专利名称：亲水性聚氨酯压敏胶及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种无规嵌段的聚氨酯共聚物压敏胶及其制备方法。这种压敏胶具有良好的吸水透气性，贴附舒适，适于作为医用、药用压敏胶使用。
背景技术：
直到20世纪50年代，皮肤用压敏胶还主要是橡胶类的压敏胶。这种压敏胶以天然或合成橡胶为主要原料并添加低分子量的增稠剂、增塑剂及稳定剂等。以这些原料制备的压敏胶是疏水性的，不能有效吸收水分，因此会导致粘贴部位积水，引起皮肤泛白。此外，所添加的低分子量的组分会渗入皮肤引起过敏等不良反应。
聚丙烯酸酯类压敏胶的出现是对传统的压敏胶的一大改进，其克服了橡胶类压敏胶的一些缺点。由于这类粘合剂具有自粘性，因此在制备过程中不必添加会引起过敏反应的修饰剂、增粘剂等低分子量的物质。但是这类压敏胶中通常含有未反应的丙烯酸单体，这也会引起皮肤的刺激过敏反应。虽然这类压敏胶与传统的橡胶类压敏胶相比，吸水透气性有了改善，但是还是不能显著地吸收湿气及水分，因此当长时间贴在皮肤或患处，皮肤仍会被泡软受到伤害，而且，仍存在反复粘贴性差、遇水失去粘性等问题。
此后，有专利(U.S.Pat.No.4,914,173)报道了一种改性的聚丙烯酸酯压敏胶，这种压敏胶是由一种异氰酸酯预聚物与带有羟基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯反应，然后通过辐射交联得到。其中异氰酸酯预聚物由多官能度的异氰酸酯与聚酯多元醇反应制备。这种压敏胶可以吸收95％(w)的水分，可以在潮湿的环境下使用。但是，通过这种方法得到的压敏胶初粘性不好，这限制了其使用范围。
60至70年代又有一系列的共混型的压敏胶出现，可用来包扎伤口。专利(U.S.Pat.No.3,339,546)报道的压敏胶是由一种或多种水溶性或遇水溶胀的胶体与一种高粘度的聚合物(如聚异丁烯)混合而成。另一种压敏胶(U.S.Pat.No.4,551,490)也是通过共混制备的，混合物组分包括聚异丁烯或其与丁基橡胶的混合物、苯乙烯嵌段共聚物、矿物油、水溶性胶体及增粘剂。这两类压敏胶可提供与皮肤粘接的理想的粘合力，并且可以吸收表皮损失的水分或其它体液包括伤口分泌物。虽然这类压敏胶可以贴附数天而不损伤皮肤，但是它们也有自身的缺点，如不透明、快粘性差及吸收过量水分时易分解等。
聚氨酯是二元醇或多元醇与二异氰酸酯或多异氰酸酯的反应产物。尽管其在化学工业上应用广泛，但其作为压敏胶使用并不多见。这是由于压敏胶要求有合适的粘性及弹性，传统的聚氨酯材料达不到这一要求。弹性好的聚氨酯材料不能很好地粘附在皮肤表面，很容易被剥离掉，而粘性好的材料通常是在制备过程中加入过量的多元醇，这样会使胶残留在皮肤上，较低的内聚力限制了其使用范围。
Allen(U.S.Pat.No.4,497,914)提出了一种制备聚氨酯压敏胶的方法。是由多异氰酸酯与二官能度或多官能度的羟基化合物(如由环氧丙烷或环氧乙烷制备的多元醇)反应得到的，其中还加入亲水性的添加剂如纤维素或天然树胶。由于分散在其中的亲水性添加剂可自身胶囊化，因此可吸收体液并不影响聚氨酯的粘性。
Muller等人的专利(U.S.Pat.No.3,930,102)报道了一种聚氨酯压敏胶，可用来生产标签和胶带。这种压敏胶具有自粘性，是由三官能度醇与脂肪族的二异氰酸酯反应得到，其中NCO/OH控制在0.71～0.85。但是这种压敏胶没有足够的亲水性，不能吸收体液，不适合作为医用压敏胶。
近期有专利报道了一种具有高的吸水能力及水汽透过率的聚氨酯基压敏胶。这类压敏胶中含有过量的羟基，玻璃化转变温度在0℃左右，吸水率达到70％(w)，在温度为37℃，相对湿度90％的环境下其水汽透过率为300g/m2/24h。此外还有人在上述聚氨酯聚合物中加入一种水溶性的不含与异氰酸酯反应的聚合物来制备压敏胶，与上述压敏胶相比在性能上有了一定的提高。这类压敏胶具有好的吸水性并且剥离强度较为合适，经过加工可形成薄而透明的膜。
