键结构均通过催化加氢转化为饱和结构,作为可热交联形成弹性材料的聚合物的组成部分。
以下还提供了若干可选方式,但并不作为对上述总体方案的额外限定,仅仅是进一步的增补或优选,在没有技术或逻辑矛盾的前提下,各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合,还可以是多个可选方式之间进行组合。
可选的,聚合物A和聚合物B中至少有一种聚合物含有乙烯基芳香烃。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
聚合物B为共轭二烯聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
且聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体的聚合形成的聚合物时,聚合物B为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物,且弹性材料中至少有一段聚合物A中含有热交联单体。
弹性材料中至少有一段聚合物A中含有热交联单体,举例说明:弹性材料的结构式为ABA时,至少一个嵌段的聚合物A中含有热交联单体。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
聚合物B为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物,且弹性材料中至少有一段聚合物A中含有热交联单体;
聚合物B为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成 的聚合物。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃的聚合物、或乙烯基芳香烃和热交联单体的共聚物,且弹性材料中至少有一段聚合物A中含有热交联单体;
聚合物B为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体的共聚物;
聚合物B为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物。
可选的,所述m、n、f均为大于等于10的整数。
可选的,所述i、k均为大于等于0、小于等于30的整数,且i和k不同时为0,j为大于等于1、小于等于30的整数。
可选的,所述p、q均为大于等于0,小于等于30的整数,且p和q不同时为0。
可选的,所述热交联单体的化学结构式为:
其中,R 1、R 2和R 3分别为氢或者C 1~C 5的烷基,三者相互独立。
可选的,所述热交联单体的化学结构式为:
其中,R 1、R 2和R 3分别为氢或者C 1~C 3的烷基,三者相互独立。
可选的,所述热交联单体的化学结构式为:
其中,R 1、R 2和R 3分别为氢或者甲基或者乙基,三者相互独立。
可选的,所述热交联单体的化学结构式为:
其中,R 1、R 2和R 3分别为氢。
R 1、R 2和R 3分别为氢时,热交联单体为4-乙烯基苯并环丁烯。
可选的,所述乙烯基芳香烃含有至少一个乙烯基和至少一个芳香基,且至少一个乙烯基和至少一个芳香基之间存在共轭效应。
本申请中的乙烯基如无特殊说明,指代含有碳碳双键的基团,碳碳双键中的各碳原子上可以含有取代基,取代基可以为甲基、乙基、丙基、丁基等烷基。
可选的,所述乙烯基芳香烃含有一个芳香基和至少一个乙烯基,且芳香基和至少一个乙烯基之间存在共轭效应。
可选的,所述乙烯基芳香烃含有一个乙烯基和至少一个芳香基,且乙烯基和至少一个芳香基之间存在共轭效应。
可选的,所述乙烯基芳香烃含有一个芳香基和一个乙烯基,且乙烯基和芳香基之间存在共轭效应。
可选的,所述乙烯基芳香烃含有一个芳香基和两个乙烯基,且芳香基和至少一个乙烯基之间存在共轭效应。
可选的,所述乙烯基芳香烃为苯乙烯、α-甲基苯乙烯、4-甲基苯乙烯、乙烯基萘、1,1-二苯乙烯和二乙烯基苯中的至少一种。
可选的,所述乙烯基芳香烃为苯乙烯。
本申请中的共轭二烯含有至少两个碳碳双键且两个碳碳双键之间具有共轭效应,碳碳双键中的各碳原子上可以含有取代基,取代基可以为甲基、乙基、丙基、丁基等烷基。
可选的,所述共轭二烯为异戊二烯、1,3-丁二烯、1,3-戊二烯、4-甲基戊二烯和2-甲基戊二烯中的至少一种。
可选的,所述共轭二烯为异戊二烯、1,3-丁二烯中的至少一种。
可选的,所述共轭二烯为1,3-丁二烯。
可选的,所述共轭二烯为异戊二烯。
可选的,所述乙烯基芳香烃为苯乙烯,所述共轭二烯为异戊二烯和1,3-丁二烯中的至少一种,所述热交联单体为4-乙烯基苯并环丁烯。
可选的,所述乙烯基芳香烃为苯乙烯,所述共轭二烯为异戊二烯或1,3-丁二烯,所述热交联单体为4-乙烯基苯并环丁烯。
可选的,所述乙烯基芳香烃为苯乙烯,所述共轭二烯为异戊二烯,所述热交联单体为4-乙烯基苯并环丁烯。
可选的,所述乙烯基芳香烃为苯乙烯,所述共轭二烯为1,3-丁二烯,所述热交联单体为4-乙烯基苯并环丁烯。
可选的,所述乙烯基芳香烃为α-甲基苯乙烯,所述共轭二烯为异戊二烯和1,3-丁二烯中的至少一种,所述热交联单体为4-乙烯基苯并环丁烯。
可选的,所述乙烯基芳香烃为α-甲基苯乙烯,所述共轭二烯为异戊二烯或1,3-丁二烯,所述热交联单体为4-乙烯基苯并环丁烯。
可选的,所述乙烯基芳香烃为α-甲基苯乙烯,所述共轭二烯为异戊二烯,所述热交联单体为4-乙烯基苯并环丁烯。
可选的,所述乙烯基芳香烃为α-甲基苯乙烯,所述共轭二烯为1,3-丁二烯,所述热交联单体为4-乙烯基苯并环丁烯。
可选的,聚合物A中热交联单体含量为0~99.99%。
可选的,聚合物A中热交联单体含量为0.01~99.99%。
可选的,聚合物A中热交联单体含量为0.1~5%。
可选的,聚合物A中热交联单体含量为1~2%。
可选的,聚合物B中热交联单体含量为0.01~80%。
可选的,聚合物B中热交联单体含量为0.1~5%。
可选的,聚合物B中热交联单体含量为1~2%。
可选的,聚合物A中共轭二烯含量为0~50%。
可选的,聚合物B中共轭二烯含量为0.01~100%。
可选的,聚合物A中乙烯基芳香烃含量为60~100%。
可选的,聚合物A中乙烯基芳香烃含量为90~100%。
可选的,聚合物A中乙烯基芳香烃含量为95~100%。
可选的,聚合物B中乙烯基芳香烃含量为0~70%。
可选的,所述可热交联的弹性材料中热交联单体含量为0.05~10%,共轭二烯含量为30~90%,余量为乙烯基芳香烃。
可选的,所述可热交联的弹性材料中热交联单体含量为0.1~5%,共轭二烯含量为30~90%,余量为乙烯基芳香烃。
可选的,所述可热交联的弹性材料中热交联单体含量为0.1~2%,共轭二烯含量为40~90%,余量为乙烯基芳香烃。
本申请中,在提及含量时,均指聚合完成后聚合物中相应单体单元的含量,例如,乙烯基芳香烃含量为聚合物中乙烯基芳香烃单体单元的重量百分比。
可选的,聚合物A的玻璃化温度高于80℃;聚合物B的玻璃化温度低于35℃。
可选的,聚合物A的玻璃化温度高于室温,所述聚合物B的玻璃化温度低于室温。
本申请中,在提及玻璃化温度时,是指可热交联形成弹性材料的聚合物完成交联之后,利用DSC测量得到的玻璃化温度。
可选的,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的分子量为5000~1000000。
可选的,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的分子量为10000~500000。
可选的,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的分子量为10000~150000。
可选的,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的分子量为80000~150000。
本申请中,在提及分子量时,是指利用GPC测量得到的用聚苯乙烯标样校准的相对数均分子量。
可选的,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的分子量分布为1.0~1.3。
可选的,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的分子量分布为1.0~1.1。
所述可热交联形成弹性材料的聚合物在高温下转化为热固性弹性材料,该热固性弹性材料用于制备植入人体的医疗器械,或者植入人体的医疗器械的部件。
本申请提供的可热交联形成弹性材料的聚合物采用活性阴离子聚合合成,不含有小分子添加剂或残余组分;该弹性材料选择性催化加氢后分子结构中没有不稳定的双键存在,因此具有很好的耐高温氧化性和生物稳定性;该弹性材料只含有碳氢两种元素因而是非极性的,不吸收水分,也没有可以水解降解的基团;该材料在加热时即可发生化学交联,而无需添加任何其他物质比如催化剂,也不释放出任何小分子物质。
由于该可热交联材料可以克服聚氨酯、硅胶材料和SIBS材料在人体长期植入方面的不足(易降解并且易钙化),该类材料可以用于多种人体长期植入医疗器械,尤其是长期承受应力或者需要永久保持形状的人体植入医械(比如心脏瓣膜、人工晶状体、青光眼引流管、泪小管栓塞、药用闭合器、椎盘、关节半月板、人工韧带、人工半月板、血管移植物、心脏起搏器顶盖(headers)和引线绝缘体等)。
