壳聚糖-聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法

专利名称：壳聚糖-聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种弹性体材料的制备方法，尤其涉及一种壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法。
背景技术：
聚氨酯(PU)弹性体是由多异氰酸酯类、聚合物多元醇类、不同扩链剂二醇或二胺及不同硫化剂、填料和助剂等构成。
聚氨酯是一类具有优异综合性能的高分子材料，耐磨性好、硬度范围宽、强度和伸长率都高、负载支撑容量大、减震效果好、耐油性能优异、生物相容性、
成型加工性能好和性能可控，故目前聚氨酯居天然材料和合成材料之首，除大量用在耐磨、耐油、吸震和高负载容量上之外，还大量用作人工心脏及人工心脏辅助装置、人造血管、人造肾脏、人造皮肤、介入诊疗导管、人工关节、人工软骨、生物粘接剂、神经导管和控制释放载体等医用材料上。水性聚氨酯主要利用二醇或二胺中的离子基团自乳化，形成环境友好型水体系乳液，具有广阔的应用前景。参见(1)傅明源，孙酣经，《聚氨酯弹性体及其应用》.北京:化学工业出版社，1999; (2) Sanders J.H. et al， 《Polyurenthanes》，/"feryc/ewce尸"6/&/ ^， 1964。
在医学领域所选用的高分子材料要比工业上的要求高得多，尤其对植入人体的材料要求更高，包括(D化学性能稳定；O组织相容性好；G)无致癌性；④耐生物老化； 能经受各种消毒过程而不变性；⑥成型加工性能好。目前，聚氨酯弹性体的生物活性不够，而抑菌性和抗菌性不好，容易被细菌感染，在医学领域的应用有很大局限性，所以需要制备一种生物活性高且具有很好的抑菌性和抗菌性的聚氨酯弹性体材料，来满足医学领域对高分子材料的需求。
壳聚糖含有游离氨基，形成阳离子聚合物溶液，能结合阴离子，特别是酸分子，是天然多糖中唯一的碱性多糖，因而具有许多特殊的物理化学性质和生理功能。而且由于壳聚糖在人体内可生物降解，无毒副作用，来源广泛，生物活性高，以及具有抑菌、抗菌、抗肿瘤、调血脂、调节免疫、活化肠道双歧杆菌等多种生
理功能，同时不同分子量范围的壳聚糖对血液的活性具有不同的性质，例如低分子量壳聚糖表现抗凝血性，高分子量壳聚糖表现促凝血性，已广泛应用于精细化工、生物医药、保健食品和农林畜牧等领域[3-5]。参见(1)蒋挺大.《甲壳素[M]》.北京:化学工业出版社，2003。 (2)RabeaE丄，Badawy M.E.T.， Stevens C.V.，Smagghe G， Steurbaut W.《Biomacromolecules》，4， 2003， 1457。 (3) BadawyM.E丄，RabeaE丄，RoggeT.M.，etal.，《Biomacromolecules》，5， 2004， 589。但是
5壳聚糖的机械性能、耐生物老化能力和成型加工性能明显不足。
目前需要一种方法，利用壳聚糖改性制备新型的聚氨酯生物材料，既具有壳聚糖良好的生物活性和多种优异的生理功能的特征，又具有聚氨酯弹性体耐生物老化、机械性能好、粘附性能好、易加工等的优点。目前，国内制备壳聚糖和聚氨酯复合材料的方法，有很多，例如中国专利CN1306042A公开了用水性聚氨酯溶液和壳聚糖溶液物理共混做血液相容性涂液层，中国专利CN1583853A，公开了利用改性壳聚糖和特定的聚氨酯经行溶液反应制备可降解半互穿聚合物网络弹性材料，以及中国专利CN1587106A公开了用壳聚糖交联活性炭聚氨酯制备泡沫生物固定载体。上述方法制备的壳聚糖和聚氨酯复合材料的功能单一，应用领域小，原料范围窄。中国专利ZL200610040330.9介绍了用壳聚糖作为扩链剂制备壳聚糖和聚氨酯嵌段共聚物弹性体材料的发明，此方法制备的壳聚糖改性聚氨酯弹性体材料较之以前的壳聚糖和聚氨酯复合材料综合性能有了很大的提高，应用范围也更加广泛，但是制备过程还显得不够灵活，进一步改性、提高的空间不多。

发明内容
发明目的本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种制备壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法，以达到制备方法简单、灵活，进一步提高材料的生物相容性、生物活性、抑菌性和抗菌性。
技术方案为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下本发明所称的重量均指该物质的质量与总反应体系的质量之比。一种壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法，包括以下步骤
