氧雜環(huán)丙烷(環(huán)氧乙烷)聚氨基甲酸酯涂料的制作方法
【專利說明】氧雜環(huán)丙烷（環(huán)氧乙烷）聚氨基甲酸酯涂料 發(fā)明背景
[0001] 親水性即喜水性涂料（下文稱作"WLC"）是可用于作為例如醫(yī)療裝置上的基于異 氰酸酯的涂料的替代的親水性和疏水性聚氨基甲酸酯環(huán)氧的實用化學。WLC化學有吸引力 的原因在于現(xiàn)有技術(shù)的基于異氰酸酯的涂料組合物和可使用的涂料引發(fā)了可能的健康擔 憂。對于異氰酸酯的另一擔憂是異氰酸酯對水的敏感性，水與異氰酸酯反應而放出二氧化 碳。該副反應由于當二氧化碳離開涂料形成小針孔時的微粗糙度而產(chǎn)生非常粗糙的涂料。 然而，一旦異氰酸酯被封端而形成根據(jù)本發(fā)明的聚氨基甲酸酯環(huán)氧（氨基甲酸縮水甘油基 酯），與水的反應和放氣就不再是擔憂并且健康擔憂也被顯著降低。因此，在醫(yī)療裝置和其 它涂料領(lǐng)域中使用WLC化學特別對于醫(yī)療裝置應用來說是非常有吸引力的。 發(fā)明概述
[0002] WLC合成反應可通常通過在傾向于減少副反應的較低溫度下運行而被優(yōu)化。反應 順序也是WLC開發(fā)中非常重要的考慮因素。在基于氧雜環(huán)丙烷聚氨基甲酸酯的WLC的情況 下，在添加多元醇之前，亞甲基雙二異氰酸酯（MDI)應當為液體或熔化的固體，并且在添加 二月桂酸二丁錫催化劑和縮水甘油之前，己二酸二酰肼被完全反應。過早添加縮水甘油可 導致胺與縮水甘油反應，并且過早添加催化劑可改變擴鏈網(wǎng)絡并形成較不期望的涂料。WLC 縮水甘油基（氧雜環(huán)丙烷官能團）末端已顯示涂料粘著和內(nèi)聚強度的增加。
在以上式中： 與PEO有關(guān)的"η/'落在約500到約45, 000或更高的范圍內(nèi)； 與聚THF有關(guān)的"n2"落在約3到約600或更高的范圍內(nèi)； 與TOEGA有關(guān)的"n3"落在約2到約60, 000或更高的范圍內(nèi)；并且 "n4"是低級亞烷基，rv落在1到約4的范圍內(nèi)。 注意n4亞烷基任選地偶聯(lián)如下文所述的其它異氰酸酯部分。 1. 縮水甘油、PE0(聚環(huán)氧乙烷）、二羥甲基丙酸（DMPA)、聚四氫呋喃（聚THF)和聚[二 (乙二醇）己二酸酯](PDEGA羥基）可與亞甲基雙二異氰酸酯反應用于擴鏈。 2. 己二酸二酰肼（AAD)與異氰酸酯反應用于擴鏈。 3. 用縮水甘油將端基封端以實現(xiàn)縮水甘油基官能團。 4. 芳香基的反應動力學較快，次于異氰酸酯。 上述單體和低聚物（包括廣義的聚合物組分）和合成路徑用于產(chǎn)生本發(fā)明的涂料/組 合物。
[0003] 無副反應的反應設計為用環(huán)氧端基封端并且將副反應最小化。
[0004] 以下列出了構(gòu)成本發(fā)明的聚氨基甲酸酯涂料的本發(fā)明初級反應的末端氧雜環(huán)丙 烷聚氨基甲酸酯化學涂料：
[0005] 1.末端氧雜環(huán)丙烷聚氨基甲酸酯反應性涂料組合物是含有硬鏈段和軟鏈段的極 為潤滑的耐用涂料。該結(jié)構(gòu)含有聚氨基甲酸酯和環(huán)氧基。這是通過氫鍵合增加物理交聯(lián)的 經(jīng)改性的水溶性和溶劑溶性材料。該結(jié)構(gòu)依賴于通過硬鏈段域的針對強度的物理交聯(lián)。硬 鏈段含有芳香基，其還通過鍵相互作用堆疊。如本文所用的術(shù)語"硬鏈段"意指基本上 結(jié)晶的。
[0006] 2.包含環(huán)氧氨基甲酸酯羧酸環(huán)氧烷反應性涂料組合物的末端A組合物 本實施例描述了本發(fā)明喜水性涂料（WLC)環(huán)氧氨基甲酸酯羧酸環(huán)氧烷反應性涂料組 合物的制備。將帶有冷凝器、氮氣入口和GeminiJ-KEM型溫度控制器、機械攪拌器和加熱套 的500mL四頸反應釜用于樹脂合成。將16.8g的>99. 0%的亞甲基雙二異氰酸酯（MDI)裝 入反應器中。使溫度在40°C保持40分鐘以進行固體軟化。接下來，以下列順序添加62.5g 平均Mn為約2,500的聚[二（乙二醇）己二酸酯]、72.5g平均Μn為約2,900的聚（四氫 呋喃）和3. 35g的98%的2, 2-雙（羥甲基）丙酸并且通過在40°C下攪拌5分鐘將其均質(zhì) 化。在向該均質(zhì)化的混合物中添加99. 5%的無水1-甲基-2-吡咯烷酮之后立即添加150 克平均1為100, 000的聚（環(huán)氧乙烷）粉末。通過充分混合40分鐘將該溶液均質(zhì)化。逐 滴添加4滴95%的二月桂酸二丁錫并且使反應混合物在40°C下保持1小時。1小時后，添 加3. 7克縮水甘油并且使溫度保持過夜直到反應完成。