上述可热交联形成弹性材料的聚合物交联后,可以用于长期植入人体的医疗器械中(包括人工心脏瓣膜和人工晶状体)。
所述可热交联形成弹性材料的聚合物具有以下有益效果:
1、采用阴离子聚合制备得到所述可热交联形成弹性材料的聚合物,加热交联后得到弹性材料的分子量分布狭窄,且不含有在植入人体时易于滤出的低聚物,使用更加安全。
2、制备得到的可热交联形成弹性材料的聚合物使用活性阴离子聚合以及选择性催化加氢,聚合物中只含有碳氢两种元素而不含有卤素,因此聚合物在加工时不会腐蚀设备或者产生缺陷(比如制作人工晶状体等精细医疗器械时)。
3、使用活性阴离子聚合,使用的引发剂为价格便宜的正丁基锂,聚合温度约50-90℃。虽然需要选择性催化加氢,但这样的聚合物合成过程还是使得聚合物成本相对较低,而且易于实现扩大化生产。
4、活性阴离子聚合具有更灵活的分子设计,单体的选择范围、聚合物的构造方式、聚合的控制性等均大大优于活性阳离子聚合。比如聚合物的橡胶相可以通过苯乙烯和共轭二烯的无规共聚而引入苯乙烯单体单元,这在活性阳离子聚合中是难以实现的。
5、阴离子聚合得到的弹性材料力学性能优异,具有更高的拉伸强度(相比于SIBS)。比如橡胶相可以引入苯乙烯进行无规共聚后,可以提高抗撕裂性能/抗磨损性能/拉伸模量,性能上可以更加接近聚氨酯,可以满足特定应用中更高的性能要求。
6、橡胶相引入苯乙烯单体后,可以达到更高的苯乙烯含量而同时保持适当的柔软性和橡胶弹性,可以得到更高的折光指数和透明度,同时可以抬升橡胶相的玻璃化温度以至接近甚至超过室温。这对于可折叠人工晶状体技术尤其关键,可以使人工晶状体具有优异的光学性能、设计成更薄的产品并在折叠植入后缓慢展开(约15秒)。
7、材料橡胶相(即软链段)中含有共轭二烯。聚合之后,该聚合物通过选择性加氢,可以使共轭二烯单体单元上残留的双键得到饱和,从而具有更好的稳定性以及若干更为优异的力学性能。同时,聚合物中含有的热交联单体不受活性阴离子聚合和选择性催化加氢的影响,因此该聚合物加氢后可以通过加热 (约240摄氏度下保持约20分钟)即可形成化学交联。
8、材料的橡胶相可以进行化学接枝改性,从而获得更多的性能并达到更多的功效,这对于SIBS材料是没法做到的(聚异丁烯不具有化学接枝改性的活性)。
9、该弹性材料在交联之前通过纯化过程已经脱除各种杂质(包括催化剂、溶剂以及其他杂质),在加热时即可发生化学交联,而无需添加任何其他物质比如催化剂,而且不释放出任何小分子物质。化学交联可以提高材料在高温和应力作用下的尺寸稳定性。
10、该弹性材料完全非极性,不吸收水分,也没有可以水解降解的基团,选择性加氢后分子结构中没有不稳定的双键存在,因此具有很好的耐高温氧化性和生物稳定性和生物相容性。
11、可热交联高分子弹性材料,可以用以制备新一代人工晶状体,克服当前硅胶和丙烯酸酯类人工晶状体的不足。
12、可热交联高分子弹性材料交联后,可以采用紫外线、伽马射线、电子束、环氧乙烷等方式进行消毒,消毒方式更加灵活,适用于作为长期植入的医疗器械使用。
一种通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物的制备方法,包括以下步骤:
(1)在惰性气体氛围、-30~150℃聚合温度下,乙烯基芳香烃、共轭二烯以及热交联单体在阴离子聚合引发剂的作用下,于溶液中进行阴离子聚合;
参与聚合的各单体单元的用量为:乙烯基芳香烃的重量百分比为0.01-80%,共轭二烯的重量百分比为20-99.99%,热交联单体的重量百分比为0.01-30%;
所述热交联单体的化学结构式为:
其中,R 1、R 2和R 3分别为氢或者C 1~C 10的烷基,三者相互独立;
(2)聚合完成后进行催化加氢,得到所述可热交联形成弹性材料的聚合物。
本申请中各弹性材料的制备均可采用该方法进行,步骤(1)为阴离子聚合反应,相应的单体也都为可以参与阴离子聚合反应的单体。
以下还提供了若干可选方式,但并不作为对上述总体方案的额外限定,仅仅是进一步的增补或优选,在没有技术或逻辑矛盾的前提下,各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合,还可以是多个可选方式之间进行组合。
乙烯基芳香烃、共轭二烯以及热交联单体在引发剂的作用下进行阴离子聚合,聚合产物进行选择性加氢处理,使共轭二烯单体单元上的不饱和双键转化为饱和碳碳键;选择性加氢产物经过脱除催化剂和溶剂等纯化步骤,然后真空干燥后得到纯净的可热交联形成弹性材料的聚合物,该弹性材料加热后即可发生化学交联,得到热固性弹性材料,该热固性弹性材料可用于制作医疗器械或其部件,尤其是需要承受应力或需要保持尺寸稳定的医疗器械产品。
本申请使用的热交联单体单元上的四元环既没有阻止聚合反应的进行,也没有被聚合过程破坏,热交联单体单元上的四元环既没有影响加氢反应的进行,也没有被加氢过程破坏;清洗过程尤其是过氧化物的处理,也没有破坏热交联单体单元上的四元环。这些因素使得目标聚合物的成功合成,从而可以实现热交联以达到所需的性能(抗蠕变、耐疲劳等)。
在阴离子聚合、催化加氢以及清洗纯化等过程中,热交联单体的四元环结构均未被破坏,对弹性材料进行加热时,四元环结构打开,形成化学交联结构,成为热固性弹性材料。
在进行阴离子聚合时,通过控制加料顺序控制产物的嵌段结构,也即通过 依次加入反应物形成嵌段结构。在阴离子聚合过程中,考虑到控制反应速度、产物结构、以及分子量分布等因素,可以相应的采用在反应过程起始时加入适量原料、在反应进行中持续缓慢加入原料的操作方式。
可选的,所述阴离子聚合引发剂为具有通式RLi n的有机锂化合物,其中R是含有1~20个碳原子的脂族烃基(即脂肪烃基)、脂环族烃基、芳族烃基或烷基取代的芳族烃基,n为1~4的整数。
脂族烃基为开链,也即不含有环结构的烃基,脂环族烃基中含有环结构。烷基取代的芳族烃基中的取代烷基为含有1~10个碳原子的烷基。
可选的,所述阴离子聚合引发剂为具有通式RLi n的有机锂化合物,其中R为含有1~10个碳原子的脂肪烃基、脂环族烃基、芳族烃基或烷基取代的芳族烃基,n为1~4的整数,烷基取代的芳族烃基中的取代烷基为含有1~5个碳原子的烷基。
可选的,所述阴离子聚合引发剂为具有通式RLi n的有机锂化合物,其中R为含有1~5个碳原子的脂肪烃基、脂环族烃基,n为1~4的整数。
可选的,所述引发剂为正丁基锂或仲丁基锂。
进行阴离子聚合时,聚合反应在溶剂中进行,可选的,所述溶剂为(不含有可离子化的氢原子的)非极性饱和脂肪烃或环烷烃。
所述溶剂的选择需满足阴离子聚合的需求,例如,直链烷烃或环烷烃、戊烷、己烷、环戊烷、环己烷等。
可选的,阴离子聚合的聚合温度为30~90℃;所述聚合时间为5min~5h。
可选的,阴离子聚合的聚合温度为50-70℃;所述聚合时间为0.5-2h。
可选的,对聚合环境以及聚合溶剂进行预处理,具体过程如下:
于无水无氧的惰性气氛中,将经过在氢化钙中回流6~24小时进行脱水脱氧的聚合溶剂加入至聚合容器中,再加入烷基锂除杂。
可选的,步骤(1)中利用结构调节剂控制共轭二烯的微观结构或乙烯基含量。
所述利用结构调节剂调整共轭二烯的微观结构,理解为,通过结构调节剂 控制共轭二烯的加成方式,以1,3-丁二烯为例,控制聚合物中1,4加成和1,2加成的比例,来达到调整共轭二烯微观结构的目的。
可选的,所述结构调节剂为醚类化合物。进一步优选,所述结构调节剂为乙醚或者四氢呋喃。
可选的,在步骤(1)所述聚合过程中添加偶联剂。
可选的,偶联剂为烷氧基硅烷,其结构通式为R x-Si-(OR’) y,其中下标x为0或1,x+y=4,R和R’分别为两个独立的烷基。
偶联剂为四烷氧基硅烷或三烷氧基硅烷,四烷氧基硅烷包括四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丁氧基硅烷、四(二乙基己氧基)硅烷;三烷氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、异丁基烷甲氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷。进一步优选,偶联剂为四甲氧基硅烷或甲基三甲氧基硅烷。
可选的,偶联剂为氯硅烷。进一步优选,偶联剂为四氯化硅或甲基三氯硅烷。
步骤(2)中的催化加氢目的在于将碳碳双键加氢转化为饱和的碳碳单键,可选的,步骤(2)中所述催化加氢的具体过程为:
在催化剂的作用下,使聚合物中共轭二烯单体单元上的双键转化为饱和碳碳键,其催化加氢度大于80%(即80%以上的双键进行加氢);同时,乙烯基芳香烃和热交联单体结构得以保留。
进一步优选,催化加氢度大于90%。进一步优选,催化加氢度大于95%。
选择性加氢催化剂在文献中均有报道并在工业上得到广泛使用。催化剂体系一般由两部分组成:铁族金属(如镍、钴)以及合适的还原剂。催化剂可以在20-80℃的温度下使用合适的溶剂配置。其他催化剂体系包括钛系催化剂,比如二茂钛。一般而言,镍系和钴系催化剂催化活性较高,适合选择催化所有的共轭二烯单体单元;钛系催化剂活性较低,一般用于选择催化丁二烯类单体单元。
本申请中根据聚合物结构可采用现有技术中的常用催化剂进行加氢催化,并无特殊限制。
可选的,所述催化剂为铁族金属以及与其配合的还原剂。使用时,将所述催化剂于20~80℃下溶解于溶剂中。本申请中,催化剂溶解于溶剂后加入反应体系中,溶剂选择可以与阴离子聚合的反应相同,也可以不同,但至少对产物不造成不利影响。