(1) 在容器中，加入多异氰酸酯、聚合物多元醇和二醇或二胺，-20 120°C，气体保护，搅拌或超声分散，进行预聚反应，反应10分钟 48小时，制得聚氨酯预聚体，其中，多异氰酸酯的重量为0.1-80%，聚合物多元醇的重量为1-90%， 二醇或二胺的重量为0.1-90%;然后用有机溶剂将其溶解，再加入离子化试剂，气体保护，0~120°C，搅拌或超声分散，进行离子化反应，反应10分钟~48小时，制得离子化聚氨酯预聚体；加入重量为1~99%的水，0~100°C,进行扩链反应，反应1分钟 72小时，制得阴离子的水性聚氨酯的乳液或微乳液；
(2) 用水或稀酸水溶液，搅拌或超声分散下，溶解壳聚糖，制得阳离子壳聚糖水溶液；其中壳聚糖的重量为0.01-90%;所述的阳离子壳聚糖水溶液的浓度(wt%)为0.01-50%;所述的稀酸水溶液为有机酸水溶液或盐酸，所述的稀酸水溶液浓度(wt%)为0.01-10%。
(3) 将阴离子聚氨酯乳液或微乳液与阳离子壳聚糖水溶液混合，反应1分
6钟~72小时，即制得壳聚糖一聚氨酯离子复合物的乳液或微乳液；
(4)0~100°C，将壳聚糖一聚氨酯离子复合物的乳液或微乳液干燥固化，即制得壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体材料。
步骤(1)中，多异氰酸酯组分优选为具有大于或等于2异氰酸酯官能团度的多异氰酸酯，可以是对苯二甲垸二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、环己基二异氰酸酯(THDI)、赖氨酸乙酯二异氰酸酯(LEDI)等中的一种或几种。反应物中二异氰酸酯的重量优选0.5-70%,最优选1-60%。
步骤(1)中，聚合物多元醇优选为聚合物二元醇、聚合物二元胺或聚合物醇胺，可以是聚醚二醇、聚醚二胺或聚醚醇胺，也可以是羟基硅油、氨基硅油或羟基氨基硅油。其通式为
其中11=1、 2、 3、 4…；X、 Y分别为羟基、胺基或亚胺基，当X、 Y为亚胺基时可以是烷基亚胺基，如甲基亚胺基、乙基亚胺基、丙基亚胺基，还可以是芳香族亚胺基，如苯基亚胺基、苯甲基亚胺基；R2为亚甲基、乙基、或苯基有机
基团中的一种或几种；Ri可以为烷烃基-(QnH加)-，环垸烃基或烯烃基-(CmH2m-2)-，
或-(R3SiR4)-中的一种或几种，其中，111=2~6之间的任意正整数；R3、 R4可以一样，也可以不一样，可以为脂肪烃基，也可以为芳香烃基；Ri也可以为二酸二
酯二醇基中的一种或几种，二酸二酯二醇基通式为
其中&=0~10之间的任意正整数，b-2 10之间的任意正整数。聚合物多元醇(B)的分子量可以从62-200000，优选100-100000。反应物中聚合物多元醇的重量优选5-80%，最优选10-70%。
步骤(1)中，二醇或二胺可以为含有可电离成阴离子基团的二醇或二胺，如含有羧基的二醇或二胺、含有磺酸基的二醇或二胺等，可以是二羟甲基丙酸
(DMPA)、 2， 2-二羟甲基丁酸(DMBA)、酒石酸(2， 3-二羟丁二酸)、N,N-双(2-羟基-3-磺酸基丙基)氨基乙酸(BHSPA)、 N，N-二羟乙基甘氨酸(Bicine)、L-赖氨酸(L-Lysine)、 2， 4一二胺基苯磺酸、2， 5 — 二胺基苯磺酸中的一种或几种，优选二羟甲基丙酸(DMPA)、 N，N-二羟乙基甘氨酸(Bicine)、 L-赖氨酸
(L-Lysine)、酒石酸(2， 3-二羟丁二酸)中的一种或几种，也可以是上述含有可电离成阴离子基团的二醇、二胺中的一种或几种加上小分子二醇、二胺或醇胺，如乙二胺、丁二醇等。反应物中二醇或二胺的重量优选0.5-80%，最优选1-70%。
步骤(1)中，有机溶剂为丙酮(acetone)、 N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、 N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二乙基甲酰胺、四氢呋喃(THF)、二甲亚砜(DMSO)、甲醇、乙醇中的一种或上述溶剂按一定比例的混合溶剂。预聚体反应物与溶液的重量比为0.1-95%，优选1-90%，最优选2-80%。
步骤(1)中，离子化试剂可以是三甲胺(TMA)、三乙胺(TEA)、三苯胺(TPA)、 二乙基三胺(DETA)、三乙基四胺(TETA)、四乙基五胺(TEPA)中一种或几种。反应物中离子化试剂的重量为0.1-30%，优选0.2-25%，最优0.5-20%。
步骤(1)中，所述的扩链反应中可以加入乳化剂，该乳化剂可以是阴离子、阳离子、两性离子或非离子型乳化剂，优选磺酸盐和季铵盐等，可以为磺化聚苯乙烯、十二垸基苯磺酸钠、季铵化聚丙烯酰胺、丙烯酸乙烯基吡啶共聚物、聚乙烯醇等中的一种或几种，也可以不用乳化剂而采用自乳化技术。反应物中乳化剂的重量为0-90%，优选0-80%，最优选0-70%。
