CN1032174A - 聚氨酯聚硅氧烷线型嵌段共聚物的制备及应用 - Google Patents

Abstract

聚氨酯聚硅氧烷线型嵌段共聚物的制备及应用， 属有机硅高分子合成技术领域，将端羟基聚硅氧烷片 段线型嵌入聚氨酯主链上，得到一种性能优良的共聚 物，广泛地用于生物医学工程，由此共聚物制造的各 种人工器官、弹性器具，具有良好的血容性、耐血性及 优良的机械性能，本发明路线合理、工艺成熟，可用于 批量生产。

Description

本发明属于异氰酸酯类高聚物与聚硅氧烷的高分子反应技术领域，涉及生物医学工程材料的合成。

聚氨酯是具有良好机械强度、耐挠曲性的弹性材料，尤其是聚醚型聚氨酯（SPEU）有优良的生理随性、化学稳定性和物理稳定性，在生物医学工程中有许多重要用途〔1〕。典型的如人工血管、心导管、三尖瓣、血泵搏动膜等，以及颌面修复、各种医用软管等均可取材于SPEU。目前国外的典型产品有巴沃默（Biomer）、皮列生（Pellethane）、剃可佛列克思（Tecoflex）等多种〔2〕，国内也有数种类似材料〔3〕〔4〕，但都是单纯的聚氨酯，耐热性能差、血液相容性不够好，一般难于承受常规医学消毒，大大地限制了其应用。

美国阿夫可·艾弗雷塔（Avco    Everett）公司在皮列生基础上，加入一种三乙酰氧基硅烷，使其聚氨酯链上的氢发生交链，其反应结构如下：

得到主要产物名为卡迪沃生-51（Cardiothane）。

该产品在血容性和耐热性上虽有提高，但仍有问题：首先，产物中会有残留乙酸，不利于生物体;其次，产物是交联型，虽提高了强度却对加工不利;再有，产物以浇铸法成型时用了二氧六环作溶剂，而二氧六环有较大的毒性。

上述材料价格昂贵而不易购到，限制了生物医学的迅速发展。

为了克服已有产品的缺点，弥补已有技术之不足，本发明设计了一套合理的路线，合成出一类新的弹性体材料，既有优良的机械强度，又具有良好的血液相容性、抗血凝性等医学应用性能，用本发明的方法已多次成功地制得聚氨酯聚硅氧烷线型嵌段共聚物，并在医学临床实验中获得了成功地应用〔7〕。

有机硅氧烷聚合物弹性体有优异的血液相容性和耐热性。我们从高分子设计的概念进行设计，将聚有机硅氧烷与聚醚聚氨酯共聚合成，得到一种既有优良的机械性能，又有良好的生物相容性、耐热性的新材料。

聚氨酯是在高分子主链上有氨基甲酸酯基团（

）的聚合物，代表性化合物（如巴沃默）其结构式如下：

在其主链上含有软段和硬段二种链段。软段是由聚醚二醇或聚酯二醇成分构成，而硬段则是由扩链剂二醇类和二异氰酸酯成分构成。本发明将聚有机硅氧烷作为硅段嵌入聚氨酯的主链中，得到的聚合物基本上是线型高分子，提高其加工性能。

本发明选用端基活性聚硅氧烷作硅段，其特点是，硅段是聚硅氧烷予聚体，不是小分子;具有二个活性功能基;硅段线型嵌入主链;溶剂不含有毒的二氧六环，以四氢呋喃为主。

为使产物性能良好，予聚体应很规整，并具有一定的分子子量及适宜的加入百分含量。本发明主要以端羟基聚硅氧烷作予聚体，可用八甲基环四硅氧烷（简称D₄）或六甲基环三硅氧烷（简称D₃）与水反应水解聚合制得，或者再加少量含苯基的环四硅氧烷（简称含苯基D₄）共同水解改进性能。端羟基硅氧烷予聚体的分子量在500-10，000之间，以1，000-6，000为佳。

聚氨酯钦段组成所用聚醚二醇可以是下列任一种：聚氧***二醇（PEG），聚氧丙醚二醇（PPG），聚氧乙丙醚二醇（PEPG），聚四氢呋喃二醇（PTMG），聚氧乙丁醚二醇（PTMEG），及其混合物。其中以PEG或PTMEG为主。聚醚二醇分子量在500-5，000之间，以1，000-3，000为佳。

聚氨酯硬段组成所用扩链剂和二异氰酸酯可选择如下：

Ⅰ.扩链剂以二醇类为主亦用二胺：1·4丁二醇（1·4BD）或1·3丁二醇（1·3BD），或1·2丙二醇（1·2PG），或1·4丁二二胺。

Ⅱ.二异氰酸酯可用二苯基甲烷二异氰酸酯（M·D·I）或甲苯二异氰酸酯（T·D·I）或二者的混合物（M·D·I+T·D·I）。用T·D·I制备的予聚体弹性较好，伸长好，机械性能略差;用M·D·I制备的予聚体机械强度好。