专利EP1257590报道的一种聚氨酯类压敏胶是由两种二元醇的混合物与异氰酸酯，在乳化剂、催化剂及扩链剂存在的条件下经乳液聚合来制备的。由于反应原料中有一定量的聚乙二醇，因此具有一定的亲水性，吸水透气性能比较好。但这种压敏胶的交联程度太低，不能保证皮肤用压敏胶所需的强度。而且其中的乳化剂不易除去，对使用性能有一定的影响。
本发明的目的就是提供一种适于皮肤用的压敏胶，具有良好的吸水性及高的湿气透过率，与皮肤有较好的相容性、快粘性、适于使用的强度及反复揭贴性等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种皮肤用聚氨酯压敏胶及其制备方法。该压敏胶具有较好的吸水性、较高的湿气透过率，且不刺激皮肤，不引起过敏反应。该压敏胶的合成方法工艺简单，易于操作，制备出的产品具有良好的性能且易于涂布。
本发明是通过下述技术方案加以实现的，即所述的一类亲水性的聚氨酯压敏胶，是由二异氰酸酯无规键接至少三种大分子多元醇和低分子二胺或其多聚体形成的聚氨酯，其特征在于组成聚氨酯的多元醇中，一种是聚乙二醇或含有聚乙二醇嵌段的聚合物，其聚乙二醇段的相对分子质量为400～5000；一种是疏水性大分子二元醇，相对分子质量为500～5000；一种是含至少三个羟基的大分子多元醇，相对分子质量为500～5000。
上述亲水性聚氨酯压敏胶，其特征在于聚乙二醇或含有聚乙二醇嵌段的聚合物中的聚乙二醇段的相对分子质量为800～3000，占多元醇总质量的10％～50％；疏水性的大分子二元醇选自聚四氢呋喃二醇、聚丁烯类二醇、聚己内酯二醇，其分子量为800～5000，占大分子多元醇总质量的20～70％；含至少三个羟基的大分子多元醇为聚氧化丙烯三醇或四醇，分子量为500～4000，占多元醇总质量的1％～25％。
这类亲水性聚氨酯压敏胶，它可作为皮肤用压敏胶使用，可与药物组分混合制备药物经皮吸收贴剂，或与水溶性聚合物、表面活性剂、水凝胶、纳米粒子或胶束中的之一或多个组分物理组合，调节压敏胶亲水性、粘性、与药物的相容性及药物经皮释放性能，用于制备不同药物的经皮吸收制剂。
所述的亲水性聚氨酯压敏胶的制备方法，其特征是把大分子多元醇混合物加入反应器，在100～120℃下熔融减压除水1～2小时，在70℃以下、常压下，按异氰酸酯基与大分子多元醇的羟基摩尔比为1.5～2.0的量加入二异氰酸酯，并加入丁酮，在80℃～95℃下反应4～6小时，得端-NCO基团的聚氨酯预聚体，而后向体系中加入低分子二胺或其多聚体与丁酮的混合溶液，使预聚体的异氰酸酯基与扩链剂的-NH2基团的摩尔比为1～1.1，继续反应2～3小时，然后减压除丁酮，出料，得到粗产品，将产物移至真空干燥箱中，在90℃～100℃下真空干燥24小时，得到透明的固态聚氨酯压敏胶。
上述的亲水性聚氨酯压敏胶的制备方法中所用的二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、1，6-己二异氰酸酯、二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯及上述二异氰酸酯的衍生物，优选脂环族和脂肪族二异氰酸酯，特别选用异佛尔酮二异氰酸酯、1，6-己二异氰酸酯。
上述的亲水性聚氨酯压敏胶的制备方法中采用低分子二胺或其多聚体为扩链剂，优选乙二胺、丁二胺、己二胺、二乙撑三胺、三乙撑四胺、四乙撑五胺。
在该聚氨酯压敏胶制备中采用胺类扩链剂，这样可提高压敏胶的强度及扩链反应进行的速度，并可使体系中的异氰酸酯基得到较充分的反应，避免游离单体的残留。适于制备该聚氨酯压敏胶的胺类扩链剂为小分子二胺如乙二胺、丁二胺、己二胺等及这些二胺的多聚体，如二乙撑三胺、三乙撑四胺、四乙撑五胺等。
在该压敏胶的制备过程中采用乙酸乙酯、丁酮作为溶剂以降低聚合体系的粘度，避免因反应剧烈而发生凝胶现象。
