高模量聚氨酯和聚氨酯／脲组合物制造技术

本发明专利技术提供了一种聚氨酯或聚氨酯／脲组合物，其在０℃～６０℃的温度下及０％～１００％的相对湿度下的拉伸强度高于１０ＭＰａ、弹性模量高于４００ＭＰａ、断裂伸长率高于３０％。本发明专利技术还提供了本发明专利技术的组合物在生物医学血管支架、矫形植入物、药物传递包衣中或组织工程中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有高模量、高强度和高伸长率的可加工聚氨酯和聚氨酯/脲的组合 物。所述组合物特别适于用作需要保持力学强度直至组织再生/修复过程完成时的生物可 相容的生物可降解植入物。所述组合物可用在组织工程用支架、矫形固定、血管支架以及骨 替代物或支架中。
技术介绍
合成的生物医学聚合物可大致分为不可生物降解的和生物可降解的聚合物。不可 生物降解的那些广泛用在需要医用装置无限期地在该处固定或在该处固定直至决定不再 需要该装置并可安全地移除时，即用在永久固定装置中。这些聚合物需要在所置的环境中 是完全不可生物降解的或降解性极小，它们例如广泛用于如乳房植入物的领域中、矫形应 用如骨固定装置中，并且新近用来替代重要组织如心瓣膜。聚硅氧烷、聚氨酯和/或其共聚物广泛用于这样的应用中。其他实例包括聚酯如 涤纶和聚醚醚酮(PEEK)。另一方面，当生物可降解聚合物用在体内时提供力学支承并用作生物组织再生或 修复的平台，它在一段时间后会降解，这取决于生物可降解聚合物的类型和组织环境。由 此，生物可降解聚合物特别适用于矫形应用以及组织工程产品和疗法中。所研究的大多数生物可降解聚合物属于聚酯家族。其中聚(α-羟基酸)如聚(乙 醇酸)、聚(乳酸)和其一系列共聚物已在历史上构成已发表的生物可降解聚酯材料的主 体，并且长期以来在许多临床应用中用作合成的生物可降解材料。在这些应用中，聚(乙醇 酸)、聚(乳酸)及它们的共聚物、聚(对二氧环己酮)、以及三亚甲基碳酸酯与乙交酯的共 聚物是使用最广泛的。其主要应用包括可吸收缝合线、药物传递系统和矫形固定装置(如 销钉、棒(rod)和螺钉)。在合成聚合物家族中，聚酯在这些应用领域的使用具有吸引力，这 是因为其易于通过其酯键的水解而降解以及其降解产物在某些情况下通过代谢途径被吸 收且其具有“量身定制”其结构以改变降解速率的潜力。合成聚合物具有根据预期用途通过选择适宜的单体和单体组合来“量身定制”所 需力学性质和其他性质的优势。因此已开发出多种共聚方法来由聚酯家族制备具有宽范围 力学性质的聚合物。乳酸、乙醇酸和ε-己内酯的共聚物为几个实例。大多数高模量和高强度聚合物通常非常脆，断裂伸长率为约10%或更低。实例包 括聚(乳酸)、聚(乙醇酸)和聚酸酐。同样，高模量生物稳定聚合物如PEEK和ElastEon 4 (美国专利6，437，073B1)的断裂伸长率低于50%。已采用多种策略来改进合成聚合物的韧性。所采用的主要策略之一是橡胶增韧， 向脆的无定形聚合物中混入微米尺寸的橡胶颗粒[J Appl Polym Sci，76，1074 (2000)]。这 种方法的缺点在于必须引入由于不相容性以及力学性质不匹配所以对于许多医用植入物 应用来说不希望的第二聚合物。此外，伸长率的改进伴随着模量和强度的损失。类似地，无 机填料的引入可提高模量但损害伸长率和强度，故而这样的材料对于需要高伸长率的医用3植入物应用来说是不合乎需要的。高强度生物可降解聚合物是应用如血管支架、骨折固定植入物和其他矫形应用如 椎间融合器(spinal cage)中所需要的。特别需要的是力学性质能保持到直至修复过程完 成的高模量但脆性较低的材料。例如，在冠状动脉支架中，在血管患部经气囊扩张后，需要 支架提供数月的力学支承，从而允许受损血管有足够的时间来修复。在此过程中，支架周围 发生细胞生长以重建受损血管。对于这类应用，需要材料性质能在生理条件(37°C，体内) 下保持。因此，为使植入物在生物环境中表现最佳性能，材料具有高模量、高强度和高伸长 率以防止植入物脆断是关键性的。聚氨酯作为合成聚合物中的一类在设计具有这类性质的材料方面比其他类的聚 合物具有优势。通过选择不同比例的试剂的适宜组合可制备出具有从弹性体到刚性材料 的不同性质的广泛聚合物。二异氰酸酯、多元醇和扩链剂是用来制备聚氨酯的三种主要试 剂。二异氰酸酯和扩链剂的比例高通常生成具有高模量和高强度的刚性聚氨酯。通过仅使 扩链剂与二异氰酸酯反应形成的聚氨酯通常是非常刚性的，具有高模量但非常脆并难以热 加工。例如，由4，4’_亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)和1，4_ 丁二醇(BDO)制备的聚氨酯 由于其结晶度高故非常脆且高于210°C时熔融[PolyurethanesChemistry，Technology and Applications, Ellis Harwood 118页(1993)]。