專利名稱：一種新型抗菌抗凝血聚氨酯材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于抗凝血材料領(lǐng)域，特別涉及一種兼有抗菌和抗凝血功能的無機(jī)納米粒 子改性聚氨酯材料的制備方法。
背景技術(shù)：
與生物組織相接觸的醫(yī)用材料應(yīng)該具有良好的生物相容性，包括組織相容性、血 液相容性和力學(xué)相容性。組織相容性是指材料與生物體組織及體液接觸后不引起細(xì)胞突 變、畸變、癌變以及排異反應(yīng)。血液相容性是指材料和血液接觸后不引起血漿蛋白質(zhì)的變 性，不破壞血液的有效成分，不導(dǎo)致血液的凝固和血栓的形成。力學(xué)相容性是對于植入體內(nèi) 承受負(fù)荷，以及要求其彈性形變和植入部位的組織的彈性形變相協(xié)調(diào)的生物材料的力學(xué)性 能。其中，血液相容性(抗凝血性)是評價(jià)材料性能的重要指標(biāo)。聚氨酯材料具有很好的耐磨性、彈性和生物相容性，在醫(yī)用體內(nèi)植入材料，特別是 與血液直接接觸的體內(nèi)植入材料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。肝素是一種高度磺化的陰離子型聚多 糖，可催化和增強(qiáng)抗凝血酶III (AT-III)對凝血酶的結(jié)合而防止凝血，是一種眾所周知的抗 凝血物質(zhì)，但是肝素是水溶性物質(zhì)，簡單、直接涂覆在材料表面時(shí)，肝素會在使用環(huán)境下迅 速消失，無法穩(wěn)定存在于醫(yī)用材料表面。此外，作為醫(yī)用材料，需經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌處理，現(xiàn)有技術(shù)中，一般采用高溫、高壓或 紫外線、微波照射等方法消毒滅菌。但是這些措施對聚氨酯表面的肝素層有破壞作用。另 一種常用的方法是向材料中添加抗菌劑，但是單純添加抗菌劑在一定程度上犧牲了主體材 料的物理性能，使介入導(dǎo)管材料的長期使用性能受到影響，而且有些抗菌劑是人體禁用的。因此，需要研究一種具有良好抗凝血性能、抗菌性能、生物相容性和力學(xué)性能的抗 菌抗凝血聚氨酯材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種抗菌抗凝血聚氨酯材料的制備方法，制備一種具有 良好抗凝血性能、抗菌性能、生物相容性和力學(xué)性能的抗菌抗凝血聚氨酯材料。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種抗菌抗凝血聚氨酯材料的 制備方法，包括以下步驟
1)在無水無氧、惰性氣體保護(hù)下，混合聚醚多元醇、二異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑、催化劑、無機(jī) 納米顆粒，攪拌20 40分鐘得到膠液，將膠液轉(zhuǎn)移到模具中，然后在110°C 160°C下真空 熟化2 5小時(shí)，自然降溫冷卻后脫模得到復(fù)合聚醚聚氨酯彈性體； 其中，各組分的含量為 聚醚多元醇40 80% ；
二異氰酸酯20 45% ；
擴(kuò)鏈劑4 15 % ；
催化劑0. 01 1 % ；無機(jī)納米顆粒0. 1 10 % ；
上述百分?jǐn)?shù)為重量百分?jǐn)?shù)，各組分混合后的混合物的重量為100% ； 其中，所述聚醚多元醇選自聚氧化丙烯多元醇(PPG，數(shù)均分子量1000-8000 )，聚四 氫呋喃多元醇(PTMG，數(shù)均分子量1000-8000)；所述二異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯 (IPDI)和/或六亞甲基二異氰酸酯(HDI)；所述無機(jī)納米顆粒選自粒徑IO-IOOnm的氧化 鈦、粒徑IO-IOOnm氧化鋅或粒徑50-200nm氧化硅；所述擴(kuò)鏈劑為1，4- 丁二醇(BDO)；所述 催化劑為二月桂酸二丁基錫(DBTDL)和/或辛酸亞錫；優(yōu)選地，所述復(fù)合聚醚聚氨酯彈性體 的壁厚為3 6mm ；