步骤(1)中，制备好的聚氨酯乳液或微乳液可以直接使用，也可以用旋蒸或透析等方法，除去有机溶剂、离子化试剂和^^化剂后使用。
步骤(1)中，所选择的二醇或二胺中的阴离子基团与壳聚糖中的氨基摩尔比为0.01-100: 1，优选比例为0.02-90: 1，更优选比例为0.05-80: 1。
步骤(1)中，制备聚氨酯预聚体反应可以用催化剂，也可以不用，催化剂可以是酸、碱、酰氯、胺或某些金属化合物，优选油酸、辛酸亚锡、二丁基锡二月桂酸酯和三亚乙基二胺等,考虑到有机金属化合物的毒性，优选三亚乙基二胺。反应物中催化剂的重量为0-10%，优选0-9%，最优选0-8%。
步骤(1)中，制备聚氨酯预聚体反应温度优选0~100°C，更优选10-90°C;时间优选20分钟 36小时，更优选0.5至24小时；保护气体优选氮气、氩气；可以机械搅拌，可以磁搅拌，也可以超声分散等。
步骤(1)中，离子化反应的优选条件为温度优选0至100'C，更优选为0至90'C;时间优选20分钟至36小时，更优选30分钟至24小时；保护气体优选氮气、氩气；可以机械搅拌，可以磁搅拌，也可以超声分散等。
步骤(1)中，制备阴离子的水性聚氨酯的乳液或微乳液时，可以是水往聚氨酯预聚体中加，也可以是聚氨酯预聚体往水中加；反应时间优选10分钟至48小时；可以室温下反应，也可以加热反应，反应温度为0至100'C;可以机械搅
拌，可以磁搅拌，也可以超声分散等。
步骤(2)中，壳聚糖的通式为其中n=0、 1、 2、 3、 4、…、3085; Rs可以为H原子或乙酰基，当为乙酰基时，乙酰基在壳聚糖中对应胺基的比例不超过50%,即壳聚糖的脱乙酰度为50-100%,优选55-99%，最优选60-95%;壳聚糖的分子量为162-1000000，优选324-500000，最优选324-100000。
'步骤(2)中，壳聚糖水溶液的浓度(wt%)为0.01-50%,优选0.02-40%,最优选0.05-30%。反应物中壳聚糖的重量优选为0.05-80%，最优选0.1-70%。壳聚糖水溶液的PH值可以为中性、酸性和碱性。
》骤(2)中，壳聚糖水溶液配制时，可以直接用水来溶解，还可以配制稀酸水溶液来溶解，稀酸为有机酸和盐酸，优选小分子有机酸和盐酸，最优选甲酸、乙酸、丙酸和盐酸，稀酸的浓度(wt。/。)为0.01-10%，优选0.02-9%，最优选0.05-5%;可以室温溶解，也可以加热溶解；可以机械搅拌，可以磁搅拌，也可以超声分散等。
步骤(3)中，聚氨酯微乳液或乳液与壳聚糖水溶液的离子复合反应，可以是壳聚糖水溶液往聚氨酯微乳液或乳液中加，也可以是聚氨酯微乳液或乳液往壳聚糖水溶液中加；反应时间优选为10分钟至24小时；可以室温下反应，也可以加热反应，反应温度为0至10(TC;可以机械搅拌，可以磁搅拌，也可以不搅拌，还可以用超声分散等。
步骤(3)中，可以在壳聚糖一聚氨酯离子复合物的乳液中加入添加剂，如Ag+等，进一步提高材料的抑菌性和抗菌性；也可以在壳聚糖一聚氨酯离子复合物的乳液中加入合适的交联剂，如戊二醛、硅烷偶联剂等，进一步提高材料的机械性能和热力学稳定性。
步骤(4)中，所述的壳聚糖一聚氨酯离子复合物的乳液或微乳液直接使用
或固化后使用；所述的固化为旋涂固化或喷涂固化；固化温度优选为10至80 °C。
此种方法可根据需要设计合成不同软硬段组成的阴离子的水性聚氨酯乳液，再和不同浓度、不同分子量的阳离子壳聚糖水溶液进行离子复合，制备方法灵活、简单，壳聚糖的生物活性和化学活性高，进一步改性方便，如可以在壳聚糖一聚氨酯离子复合物的乳液中加入添加剂，如Ag+等，进一步提高材料的抑菌性和抗菌性；也可以在壳聚糖一聚氨酯离子复合物的乳液中加入合适的交联剂，如戊二醛、硅烷偶联剂等，进一步提高材料的机械性能和热力学稳定性。分子设计灵活，易于调节，制备方法简单，材料性能可控。
有益效果本发明制备方法简单、灵活，步骤少，易于操作。分子设计灵活，易于调节，制备方法简单，材料性能可控。所制备的壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体材料具有机械性能好、易加工、耐油耐水性好、性能可控、生物相容性好、可生物降解、生物活性高、有良好的血液接触性(抗凝血或促凝血能力优异)、抑菌性和抗菌性等性能，可应用于机械工业、建筑工业、体育、医疗等领域，尤其在医用材料或医用器械方面有较为广泛的用途。其壳聚糖-聚氨酯水乳液完全无有机溶剂，对环境友好，能快速成膜，可直接作为涂料或胶粘剂使用，特别是应用于生物医疗领域。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明作进一步详述。实施例1:
在三颈瓶中依次加入10g聚四氢呋喃二醇(Mn=1000)、 6.66g异佛尔酮二异氰酸酯，通氩气，机械搅拌，在75'C-85 T下反应3小时，然后加入1.34g二羟甲基丙酸，继续反应2小时。降温，加入25ml丙酮浸润，搅拌20分钟，再加入L01g三乙胺反应20分钟，得到无色透明溶液，即聚氨酯预聚体的丙酮溶液。机械搅拌，室温下，将50ml蒸馏水缓慢滴入聚氨酯预聚体的丙酮溶液中，反应l小时，得到稳定的无色聚氨酯微乳液。微乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析出。
实施例2:
在三颈瓶中依次加入3(^氨基硅油(\111=3000)、5.228甲苯二异氰酸酯、30ml四氢呋喃，通氩气，机械搅拌，在80'C-90 'C下反应2小时，然后加入1.50g酒石酸，继续反应l小时，'降温并加入30ml四氢呋喃浸润，搅拌30分钟，再加入2.06g二乙基三胺反应l小时，得到无色透明溶液，即聚氨酯预聚体的四氢呋喃溶液。机械搅拌，油浴2(TC，将100ml蒸馏水缓慢滴入聚氨酯预聚体的四氢呋喃溶液中，反应36小时，得到稳定的无色聚氨酯乳液。乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析出。实施例3:
在三颈瓶中依次加入200g聚环氧乙垸二醇(Mn=20000)、 5.36g对苯二甲垸二异氰酸酯，通氮气，机械搅拌，在50°C-60 'C下反应6小时，然后加入1.63gN，N-
10二羟乙基甘氨酸，继续反应4小时。降温，加入100mlDMSO浸润，搅拌30分钟，再加入0.59g三甲胺反应30分钟，得到无色透明溶液，即聚氨酯预聚体的DMSO溶液。机械搅拌，油浴89°C ，将聚氨酯预聚体的DMSO溶液缓慢滴入100ml蒸馏水中，反应10分钟，得到稳定的无色聚氨酯微乳液。微乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析出。实施例4:
在三颈瓶中依次加入0.2§二丁基锡二月桂酸酯、4g聚丁烯二醇(Mn=400)、8.30g环己基二异氰酸酯，通氮气，机械搅拌，在6(TC-70 'C下反应24小时，然后加入2.48g乙二胺和1.21g2， 4一二胺基苯磺酸钠，继续反应12小时。降温，加入1000ml DMAc浸润，搅拌2小时，再加入6.70g三乙基四胺反应2小时，得到无色透明溶液，即聚氨酯预聚体的DMAc溶液。机械搅拌，水浴4(TC，聚氨酯预聚体的DMAc溶液加入50g十二烷基苯磺酸钠，再缓慢加入500ml的蒸馏水中，反应72小时，得到稳定的无色聚氨酯乳液。乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析出。实施例5:
在三颈瓶中依次加入0.1g辛酸亚锡、50g聚甲基环氧乙烷二胺(Mn=5000)、6.72g六亚甲基二异氰酸酯，通氦气，机械搅拌，盐冰浴，-20 。C下反应48小时，然后加入1.48g2，2-二羟甲基丁酸，继续反应36小时。升温到室温，加入50ml DMF浸润，搅拌48小时；升温至12(TC，加入0.65g三甲胺反应10分钟，得到无色透明溶液，即聚氨酯预聚体的DMF溶液。机械搅拌，油浴10(TC，将聚氨酯预聚体的DMF溶液缓慢滴入10ml蒸馏水中，反应1分钟，得到稳定的无色聚氨酯微乳液。微乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析出。实施例6:
在三颈瓶中依次加入0.1g三亚乙基二胺、6g聚己内酯二醇(Mn=600)、 6.78g赖氨酸乙酯二异氰酸酯，通氩气，机械搅拌，冰水浴，0 'C下反应36小时，然后加入1.80g 丁二醇和2.56gN，N-双(2-羟基-3-磺酸基丙基)氨基乙酸，继续反应36小时。升温至6tTC，加入50ml DMSO和25ml甲醇浸润，搅拌16小时，再加入1.65g三苯胺反应60分钟，得到聚氨酯预聚体的溶液。机械搅拌，水浴40'C,将40ml蒸馏水缓慢滴入聚氨酯预聚体的溶液中，反应15分钟，得到稳定的聚氨酯乳液。微乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析出。实施例7:
在三颈瓶中依次加入O.lg油酸和0.2g三亚乙基二胺、2000g聚己二酸丁二醇酯二醇(Mn=200000)、 5.36g对苯二甲烷二异氰酸酯、5.22g甲苯二异氰酸酯，通氦气，机械搅拌，油浴，120 。C下反应12小时，然后加入2.31gN-甲基二乙醇胺和5.12g2， 4一二胺基苯磺酸，继续反应12小时。加入150ml乙醇浸润，搅拌2小时；冰水浴，加入5.79g四乙基五胺反应2小时，得到聚氨酯预聚体的溶液。机械搅拌，将聚氨酯预聚体的溶液缓慢滴入已加入15g季铵化聚丙烯酰胺的500ml蒸馏水中，反应12小时，得到稳定的聚氨酯乳液。微乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析出。实施例8:
在三颈瓶中依次加入0.62g乙二醇(Mn=62)、 22.2g异佛尔酮二异氰酸酯，机械搅拌，油浴，75 'C下反应2小时，然后加入4.38gL-赖氨酸，继续反应3小时。加入50ml丙酮浸润，搅拌10min,再加入0.51g三乙胺和0.30g三甲胺反应11小时，得到聚氨酯预聚体的溶液。机械搅拌，将聚氨酯预聚体的溶液缓慢滴入已加入0.5g磺化聚苯乙烯和l.Og十二烷基苯磺酸钠的160ml蒸馏水中，反应20小时，得到稳定的聚氨酯乳液。微乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析出。实施例9:
磁搅拌，室温下，将10g壳聚糖(Mn=5000，脱乙酰度为90%)溶于990g蒸馏水中，搅拌1小时，得到1000g浓度为1%的壳聚糖(Mn=5000)水溶液。实施例10:
将10g壳聚糖(Mn=1000，脱乙酰度为90%)溶于90g蒸馏水中，加热回流2小时，得到100glO。/。的壳聚糖(Mn=1000，脱乙酰度为90%)水溶液。实施例11:
将10g壳聚糖(Mn=500000,脱乙酰度为80%)溶于99卯gl。/。的乙酸水溶液中，超声30分钟，得到10000g0.1。/。的壳聚糖(Mn=500000)水溶液。实施例12:
聚氨酯微乳液的合成参见实施例h 1%的壳聚糖(Mn=5000,脱乙酰度为90%)水溶液的制备参见实施例6。机械搅拌，室温下，将32481%的壳聚糖(Mn=5000)水溶液缓慢滴入聚氨酯微乳液中，反应24小时，得到稳定的黄色壳聚糖一聚氨酯离子复合物微乳液。注入聚四氟乙烯盘，4CTC烘箱中成膜， 一天后得到干燥的黄色壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体的膜。该材料杨氏模量62.8MPa;受热分解温度大于300 。C;接触角30.7°;复钙时间87.3士11.5S， t样品/1空白=2.67， t样品/t娃f1.70 (具有很好的抗凝血性)；活化部分凝血酶时间(APTT)为126.9士0.87S，原来的聚氨脂膜为35.6士0.31S，聚苯乙烯(PS)为40.2士0.37S，
同样说明壳聚糖一聚氨酯离子复合物材料具有很好的抗凝血性；乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析出。在细胞毒性实验中，发现壳聚糖一聚氨酯离子复合物
12膜明显比原来的聚氨脂膜更利于人脐带血上皮细胞(HUVECs)的附着和繁殖， 细胞毒性很低，甚至比PS还低；蛋白吸附实验表明壳聚糖的引入可以降低聚氨 酯膜的蛋白吸附；在抑菌实验中，壳聚糖一聚氨酯离子复合物材料对于大肠杆菌 和金葡球菌展现出有很好的抑制效果。
样品应力-应变分析采用仪器为WO-I型电子万能试验机，制备厚度 0.15-0.35mm的薄膜材料，材料切片为长0.5cm，宽0.4cm,拉伸速率10cm/min， 湿度50%，温度20°C。
耐温性能测试，即热重分析(TGA)采用的仪器型号为Pyris 1 TGA，温度 范围室温-1000 。C，灵敏度O.lng，升温速率0.1-200 °C/min。
接触角的测定采用CAM200接触仪(KSV Instrument Ltd. Finland)测水在室 温下材料表面的静止接触角。
抗凝血试验，测定血浆复钙时间取洁净干燥的玻璃试管，用1%浓度的各 样品液均匀涂布测定管，涂好后的样品管倒置于滤纸上，于0'C-4'C冰箱中过夜。 在样品管中加入枸橼酸钠抗凝血浆O.lml，再加入0.025mol/LCaCl2 0.1 ml，开启 秒表，记录出现乳白色絮状物的时间，并以涂布甲基硅油试管和空白试管作对照。 APTT是在南京市鼓楼医院用自动血液凝结分析仪(Helena Laboratories, USA) 测试的。
细胞毒性实验，HUVECs细胞培养在含10%新生牛血清的RPMI1640培养 液(含100U/ml青霉素和IOO吗/ml链霉素)中，并放置于37°C， 5%0)2的孵 箱中生长。以每孔2.0x104个细胞接种于96孔板，每孔体积为200nl。利用细胞 计数器和四唑盐(MTT)比色法测定细胞的数目来比较细胞毒性。
蛋白吸附实验，准备3-5mg/ml牛血清白蛋白(BSA)的PBS溶液(PH=7.4)。 各样品在3cm培养皿成膜，每个培养皿中加入lm旧SA溶液，37°C，孵化12小 时。然后去掉上层清液，用少量PBS清洗。加入2-4%十二烷基磺酸钠(SDS) 溶液，37'C，孵化8小时。溶液吸走后，用少量SDS淋洗，溶液合并摇匀，滴 加入蛋白浓度测定试剂盒(BCA)， 37°C，孵化30分钟，562nm处，酶标仪(Safire， Tecan， Switzerland)测定。