可选的,所述催化剂包括于20~80℃溶解于溶剂中的铁族金属以及与其配合的还原剂。
可选的,所述催化剂包括溶解于环己烷中的异辛酸镍和三异丁基铝。
可选的,所述催化剂为钛系催化剂。进一步优选,所述催化剂为二茂钛。
所述纯化的具体过程为:
采用过氧化氢溶液氧化清洗催化加氢聚合物溶液,并用柠檬酸水溶液进行萃取除去催化剂组分,再对聚合物相进行水洗,并除去溶剂从而得到纯化的可热交联形成弹性材料的聚合物。
所述可热交联形成弹性材料的聚合物的大致制备方法为:
1)于50~90℃,无水无氧的惰性气体氛围中,将经过脱水脱氧处理的溶剂环己烷加入反应容器中,使用烷基锂除杂;
2)定量加入引发剂烷基锂,然后依次加入各单体包括热交联单体(乙烯基芳香烃、共轭二烯、热交联单体)完成各段聚合反应,最后加入链终止剂(一般是醇)结束聚合反应;
3)对聚合产物在溶液中进行选择性催化加氢,使用镍系、钴系或钛系催化剂,在50-90℃和1.6-3.0MPa的压力下,用氢气和共轭二烯单体单元中的不饱和双键发生加成反应,但不影响乙烯基芳香烃和热交联单体单元的分子结构;
4)经过选择性催化加氢之后,聚合物经过脱除催化剂和溶剂的一系列纯化操作,然后真空干燥至恒重,即可得到可热交联的弹性材料。所得到的弹性材料在高温下即可发生交联反应,使可热交联形成弹性材料的聚合物转为热固性弹性材料。
一种弹性材料,采用所述的可热交联形成弹性材料的聚合物加热交联而成。
一种介入器械,所述介入器械中应用所述的弹性材料,所述介入器械包括 人工晶状体、人工瓣膜、青光眼引流管、泪小管栓塞、药用闭合器、人工椎盘、人工关节、人工韧带、人工半月板、血管移植物、心脏起搏器(心脏起搏器顶盖(headers))和引线绝缘体等。
一种用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,所述弹性材料包括作为硬链段的聚合物A,以及作为软链段的聚合物B,A与B聚合形成共聚物;其化学式为:(A m) i(B n) j(A f) k;以及(A m-B n) pX(B n-A f) q
其中,聚合物B两端的聚合物A组成彼此独立;
聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
聚合物B为共轭二烯聚合物,或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯聚合;
且聚合物A和聚合物B中至少有一种聚合物含有热交联单体;
X为偶联剂发生偶联反应后的残留基团;
下标m和f分别代表聚合物A中的共聚单体单元的数量,下标n代表聚合物B中的共聚单体单元的数量,m、n、f均为大于等于1的整数,且彼此独立;
下标i、k代表聚合物A嵌段的数量,下标j代表聚合物B嵌段的数量,i、k均为大于等于0的整数,j为大于等于1的整数,i、j、k彼此独立;
下标p、q代表聚合物A和聚合物B聚合形成的嵌段的数量,p和q均为大于等于0的整数,且彼此独立;
该热交联单体的化学结构式为:
其中,R 1、R 2和R 3分别为氢或者C 1~C 10的烷基,三者相互独立。
可选的,聚合物A和聚合物B中至少有一种聚合物含有乙烯基芳香烃。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
聚合物B为共轭二烯聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
且聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体的聚合形成的聚合物时,聚合物B为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体的共聚物;
聚合物B为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体的共聚物。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体的共聚物;
聚合物B为乙烯基芳香烃和共轭二烯的共聚物。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体的共聚物;
聚合物B为共轭二烯和热交联单体的共聚物。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体的共聚物;
聚合物B为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体的共聚物。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体的共聚物;
聚合物B为乙烯基芳香烃和共轭二烯的共聚物。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体的共聚物;
聚合物B为共轭二烯和热交联单体的共聚物。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃的聚合物;
聚合物B为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体的共聚物。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃的聚合物;
聚合物B为共轭二烯和热交联单体的共聚物。
可选的,i、j、k分别为1,m、n、f各自独立为10~100。
可选的,聚合物A中乙烯基芳香烃含量为80~100%。
可选的,聚合物A中乙烯基芳香烃含量为95~100%。
可选的,聚合物B中乙烯基芳香烃含量为0~60%。
可选的,聚合物B中乙烯基芳香烃含量为20~40%。
可选的,聚合物A中共轭二烯含量为0~20%。
可选的,聚合物A中共轭二烯含量为0~10%。
可选的,聚合物B中共轭二烯含量为40~100%。
可选的,聚合物B中共轭二烯含量为60~90%。
可选的,聚合物A中热交联单体含量为0.1~5%。
可选的,聚合物A中热交联单体含量为1~2%。
可选的,聚合物B中热交联单体含量为0.1~5%。
可选的,聚合物B中热交联单体含量为1~2%。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体的共聚物,聚合物A中乙烯基芳香烃的含量为95~100%,余量为热交联单体的含量。
可选的,聚合物A为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体聚合而成,聚合物A中乙烯基芳香烃的含量为80~100%、共轭二烯的含量不大于20%,余量为热交联单体。
可选的,聚合物B为乙烯基芳香烃和共轭二烯聚合而成,聚合物B中乙烯基芳香烃的含量为0~60%,余量为共轭二烯。
可选的,聚合物B为共轭二烯和热交联单体聚合而成,聚合物B中共轭二烯的含量为90~100%,余量为热交联单体。
可选的,聚合物B为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体聚合而成,聚合物B中乙烯基芳香烃的含量为0~60%,共轭二烯含量40~100%,余量为热交联单体。
可选的,聚合物B为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体聚合而成,聚合物B中乙烯基芳香烃的含量为20~50%,热交联单体的含量不大于5%,余量为共轭二烯。
可选的,所述乙烯基芳香烃为苯乙烯,所述共轭二烯为异戊二烯和1,3-丁二烯中的至少一种,所述热交联单体为4-乙烯基苯并环丁烯。
可选的,所述乙烯基芳香烃为苯乙烯,所述共轭二烯为1,3-丁二烯,所述 热交联单体为4-乙烯基苯并环丁烯。
可选的,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的分子量为20000~1000000。
可选的,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的分子量为20000~500000。
可选的,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的分子量为50000~150000。
本申请中,在提及分子量时,是指利用GPC测量得到的用聚苯乙烯标样校准的相对数均分子量。
可选的,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的分子量分布为1.0~1.3。
可选的,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的分子量分布为1.0~1.1。
可选的,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的拉伸强度大于10MPa,断裂伸长率大于300%。
可选的,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的拉伸强度大于15MPa,断裂伸长率大于500%。
可选的,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的拉伸强度大于20MPa,断裂伸长率大于500%。
一种人工心脏瓣膜,所述人工心脏瓣膜由所述可热交联形成弹性材料的聚合物加热交联而成。