2)在0 100°C溫度下將上述復(fù)合聚醚聚氨酯彈性體置于二異氰酸酯的環(huán)己烷溶液 中，加入催化劑，攪拌反應(yīng)1 5 h，反應(yīng)結(jié)束后，用無水乙醚沖洗，真空干燥后得到復(fù)合聚 醚聚氨酯-異氰酸酯(PU-NCO)；
其中，所述二異氰酸酯的環(huán)己烷溶液的濃度為重量百分比為0. 1_10%，所述二異氰酸酯 為異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)和/或六亞甲基二異氰酸酯(HDI)；所述催化劑為二月桂酸 二丁基錫(DBTDL)和/或辛酸亞錫，用量為整個(gè)反應(yīng)體系重量的0. 0Γ1 % ；
3)將肝素鈉溶于甲酰胺中，用稀鹽酸將其ρΗ值調(diào)為1 5，加入PU-NCO，(TlO(rC反應(yīng) 3 12h，用去離子水洗滌后，室溫下真空干燥，得到表面肝素接枝量為20 100 mg/m2肝 素化復(fù)合聚醚聚氨酯彈性體；其中，所述肝素鈉的甲酰胺溶液的質(zhì)量濃度為0. 1 5%。上述技術(shù)方案中，聚醚多元醇、二異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑、催化劑所涉及的化學(xué)試劑均 為商品；納米氧化硅采用正硅酸乙酯水解法制備，納米氧化鈦和納米氧化鋅為商品。上述技術(shù)方案中，無機(jī)納米顆粒的含量太高的話，會影響材料的安全性，因此，優(yōu) 選地，無機(jī)納米顆粒的含量為0. 1 1 %。上述技術(shù)方案中，所述無機(jī)納米顆粒選自氧化鈦、氧化鋅、氧化硅和氧化鈦或氧 化鋅的混合物、氧化硅和氧化鈦和氧化鋅的混合物。上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，步驟2)中反應(yīng)溫度為20 30°C ；步驟3)中反應(yīng)溫度 為 20 30°C。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)
1.無機(jī)納米粒子與脂肪族聚氨酯原料原位反應(yīng)，得到力學(xué)性能優(yōu)化，同時(shí)具有抗菌性 能的復(fù)合聚氨酯彈性體，再對彈性體表面進(jìn)行肝素化處理，得到兼有抗菌和抗凝血性能，并 且具有良好生物相容性的聚氨酯材料。2.本發(fā)明工藝路線簡單、原料消耗量少、反應(yīng)時(shí)間短、操作方便，尤其在制備復(fù)合 聚醚聚氨酯彈性體時(shí)采用了一鍋法一步合成。3.本發(fā)明不使用有機(jī)溶劑、無消泡劑、無其它添加劑，選擇脂肪族異氰酸酯原料， 采用一步聚合法，利用無機(jī)納米粒子摻雜原位反應(yīng)即可得到力學(xué)性能和熱性能優(yōu)化的脂肪 族聚氨酯彈性體材料。


圖1為復(fù)合聚醚聚氨酯/氧化鈦彈性體的斷面掃描電鏡照片；圖中黑色部分為聚 氨酯基體材料，白色部分為納米氧化鈦團(tuán)簇；
圖2為復(fù)合聚醚聚氨酯/氧化鈦彈性體的表面能譜；圖中未標(biāo)出小峰為表面所噴鉬。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述 實(shí)施例一
合成復(fù)合聚醚聚氨酯/納米氧化鈦彈性體將重量百分比為的聚醚220加入到裝 有攪拌器、溫度計(jì)和氮?dú)獗Ｗo(hù)的三頸瓶中，抽真空至-0. IMPa，溫度控制在100°C脫水至肉 眼無氣泡；降溫至60°C，加入重量百分比為1%的納米氧化鈦、33. 9%的異佛爾酮二異氰酸 酯IPDI、11%的1，4- 丁二醇(BDO)和0. 1%的催化劑二月桂酸二丁基錫(DBTDL)后快速攪 拌，迅速將膠液倒入已預(yù)熱的標(biāo)準(zhǔn)模具中，置于140°C環(huán)境下真空熟化4 h，然后自然降溫至 30°C以下，M小時(shí)后脫模即制成膠片。復(fù)合聚醚聚氨酯/納米氧化鈦彈性體表面肝素化將IOg聚氨酯/納米氧化鈦彈 性體膠片放入重量百分比為0. 5%的IPDI/環(huán)己烷溶液中，加入重量百分比為0. 2%的催化 劑DBTDL，25°C下磁力攪拌反應(yīng)4 h。反應(yīng)結(jié)束后，用無水乙醚沖洗，室溫下真空干燥，為表 面活化后產(chǎn)物PU-NCO。配制重量百分比為0.5%的肝素/甲酰胺溶液，用2mol/L稀鹽酸將其pH值調(diào)為 1. 2，加入PU-NCO，25°C下反應(yīng)6h，用去離子水洗滌后，真空干燥，得到肝素化復(fù)合聚醚聚氨 酯/納米氧化鈦彈性體。該材料測定的技術(shù)特性列于表1中。對肝素化復(fù)合聚醚聚氨酯/納米氧化鈦彈性體的斷面進(jìn)行電鏡掃描，得圖1，利用 表面能譜儀分析其斷面，得圖2。實(shí)施例二