[0007] 3.末端氧雜環(huán)丙烷聚氨基甲酸酯脲擴鏈劑八不添加水）。反應性涂料組合物是 含有硬鏈段和軟鏈段的極為潤滑的耐用涂料。該結(jié)構(gòu)含有聚氨基甲酸酯基、脲基和環(huán)氧基。 這是采用脲形成以通過氫鍵合增加物理交聯(lián)的經(jīng)改性的水溶性和溶劑溶性材料。聚合物骨 架中的羧酸官能團和縮水甘油端基增加了交聯(lián)。環(huán)氧端基有助于粘著和內(nèi)聚強度。該結(jié)構(gòu) 依賴于非常類似于聚氨基甲酸酯環(huán)氧基的交聯(lián)，但含有基于已二酸二酰肼的擴鏈劑。
[0008] 4.末端氧雜環(huán)丙烷聚氨基甲酸酯脲擴鏈劑八水過量）。反應性涂料組合物是含 有硬鏈段和軟鏈段（即結(jié)晶鏈段和無定形鏈段）的極為潤滑的耐用涂料。該結(jié)構(gòu)含有聚氨 基甲酸酯基、脲基和環(huán)氧基。這是采用脲形成以通過氫鍵合增加物理交聯(lián)的經(jīng)改性的水溶 性和溶劑溶性材料。聚合物骨架中的羧酸官能團和縮水甘油端基增加了交聯(lián)，異氰酸酯的 反應形成不穩(wěn)定的氨基甲酸，該不穩(wěn)定的氨基甲酸形成胺。胺與異氰酸酯官能團快速反應 而形成脲。
[0009] 水官能團與過量的MDI異氰酸酯反應而釋放0)2并形成胺。胺官能團與過量的異 氰酸酯反應而形成額外的脲鍵合。水/胺反應使所述體系高度物理交聯(lián)并且增加其機械性 質(zhì)。仲胺的活性氫可與過量的異氰酸酯進一步反應而使所述體系輕微交聯(lián)。脲和聚氨基甲 酸酯硬鏈段以及縮水甘油官能團的組合產(chǎn)生優(yōu)良的交聯(lián)體系。
水與異氰酸酯反應而形成脲
[0010] 5.末端氧雜環(huán)丙烷聚氨基甲酸酯酰胺/酰胺脲八不添加水）。反應性涂料組合物 是含有硬鏈段和軟鏈段的極為潤滑的耐用涂料。這是含有聚氨基甲酸酯基、脲基、酰胺（形 成脲的酰胺）基和環(huán)氧基的結(jié)構(gòu)。這是采用酰胺形成的經(jīng)改性的水溶性和溶劑溶性材料， 其可經(jīng)受額外的反應以形成脲。脲和硬鏈段獲得了用于物理交聯(lián)的氫鍵合的增加，聚合物 骨架中的羧酸官能團和縮水甘油端基增加了交聯(lián)。酰胺官能團可繼續(xù)與異氰酸酯反應而形 成脲。該交聯(lián)體系有助于增加底涂層的耐用性。 異氰酸酯與酰胺反應而形成交聯(lián)的脲
[0011] 例如，使用DMPA來構(gòu)建用于引入羧酸官能團的聚合物骨架。該官能團與過量的MDI異氰酸酯在80°C左右反應而形成酰胺鍵。酰胺反應使所述體系輕微交聯(lián)并增加其機械 性質(zhì)。酰胺官能團的活性氫可與過量的異氰酸酯進一步反應而形成脲。酰胺、脲和聚氨基 甲酸酯硬鏈段以及縮水甘油官能團的組合產(chǎn)生優(yōu)良的交聯(lián)體系。
異氰酸酯與酰胺反應而形成交聯(lián)的脲 實施例46-48說明本發(fā)明的該方面。
[0012] 例如，使用DMPA來構(gòu)建用于引入羧酸官能團的聚合物骨架。該官能團與過量的MDI異氰酸酯在80°C左右反應而形成酰胺鍵。酰胺反應使所述體系輕微交聯(lián)并增加機械性 質(zhì)。酰胺的活性氫可與過量的異氰酸酯進一步反應而形成脲。酰胺、脲和聚氨基甲酸酯硬 鏈段以及縮水甘油官能團的組合產(chǎn)生優(yōu)良的交聯(lián)體系。
[0013] 以下參考文獻、專利和專利申請以引用方式整體并入本文中。 5576072Hostettler等人，Process for producing slippery, tenaciously adhering hydrogel coatings··· 4990357 Karakelle等人，Elastomeric segmented hydrophilic polyetherurethane. based lubricious coatings 6706025 Engelson等人，Lubricous catheters 7776956 Webster等人，Elastomeric segmented hydrophilic polyurethane based coatings 4119094 Micklus等人，Coated substrate having a low coefficient of friction hydrophilic coating and a method of making the same 4495229 Wolf等人，One component heat