在医用聚氨酯表面制备具有强稳定性的润滑性涂层的方法

专利名称：在医用聚氨酯表面制备具有强稳定性的润滑性涂层的方法
技术领域：
本发明属于医用聚合物材料表面功能化的领域，具体涉及了一种制备医 用导管、导丝和支架等医用聚合物材料表面合成具有强稳定性的润滑性涂层
的制备方法。
背景技术：
聚氨酯(PU)自拜耳公司发明以来，在医用材料领域得到了广泛的应
用。医用聚氨酯具有其它生物医学材料所没有的独特性能，比如生物相容性、 化学特性以及加工特性等，已成为众多医疗应用的理想选择。特别是医疗器 械需要同时具有复杂的力学特性和良好的生物相容性时，聚氨酯是最常用和
最佳的选择，例如PU被用于介入装置的涂层、人工导管、介入气囊、心血
管元件、人工心脏及辅助装置等。医用聚氨酯相关产品在疾病诊断、治疗和 化验等领域发挥着越来越重要的作用。在临床使用的医用导管中，聚氨酯材
料具有高的附加值，例如经皮冠脉腔内成形术(PTCA)的导管耗材在一万元 以上。在中国，2005年与介入医疗器械与材料相关的市场销售额约为50亿， 在2015年，市场需求量可望达到300~400亿元。
高端的医用导管、导丝及相关医疗产品，通常具有良好的润滑性涂层， 同时涂层应具有髙的稳定性，不易脱落。表面润滑性具有如下的优点(1)
减少器官与导管之间界面的损伤，减轻病人的痛苦；(2)减少血小板聚集和
血纤维蛋白吸附，同时也可以减少细菌对材料表面的吸附；(3)医用导管表 面的润滑涂层可以使导管容易到达血管的末端区域，避免严重损伤；(4)能 使医生操作更加方便，减少手术时间(5)降低插管力量；(6)增强进入弯 曲血管的能力；(7)提供非常精密的推送力、扭矩控制；(8)供抗菌和血液 相容性、药物释放功能。所以具有高润滑性，低摩擦阻力的医用导管、导丝 等医疗器械是相关临床医生和病人的优选。
医用导管髙分子材料表面制备涂层是增强医用导管润滑性和降低摩擦 力的有效手段。通常，导管需要在体内接触人体体液或者血液，因此目前在 医用导管髙分子材料表面的涂层事一种基于强吸水性医用髙分子聚合物。国 外的高润滑性导管的表面能够在体液和血液中大量吸附水分子，起到润滑作用。高润滑性导管的表面的润滑性聚合物主要有聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、
聚丙烯酰胺基聚合物，聚丙烯酰胺等。目前，国内外的商品表面的润滑性涂
层，即水凝胶涂层的主要原料是公开的，其问题的关键是如何提髙嫁接的效
率和水凝胶涂层的牢固性。例如专利US5290585A1和US5179174A1采用紫
外嫁接法制备聚乙烯吡咯烷酮，聚氧化乙烯为亲水性聚合物的一种柔韧的、
润滑有机涂层，主要通过添加异氰酸盐、多羟基化合物提髙嫁接率和稳定性；
而专利US2002013549A1采用增加中间涂层，通过过渡层使得表面润滑涂层
更加牢固；专利EP1667747A1通过添加一种氧敏感可聚合聚合物前驱体的
方法，紫外嫁接得到稳定的润滑涂层。另外，国外公司也有采用聚硅氧烷形
成三维网状结构的聚合物层作为过渡层，硅油为润滑层，同样可以得到耐久
的润滑表面。在国内，部分研究的具有润滑性涂层的样品，主要存在的问题
是涂层容易脱落，无法广泛的应用和推广。因此，国内具有高润滑性的高端
医用导管及其相关商品基本上依靠进口。
本发明具有聚氨酯表面润滑性涂层存在的润滑性能低，不够牢固等缺
点，通过改善工艺和配方，在聚氨酯表面获得髙润滑性和高持久性的润滑性 涂层。

发明内容
本发明目的是提供一种在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定性的润 滑性涂层的方法，该新方法能够有效解决嫁接效率低和涂层不牢固等问题， 并且具有过程简单，易控，容易放大等特点。为了解决上述问题，本发明提 供的技术方案如下