可热交联形成弹性材料的聚合物经加热交联后形成固态弹性材料,固态弹性材料经过进一步的处理,例如切割、缝制等工序,制作为人工心脏瓣膜的瓣叶。
人工心脏瓣膜制备时,需先在高温下将所述可热交联形成弹性材料的聚合物转化为热固性弹性材料薄膜。
所述人工心脏瓣膜可经导管置入人体。
所述人工心脏瓣膜可以经开胸手术或者小切口微创置换手术植入。
所述人工心脏瓣膜包括经开胸手术或者小切口微创置换手术植入的主动脉瓣、肺动脉瓣、二尖瓣、三尖瓣或静脉瓣。
所述人工心脏瓣膜为主动脉瓣、肺动脉瓣、二尖瓣或三尖瓣。
所述人工心脏瓣膜为主动脉瓣,并可以通过经胸主动脉瓣植入术或主动脉 瓣球囊扩张术植入。
所述人工心脏瓣膜的厚度为0.02~0.40mm。
所述人工心脏瓣膜厚度为0.05~0.40mm。
所述人工心脏瓣膜厚度为0.10~0.15mm。
所述人工心脏瓣膜的厚度为0.08~0.15mm。
本申请中,所述人工心脏瓣膜的厚度是指瓣叶的厚度。
可热交联形成弹性材料的聚合物交联后制备的人工心脏瓣膜可以压缩后经导管导入,并通过自膨胀方式或气球膨胀方式在心脏合适部位展开。
本申请采用可热交联形成弹性材料的聚合物制备得到的人工心脏瓣膜,可热交联形成弹性材料的聚合物通过活性阴离子聚合的方式合成,不含有小分子添加剂或残余组分;该弹性材料选择性催化加氢后分子结构中没有不稳定的双键存在,因此具有很好的耐高温氧化性和生物稳定性;该弹性材料只含有碳氢两种元素因而是非极性的,不吸收水分,也没有可以水解降解的基团;该材料在加热时即可发生化学交联,而无需添加任何其他物质比如催化剂,而且不释放出任何小分子物质。该类材料受热交联以后可以用于多种长期承受应力或者需要永久保持形状的人体植入医械,包括人工心脏瓣膜。
本申请用于制备人工心脏瓣膜的可交联高分子弹性材料具备优异的生物稳定性、抗凝血性能、抗钙化性能和机械强度,交联以后具有抗蠕变变形性能,由此,经由该材料制备得到的人工心脏瓣膜可以克服其他人工心脏瓣(如机械瓣和生物瓣)的不足。
本申请使用的聚合物材料可以大规模生产,性能和质量可以得到稳定控制,进而大大降低心脏瓣膜产品的成本。本申请使用的聚合物材料的机械力学性能宽泛,可以通过分子结构和化学组成的设计以达到心瓣产品所需的性能(包括柔软可折叠的特性,可以通过经导管置入等微创手术置入)。本申请使用的聚合物材料可以通过不同的加工方式得到不同尺寸和形状的心脏瓣膜,而生物瓣除了裁剪缝制外基本上不能再加工以改变厚度和形状。本申请使用的聚合物材料不携带动物源疾病。
附图说明
图1a为实施例1所得弹性材料加氢前后的 1H-NMR对比图;
图1b为实施例1所得弹性材料加氢前后的GPC对比图;
图1c为实施例1所得弹性材料加氢前后的DSC测试结果;
图2a为实施例2所得弹性材料加氢前后的 1H-NMR对比图;
图2b为实施例2所得弹性材料加氢前后的GPC对比图;
图2c为实施例2所得弹性材料加氢前后的DSC测试结果;
图3a为实施例3所得弹性材料加氢前后的 1H-NMR对比图;
图3b为实施例3所得弹性材料加氢前后的GPC对比图;
图4a为实施例4所得弹性材料加氢前后的 1H-NMR对比图;
图4b为实施例4所得弹性材料加氢前后的GPC对比图;
图5a为实施例5所得弹性材料加氢前后的 1H-NMR对比图;
图5b为实施例5所得弹性材料加氢前后的GPC对比图;
图6a为实施例9所得弹性材料加氢前的GPC图谱;
图6b为实施例9所得弹性材料加氢前的 1H-NMR图谱;
图7a为实施例10所得弹性材料加氢前的GPC图谱;
图7b为实施例10所得弹性材料加氢前的 1H-NMR图谱;
图8a为实施例11所得弹性材料加氢前的GPC图谱;
图8b为实施例11所得弹性材料加氢前的 1H-NMR图谱;
图9a为实施例12所得弹性材料加氢前的GPC图谱;
图9b为实施例12所得弹性材料加氢前的 1H-NMR图谱;
图10a为实施例13所得弹性材料加氢前的GPC图谱;
图10b为实施例13所得弹性材料加氢前的 1H-NMR图谱;
图11a为实施例14所得弹性材料加氢前的GPC图谱;
图11b为实施例14所得弹性材料加氢前的 1H-NMR图谱;
图12a为实施例15所得弹性材料加氢前的GPC图谱;
图12b为实施例15所得弹性材料加氢前的 1H-NMR图谱;
图13为实施例3所得弹性材料选择性加氢后的红外谱图;
图14为可用于制备人工心脏瓣膜的弹性材料的血小板黏附检测结果图;
图15为可用于制备人工心脏瓣膜的弹性材料的全血黏附检测结果图;
图16为可用于制备人工心脏瓣膜的弹性材料的凝血四项检测结果图;其中,A为PT检测结果图;B为APTT检测结果图;C为TT检测结果图;D为FIB检测结果图;
图17为可用于制备人工心脏瓣膜的弹性材料的抗钙化性能检测结果图;
图18为本申请的高分子弹性材料以及生物瓣膜材料缝合强度模拟测试结果。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。
以下各实施例中,均需对溶剂进行预处理,预处理方法为:于50~90℃,无水无氧的惰性气体氛围中,将经过脱水脱氧处理的溶剂环己烷加入反应容器中,使用烷基锂除杂。该预处理是为了除去溶剂中可能存在的杂质,在50~90℃范围内均可达到理想的除杂效果,在各实施例中不再赘述。
各实施例的分子结构仅为示意,各实施例中m和n代表对应嵌段中共聚单体单元的数量,各嵌段为无规共聚物,各共聚单体单元在嵌段中所占的比例根据投料比确定。
实施例1(样品代号:RBHX-001)
一种可热交联的三元无规共聚物弹性材料:聚(丁二烯-co-苯乙烯-co-4VBCB)(4VBCB为4-乙烯基苯并环丁烯)选择性加氢后的产物,其分子结构如下:
其制备方法如下:
(1)聚合过程:预先配置好苯乙烯/4VBCB的混合物(4VBCB的重量为混合物重量的2%);在聚合釜内加入500mL溶剂环己烷(水含量为10ppm),升温至65℃;同时加入3.3mL苯乙烯/4VBCB混合物和2g丁二烯,然后加入0.30mL正丁基锂(浓度为1.6M的正己烷溶液);紧接着加入29.7mL苯乙烯/4VBCB混合物,然后用25分钟滴加18克丁二烯;丁二烯滴加完毕后继续反应20分钟,加入异丙醇终止聚合反应。
(2)选择性催化加氢过程:在单口烧瓶中加入0.83g异辛酸镍,用25mL环己烷溶解,然后缓慢滴加6.2mL三异丁基铝(1.1M的甲苯溶液)并混合均匀,此混合物为选择性加氢的催化剂;将聚合终止后的聚合物溶液转移至70℃加氢釜中,并加入所配置的催化剂,在充分搅拌中用氢气升压至1.8MPa,不断用氢气补压直到加氢完成。
(3)加氢聚合物清洗过程:将加氢后的聚合物溶液转移至70℃的水洗釜中,加入30mL双氧水(30%)混合30min;加入3%的柠檬酸溶液(1L),混合1小时后分离掉柠檬酸溶液;继续用1L柠檬酸溶液萃取一次,并分离掉柠檬酸溶液;用去离子水清洗聚合物溶液至中性;将清洗后的聚合物沉淀于异丙醇,聚合物经过真空干燥至恒重即得到最终加氢产物,即为该可热交联的弹性材料。
(4)热交联反应:该弹性材料在240摄氏度下模压20分钟,所得材料不再溶解于甲苯(只发生溶胀),表明发生了交联反应。
该材料加氢前后的核磁氢谱谱图(图1a),表明选择性催化加氢后丁二烯单 体单元的残留双键(约4.5-5.8ppm)已经完全饱和,加氢度为100%,而热交联单体单元的苯并环丁烯基团依然存在(约3.1ppm)。该材料加氢前后的GPC谱图(图1b),表明加氢前后的分子量分布基本没有发生变化。
该材料加氢并交联的DSC测试结果(图1c)表明,该材料的玻璃化温度为~10℃。由于该交联材料的玻璃化温度接近室温,交联样品折叠以后大约经过15秒后恢复形状(而非立即弹性恢复形状)。
实施例2(样品代号:RIHX-003)
一种可热交联的三元无规共聚物弹性材料:聚(异戊二烯-co-苯乙烯-co-4VBCB)(4VBCB为4-乙烯基苯并环丁烯)选择性加氢后的产物,其分子结构如下:
其制备方法如下:
(1)聚合过程:预先配置好苯乙烯/4VBCB的混合物(4VBCB的重量为混合物重量的2%);在聚合釜内加入500mL溶剂环己烷(水含量为10ppm),升温至65℃;同时加入3.3mL苯乙烯/4VBCB混合物和3mL异戊二烯,然后加入0.30mL正丁基锂(浓度为1.6M的正己烷溶液);紧接着加入29.7mL苯乙烯/4VBCB混合物,然后用25分钟滴加27mL异戊二烯;异戊二烯滴加完毕后继续反应20分钟,加入异丙醇终止聚合反应。
(2)选择性催化加氢过程:在单口烧瓶中加入1.25g异辛酸镍,用38mL环己烷溶解,然后缓慢滴加9.3mL三异丁基铝(1.1M的甲苯溶液)并混合均匀,此混合物为选择性加氢的催化剂;将聚合终止后的聚合物溶液转移至70℃加氢釜中,并加入所配置的催化剂,在充分搅拌中用氢气升压至1.8MPa,不断用氢气补压直到加氢完成。
(3)加氢聚合物清洗过程:同实例1的清洗过程。
(4)热交联反应:该弹性材料在240摄氏度下模压20分钟,所得材料不再溶解于甲苯(只发生溶胀),表明发生了交联反应。
该弹性材料加氢前后的核磁氢谱谱图(图2a),表明选择性催化加氢后异戊二烯单体单元的残留双键(约4.5-5.2ppm)尚有微量没有得到饱和(约5.1ppm),加氢度为95.8%,而热交联单体单元的苯并环丁烯基团依然存在(约3.1ppm)。该材料加氢前后的GPC谱图(图2b),表明加氢前后的分子量分布基本没有发生变化。
该材料加氢并交联的DSC测试结果(图2c)表明,该材料的玻璃化温度为~15℃。由于该交联材料的玻璃化温度接近室温,交联样品折叠以后大约经过15秒后恢复形状(而非立即弹性恢复形状)。