curing polyurethane coatings··· 4638017 Larson等人，Hydrophilic polyurethane polyuria sponge 4713448 Balazs等人，Chemically modified hyaluronic acid preparation··· 5041100 Rowland等人，Catheter and hydrophilic friction-reducing coating thereon 5749837 Palermo等人，Enhanced lubricity guidewire 5912314 Wolf, Reaction product of mixed uretdiones and a disecondary diamine 5919570 Hostettler等人，Slippery，tenaciously adhering hydrogel coatings··· 7193011 Kim等人，Method of preparing water dispersible poly (urethane urea) having aromatic-alphatic isocyanate 7226972 Zhao等人，Process for crosslinking hyaluronic acidto polymers 7652166 Haubennestel等人，Biuret compounds··· 5104930 Rinde等人，Polyurea gel compositions··· 5175229 Braatz等人，Biocompatible polyuria urethane hydrated polymers 5576072 Hostettler等人，Medical device having hydrophilic coatings··· 5688855 Stoy等人，Thin film hydrophilic coatings 5776611 Elton等人，Crosslinked hydrogel coatings 20110015724 Kocher等人，Medical device having hydrophilic coatings 20110021657 Kocher, Hydrophilic polyurethane solutions 20110021696 Kocher等人，Hydrophilic polyurethane dispersions 同樣，名稱為"Modified Hyaluronate Hydrophilic Compositions, Coatings and Methods. "且代理人案號為LRM-35819的申請人的同時提交的專利申請序列號_以 引用方式整體明確并入本文中。 組合物1的實施例： 實施例1 本實施例描述了本發(fā)明喜水性涂料（WLC)氨基甲酸縮水甘油基酯分散體（E-1)的制 備。將帶有冷凝器、氮氣入口和GeminiJ-KEM型溫度控制器、機械攪拌器和加熱套的500mL 四頸反應釜用于樹脂合成。將9.375g98%的4, 4'-亞甲基雙（異氰酸苯酯）裝入反應 器中。使溫度在40°C保持40分鐘以進行固體軟化。接下來，以下列順序添加4. 925g平均 Mn為約500的聚[二（乙二醇）己二酸酯]、27. 25g平均Μn為約2, 900的聚（四氫呋喃） 并且通過在40°C下攪拌5分鐘將其均質(zhì)化。在向該均質(zhì)化的混合物中添加100g99. 5%的 無水1-甲基-2-吡咯烷酮之后立即添加53. 57g平均仏為100, 000的聚（環(huán)氧乙烷）粉 末。通過充分混合40分鐘將該溶液均質(zhì)化。逐滴添加1滴95%的二月桂酸二丁錫并且使 反應混合物在40°C下保持1小時。1小時后，添加2. 8克縮水甘油并且使溫度保持過夜直 到反應完成。 實施例2
本實施例描述了本發(fā)明喜水性涂料（WLC)氨基甲酸縮水甘油基酯分散體（E-2)的制 備。將帶有冷凝器、氮氣入口和GeminiJ-KEM型溫度控制器、機械攪拌器和加熱套的500mL 四頸反應釜用于樹脂合成。將4. 787g98%的4, 4'-亞甲基雙（異氰酸苯酯）裝入反應 器中。使溫度在40°C保持40分鐘以進行固體軟化。接下來，以下列順序添加27. 423g平均 Mn為約2, 900的聚（四氫呋喃）并且通過在40°C下攪拌5分鐘將其均質(zhì)化。在向該均質(zhì)化 的混合物中添加50g99. 5%的無水1-甲基-2-吡咯烷酮之后立即添加53. 57g平均1為 100, 000的聚（環(huán)氧乙烷）粉末。通過充分混合40分