所制备的聚氨酯压敏胶具有亲水性，可吸水但不溶于水，可溶于乙醇、四氢呋喃、丁酮等有机溶剂。这种亲水性聚氨酯可以与水溶性的聚合物、表面活性剂、水凝胶及纳米粒子或胶束共混使用，获得具有合适粘性和药物释放性质的压敏胶，适应不同药物透皮吸收制剂的需要。
通过上述制备方法制得的压敏胶可在90℃～100℃下熔融进行涂布，也可配成其有机溶剂如丁酮、乙醇等的溶液进行涂布，因此适用于中药、疏水性和水溶性药物的透皮吸收制剂应用，也适用于热敏性药物。所使用的背衬材料可以是棉布、弹力布、无纺布及聚氯乙烯或聚酯膜等材料。涂层透明，表面平整清洁，贴附舒适。以下实例中进行透气性能、剥离强度及滚球测试的压敏胶样品所采用的背衬材料为棉布，用于吸水性能测试的样品所使用的背衬材料为聚酯膜。
具体实施例方式
下面以实施例对本发明进一步加以说明。
实例1在一四口烧瓶中加入相对分子质量为2000的聚四氢呋喃二醇64g，相对分子质量为1000的聚氧化丙烯三醇4g，相对分子质量为800的聚乙二醇16g，密封后在120℃，通氮气除水1.5小时。在65℃，常压下，加入异佛尔酮二异氰酸酯25.7g，丁酮20g，在85℃下反应4小时。然后加入含有3.48g乙二胺的丁酮溶液40g。反应2小时。在70℃下减压除去溶剂丁酮，出料。将粗产物移至真空干燥箱中，在100℃，真空度0.1MPa下干燥24小时，得到聚氨酯压敏胶PSA1。
实例2在一四口瓶中加入相对分子质量为1000的聚氧化丙烯二醇32g，相对分子质量为3000的聚氧化丙烯四醇5g，相对分子质量为1000的聚乙二醇20g，密封后在120℃，通氮气除水1.5小时。在65℃，常压下，加入异佛尔酮二异氰酸酯20.78g，丁酮20g，在85℃下反应4小时。然后加入含有2.31g乙二胺的丁酮溶液25g，反应2小时。在70℃下减压除去溶剂丁酮，出料。将含有一定量溶剂的粗产物移至真空干燥箱中，在100℃，真空度0.1MPa下干燥24小时，得到聚氨酯压敏胶PSA2。
实例3在一四口瓶中加入相对分子质量为2000的聚丁二烯二醇64g，相对分子质量为2000的聚氧化丙烯三醇4g，相对分子质量为800的聚乙二醇16g，密封后在120℃，通氮气除水1.5小时。在65℃，常压下，加入异佛尔酮二异氰酸酯18.34g，丁酮20g，在85℃下反应4小时。然后加入二乙撑三胺/丁酮混合溶液(二乙撑三胺2.11g，丁酮25g)，继续反应2小时。在70℃下减压除去溶剂丁酮，出料。将粗产物移至真空干燥箱中，在100℃，真空度0.1MPa下干燥24小时，得到聚氨酯压敏胶PSA3。
实例4在一四口瓶中加入相对分子质量为2000的聚氧化丙烯二醇40g，相对分子质量为1000的聚氧化丙烯三醇3g，相对分子质量为1000的聚乙二醇30g，密封后在120℃，通氮气除水2小时。在65℃，常压下，加入1，6-己二异氰酸酯13.8g，丁酮20g，在85℃下反应4小时。加入乙二胺/丁酮混合溶液(乙二胺2.62g，丁酮30g)，反应2小时。在70℃下减压除去溶剂丁酮，出料。将粗产物移至真空干燥箱中，在100℃，真空度0.1MPa下干燥24小时，得到聚氨酯压敏胶PSA4。
实例5在一四口瓶中加入相对分子质量为2000的四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇80g，相对分子质量为2000的聚氧化丙烯三醇8g，相对分子质量为800的聚乙二醇24g，密封后在120℃，通氮气除水2小时。在65℃，常压下，加入异佛尔酮二异氰酸酯33.8g，丁酮20g，在85℃下反应5小时。然后加入乙二胺/丁酮混合溶液(乙二胺4.56g，丁酮50g)，反应2小时。在70℃下减压除去溶剂丁酮，出料。将粗产物移至真空干燥箱中，在100℃，真空度0.1MPa下干燥24小时，得到产物聚氨酯压敏胶PSA5。