合成復(fù)合聚醚聚氨酯/納米氧化鈦/納米氧化硅彈性體將重量百分比為的聚 醚220加入到裝有攪拌器、溫度計(jì)和氮?dú)獗Ｗo(hù)的三頸瓶中，抽真空至-0. IMPa，溫度控制在 100°C脫水至肉眼無氣泡；降溫至60°C，加入重量百分比為1%的納米氧化鈦/納米氧化硅 (1:1)混合物、33. 9%的異佛爾酮二異氰酸酯IPDI、11%的1，4- 丁二醇(BDO)和0. 1%的 催化劑二月桂酸二丁基錫(DBTDL)后快速攪拌，迅速將膠液倒入已預(yù)熱的標(biāo)準(zhǔn)模具中，置于 140°C環(huán)境下真空熟化4 h，然后自然降溫至60°C以下，脫模即制成膠片。復(fù)合聚醚聚氨酯/納米氧化鈦/納米氧化硅彈性體表面肝素化將IOg聚氨酯/ 納米氧化鈦/氧化硅彈性體膠片放入重量百分比為0. 5%的IPDI/環(huán)己烷溶液中，加入重量 百分比為0. 催化劑DBTDL，25°C下磁力攪拌反應(yīng)4 h。反應(yīng)結(jié)束后，用無水乙醚沖洗，室 溫下真空干燥，為表面活化后產(chǎn)物PU-NC0。配制重量百分比為0.5%的肝素/甲酰胺溶液，用2mol/L稀鹽酸將其pH值調(diào)為 1. 2，加入PU-NCO，25°C下反應(yīng)6h，用去離子水洗滌后，真空干燥，得到肝素化復(fù)合聚醚聚氨 酯/納米氧化鈦/納米氧化硅彈性體。該材料測定的技術(shù)特性列于表1中。對比實(shí)施例一
按照與實(shí)施例1相同的操作步驟進(jìn)行操作，只是不使用本發(fā)明所述的無機(jī)納米材料。 該材料測定的技術(shù)特性列于表1中。對比實(shí)施例二
合成復(fù)合聚醚聚氨酯/納米氧化硅彈性體將重量百分比為的聚醚220加入到裝 有攪拌器、溫度計(jì)和氮?dú)獗Ｗo(hù)的三頸瓶中，抽真空至-0. IMPa，溫度控制在100°C脫水至肉
5眼無氣泡；降溫至60°C，加入重量百分比為1%的納米氧化硅、33. 9%的異佛爾酮二異氰酸 酯IPDI、11%的1，4- 丁二醇(BDO)和0. 1%的催化劑二月桂酸二丁基錫(DBTDL)后快速攪 拌，迅速將膠液倒入已預(yù)熱的標(biāo)準(zhǔn)模具中，置于140°C環(huán)境下真空熟化4 h，然后自然降溫至 60°C以下，脫模即制成膠片。復(fù)合聚醚聚氨酯/納米氧化硅彈性體表面肝素化將IOg聚氨酯/納米氧化硅彈 性體膠片放入重量百分比為0.5%的IPDI/環(huán)己烷溶液中，加入重量百分比為0. 的催化 劑DBTDL，25°C下磁力攪拌反應(yīng)4 h。反應(yīng)結(jié)束后，用無水乙醚沖洗，室溫下真空干燥，為表 面活化后產(chǎn)物PU-NCO。配制重量百分比為0.5%的肝素/甲酰胺溶液，用2mol/L稀鹽酸將其pH值調(diào)為 1. 2，加入PU-NCO，25°C下反應(yīng)6h，用去離子水洗滌后，真空干燥，得到肝素化復(fù)合聚醚聚氨 酯/納米氧化硅彈性體。該材料測定的技術(shù)特性列于表1中?？梢妰H僅采用二氧化硅納米 粒子無法產(chǎn)生抗菌作用。測試上述實(shí)施例所得材料的方法為
材料力學(xué)性能根據(jù)GBT5^-1998在WDT-10微控電子萬能試驗(yàn)機(jī)上測定。材料斷面形 貌利用冷場掃描電鏡(Hitachi-S4800)觀察，材料表面噴鉬。材料斷面成分利用表面能 譜儀(EDAX)分析。材料抗菌性能根據(jù)抗菌塑料制品抗菌性能試驗(yàn)方法測定；表面肝素接 枝量根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的哦測定方法測定。 表 權(quán)利要求