一种在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定性的润滑性涂层的方法，包 括以下步骤
步骤一预处理医用聚氨酯材料以获得具有合适表面粗糙度和反应活性
位；
步骤二将步骤一中预处理后的聚氨酯高分子材料置入反应溶液或者溶 质的气相体系中进行嫁接反应；
步骤三将步骤二的反应产物洗涤、干燥即可。
优选的，所述的步骤一中对医用聚氨酯材料表面进行预处理是选用臭氧或离子溅射或Y辐射或紫外光照医用导管髙分子材料表面，活化医用导管髙 分子材料表面获得亲水性吸附活性位，典型的处理时间为1 180 min,处理 温度—10 80'C 。
优选的，经过所述的步骤一制备的样品合适表面粗糙度Rm (均方根 粗糙度)为0.5-2000nm。
优选的，所述步骤一中医用聚氨酯材料包括医用级的脂肪族聚氨酯和芳 香族聚氨酯。
优选的，所述步骤二中的反应溶液中溶质包括亲水性单体、强吸水性水 凝胶前驱体和反应添加剂。
优选的，所述步骤二中的反应溶液中，亲水性单体与强吸水性水凝胶前 驱体比例为l: 0.1 1: 500，或者不含亲水性单体，强吸水性水凝胶前驱体 浓度为0.01% 30%,在气相反应体系中，强吸水性水凝胶前驱体浓度为 0.05mg/L 5g/L。
优选的，所述步骤二中，亲水性单体可以先进行嫁接反应，后再经过权 利要求1中的反应步骤一，再在强吸水性水凝胶前驱体溶液中进行反应步骤
优选的，所述步骤二中，强吸水性水凝胶前驱体包括丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯吡咯垸酮、聚乙烯吡咯垸酮、聚氧化乙烯、甲基丙 烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、聚乙烯醇、马来酸酐的一种或几种的组合。亲 水性单体包括丙烯酸、丙烯酸酯代表的亲水性丙烯酸类单体、聚氧化乙烯、 聚乙二醇、甘油、乙二醇、壳聚糖的一种或几种的组合。
优选的，所述步骤二中的反应溶液中包括的溶剂可以是水、甲苯、乙酸 乙酯、乙醇、甲醇、丙酮、丁酮、环己垸，庚烷、氯仿、二氯甲烷、四氢呋 喃、N-N二甲基甲酰胺中的一种或几种的组合；添加剂选自蓖麻油、二苯甲 酮、过硫酸盐、过氧化苯甲酰、乙二醇、聚乙二醇已二酸脂、三乙二醇二丙 烯酸酯中的一种或几种的组合，反应溶液中也可以不含添加剂。
优选的，所述步骤二中反应时间控制在0.2 96 h，反应温度控制在一 10 100 'c。
优选的，所述步骤三中，洗涤步骤是通过先在60 80'C下使用蒸馏水 洗涤24h，然后在乙醇中超声清洗1 h，真空干燥。优选的，所述步骤三中的制备得到的润滑性涂层，在润湿的条件下典型 的动态摩擦系数为0.01 0.1。
本发明提供的技术方案首先注重聚氨酯材料表面的预处理。合适的表 面粗糙度能够一方面通过增加反应面积提高强吸水性聚合物前驱体的嫁接 量，从而增强表面润滑性，另外一方面能够通过合适的表面形貌提髙润滑性 涂层的稳定性。同时，粗糙的表面能够在嫁接亲水性单体或者强吸水性聚合 物前驱体后，得到改善，并不影响产品最终的表面平整度。亲水性单体或者 强吸水性聚合物前驱体的同时采用，能够起到优势互补的作用，进一步增强 润滑性涂层的表面附着力，使其更加稳定。反应过程主要材料气-固，或者 液-固的非均相反应体系，质量传递和热量传递是控制反应嫁接效率的关键。
浓度和温度成为控制的主要参数，在工程上反应条件可控性强，容易实现工 业化生产。
本发明提供的方法制备的水凝胶涂层具有髙的润滑性，并且具有优异的 稳定性。水凝胶涂层，能够大量的吸附水分子，提高血液相容性和组织相容
性；髙的润滑性减少对血管及其它组织的损伤经过表面涂层加工后，材料 基本保持医用聚氨酯材料本身优异的力学性能。重要的一点是，制备的涂层 稳定性好，样品能够在干燥或者润湿的条件下长久保持较低的摩擦系数和较 髙的润滑性。该方法具有广泛的适用性，可广泛使用在医用髙分子材料和医 疗器械表面的涂层材料的制备。此制备方法简单易行，对设备要求不高，条 件易控，容易实现工业化生产。