组成各原料成份含量配比如下：

（1）聚醚二醇与聚硅氧烷的百分含量（重量）：

聚醚二醇99-40%重量份

聚硅氧烷1-60%重量份，其中，以3-10%、

10-20%、20-30%为佳。

（2）聚醚二醇与扩链剂的摩尔比：

在1∶0.5-1∶9之间为宜，1∶2-1∶5为佳。

（3）T·D·I与M·D·I的百分含量（重量）：

T·D·I·    0-40%    重量份

M·D·I·    100-60%    重量份

（4）含羟与异氰酸的摩尔比为1∶1。

由以上所选用的原料，本发明的聚合反应有许多途径，下面是三个典型的合成反应式，可以不用催化剂，也可以加辛酸亚锡或其它有机物作催化剂。

l＝6-70    m＝6-140    n＝10-120    n＝5-120

在聚合反应之前所有原料都要经过予处理：T·D·I、M·D·I重蒸，B·D·等干燥后重蒸，聚醚二醇减压蒸馏除水，T·H·F干燥后重蒸。聚合反应在干燥的纯净氮气保护下进行，反应器皿洗净烘干，反应体系密闭密封。聚合的方法有三种：本体法、溶液法、本体予聚再经溶液扩链法。

1.本体法

在反应容器中加入聚醚二醇、聚硅氧烷、予热至100℃以上，搅拌下加入经过予热的异氰酸酯，最后加入扩链剂，迅速搅拌至聚合反应完成。

此反应在螺桿挤出机中完成更好。

2.溶液法

将异氰酸酯置于反应器内，加入聚硅氧烷聚醚二醇和四氢呋喃，加热至呋喃回流，温度在60-70℃，反应1-4小时以后加入计算量的扩链剂，继续反应30-60分钟。

反应物去溶剂即得产物。

3.本体予聚溶液扩链法

先计算聚硅氧烷、聚醚二醇的总摩尔数，以过量的异氰酸酯置于反应器中进行本体予聚，升温使异氰酸酯熔融，100-120℃，反应20-50分钟。分析异氰酸基含量后，计算应加扩链剂的量，在四氢呋喃溶液中进行扩链聚合，保持回流温度在60-70℃。

下面是本发明的具体实施例：

实施例1.本体法合成

在装有电动搅拌、温度计、氮气导管的容器中，加入分子量为2000的聚氧乙烯醚二醇100g，分子量为5000的α、ω二羟基聚甲基硅氧烷72g，预热至100℃-120℃，加入已经予热到80℃的二苯基甲烷二异氰酸酯。在100-120℃温度搅拌反应至均匀，加入1·4丁二醇，迅速反应。反应呈粘稠状。趁热倒出，冷却成弹性体聚合物。

此反应亦可在小型螺桿挤出机中完成。

聚合物以140-160℃温度110kg/cm²压力在模具中压片成型。

实施例2.溶液法合成

在装有电动搅拌，温度计、回流冷凝器（出口接干燥***），氮气导管的容器中，加入分子量为4000的α、ω二羟基聚甲基硅氧烷56.5g，M·D·I    8g，T·D·I    2g，四氢呋喃1500ml，加热至60-70℃，搅拌反应2小时，加入分子量为2000的聚四氢呋喃醚二醇95g，M·D·I    22g，T·D·I    5.5g。在60-70℃下继续反应30分钟。加入1·4丁二醇9g，继续反应1小时，反应完全后，改为蒸馏装置，蒸去部分溶剂，浇注入模具成型。

实施例3.本体予聚溶液扩链法合成

在装有电动搅拌、氮气导管的容器中加入分子量为2，000的聚四氢呋喃氧乙烯醚二醇（PTMEG）85g，分子量为5，000的α、ω二羟基聚甲基硅氧烷62g，予热至100-110℃，另取M·D·I·21g及T·D·I    9g混合予热至80℃，在搅拌下加入反应容器内，至反应均匀，停止加热。反应容器加装回流冷凝器，待反应物冷至60℃以下，加入四氢呋喃1000ml，升高温度至60-70℃，继续搅拌至反应物全溶解，加入1·3丁二醇12g，60-70℃反应1小时反应完毕后蒸去部分溶剂、浇注成型。