实例6在一四口瓶中加入相对分子质量为2000的聚己内酯二醇32g，相对分子质量为2000的聚氧化丙烯四醇16g，相对分子质量为800的聚乙二醇16g，密封后在120℃，通氮气除水1.5小时。在65℃，常压下，加入异佛尔酮二异氰酸酯17.3g，丁酮10g，在85℃下反应4小时。加入乙二胺/丁酮混合溶液(乙二胺1.56g，丁酮20g)，反应2小时。在70℃下减压除去溶剂丁酮，出料。将粗产物移至真空干燥箱中，在100℃，真空度0.1MPa下干燥24小时，得到聚氨酯压敏胶PSA6。
实例7在一四口瓶中加入相对分子质量为2000的聚四氢呋喃二醇60g，相对分子质量为3000的聚氧化丙烯四醇9g，相对分子质量为2000的聚乙二醇40g，密封后在120℃，通氮气除水1.5小时。在65℃，常压下，加入1，6-己二异氰酸酯18.8g，丁酮10g，在85℃下反应5小时。加入四乙撑五胺/丁酮混合溶液(四乙撑五胺7.06g，丁酮70g)，反应2小时。在70℃下减压除去溶剂丁酮，出料。将粗产物移至真空干燥箱中，在100℃，真空度0.1MPa下干燥24小时，得到产物聚氨酯压敏胶PSA7。
实例8在一四口瓶中加入相对分子质量为2000的聚氧化丙烯二醇32g，相对分子质量为2000的聚氧化丙烯四醇16g，相对分子质量为1000的聚乙二醇20g，密封后在120℃，通氮气除水1.5小时。在65℃，常压下，加入1，6-己二异氰酸酯17.5g，丁酮10g，在85℃下反应5小时。降温至35℃，加入含有3.12g乙二胺的丁酮溶液40g，反应2小时。在70℃下减压除去溶剂丁酮，出料。将粗产物移至真空干燥箱中，在100℃，真空度0.1MPa下干燥24小时，得到产物聚氨酯压敏胶PSA8。
实施例9称取实例3中所述的聚氨酯压敏胶10g，相对分子量为400的聚乙二醇1g，在100℃下进行混合，混合均匀后得到产物PSA9。
实施例10称取实例7中所述的聚氨酯压敏胶10g，聚乙烯基吡咯烷酮(K90，20％水溶液)2.5g，在100℃下进行混合，混合均匀后得到产物PSA10。
实施例11称取实例6中所述的聚氨酯压敏胶10g，泊洛沙姆(ploxamer108)1g，在100℃下进行混合，混合均匀后得到产物PSA11。
实施例12用20mL的无水乙醇在70℃下溶解实例1中所述的聚氨酯压敏胶10g，然后加入5％的水杨酸溶液(75％的乙醇水溶液)10g，在70℃下进行混合浓缩，涂布后烘干，得到水杨酸贴剂TDDs1。
实施例13称取实例1中所述的聚氨酯压敏胶10g，中药咳喘膏浸膏2.5g，在90℃下进行混合，混合均匀后进行涂布、烘干，得到咳喘膏贴剂TDDs2。上述实例中压敏胶及透皮贴剂的性能测试结果列于表1中。
表1 23℃下压敏胶性能吸水量湿气透过率剥离强度滚球(％) (g/m2/24h) (N) (#)PSA1 76.5 370 10.07 14PSA2 83.2 473 7.6816PSA3 84.1 360 8.7612PSA4 98.7 467 7.1212PSA5 87.6 400 8.2413PSA6 80.5 340 9.2712PSA7 78.3 320 6.5314PSA8 79.1 344 6.9812PSA9 97.2 455 8.3115PSA10 80.1 368 8.1213PSA11 87.9 396 7.1115TDDs1 74.1 351 8.9912TDDs2 80.7 402 9.0115注1.剥离强度试验及滚球试验均采用国家标准2.吸水性能测试采用以下方案(1)准确称量均匀涂布好的待测样品(4×4cm2)(W1)。
(2)将待测样品胶面向上置于一洁净的表面皿中，加蒸馏水至浸没样品，23℃下放置24小时(3)取放置24小时后的样品，抖去表面水分并小心拭去聚酯膜背面的水分，称重(W2)(4)除去经过测试样品表面的压敏胶，将余下的聚酯膜清洗干净烘干称重(W3)(5)计算吸水量 (6)取三个同样规格样品进行上述实验计算平均吸水量3.透气性试验采用以下方案(1)取一底面积(s)已知的表面皿，在其中注入其体积2/3的蒸馏水，称重(W1)。