此外，这样的材料具有高模量但由于脆性 故而应用非常有限。聚氨酯文献中已报道引入填料、橡胶增韧、聚合物共混作为改进韧性的方法[参 见例如 J Appl Polym Sci, 76,1074，(2000) ；Polymer, 39,865, (1998) ；Macromolecules, 30,2876, (1997) ； J ApplPolym Sci,63，1335，(1997) ； J Appl Polym Sci, 63，1865， (1997) ；W02006010278]。这些研究的结果表明，断裂伸长率的提高(韧性的提高)总是伴 随着弹性模量的降低。在大多数情况下，断裂伸长率低于5%。在医用植入物如椎间融合器和血管支架中，材料初始强度的保持对于植入物恰当 发挥作用是关键性的。脆性材料将因运动或生物体系中存在的其他力而损坏。同样，用于 骨折固定装置中的植入物的材料不仅应具有足够的力学强度以使固定稳定，而且也应在数 周到数月的时间段内保持强度以便于受损骨的恰当愈合。因此，本专利技术的一个目的是开发用于需要承载能力应用中的具有高模量、高强度 和高断裂伸长率的聚合物组合物。理想的所述组合物是生物可相容的，能在生理条件下保 持初始力学性质直至再生的组织结构能提供足够的力学性质，并且随后在不再需要力学支 承时所述聚合物降解。
技术实现思路
为此，本专利技术提供一种在O 60°C的温度下及O% 100%的相对湿度下拉伸强度 高于lOMPa、弹性模量高于400MPa、断裂伸长率高于30%的聚氨酯或聚氨酯/脲组合物。优选所述聚氨酯或聚氨酯/脲组合物在O 60°C的温度下及0% 100%的相对 湿度下的断裂伸长率高于75%。更优选所述聚氨酯或聚氨酯/脲组合物在0 60°C的温度下及0% 100%的相 对湿度下的断裂伸长率高于150%。在一个优选的实施方案中，所述聚氨酯或聚氨酯/脲组合物包含至少两种具有不同玻璃化转变温度(Tg)的聚氨酯和/或聚氨酯/脲。这优选通过使用二异氰酸酯的组合 达到。该聚氨酯或聚氨酯/脲组合物可原位形成或作为替代方案通过共混所述至少两种聚 氨酯或聚氨酯/脲形成，这样可获得具有该实施方案的力学性质的聚氨酯或聚氨酯/脲。在本专利技术的另一优选的实施方案中，所述聚氨酯或聚氨酯/脲组合物得自至少两 种二异氰酸酯，其中所述二异氰酸酯中至少之一以不对称构型含异氰酸酯部分。在本专利技术的这一实施方案的一个特别优选的形式中，所述二异氰酸酯中至少之一 以对称构型含异氰酸酯部分而所述二异氰酸酯中至少之一以不对称构型含异氰酸酯部分。术语“对称”指关于二异氰酸酯结构内的两个异氰酸酯官能团的结构对称性。在 这样的化合物中存在对称线或对称面并因此具有在聚氨酯或聚氨酯/脲中形成有序的或 结晶的硬链段的潜力。在本专利技术的另一优选的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚氨酯或聚氨酯／脲组合物，其在０～６０℃的温度下及０％～１００％的相对湿度下的拉伸强度高于１０ＭＰａ、弹性模量高于４００ＭＰａ、断裂伸长率高于３０％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】AU 2007-10-3 2007905409一种聚氨酯或聚氨酯/脲组合物，其在0～60℃的温度下及0％～100％的相对湿度下的拉伸强度高于10MPa、弹性模量高于400MPa、断裂伸长率高于30％。2.根据权利要求1的聚氨酯或聚氨酯/脲组合物，其在0 60°C的温度下及0% 100%的相对湿度下的断裂伸长率高于75%。3.根据权利要求1的聚氨酯或聚氨酯/脲组合物，其在0 60°C的温度下及0% 100%的相对湿度下的断裂伸长率高于150%。4.根据权利要求1 3中任一项的聚氨酯或聚氨酯/脲组合物，其包含至少两种具有 不同玻璃化转变温度的聚氨酯和/或聚氨酯/脲。5.根据权利要求1 4中任一项的聚氨酯或聚氨酯/脲组合物，其中所述组合物得自 至少两种二异氰酸酯，所述二异氰酸酯中至少之一以不对称构型含异氰酸酯部分。6.根据权利要求5的聚氨酯或聚氨酯/脲组合物，其中所述二异氰酸酯至少之一以对 称构型含异氰酸酯部分。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西格雷姆摩尔，帕蒂拉贾阿拉奇拉格古纳蒂莱克，拉朱阿迪卡里，沙迪胡什亚尔，
申请(专利权)人：新型聚合物生物材料有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]