该弹性材料选择性加氢后的DSC测量图如图14所示,DSC测试方法:氮气保护,10℃变温速率;升温至150.0℃,保持5min;然后降温至-60℃,保持5min;从-60℃升温至150℃,第二次升温程序测出玻璃化温度(13℃)。
实施例3(样品代号:RBLX-002)
一种可热交联的三嵌段聚合物弹性材料:(苯乙烯-co-4VBCB)-聚(丁二烯-co-苯乙烯-co-4VBCB)-聚(苯乙烯-co-4VBCB)(4VBCB为4-乙烯基苯并环丁烯)选择性加氢后的产物,其分子结构如下:
其制备方法如下:
(1)聚合过程:预先配置好苯乙烯/4VBCB的混合物(4VBCB的重量为混合物重量的2%);在聚合釜内加入1000mL溶剂环己烷(水含量为10ppm),升温至70℃;依次加入苯乙烯/4VBCB混合物(14mL)和0.55mL正丁基锂(浓度为1.6M的正己烷溶液),反应15分钟;依次加入丁二烯的环己烷溶液(含丁二烯5.2g)、苯乙烯/4VBCB混合物(2.5mL),然后马上依次加入苯乙烯/4VBCB 混合物(20.7mL)\丁二烯环己烷溶液(含丁二烯11.8g),并分别在反应1、4、9分钟后分别加入等量丁二烯环己烷溶液(含丁二烯11.8g);反应30分钟后,加入苯乙烯/4VBCB混合物(13.75mL),继续反应30分钟后加入异丙醇终止聚合反应。
(2)选择性催化加氢过程:在单口烧瓶中加入1.25g异辛酸镍,用57mL环己烷溶解,然后缓慢滴加9.3mL三异丁基铝(1.1M的甲苯溶液)并混合均匀,此混合物为选择性加氢的催化剂;将聚合终止后的聚合物溶液转移至70℃加氢釜中,并加入所配置的催化剂,在充分搅拌中用氢气升压至1.8MPa,不断用氢气补压直到加氢完成。
(3)加氢聚合物清洗过程:同实例1的清洗过程。
(4)热交联反应:该弹性材料在240摄氏度下模压20分钟,所得材料不再溶解于甲苯(只发生溶胀),表明发生了交联反应。
该弹性材料加氢前后的核磁氢谱谱图(图3a),表明选择性催化加氢后丁二烯单体单元的残留双键(约4.5-5.8ppm)已经完全饱和,加氢度为100%,而热交联单体单元的苯并环丁烯基团依然存在(约3.1ppm)。该材料加氢前后的GPC谱图(图3b),表明加氢前后的分子量分布基本没有发生变化。
该弹性材料加氢后的红外谱图如图13所示。
实施例4(样品代号ILX-001)
一种可热交联的三嵌段聚合物弹性材料:(苯乙烯-co-4VBCB)-聚异戊二烯-聚(苯乙烯-co-4VBCB)选择性加氢后的产物,其分子结构式如下:
其制备方法为:
(1)聚合过程:预先配置好苯乙烯/4VBCB的混合物(4VBCB的重量为混 合物重量的2%);在聚合釜内加入1000mL溶剂环己烷(水含量为10ppm),升温至70℃;依次加入苯乙烯/4VBCB混合物(16.5mL)和0.50mL正丁基锂(浓度为1.6M的正己烷溶液),反应15分钟;加入103mL异戊二烯,反应30min;再加入16.5mL苯乙烯/4VBCB混合物,反应30min后,加入异丙醇终止聚合反应。
(2)选择性催化加氢过程:在单口烧瓶中加入1.25g异辛酸镍,用57mL环己烷溶解,然后缓慢滴加9.3mL三异丁基铝(1.1M的甲苯溶液)并混合均匀,此混合物为选择性加氢的催化剂;将聚合终止后的聚合物溶液转移至70℃加氢釜中,并加入所配置的催化剂,在充分搅拌中用氢气升压至1.8MPa,不断用氢气补压直到加氢完成。
(3)加氢聚合物清洗过程:同实例1的清洗过程。
(4)热交联反应:该弹性材料在240摄氏度下模压20分钟,所得材料不再溶解于甲苯(只发生溶胀),表明发生了交联反应。
该弹性材料加氢前后的核磁氢谱谱图(图4a),表明选择性催化加氢后异戊二烯单体单元的残留双键(约4.5-5.2ppm)尚有微量没有得到饱和(约5.1ppm),加氢度为95.2%,而热交联单体单元的苯并环丁烯基团依然存在(约3.1ppm)。该材料加氢前后的GPC谱图(图4b),表明加氢前后的分子量分布基本没有发生变化。
实施例5(样品代号:RILX-004)
一种可热交联的三嵌段聚合物弹性材料:(苯乙烯-co-4VBCB)-聚(异戊二烯-co-苯乙烯-co-4VBCB)-聚(苯乙烯-co-4VBCB)选择性加氢后的产物,其分子结构如下:
其制备方法为:
(1)聚合过程:预先配置好苯乙烯/4VBCB的混合物(4VBCB的重量为混合物重量的2%);在聚合釜内加入1000mL溶剂环己烷(水含量为10ppm),升温至70℃;依次加入苯乙烯/4VBCB混合物(16.5mL)和0.50mL正丁基锂(浓度为1.6M的正己烷溶液),反应15分钟;依次加入7.2mL异戊二烯及2.3mL苯乙烯/4VBCB混合物,再依次加入20.7mL苯乙烯/4VBCB混合物和16.2mL异戊二烯;在反应3、8、17分钟后分别加入16.2mL异戊二烯,继续反应至30分钟;加入16.5mL苯乙烯/4VBCB混合物后继续反应30分钟,然后加入异丙醇终止聚合反应。
(2)选择性催化加氢过程:在单口烧瓶中加入1.25g异辛酸镍,用57mL环己烷溶解,然后缓慢滴加9.3mL三异丁基铝(1.1M的甲苯溶液)并混合均匀,此混合物为选择性加氢的催化剂;将聚合终止后的聚合物溶液转移至70℃加氢釜中,并加入所配置的催化剂,在充分搅拌中用氢气升压至1.8MPa,不断用氢气补压直到加氢完成。
(3)加氢聚合物清洗过程:同实例1的清洗过程。
(4)热交联反应:该弹性材料在240摄氏度下模压20分钟,所得材料不再溶解于甲苯(只发生溶胀),表明发生了交联反应。
该弹性材料加氢前后的核磁氢谱谱图(图5a),表明选择性催化加氢后异戊二烯单体单元的残留双键(约4.5-5.2ppm)基本消失,加氢度接近100%,而热交联单体单元的苯并环丁烯基团依然存在(约3.1ppm)。该材料加氢前后的GPC谱图(图5b),表明加氢前后的分子量分布基本没有发生变化。
实施例6(样品代号:BLX-001)
一种可热交联的三嵌段聚合物弹性材料:(苯乙烯-co-4VBCB)-聚丁二烯-聚(苯乙烯-co-4VBCB)选择性加氢后的产物,其分子结构如下:
其制备方法为:
(1)聚合过程:预先配置好苯乙烯/4VBCB的混合物(4VBCB的重量为混合物重量的2%);在聚合釜内加入450mL溶剂环己烷(水含量为10ppm),升温至75℃;依次加入苯乙烯/4VBCB混合物(6.9mL)和0.13mL正丁基锂(浓度为1.6M的正己烷溶液),反应15分钟;加入39.5g丁二烯,反应30min;再加入6.9mL苯乙烯/4VBCB混合物,反应20分钟后,加入异丙醇终止聚合反应。
(2)选择性催化加氢过程:在单口烧瓶中加入1.25g异辛酸镍,用57mL环己烷溶解,然后缓慢滴加9.3mL三异丁基铝(1.1M的甲苯溶液)并混合均匀,此混合物为选择性加氢的催化剂;将聚合终止后的聚合物溶液转移至70℃加氢釜中,并加入所配置的催化剂,在充分搅拌中用氢气升压至1.8MPa,不断用氢气补压直到加氢完成。
(3)加氢聚合物清洗过程:同实例1的清洗过程。
(4)热交联反应:该弹性材料在240摄氏度下模压30分钟,所得材料不再溶解于甲苯(只发生溶胀),表明发生了交联反应。
该弹性材料加氢后的核磁氢谱谱图表明选择性催化加氢后丁二烯单体单元的残留双键得到完全饱和,加氢度为100%。
实施例7(样品代号:RILX-005)
一种可热交联的三嵌段聚合物弹性材料:(苯乙烯-co-4VBCB)-聚(异戊二烯-co-苯乙烯-co-4VBCB)-聚(苯乙烯-co-4VBCB)选择加氢后的产物,其分子结构如下:
其制备方法为:
(1)聚合过程:预先配置好苯乙烯/4VBCB的混合物(4VBCB的重量为混合物重量的2%);在聚合釜内加入450mL溶剂环己烷(水含量为10ppm),升 温至70℃;依次加入苯乙烯/4VBCB混合物(5.5mL)和0.10mL正丁基锂(浓度为1.6M的正己烷溶液),反应15分钟;依次加入4.1mL异戊二烯及1.2mL苯乙烯/4VBCB混合物,再依次加入12mL苯乙烯/4VBCB混合物和7mL异戊二烯;紧接着用18分钟匀速加入30mL异戊二烯,继续反应至30分钟;加入5.5mL苯乙烯/4VBCB混合物后继续反应20分钟,然后加入异丙醇终止聚合反应。
(2)选择性催化加氢过程:在单口烧瓶中加入1.0g异辛酸镍,用57mL环己烷溶解,然后缓慢滴加8.4mL三异丁基铝(1.1M的甲苯溶液)并混合均匀,此混合物为选择性加氢的催化剂;将聚合终止后的聚合物溶液转移至70℃加氢釜中,并加入所配置的催化剂,在充分搅拌中用氢气升压至1.8MPa,不断用氢气补压直到加氢完成。
(3)加氢聚合物清洗过程:同实例1的清洗过程。
(4)热交联反应:该弹性材料在240摄氏度下模压20分钟,所得材料不再溶解于甲苯(只发生溶胀),表明发生了交联反应。
该弹性材料加氢后的核磁氢谱谱图表明选择性催化加氢后异戊二烯单体单元的残留双键得到完全饱和,加氢度为100%。
实施例8
一种可热交联的三嵌段聚合物弹性材料:(苯乙烯-co-4VBCB)-聚(异戊二烯)-聚(苯乙烯-co-4VBCB)选择加氢后的产物,其结构如下:
(A-B) 3-Si-CH 3
其中A代表苯乙烯和热交联单体的共聚物嵌段,B代表加氢后的聚异戊二烯嵌段,A-B代表单臂双嵌段共聚物,(A-B) 3表示有三个这样的单臂双嵌段聚合物连接在硅原子上(A嵌段在外端,而B嵌段连在硅原子上)。A-B单臂双嵌段共聚物的分子结构如下:
其制备方法为:
(1)聚合过程:预先配置好苯乙烯/4VBCB的混合物(4VBCB的重量为混合物重量的2%);在聚合釜内加入1000mL溶剂环己烷(水含量为10ppm),升温至70℃;依次加入苯乙烯/4VBCB混合物(33mL)和0.75mL正丁基锂(浓度为1.6M的正己烷溶液),反应15分钟;加入104mL异戊二烯,反应30min;加入0.054克甲基三甲氧基硅烷,反应60min后,加入异丙醇终止聚合反应。
(2)选择性催化加氢过程:在单口烧瓶中加入1.25g异辛酸镍,用57mL环己烷溶解,然后缓慢滴加9.3mL三异丁基铝(1.1M的甲苯溶液)并混合均匀,此混合物为选择性加氢的催化剂;将聚合终止后的聚合物溶液转移至70℃加氢釜中,并加入所配置的催化剂,在充分搅拌中用氢气升压至1.8MPa,不断用氢气补压直到加氢完成。
(3)加氢聚合物清洗过程:同实例1的清洗过程。
(4)热交联反应:该弹性材料在240摄氏度下模压20分钟,所得材料不再溶解于甲苯(只发生溶胀),表明发生了交联反应。
实施例9(样品代号:T210109)
一种可热交联的三嵌段聚合物弹性材料:聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯选择加氢前的产物,其分子结构如下:
其制备方法为:
反应温度为60℃,向反应釜加入200mL环己烷,再用针筒加入0.1mL苯乙 烯和0.5mLTHF后滴加正丁基锂除杂显黄色。继续加入3.75g苯乙烯和0.1mL正丁基锂(1.6M的正己烷溶液)反应15min。加入17.5g丁二烯溶液反应30min。加入3.75g苯乙烯反应30min。反应结束后加入异丙醇终止。加入的丁二烯溶液为丁二烯和热交联单体4-乙烯基苯并环丁烯的混合溶液,丁二烯溶液中热交联单体含量为1.5%。
反应产物的GPC图如6a所示,产物分子量M n为70000,分子量分布为1.074。反应产物的核磁氢谱如图6b所示。
反应产物经催化加氢、加氢聚合物清洗以及热交联反应得到弹性材料。
实施例10(样品代号:L-210114-1)
一种可热交联无规共聚三嵌段聚合物,中间与两端的苯乙烯均含有交联剂,选择性加氢前的分子结构如下:
其制备方法为:
反应温度为60℃,向反应釜加入200mL环己烷,再用针筒加入0.2mL苯乙烯溶液和0.5mLTHF后滴加正丁基锂除杂显黄色。继续加入3.75g苯乙烯溶液和0.2mL(0.32M的环己烷溶液)正丁基锂反应15min。加入0.525g苯乙烯溶液和3.675g异戊二烯反应15min。再加入4.725g苯乙烯溶液与11g异戊二烯反应20min。加入3.75g苯乙烯溶液反应15min。反应结束后加入异丙醇终止。加入的苯乙烯溶液为苯乙烯和热交联单体4-乙烯基苯并环丁烯的混合溶液,苯乙烯溶液中热交联单体含量为3%。
反应产物的GPC图如7a所示,产物分子量M n为96000,分子量分布为1.06。反应产物的核磁氢谱如图7b所示。
反应产物经催化加氢、加氢聚合物清洗以及热交联反应得到弹性材料。
实施例11(样品代号:L-210107-2)
一种可热交联无规共聚三嵌段聚合物,中间与两端的苯乙烯均含有交联剂,选择性加氢前的分子结构如下:
其制备方法为:
反应温度为60℃,向反应釜加入200mL环己烷,再用针筒加入0.2mL苯乙烯溶液和0.5mLTHF后滴加正丁基锂除杂显黄色。继续加入3.75g苯乙烯溶液和0.2mL(0.32M的环己烷溶液)正丁基锂反应15min。加入0.525g苯乙烯和3.675g异戊二烯反应15min。再加入4.725g苯乙烯与11g异戊二烯反应20min。加入3.75g苯乙烯溶液反应15min。反应结束后加入异丙醇终止。加入的苯乙烯溶液为苯乙烯和热交联单体4-乙烯基苯并环丁烯的混合溶液,苯乙烯溶液中热交联单体含量为3%。
反应产物的GPC图如8a所示,产物分子量M n为42000,分子量分布为1.079。反应产物的核磁氢谱如图8b所示。
反应产物经催化加氢、加氢聚合物清洗以及热交联反应得到弹性材料。
实施例12(样品代号:L-210110-3)
一种可热交联SIS聚合物,苯乙烯及异戊二烯均含有交联剂,选择性加氢前的分子结构如下:
其制备方法为:
反应温度为60℃,向反应釜加入200mL环己烷,再用针筒加入0.2mL苯乙烯溶液和0.5mLTHF后滴加正丁基锂除杂显黄色。继续加入3.75g苯乙烯溶液和0.4mL(0.32M的正己烷溶液)正丁基锂反应15min。加入17.5g异戊二烯溶液反应40min。加入3.75g苯乙烯溶液反应15min。反应结束后加入异丙醇终止。异戊二烯溶液为异戊二烯和热交联单体4-乙烯基苯并环丁烯的混合溶液,异戊二烯溶液中热交联单体含量为1.5%,苯乙烯溶液为苯乙烯和热交联单体4-乙烯基苯并环丁烯的混合溶液,苯乙烯溶液中热交联单体含量为3%。
反应产物的GPC图如9a所示,产物分子量M n为75000,分子量分布为1.061。反应产物的核磁氢谱如图9b所示。
反应产物经催化加氢、加氢聚合物清洗以及热交联反应得到弹性材料。
实施例13(样品代号:L-210110-2)
一种可热交联SIS聚合物,苯乙烯中无交联剂,异戊二烯均含有交联剂,选择性加氢前的分子结构如下:
其制备方法为:
反应温度为60℃,向反应釜加入200mL环己烷,再用针筒加入0.2mL苯乙烯和0.5mLTHF后滴加正丁基锂除杂显黄色。继续加入3.75g苯乙烯和0.4mL(0.32M的正己烷溶液)正丁基锂反应15min。加入17.5g异戊二烯溶液反应40min。加入3.75g苯乙烯反应15min。反应结束后加入异丙醇终止。异戊二烯溶液为异戊二烯和热交联单体4-乙烯基苯并环丁烯的混合溶液,异戊二烯溶液中热交联单体含量为1.5%。
反应产物的GPC图如10a所示,产物分子量M n为85000,分子量分布为1.043。反应产物的核磁氢谱如图10b所示。
反应产物经催化加氢、加氢聚合物清洗以及热交联反应得到弹性材料。
实施例14(样品代号:L-210107-1)
一种可热交联无规共聚三嵌段聚合物,两端的苯乙烯无交联剂,中间段苯乙烯含有交联剂,选择性加氢前的分子结构如下:
其制备方法为:
反应温度为60℃,向反应釜加入200mL环己烷,再用针筒加入0.2mL苯乙烯和0.5mLTHF后滴加正丁基锂除杂显黄色。继续加入3.75g苯乙烯和0.5mL(0.32M的环己烷溶液)正丁基锂反应15min。加入0.525g苯乙烯溶液和3.675g异戊二烯反应10min。再加入4.725g苯乙烯溶液与11g异戊二烯反应20min。加入3.75g苯乙烯反应15min。反应结束后加入异丙醇终止。中间段加入的苯乙烯溶液为苯乙烯和热交联单体4-乙烯基苯并环丁烯的混合溶液,苯乙烯溶液中热交联单体含量为3%。
反应产物的GPC图如11a所示,产物分子量M n为60000,分子量分布为1.09。反应产物的核磁氢谱如图11b所示。
反应产物经催化加氢、加氢聚合物清洗以及热交联反应得到弹性材料。
实施例15(样品代号:L-210114-2)
一种两端含有10%异戊二烯的可热交联SIS聚合物,苯乙烯与中间异戊二烯均含有交联剂,选择性加氢前的分子结构如下:
其制备方法为:
反应温度为60℃,向反应釜加入200mL环己烷,再用针筒加入0.2mL苯乙烯溶液和0.5mLTHF后滴加正丁基锂除杂显黄色。继续同时加入3.375g苯乙烯溶液和0.375g异戊二烯溶液,并加入0.2mL(0.32M的正己烷溶液)正丁基锂反应15min。加入17.5g异戊二烯溶液反应40min。同时加入3.375g苯乙烯溶液和0.375g异戊二烯溶液反应15min。反应结束后加入异丙醇终止。其中,两端的苯乙烯溶液为苯乙烯和热交联单体4-乙烯基苯并环丁烯的混合溶液,苯乙烯溶液中热交联单体含量为3%,中间段的异戊二烯溶液为异戊二烯和热交联单体4-乙烯基苯并环丁烯的混合溶液,异戊二烯溶液中热交联单体含量为1.5%,
反应产物的GPC图如12a所示,产物分子量M n为107000,分子量分布为1.046。反应产物的核磁氢谱如图12b所示。
反应产物经催化加氢、加氢聚合物清洗以及热交联反应得到弹性材料。
实施例16
对本申请实施例1~7制备得到的热交联反应后产品的基本结构和拉伸性能进行检测,其结果参见表1。(注:分子量和分子量分布是加氢前样品的数据,加氢后分子量有小幅增加)。
表1样品的分子结构参数和拉伸性能
实施例17:生物稳定性的体外加速测试
生物稳定性的一种加速体外测试是把样品置于沸腾的浓硝酸(65%)中,因为硝酸不仅是强酸还是强氧化剂【美国专利US 6102939】。为实验安全考虑,本实施例的测试温度为室温,样品和浓硝酸通过涂敷有特氟龙的转子和磁力搅拌器进行混合6小时(若非另由说明)。
对本申请实施例1~3制备得到的弹性材料和其他弹性材料如SIBS、SEBS、SEPS、聚烯烃弹性体、聚烯烃嵌段聚合物、聚氨酯(包括聚碳聚氨酯PCU和聚醚聚氨酯PEU)以及生物瓣膜材料一同采用上述方法进行生物稳定性的体外加速测试,其检测结果见表2。
表2生物稳定性体外加速测试结果
由表2的检测结果可知,聚醚聚氨酯约35分钟即被浓硝酸完全销蚀;聚碳聚氨酯虽然没有被销蚀但完全失去了弹性,表明分子结构尤其是软段发生严重结构改变;其他弹性体(包括SIBS、聚烯烃弹性体、聚烯烃嵌段聚合物、苯乙烯类热塑性弹性体SEBS和SEPS、本申请实施例6和实施例7)显然要稳定得多,虽然SEPS有发黄现象,但所有样品都没有发生形态的改变,而且基本保持了橡胶弹性(除了SEPS样品,橡胶弹性基本不变或下降仅10%),生物瓣膜材料(猪心包)在浓硝酸中会蜷缩、变色、在表面形成不少微小凹陷,同时强度大大降低。