具体实施例方式
为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下本发明人列举出具体的实 施例来表明技术效果需要强调的是，这些实施例是用于说明本发明而不限 于限制本发明的范围。
本发明的技术方案具体来说可以采用如下步骤
(1) 医用聚氨酯材料(可以各种形态，例如薄膜，导管，导丝等)表 面清洗分别用蒸馏水，乙醇清洗，真空干燥后待用；
(2) 医用聚氨酯材料，通过臭氧或者离子溅射，或者紫外光照，进行 预处理。处理时间为1~180 min，处理温度-10 80'C。表面预处理的强度，以获得合适表面粗糙度(Rm=0.5 2000nm)和丰富的表面活性位为参考。 (3)反应过程可以分为三种情况。
情况一采用亲水性单体与强吸水性水凝胶前驱体、添加剂配置溶液， 聚氨酯材料加入反应，氮气气氛，反应过程保持磁力搅拌。其中亲水性单体 与强吸水性水凝胶前驱体比例为1: 0.1 1: 500,或者不含亲水性单体。
情况二亲水性单体可以先和添加剂配置溶液，聚氨酯材料加入反应， 氮气气氛，反应过程保持磁力搅拌。进行嫁接反应后，重复过程(2)，再在 强吸水性水凝胶前驱体溶液中进行反应，其它条件如情况一。
情况三反应过程同时或者先后在亲水性单体和强吸水性水凝胶前驱体 的气相环境下进行，又或者仅在强吸水性水凝胶前驱体的气相环境下进行反 应。
其中强吸水性水凝胶前驱体浓度为0.01% 30%;在气相反应体系中， 强吸水性水凝胶前驱体浓度为0.05mg/L 5g/L。亲水性单体与强吸水性水凝 胶前驱体比例为1: 0.1 1: 500，三类情况反应时间控制在0.2 96 h,反 应温度控制在-10 100 'C。
其中强吸水性水凝胶前驱体是丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯 吡咯烷酮、聚乙烯吡咯垸酮、聚氧化乙烯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙 酯、聚乙烯醇、马来酸酐中的一种或几种的组合。
亲水性单体是丙烯酸、丙烯酸酯为代表的亲水性丙烯酸类单体、聚氧化 乙烯、聚乙二醇、甘油、乙二醇、壳聚糖中的一种或几种的组合。
其中溶剂选自水、甲苯、乙酸乙酯、乙醇、甲醇、丙酮、丁酮、环己烷、 庚烷、氯仿、二氯甲垸、四氢呋喃、N-N二甲基甲酰胺中的一种或几种的组 合；所述的添加剂选自蓖麻油、二苯甲酮、过硫酸盐、过氧化苯甲酰、乙二 醇、聚乙二醇已二酸脂、三乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种的组合。或者 不含添加剂。
(4)反应后的医用聚氨酯材料，在蒸馏水中洗涤24h，在乙醇中超声清 洗lh，真空干燥至恒重后保存使用。
最后清洗过程中，在蒸馏水中洗涤温度为60 80'C，至少更换蒸镏水 10次以上。实施例1丙烯酸为亲水性聚合物单体，N，N-二甲基丙烯酰胺为强吸水 性水凝胶前驱体的表面涂层制备
取10g洁净的聚氨酯导管，在20mg/L的臭氧中活化30min。在200ml 的三口烧瓶中分别加入3g分析纯的丙烯酸，97g蒸馏水和0.5g蓖麻油。在 50'C油浴下，氮气保护条件，磁力搅拌300分钟。取刚反应的聚氨酯导管， 在70'C的纯净水中清洗18h，至少更换蒸馏水10次，然后再乙醇中超声清 洗30min， 60'C真空干燥至恒重。样品然后在30mg/L的臭氧中活化40min 。 然后加入含3g分析纯的N，N-二甲基丙烯酰胺，97g蒸馏水和0.5g蓖麻油 三口烧瓶中反应。条件为在50'C油浴下，氮气保护条件，磁力搅拌12h。反 应后导管在纯净水中洗涤24h,温度为80'C，至少更换蒸馏水15次，然后 再乙醇中超声清洗lh， 60C真空干燥至恒重后保存使用.