(2)取一表面积足够大的均匀涂布好的压敏胶样品，将其胶面向水密封住上述盛水的表面皿，置于23℃，相对湿度65％环境中，放置24小时。
(3)称量(2)中用压敏胶密封的表面皿(W2)。
(4)计算湿气透过率
权利要求
1.一类亲水性的聚氨酯压敏胶，是由二异氰酸酯无规键接至少三种多元醇和低分子二胺或其多聚体形成的聚氨酯，其特征在于组成聚氨酯的多元醇中，一种是聚乙二醇或含有聚乙二醇嵌段的聚合物，其聚乙二醇段的相对分子质量为400～5000；一种是疏水性大分子二元醇，相对分子质量为500～5000；一种是含至少三个羟基的大分子多元醇，相对分子质量为500～5000。
2.按权利要求1所述的亲水性聚氨酯压敏胶，其特征在于聚乙二醇或含有聚乙二醇嵌段的聚合物中的聚乙二醇段的相对分子质量为800～3000，占多元醇总质量的10％～50％；疏水性的大分子二元醇选自聚四氢呋喃二醇、聚丁烯类二醇、聚己内酯二醇，其分子量为800～5000，占大分子多元醇总质量的20～70％；含至少三个羟基的大分子多元醇为聚氧化丙烯三醇或四醇，分子量为500～4000，占多元醇总质量的1％～25％。
3.按权利要求1所述的亲水性聚氨酯压敏胶，其特征在于它可作为皮肤用压敏胶使用，可与药物组分混合制备药物经皮吸收贴剂，或与水溶性聚合物、表面活性剂、水凝胶、纳米粒子或胶束中的之一或多个组分物理组合，调节压敏胶亲水性、粘性、与药物的相容性及药物经皮释放性能，用于制备不同药物的经皮吸收制剂。
4.一种按权利要求1所述的亲水性聚氨酯压敏胶的制备方法，其特征是把大分子多元醇混合物加入反应器，在100～120℃下熔融减压除水1～2小时，在70℃以下、常压下，按异氰酸酯基与大分子多元醇的羟基摩尔比为1.5～2.0的量加入二异氰酸酯，并加入丁酮，在80℃～95℃下反应4～6小时，得端-NCO基团的聚氨酯预聚体，而后向体系中加入低分子二胺或其多聚体与丁酮的混合溶液，使预聚体的异氰酸酯基与扩链剂的-NH2基团的摩尔比为1～1.1，继续反应2～3小时，然后减压除丁酮，出料，得到粗产品，将产物移至真空干燥箱中，在90℃～100℃下真空干燥24小时，得到透明的固态聚氨酯压敏胶。
5.按权利要求4所述的亲水性聚氨酯压敏胶的制备方法，其特征在于所用的二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、1，6-己二异氰酸酯、二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯及上述二异氰酸酯的衍生物，优选脂环族和脂肪族二异氰酸酯，特别选用异佛尔酮二异氰酸酯、1，6-己二异氰酸酯。
6.按权利要求4所述的亲水性聚氨酯压敏胶的制备方法，其特征在于采用低分子二胺或其多聚体为扩链剂，优选乙二胺、丁二胺、己二胺、二乙撑三胺、三乙撑四胺、四乙撑五胺。
全文摘要
本发明提供了一类亲水性的聚氨酯压敏胶及其制备方法，是由二异氰酸酯无规键接至少三种聚合物多元醇和低分子二胺或其多聚体形成的聚氨酯，组成聚氨酯的多元醇中，一种是聚乙二醇或其衍生物，一种是疏水性大分子二元醇，一种是含至少三个羟基的大分子多元醇。是采用丁酮为溶剂，先由二异氰酸酯与大分子多元醇缩聚形成带－NCO基团的预聚体，再通过低分子二胺或其多聚体扩链制得的聚氨酯。这种亲水性的聚氨酯压敏胶特点在于具有亲水性、可反复粘贴性和较好的皮肤相容性等性能，克服了疏水性压敏胶的弊病。这种压敏胶可单独或与水溶性聚合物、表面活性剂、水凝胶、纳米粒子或胶束中的之一或多个组分物理组合，作为医用、药用压敏胶使用。
文档编号C09J175/04GK1456630SQ0311910
公开日2003年11月19日 申请日期2003年3月14日 优先权日2003年3月14日
发明者董岸杰, 李军, 龚志超 申请人:天津大学