基于该测试的生物稳定性,虽然聚碳聚氨酯明显优于聚醚聚氨酯,但这两个聚氨酯样品远远不及其他基于碳氢聚合物的弹性材料(包括SEBS、SEPS、基于聚乙烯的共聚物弹性体、基于聚乙烯的聚烯烃嵌段弹性体、基于聚异丁烯的SIBS、以及本申请的热交联后的弹性材料)。这表明根据本申请制备得到的弹性材料具有比生物瓣膜材料和聚氨酯材料更为优异的生物稳定性。
实施例18
一种加氢型苯乙烯类弹性体(样品号为HW009),其苯乙烯含量为42%,其分子结构如下:
然后将其置于厚度为0.1mm的模具内,于240℃模压30min即可制备得到该高分子瓣膜。
实施例19
一种加氢型苯乙烯类弹性体(样品号为HW010),其苯乙烯含量为58%,其分子结构如下:
然后将其置于厚度为0.1mm的模具内,于240℃模压30min即可制备得到该高分子瓣膜。
实施例20血液相容性检测
HW010:
HW014:商业产品陶氏聚烯烃弹性体Engage 8137(乙烯和1-辛烯的共聚物)
HZ009:
以生物瓣膜材料为对照,对三种高分子材料(HW010,HW014和HZ009)进行血液相容性各项检测。HW010是一种加氢苯乙烯类热塑性弹性体HSBC; HW014是一种聚烯烃弹性体;HZ009是一种可交联SIBS(XSIBS)材料。实施例1-8都是使用可交联HSBC(XHSBC)材料,化学组成类似于HW010,因此HW010的测试结果可以推及实施例1-8中的高分子材料。
由于这些血液相容性测测结果取决于表面材料的性质,这些的高分子测试结果可以推及本申请实施例中复合材料的测试结果。
图14为血小板黏附实验结果,图15为全血黏附实验结果,图16为凝血四项测试结果。这些测试结果表明,这些高分子材料与生物瓣膜材料的血液相容性无明显差异。由此推断本申请实施例中用于制作人工心脏瓣膜的可热交联高分子弹性材料的血液相容性与生物瓣膜也无明显差异,用作心脏瓣膜和生物瓣膜一样不会引起凝血问题。
实施例21抗钙化性能检测
以生物瓣膜材料为对照,将三种高分子材料(HW010,HW014和HZ009)植入大鼠体内90天进行钙化实验。HW010是一种HSBC;HW014是一种聚烯烃弹性体;HZ009是一种可交联SIBS(XSIBS)材料。实施例1-8都是使用可交联HSBC(XHSBC)材料,化学组成类似于HW010,因此HW010的测试结果可以推及实施例1-8中的高分子材料。
图17钙化实验结果,表明这些高分子材料(HW010,HW014,HZ009)钙化情况明显低于生物瓣膜材料,由此可推断本申请实施例中用于制作人工心脏瓣膜的可热交联高分子弹性材料在生物体内钙化情况将大大优于生物瓣膜,因此用这些材料制作的人工心脏瓣膜可以克服生物瓣膜容易发生钙化的问题。
综上所述,根据本申请中记载的对于该可热交联形成弹性材料的聚合物的检测结果可知,该材料可以用于制备经开胸手术或者小切口微创置换手术等方式植入人体的人工心脏瓣膜。
由于这些钙化结果取决于表面材料的性质,这些的高分子测试结果可以推及本申请实施例中复合材料的测试结果。
实施例22缝合强度测试
以生物瓣膜材料为对照,将三种高分子材料(HW010,HW014和HZ009)通过热压方法制备成约0.15毫米厚度的薄膜,然后模拟实验测试其缝合强度。HW010是一种HSBC;HW014是一种聚烯烃弹性体;HZ009是一种可交联SIBS(XSIBS)材料。图18为缝合强度结果,表明高分子材料HW010和HW014的缝合强度接近生物瓣膜材料,而HZ009的缝合强度明显偏低。这表明,本申请的高分子材料具有必要的缝合强度,可以和生物瓣膜材料一样缝制成合格的人工心脏瓣膜产品。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (35)

  1. 一种通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,所述弹性材料为饱和嵌段共聚物,包括作为硬链段的聚合物A,以及作为软链段的聚合物B,化学式为:
    (A m) i(B n) j(A f) k或(A m-B n) pX(B n-A f) q
    其中,聚合物B两端的聚合物A组成彼此独立;
    聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
    聚合物B为共轭二烯聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
    且聚合物A和聚合物B中至少有一种聚合物含有热交联单体;
    X为偶联剂发生偶联反应后的残留基团;
    下标m和f分别代表聚合物A中的共聚单体单元的数量,下标n代表聚合物B中的共聚单体单元的数量,m、n、f均为大于等于1的整数,且彼此独立;
    下标i、k代表聚合物A嵌段的数量,下标j代表聚合物B嵌段的数量,i、k均为大于等于0的整数,j为大于等于1的整数,i、j、k彼此独立;
    下标p、q代表聚合物A和聚合物B聚合形成的嵌段的数量,p和q均为大于等于0的整数,且彼此独立;
    所述热交联单体的化学结构式为:
    其中,R 1、R 2和R 3分别为氢或者C 1~C 10的烷基,三者相互独立。
  2. 根据权利要求1所述通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A和聚合物B中至少有一种聚合物含有乙烯基芳香烃。
  3. 根据权利要求1所述通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
    聚合物B为共轭二烯聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
    且聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体的聚合形成的聚合物时,聚合物B为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物。
  4. 根据权利要求1所述通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物,且弹性材料中至少有一段聚合物A中含有热交联单体。
  5. 根据权利要求1所述通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
    聚合物B为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物。
  6. 根据权利要求1所述通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物,且弹性材料中至少有一段聚合物A中含有热交联单体;
    聚合物B为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物。
  7. 根据权利要求1所述通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃的聚合物、或乙烯基芳香烃和热交联单体的共聚物,且弹性材料中至少有一段聚合物A中含有热交联单体;
    聚合物B为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物。
  8. 根据权利要求1所述通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体的共聚物;
    聚合物B为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物。
  9. 根据权利要求1~8任一项所述通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,所述乙烯基芳香烃含有至少一个乙烯基和至少一个芳香基,且至少一个乙烯基和至少一个芳香基之间存在共轭效应。
  10. 根据权利要求1~8任一项所述通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,所述乙烯基芳香烃为苯乙烯、α-甲基苯乙烯、4-甲基苯乙烯、乙烯基萘、1,1-二苯乙烯和二乙烯基苯中的至少一种。
  11. 根据权利要求1~8任一项所述通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,所述共轭二烯为异戊二烯、1,3-丁二烯、1,3-戊二烯、4-甲基戊二烯和2-甲基戊二烯中的至少一种。
  12. 根据权利要求1~8任一项所述通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,所述乙烯基芳香烃为苯乙烯,所述共轭二烯为异戊二烯和1,3-丁二烯中的至少一种,所述热交联单体为4-乙烯基苯并环丁烯。
  13. 一种通过阴离子聚合合成的可热交联形成弹性材料的聚合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
    (1)在惰性气体氛围、-30~150℃聚合温度下,乙烯基芳香烃、共轭二烯以及热交联单体在阴离子聚合引发剂的作用下,于溶液中进行阴离子聚合;