制备得到的导管润湿情况下，动摩擦系数从0.45下降到0.06,表面润 滑性有明显提髙。重复抽拉40次，摩擦系数无变化。
实施例2 甲基丙烯酸为亲水性聚合物单体，N，N-二甲基丙烯酰胺为强 吸水性水凝胶前驱体的表面涂层制备
取洁净的10g聚氨酯导管，在20mg/L的臭氧中活化50min。在200ml 的三口烧瓶中分别加入0.5g分析纯的甲基丙烯酸，3g分析纯的N,N-二甲基 丙烯酰胺，95g乙酸乙酯和0.5g蓖麻油。反应条件为在50'C油浴下，氮气 保护条件，磁力搅拌12h。反应后导管在纯净水中洗涤24h，温度为80'C， 至少更换蒸馏水15次，然后再乙醇中超声清洗lh， 60'C真空干燥至恒重后 保存使用.
制备得到的导管润湿情况下，动摩擦系数从0.48下降到0.52，表面润 滑性有明显提高。重复抽拉40次，摩擦系数无变化。
实施例3丙烯酸为亲水性聚合物单体，乙烯吡咯烷酮为强吸水性水凝 胶前驱体的表面涂层制备
取洁净的10g聚氨酯导管，在功率为50W的，氧气流量为50mL/min 进行等离子活化15min。在200ml的三口烧瓶中分别加入3g分析纯的丙烯 酸，97g蒸馏水和0.5g乙二醇。在50'C油浴下，氮气保护条件，磁力搅拌 2h分钟。取刚反应的聚氨酯薄膜，在70'C的纯净水中清洗18h,至少更换 蒸馏水10次，然后再乙醇中超声清洗30min, 60'C真空干燥至恒重。样品然后在30mg/L的臭氧中活化40min。样品然后加入浓度为10mg/L乙烯吡 咯烷酮单体气体流动的容器中反应2h。反应后导管在纯净水中洗涤24h,温 度为80'C，至少更换蒸馏水15次，然后再乙醇中超声清洗30min, 60'C真 空干燥至恒重后保存使用.