1. 一種抗菌抗凝血聚氨酯材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 1)在無水無氧、惰性氣體保護(hù)下，混合聚醚多元醇、二異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑、催化劑、無機(jī) 納米顆粒，攪拌20 40分鐘得到膠液，將膠液轉(zhuǎn)移到模具中，然后在110°C 160°C下真空 熟化2 5小時(shí)，自然降溫冷卻后脫模得到復(fù)合聚醚聚氨酯彈性體； 其中，各組分的含量為聚醚多元醇40 80% ；二異氰酸酯20 45% ；擴(kuò)鏈劑4 15 % ；催化劑0. 01 1 %無機(jī)納米顆粒0. 1 10 %上述百分?jǐn)?shù)為重量百分?jǐn)?shù)，各組分混合后的混合物的重量為100% ；其中，所述聚醚多元醇選自聚氧化丙烯多元醇，聚四氫呋喃多元醇；所述二異氰酸酯 為異佛爾酮二異氰酸酯和/或六亞甲基二異氰酸酯；所述無機(jī)納米顆粒選自粒徑10 IOOnm的氧化鈦、粒徑10 IOOnm氧化鋅或粒徑50 200nm氧化硅；所述擴(kuò)鏈劑為1，4- 丁 二醇；所述催化劑為二月桂酸二丁基錫和/或辛酸亞錫；2)在(T100°C溫度下將上述復(fù)合聚醚聚氨酯彈性體置于二異氰酸酯的環(huán)己烷溶液中， 加入催化劑，攪拌反應(yīng)1 5 h，反應(yīng)結(jié)束后，用無水乙醚沖洗，真空干燥后得到復(fù)合聚醚聚 氨酯-異氰酸酯；其中，所述二異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯和/或六亞甲基二異氰酸酯；所述催化 劑為二月桂酸二丁基錫和/或辛酸亞錫；3)將肝素鈉溶于甲酰胺中得到肝素鈉的甲酰胺溶液，用稀鹽酸將其PH值調(diào)為1 5， 加入復(fù)合聚醚聚氨酯-異氰酸酯，(Γ ΟΟΓ反應(yīng)3 12h，用去離子水洗滌后，室溫下真空干 燥，得到表面肝素接枝量為20 100 mg/m2肝素化復(fù)合聚醚聚氨酯彈性體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，聚氧化丙烯多元醇的數(shù)均分子量 1000 8000，聚四氫呋喃多元醇的數(shù)均分子量1000 8000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述復(fù)合聚醚聚氨酯彈性體的壁厚 為3 6mm ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述二異氰酸酯的環(huán)己烷 溶液的濃度為重量百分比為0. 1 10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述催化劑用量為整個(gè)反 應(yīng)體系重量的0. 01 1 %。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述肝素鈉的甲酰胺溶液 的質(zhì)量濃度為0. 1 5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，無機(jī)納米顆粒的含量為0.1 1 %。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述無機(jī)納米顆粒選自氧化鈦、氧 化鋅、氧化硅和氧化鈦或氧化鋅的混合物、氧化硅和氧化鈦和氧化鋅的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兼具抗菌和抗凝血功能的復(fù)合聚醚聚氨酯材料及其制備方法。將氧化鈦、氧化硅等無機(jī)納米粒子與脂肪族異氰酸酯、聚醚多元醇、擴(kuò)鏈劑、催化劑共混，采用一鍋法一步合成具有抗菌性能的復(fù)合聚醚聚氨酯彈性體；彈性體表面用脂肪族異氰酸酯活化后接枝肝素，制備出具有抗凝血性能的復(fù)合聚醚聚氨酯材料，同時(shí)材料保持了較好的機(jī)械力學(xué)性能。本發(fā)明制備出的抗菌抗凝血聚氨酯材料可廣泛用于制造醫(yī)用體內(nèi)植入材料。
文檔編號C08G18/83GK102127204SQ201110031318
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者尹紅根, 李藝, 楊永剛, 王作山 申請人:蘇州大學(xué)