抑菌实验，选择大肠杆菌和金葡球菌。对于乳液，试管中取4ml灭菌的LB 培养液和20nl菌液。再加入lml样品乳液。阳性对照是在5mlLB培养液中加入 20nl菌液，阴性对照取4ml LB培养液加入20^1菌液以及lml 200ng/ml氨苄青 霉素，37'C在摇床上孵化10小时。用MTT法测定菌液浓度变化。对于膜，在 9cm培养皿中倾入10ml灭菌后的LB培养基做底板，无菌条件下加入100pl的 菌液，用经灭菌的玻璃涂布棒涂布均匀，使菌液均匀渗透入底板中。用打孔器制
13得6mm的圆形样品膜，灭菌。在无菌条件下，用接种针将样品膜转到底板上， 放在37'C烘箱中，18小时，测定其抑菌圈直径。 实施例13:
聚氨酯乳液的合成参见实施例2。10。/o的壳聚糖(Mn-1000，脱乙酰度为90%) 水溶液的制备参见实施例7。机械搅拌，油浴40°C，将16.2g 10%的壳聚糖 (Mn=1000)水溶液缓慢滴入聚氨酯乳液中，反应12小时，得到稳定的黄色壳 聚糖一聚氨酯离子复合物乳液。聚四氟乙烯盘，6(TC烘箱中成膜， 一天后得到干 燥的黄色壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体的膜。该材料杨氏模量33.3MPa;受 热分解温度大于300 'C;接触角55.8。；复钙时间58.1±10.9S, t样品/t空自=1.78， t 样品/1硅油=1.13 (具有较好的抗凝血性)；APTT为91.6士0.59S，说明壳聚糖一聚氨 酯离子复合物材料具有很好的抗凝血性；乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析 出。细胞毒性实验显示壳聚糖一聚氨酯离子复合物材料更利于HUVECs细胞的 附着和繁殖，细胞毒性低；蛋白吸附实验表明壳聚糖的引入可以降低聚氨酯膜的 蛋白吸附；在抑菌实验中，壳聚糖一聚氨酯离子复合物材料对于大肠杆菌和金葡 球菌展现出有很好的抑制效果。
测试方法同实施例12。 实施例14:
聚氨酯微乳液的合成参见实施例3。 1%的壳聚糖(Mn=10000，脱乙酰度为 87%)水溶液的制备同实施例6，将分子量5000的壳聚糖换成分子量10000的壳 聚糖即可。利用透析的方法，除去聚氨酯微乳液中的有机溶剂和离子化试剂，得 到聚氨酯水乳液。磁搅拌，水浴60'C，将486gP/。的壳聚糖(Mn=10000)水溶 液缓慢滴入聚氨酯水乳液中，反应1小时，得到稳定的黄色壳聚糖一聚氨酯离子 复合物水乳液。聚四氟乙烯盘，2(TC烘箱中成膜， 一天后得到干燥的黄色壳聚糖 —聚氨酯离子复合物弹性体的膜。该材料杨氏模量111.7MPa;受热分解温度大 于300 。C;接触角20.7。；复钙时间93.4士13.44S， t样品/t空白=2.86， t样品/t硅f1.82 (具有很好的抗凝血性)；APTT为147.2±1.31S，说明壳聚糖一聚氨酯离子复合 物材料具有很好的抗凝血性；水乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析出。细胞 毒性实验显示壳聚糖一聚氨酯离子复合物材料更利于HUVECs细胞的附着和繁 殖，细胞毒性低；蛋白吸附实验表明壳聚糖的引入可以降低聚氨酯膜的蛋白吸附； 在抑菌实验中，壳聚糖一聚氨酯离子复合物材料对于大肠杆菌和金葡球菌展现出 有很好的抑制效果。
测试方法同实施例12。
实施例15:
14聚氨酯乳液的合成参见实施例4。 0.1%的壳聚糖(Mn=500000，脱乙酰度为 80%)水溶液的制备参见实施例8。机械搅拌，油浴80。C， 5000g0.1。/。的壳聚糖 (Mn=500000)水溶液缓慢加入聚氨酯乳液中，回流反应48小时，得到稳定的 黄色壳聚糖一聚氨酯离子复合物乳液。室温下，旋涂成膜，得到干燥的黄色壳聚 糖一聚氨酯离子复合物弹性体的膜。该材料受热分解温度大于300 'C，具有很 好的促凝血性；乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析出。 实施例16:
聚氨酯微乳液的合成参见实施例5。 1%的壳聚糖(Mn=2000，脱乙酰度为 90%)水溶液的制备同实施例6，将分子量5000的壳聚糖换成分子量2000的壳 聚糖即可。磁搅拌，室温下，将1296 g 1%的壳聚糖(Mn=2000)水溶液缓慢滴 入聚氨酯微乳液中，反应72小时，得到稳定的黄色壳聚糖一聚氨酯离子复合物 乳液。注入聚四氟乙烯盘，0'C烘箱中成膜，两天后得到干燥的黄色壳聚糖一聚 氨酯离子复合物弹性体的膜。该材料受热分解温度大于300 °C，具有很好的抗 凝血性；乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析出。 实施例17:
聚氨酯微乳液的合成参见实施例1。 0.1%的壳聚糖(Mn=100000，脱乙酰度 为80%)水溶液的制备同实施例8，将分子量500000的壳聚糖换成分子量100000 的壳聚糖即可。磁搅拌，水浴30'C，将聚氨酯微乳液缓慢滴入3240g 0.1%的壳 聚糖(Mn=100000)水溶液，反应18小时，得到稳定的黄色壳聚糖一聚氨酯离 子复合物乳液。室温下，喷涂成膜，得到干燥的黄色壳聚糖一聚氨酯离子复合物 弹性体的膜。该材料受热分解温度大于300 °C，具有很好的促凝血性；乳液在 室温下放置十二个月无沉淀物析出。 实施例18:
聚氨酯微乳液的合成参见实施例5。 1%的壳聚糖(Mn=4000，脱乙酰度为 90%)水溶液的制备同实施例6，将分子量5000的壳聚糖换成分子量4000的壳 聚糖即可。超声，室温下，将162gP/。的壳聚糖(Mn=4000)水溶液缓慢滴入聚 氨酯微乳液中，反应10分钟，得到稳定的黄色壳聚糖一聚氨酯离子复合物微乳 液。然后，将10ML0.5Ya的AgN03水溶液缓慢滴入壳聚糖一聚氨酯离子复合物 微乳液中，超声10分钟。注入聚四氟乙烯盘，80'C烘箱中成膜， 一天后得到干 燥的黄色壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体的膜。该材料受热分解温度大于300 °C，具有很好的抗凝血性和抑菌、抗菌性；乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析出。
实施例19:聚氨酯微乳液的合成参见实施例1。 10%的壳聚糖(Mn=2000，脱乙酰度为 90%)水溶液的制备同实施例7，将分子量1000的壳聚糖换成分子量2000的壳 聚糖即可。利用旋蒸的方法，除去聚氨酯微乳液中的有机溶剂和离子化试剂，得 到聚氨酯水乳液。机械搅拌，室温下，将聚氨酯水乳液缓慢滴入8.1 g 10%的壳 聚糖(Mn=2000)水溶液中，反应36小时；再加入10MLP/。戊二醛水溶液，反 应3小时，得到稳定的淡黄色壳聚糖一聚氨酯离子复合物水乳液。旋涂成膜，得 到干燥的淡黄色壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体的膜。该材料受热分解温度大 于370 'C，具有很好的抗凝血性；水乳液在室温下放置十二个月无沉淀物析出。
权利要求
1、一种壳聚糖—聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)在容器中，加入多异氰酸酯、聚合物多元醇和二醇或二胺，-20～120℃，气体保护，搅拌或超声分散，进行预聚反应，反应10分钟～48小时，制得聚氨酯预聚体，其中，多异氰酸酯的重量为0.1-80％，聚合物多元醇的重量为1-90％，二醇或二胺的重量为0.1-90％；然后用有机溶剂将其溶解，再加入离子化试剂，气体保护，0～120℃，进行离子化反应，反应10分钟～48小时，制得离子化聚氨酯预聚体；加入重量为1～99％的水，0～100℃，进行扩链反应，反应1分钟～72小时，制得阴离子的水性聚氨酯的乳液或微乳液；(2)用水或稀酸水溶液，搅拌或超声分散，溶解壳聚糖，制得阳离子壳聚糖水溶液；其中阳离子壳聚糖水溶液浓度(wt％)为0.01-50％；壳聚糖的重量为0.01-90％；(3)将阴离子聚氨酯乳液或微乳液与阳离子壳聚糖水溶液混合，反应1分钟～72小时，即制得壳聚糖—聚氨酯离子复合物的乳液或微乳液；(4)0～100℃，将壳聚糖—聚氨酯离子复合物的乳液或微乳液干燥固化，即制得壳聚糖—聚氨酯离子复合物弹性体材料。
2、 根据权利要求1所述的壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法，其 特征在于步骤(1)中，所述的多异氰酸酯为含有大于或等于2个异氰酸酯官能团的 多异氰酸酯；所述的二醇或二胺为含有可电离成阴离子基团的二醇或二胺；所述的有机 溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、四氢呋喃、 二甲亚砜、甲醇、乙醇中的一种或几种的混合物；所述的离子化试剂为三甲胺、三乙胺、 三苯胺、二乙基三胺、三乙基四胺、四乙基五胺中一种或几种的混合物；所述的聚合物 多元醇为聚醚二醇、聚醚二胺、聚醚醇胺、羟基硅油、氨基硅油或羟基氨基硅油，其分 子量为62~2000000。