实施例4.临床应用实验

用本材料制作医用鼻腔通气止血囊，是一种双层园腔薄膜囊体，用浇铸法制作。在临床试验中用于鼻中隔偏曲矫正术7例，中鼻切除术3例，下鼻甲部分切除术5例，鼻息肉扎除术5例，鼻出血10例，共30例。男23女7，年龄14-57，持续放置时间最长7天，未见任何并发症，气囊质地柔软富弹性，生理惰性好，对组织无刺激性，性能稳定，耐高温，不易老化，可高温消毒，使用方便，效果可靠，可持续使用较长时间而无粘膜坏死等不良反应。

下面是本发明方法合成的聚氨酯聚硅氧烷线型嵌段共聚物样品Ⅰ、Ⅱ与国际上著名的生物医学材料的性能比较：

^＊为文献值

本发明方法所合成的产品性能优良，并具广泛用途，可用于制造耐热性能良好的软泡硬泡、涂料、粘合剂、弹性体材料（包括平板、管材、填板、O型圈等各种填圈，各种异型材）。医学上可用于塑造人工血管、人工关节、动脉内反博气囊，心脏导管、人工心脏瓣膜、辅助人工心脏、人工软骨，各种软组织及颌面修复材料，各种气囊、医用器械输液管、输血管，各种包被、密封、弹性材料。本发明合成路线合理，取材广泛，并有不同生产规模适用的合成方法，操作易学，成本较低。

参考文献

〔1〕《国外医学》生物医学工程分册

1985年    第8卷    第三期

〔2〕弹性体    Elastomerics    1983    115：3    11-15

CA    98∶221642m

〔3〕天津合成材料工业研究所    1986年11月

嵌段聚醚型聚氨酯联合Pu-80B和联合Pu-90B研制报告。

〔4〕成都科技大学生物实验室    1985年11月

医用热塑性聚醚型聚氨酯-脲弹性体的合成

〔5〕国外医学生物医学工程分册    1986年    第9卷

第1期    第23页

〔6〕高分子科学与技术进展会议集

SCi.&    Tech.of    Polym.Proc.Int.Conf.

1977（Pub    1979）770-808（英）CA

91∶27195h

〔7〕硅橡胶鼻腔通气止血囊    （摘）    武警山东总医院

山东大学

〔8〕《瞭望》    1987年8月3日    第31期

专题报道：生物医学工程-新科学、新产业

Claims (12)

1、聚氨酯聚硅氧烷线型嵌段共聚物的制备及应用，本发明的特征在于，使用双功能端基活性聚硅氧烷予聚体作为成份，其中，以端羟基聚硅氧烷予聚体为主，聚醚二醇或聚酯二醇、二异氰酸酯为基本原料，以二醇或二胺作扩链剂，进行共聚反应，其中端羟基聚硅氧烷作为硅片段被线型嵌入聚合物主链上，得到聚氨酯聚硅氧烷线型嵌段共聚物，是一种性能优越的生物医学工程材料，用于制造各种人工器官，各种弹性密封器具。

2、如权利要求1.所述的方法，其特征在于，共聚反应可以是下列任一种方法：

a.本体法  b.溶液法  c.本体予聚溶液扩链法

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，共聚反应的温度分别对应是：

a.本体法反应温度100-130℃

b.溶液法回流温度60-70℃

c.本体予聚溶液扩链先100-120℃反应，再60-70℃回流。

4、如权利要求1.所述的方法，其特征在于，端羟基聚硅氧烷的分子量在500-10，000之间，1，000-6，000为佳。

5、如权利要求1.所述的方法，其特征在于，端羟基硅氧烷与聚醚的重量百分比为1-60%，其中，3-10%、10-20%、20-30%为佳。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的扩链剂可以是下列任一种：

a.1·4丁二醇  b.1·3丁二醇  c.1·2丙二醇  d.1·4丁二胺

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的聚醚可以是下列任一种：

a.聚氧***  b.聚氧丙醚  c.聚氧乙丙醚

d.聚四氢呋喃  e.聚氧乙丁醚  f.上述的混和物

其中，以聚氧***或聚氧乙丁醚为佳。

8、如权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所用聚醚的分子量在500-5，000之间，以1，000-3，000为佳。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，二异氰酸酯可以是下列任一种：

a.M·D·I  b.T·D·I  c.M·D·I（60-100%重量）与T·D·I（0-40%重量）的混合物。

10、如权利要求1或6或7所述的方法，聚醚与扩链剂的摩尔比在1∶0.5-1∶9之间，1∶2-1∶5为佳。

11、如权利要求1所述的方法，其特征在于，共聚反应可以在下列任一催化剂作用下进行：

a.辛酸亚锡  b.其它有机催化剂

12、如权利要求1所述的共聚物制备及应用，其特征在于，该共聚物可用于制造下列产品：

a.人工血管  b.人工关节  c.人工心脏

d.各种气囊  e.各类输液管  f.其它各类弹性器具

g.其它各类医用器具