制备得到的导管润湿情况下，动摩擦系数从0.45下降到0.042，表面润 滑性有明显提髙。重复抽拉40次，摩擦系数无变化。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技 术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护 范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1.一种在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定性的润滑性涂层的方法，包括以下步骤步骤一预处理医用聚氨酯材料，以获得具有合适表面粗糙度和丰富的反应活性位；步骤二将步骤一中预处理后的聚氨酯材料置入反应溶液或溶质的气相体系中进行嫁接反应；步骤三将步骤二的反应产物洗涤、干燥即可。
2、 根据权利要求1所述的在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定性的 润滑性涂层的方法，其特征在于所述步骤一中对医用聚氨酯材料表面进行 预处理是选用臭氧或离子溅射或Y辐射或紫外光照，以活化医用聚氨酯材料 表面获得合适表面粗糙度和丰富的反应活性位，处理时间为1 180 min、处 理温度为—10 80'C 。
3、 根据权利要求1所述的在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定性的 润滑性涂层的方法，其特征在于所述合适表面粗糙度Rm (均方根粗糙度) 为0.5 —2000nm。
4、 根据权利要求1所述的在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定性的 润滑性涂层的方法，其特征在于经步骤三制备得到的润滑性涂层，在润湿 的条件下动态摩擦系数为O.Ol — O.l。
5、 根据权利要求1所述的在医用聚氨酯材料表面具有制备强稳定性的 润滑性涂层的方法，其特征在于所述步骤二中的反应溶液中溶质包括亲水 性单体、强吸水性水凝胶前驱体和反应添加剂等。
6、 根据权利要求1所述的在医用聚氨酯材料表面具有制备强稳定性的 润滑性涂层的方法，其特征在于所述步骤二中的反应溶液中溶质包括强吸 水性水凝胶前驱体和反应添加剂等。
7、 根据权利要求5所述的在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定性的 润滑性涂层的方法，其特征在于所述亲水性单体与强吸水性水凝胶前驱体 比例为1: 0.1 1: 500。
8、 根据权利要求6所述的在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定性的 润滑性涂层的方法，其特征在于所述强吸水性水凝胶前驱体液相浓度为 0.01% 30%，在气相反应中，其浓度为0.05mg/L~5g/L
9、 根据权利要求5所述的在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定性的 润滑性涂层的方法，其特征在于所述亲水性单体可以先进行嫁接反应，后 再经过反应步骤一，再在强吸水性水凝胶前驱体溶液中进行反应步骤二。
10、 根据权利要求5或6所述的在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定 性的润滑性涂层的方法，其特征在于所述强吸水性水凝胶前驱体是丙烯酰 胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯吡咯垸酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、 甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、聚乙烯醇、马来酸酐的一种或几种的组 合。
11、 根据权利要求5或6所述的在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定 性的润滑性涂层的方法，其特征在于所述步骤二中的反应溶液中的亲水性 单体是丙烯酸、丙烯酸酯为代表的亲水性丙烯酸类单体，聚氧化乙烯、聚乙 二醇、甘油、乙二醇和壳聚糖的一种或几种的组合。
12、 根据权利要求5或6所述的在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定 性的润滑性涂层的方法，其特征在于所述步骤二中的反应溶液中的溶剂选 自水、甲苯、乙酸乙酯、乙醇、甲醇、丙酮、丁酮、环己垸，庚烷、氯仿、 二氯甲烷、四氢呋喃、N-N二甲基甲酰胺中的一种或几种的组合。
13、 根据权利要求5或6所述的在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定 性的润滑性涂层的方法，其特征在于所述步骤二中的添加剂选自蓖麻油、 二苯甲酮、过硫酸盐、过氧化苯甲酰、乙二醇、聚乙二醇已二酸脂、三乙二 醇二丙烯酸酯中的一种或几种的组合，反应溶液中也可以不含添加剂。
14、 根据权利要求5或6所述的在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定 性的润滑性涂层的方法，其特征在于所述步骤二中反应时间控制在0.2 96 h,反应温度控制在-10 100 'C。
15、 根据权利要求5或6所述的在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定 性的润滑性涂层的方法，其特征在于洗涤步骤是通过先在60 80'C下使用蒸 馏水洗涤24h,然后在乙醇中超声清洗1 h，真空干燥获得样品。
16、 根据权利要求1所述的在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定性的 润滑性涂层的方法，其特征在于所述的医用聚氨酯材料包括医用级的脂肪 族聚氨酯和芳香族聚氨酯。
全文摘要
本发明公开了一种在医用聚氨酯材料表面制备具有强稳定性的润滑性涂层的方法，包括以下步骤步骤一预处理医用聚氨酯材料以获得具有合适表面粗糙度和反应活性位；步骤二将步骤一中预处理后的聚氨酯高分子材料置入反应溶液或者溶质的气相体系中进行嫁接反应；步骤三将步骤二的反应产物洗涤、干燥即可，该方法可广泛使用在医用高分子材料和医疗器械表面的高润滑性涂层材料的制备。
文档编号A61L29/00GK101612421SQ20091011568
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者周雪锋, 张天柱, 江筱莉, 宁 顾 申请人:东南大学