3、 根据权利要求2所述的壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法，其特征在于所述的多异氰酸酯为对苯二甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、环己基二异氰酸酯、赖氨酸乙酯二异氰酸酯中的一种或几种的混合物；所述的二醇或二胺为二羟甲基丙酸、2， 2-二羟甲基丁酸、2， 3-二羟 丁二酸、N,N-双(2-羟基-3-磺酸基丙基)氨基乙酸、N,N-二羟乙基甘氨酸、L-赖氨酸 (L-Lysine)、 2， 4一二胺基苯磺酸、2， 5 — 二胺基苯磺酸中的一种或几种，或者为上述 的二醇、二胺中的一种或几种加上小分子二醇、二胺或醇胺；所述的聚合物多元醇为聚 合物二元醇、聚合物二元胺或聚合物醇胺，其通式为<formula>formula see original document page 3</formula>其中r^1、 2、 3、 4…；X为羟基、胺基或亚胺基，Y为羟基、胺基或亚胺基，R2为亚甲基、乙基、或苯基中的一种或几种，R，为烷烃基-(QnH2m)-、环垸烃基、烯烃基-(CmH2m.2)-、 -(R3SiR4)-或二酸二酯二醇基中的一种或几种，其中，m=2~6之间的任意 正整数；R3和R4为脂肪烃基、芳香烃基中的一种或几种；所述的二酸二酯二醇基通式为<formula>formula see original document page 3</formula>其中a=0~10之间的任意正整数，b=2~10之间的任意正整数。
4、 根据权利要求1所述的壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法，其 特征在于步骤(1)中，所述的预聚体反应中加入催化剂，所述的催化剂为油酸、辛 酸亚锡、二丁基锡二月桂酸酯或三亚乙基二胺。
5、 根据权利要,1所述的壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法，其 特征在于步骤(1)中，所述的扩链反应中加入乳化剂，所述的乳化剂为阴离子、阳 离子、两性离子或非离子型乳化剂，为磺化聚苯乙烯、十二垸基苯磺酸钠、季铵化聚丙 烯酰胺、丙烯酸乙烯基吡啶共聚物、聚乙烯醇中的一种或几种的混合物。
6、 根据权利要求1所述的壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所述的预聚反应和离子化反应中温度为0~100°C，时间为 20分钟 36小时，保护气体为氮气、氩气、氦气或氖气。
7、 根据权利要求1所述的壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法，其 特征在于步骤(1)中，所述的扩链反应温度为0 80'C，时间为30分钟 36小时。
8、 根据权利要求1所述的壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法，其 特征在于步骤(2)中，所述的壳聚糖的通式为<formula>formula see original document page 3</formula>其中11=0~3085之间的任意整数；R5为H原子或乙酰基，该乙酰基在壳聚糖含氮基团中的物质量的比例不超过50%;壳聚糖的分子量为162-1000000。
9、 根据权利要求书1所述的壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法， 其特征在于步骤(2)中，所述的稀酸水溶液为有机酸水溶液或盐酸；所述的稀酸水溶 液浓度(wt%)为0.01-10%;所述的有机酸为甲酸、乙酸或丙酸。
10、 根据权利要求1所述的壳聚糖一聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法，其特征在于步骤(3)中，在壳聚糖一聚氨酯离子复合物的乳液中加入添加剂或交联剂； 所述的添加剂为Ag+，所述的交联剂为戊二醛或硅烷偶联剂。
全文摘要
本发明公开了一种壳聚糖—聚氨酯离子复合物弹性体材料的制备方法，该方法采用多异氰酸酯与聚合物多元醇反应，再与二醇或二胺反应，加入有机溶剂和离子化试剂，与水反应生成阴离子的水性聚氨酯，进而与阳离子的壳聚糖水溶液进行离子复合反应，得到壳聚糖—聚氨酯离子复合物的微乳液或乳液，干燥固化后最终得到壳聚糖—聚氨酯离子复合物弹性体材料。该壳聚糖—聚氨酯离子复合物弹性体材料具有机械性能好、易加工、耐油耐水性好、与基材粘结性好、性能可控、生物相容性好、可生物降解、生物活性高、良好的血液接触性、良好的抑菌性和抗菌性等性能，可应用于机械工业、建筑工业、体育、医疗等领域，尤其在生命科学研究、医用材料及医疗器械方面有较为广泛的用途。
文档编号C08G18/65GK101497698SQ20091002835
公开日2009年8月5日 申请日期2009年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者余学海, 震 孟, 张秋红, 丹 徐, 李维智, 王伟娜, 薛春彦, 亮 衡, 锴 袭, 贾叙东 申请人:南京大学