    参与聚合的各单体单元的用量为:乙烯基芳香烃的重量百分比为0.01-80%,共轭二烯的重量百分比为20-99.99%,热交联单体的重量百分比为0.01-30%;
    所述热交联单体的化学结构式为:
    其中,R 1、R 2和R 3分别为氢或者C 1~C 10的烷基,三者相互独立;
    (2)聚合完成后进行催化加氢,得到所述可热交联形成弹性材料的聚合物。
  14. 一种用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,所述弹性材料包括作为硬链段的聚合物A,以及作为软链段的聚合物B,A与B聚合形成共聚物;其化学式为:(A m) i(B n) j(A f) k;以及(A m-B n) pX(B n-A f) q
    其中,聚合物B两端的聚合物A组成彼此独立;
    聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
    聚合物B为共轭二烯聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
    且聚合物A和聚合物B中至少有一种聚合物含有热交联单体;
    X为偶联剂发生偶联反应后的残留基团;
    下标m和f分别代表聚合物A中的共聚单体单元的数量,下标n代表聚合物B中的共聚单体单元的数量,m、n、f均为大于等于1的整数,且彼此独立;
    下标i、k代表聚合物A嵌段的数量,下标j代表聚合物B嵌段的数量,i、k均为大于等于0的整数,j为大于等于1的整数,i、j、k彼此独立;
    下标p、q代表聚合物A和聚合物B聚合形成的嵌段的数量,p和q均为大于等于0的整数,且彼此独立;
    该热交联单体的化学结构式为:
    其中,R 1、R 2和R 3分别为氢或者C 1~C 10的烷基,三者相互独立。
  15. 根据权利要求14所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A和聚合物B中至少有一种聚合物含有乙烯基芳香烃。
  16. 根据权利要求14所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种聚合形成的聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
    聚合物B为共轭二烯聚合物;或乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物;
    且聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体的聚合形成的聚合物时,聚合物B为乙烯基芳香烃和热交联单体中的至少一种与共轭二烯共聚形成的聚合物。
  17. 根据权利要求14所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体的共聚物;
    聚合物B为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体的共聚物。
  18. 根据权利要求14所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体的共聚物;
    聚合物B为乙烯基芳香烃和共轭二烯的共聚物。
  19. 根据权利要求14所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体的共聚物;
    聚合物B为共轭二烯和热交联单体的共聚物。
  20. 根据权利要求14所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的 聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体的共聚物;
    聚合物B为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体的共聚物。
  21. 根据权利要求14所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体的共聚物;
    聚合物B为乙烯基芳香烃和共轭二烯的共聚物。
  22. 根据权利要求14所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体的共聚物;
    聚合物B为共轭二烯和热交联单体的共聚物。
  23. 根据权利要求14所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃的聚合物;
    聚合物B为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体的共聚物。
  24. 根据权利要求14所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃的聚合物;
    聚合物B为共轭二烯和热交联单体的共聚物。
  25. 根据权利要求14~19任一项所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃和热交联单体的共聚物,聚合物A中乙烯基芳香烃的含量为95~100%,余量为热交联单体的含量。
  26. 根据权利要求20~23任一项所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物A为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体聚合而成,聚合物A中乙烯基芳香烃的含量为80~100%、共轭二烯的含量不大于20%,余量为热交联单体。
  27. 根据权利要求18或21所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物B为乙烯基芳香烃和共轭二烯聚合而成,聚合物B中乙烯基芳香烃的含量为0~60%,余量为共轭二烯。
  28. 根据权利要求19、22、24中任一项所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物B为共轭二烯和热交联单体聚合而成,聚合物B中共轭二烯的含量为90~100%,余量为热交联单体。
  29. 根据权利要求17、20、23中任一项所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,聚合物B为乙烯基芳香烃、共轭二烯和热交联单体聚合而成,聚合物B中乙烯基芳香烃的含量为0~60%,共轭二烯含量40~100%,余量为热交联单体。
  30. 根据权利要求14~24任一项所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的分子量为20000~1000000。
  31. 根据权利要求14~24任一项所述的用作人工心脏瓣膜的可热交联形成弹性材料的聚合物,其特征在于,所述可热交联形成弹性材料的聚合物的拉伸强度大于10MPa,断裂伸长率大于300%。
  32. 一种人工心脏瓣膜,其特征在于,所述人工心脏瓣膜由权利要求19~31任一项所述可热交联形成弹性材料的聚合物加热交联而成。
  33. 根据权利要求32所述的人工心脏瓣膜,其特征在于,所述人工心脏瓣膜的厚度为0.02~0.40mm。
  34. 一种弹性材料,其特征在于,采用如权利要求1~12任一项所述的聚合物加热交联而成。
  35. 一种介入器械,其特征在于,所述介入器械中应用有如权利要求34所述的弹性材料,所述介入器械为人工晶状体、人工瓣膜、青光眼引流管、泪小管栓塞、药用闭合器、人工椎盘、人工关节、人工韧带、人工半月板、血管移植物、心脏起搏器、或引线绝缘体。
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DE3035642A1 (de) * 1980-09-20 1982-05-06 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Thermoplastische formmassen
JPS62241956A (ja) * 1986-04-15 1987-10-22 Denki Kagaku Kogyo Kk 不飽和ポリエステル樹脂収縮防止剤
US5422410A (en) * 1992-10-27 1995-06-06 The Dow Chemical Company Method for increasing the molecular weight of thermoplastic polymers of monoalkenyl arenes
CN107501459A (zh) * 2017-08-25 2017-12-22 江苏明魁高分子材料技术有限公司 具有高碳含量和可控光学指数的可交联聚合物及其合成方法和应用
JP2020183526A (ja) * 2019-05-03 2020-11-12 クレイトン・ポリマーズ・リサーチ・ベー・フェー ブロックコポリマー及びその使用

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