[发明专利]一种高性能聚氨酯的制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高性能聚氨酯的制备方法，涉及聚氨酯技术领域。本发明制备的高性能聚氨酯具有良好的润滑性能以及优异的力学强度。本发明提供的高性能聚氨酯的制备方法包括以下步骤：扩链剂和封端剂的两性离子亲水改性，预聚体合成，聚氨酯合成得到不限于用于人工半月板的高性能聚氨酯材料，随后通过3D打印、模压、浸渍、旋涂或喷涂的方法制备得到人工半月板等产品。本发明中，由于高性能聚氨酯分子链上既含有提高润滑作用的两性离子结构又兼具维持力学强度的疏水性结构，使制备得到的高性能聚氨酯能够同时满足低摩擦系数的需求和高力学强度的要求。

技术领域

本发明属于聚氨酯技术领域，尤其涉及一种高性能聚氨酯的制备方法和应用，具体为一种高性能聚氨酯人工半月板的制备方法。

背景技术

聚氨酯材料由异氰酸酯、多元醇和扩链剂等聚合而成，通过调控合成过程中硬段与软段之间的比例以及选用不同的扩链剂，使得聚氨酯能够具有较为出色的力学、耐磨、耐老化、耐腐蚀等性能，已被广泛应用于医疗器械、涂层、轴承、轮胎等领域。但是随着科学技术的发展和使用环境的要求，在越来越多情况下需要聚氨酯材料能够维持优异力学性能的同时也要具备良好的润滑性能。例如，力学强度与摩擦系数是评价人工半月板用聚氨酯材料能否在人体内长期应用的核心标准。市售的英国聚氨酯人工半月板和以色列聚氨酯人工半月板虽然生物相容性良好且力学性能优异，但因材料疏水性而导致润滑性能较差，极易磨损关节软骨，造成膝关节退行性病变。

目前，提高聚氨酯润滑性能的方法通常是向聚氨酯主体中加入带有水润滑性质的无机/有机分子的填料，但是这些填料与聚氨酯主体结合力较差，且两者之间存在界面层，会导致填料容易从主体中脱落，无法长期应用。因此，有人尝试将聚乙二醇、环氧树脂、生物活性物质等接枝到聚氨酯表面，从而提高聚氨酯的水润滑性能，如在聚氨酯表面接枝环氧树脂(CN109575233)提高材料的润滑性能，可获得具有优异润滑性和耐磨性的聚氨酯医用介入导管，但其表面接枝层易脱落，从而导致无法长期应用。

为了解决上述问题，在聚氨酯本体中引入壳聚糖、羧甲基壳聚糖和甘油磷酰胆碱等一种或多种亲水性结构(CN106967206A，CN111234170A)被提出，可显著提高改性材料的润滑性能。然而，上述改性材料的亲水基团会导致水分子进入聚氨酯结构中，从而使材料力学性能大幅度降低，无法满足实际使用需求。例如，甘油磷酰胆碱改性的聚氨酯在体液环境下可长期维持与天然半月板相近的摩擦系数，但其拉伸强度仅约10MPa，不足以支撑人工半月板的体内应用。为了提升亲水聚氨酯的力学强度，利用交联剂提高聚氨酯分子结构稳定性(CN111110927A)是一种有效方法，但这会导致材料一旦成型就很难再进行加工，尤其不利于人工半月板的生产。

因此，设计一种高力学强度且便于操作加工，并且能够在水溶液中依靠结构中的亲水结构在其表面形成水合层来降低聚氨酯材料的摩擦系数，使得聚氨酯能够同时满足高力学强度与低摩擦系数的要求，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高性能聚氨酯的制备方法和应用，本发明提供的高性能聚氨酯用于人工半月板能够同时满足半月板的力学强度与摩擦系数的要求。

本发明提供了一种高性能聚氨酯的制备方法，包括：

将二异氰酸酯、多元醇和催化剂进行聚合反应，得到预聚体；

将所述预聚体与扩链剂进行扩链反应，得到高性能聚氨酯；

所述扩链剂的制备方法包括：

将式I结构化合物和两性离子单体进行反应，得到扩链剂；

式I中，R₁选自-CH₂-，-CH₂CH₂-或-CH₂NH-；