前言
随着医疗健康事业的发展,高分子材料的应用已遍及整个医学领域,其用量也在持续稳定增长。应用于医疗领域中的高分子材料有很多,如聚乳酸、聚乙醇酸、壳聚糖、天然乳胶等,但是这些材料往往存在着力学强度不够和生物相容性差等缺点,目前为止,最为广泛应用的医用高分子材料是聚氨酯弹性体。以异环己酰亚胺(又称1,4-丁二异氰酸酯，BDI)单体为原料,配以合适的聚酯多元醇和扩链剂合成的聚氨酯材料由于其分子链中具有特殊的硬段结构,因此具有其它结构的聚氨酯材料所不具备的优异弹性及延展性、优良的加工性,以及良好的生物降解性和人体吸收性，特别适用于制造医用软组织治疗材料。
异环己酰亚胺的合成方法较多,其中从生物质材料为起始原料合成是一条经济环保、绿色的合成线路,有着较为广泛的应用前景。从木质生物质为起始原料合成异环己酰亚胺单体的路线是采用玉米秸秆为原料，经生物发酵生产1,4-丁二酸，然后对其氨化加氢制得1,4-丁二胺,再经过光气化合成关键单体异环己酰亚胺,最后用异环己酰亚胺与合适的软段、扩链剂等反应制得可用于软组织治疗的医用聚氨酯产品。
合成方法[1]
1,4-丁二胺气相光气化合成异环己酰亚胺：以丁二胺合成异环己酰亚胺该是技术路线的核心工艺，具有很高的资金和技术门槛。烟台万华是全球二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)制造技术的领跑者之一,自主掌握了MDI光气化合成核心技术。目前万华又在亚甲基二环已基二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)等脂肪族二异氰酸酯(ADI)产品的气相光气化法合成领域取得突破,达到国际先进水平。以此为依托,万华在上述ADI生产工艺的基础上,对异环己酰亚胺合成工艺进行了探索和改进。异环己酰亚胺的光气化合成在管式反应器中进行。首先将丁二胺和光气分别加热到330~400℃进行气化。然后将二者按照一定的比例,通过喷射混合装置高速送入至反应器内进行混合并反应，丁二胺的进料流速高达20~100m/s。光气化反应在3~20s内瞬间完成,在反应器出口采用氯苯等溶剂将高温光化气相产物喷淋冷却并吸收。所得母液经脱除氯化氢和光气后再进行脱溶剂处理，最后通过精馏获得异环己酰亚胺产品,纯度高达98%。该气相光气化合成异环己酰亚胺工艺具有生产效率高、能耗低、产品品质好等优点。
在医用聚氨酯材料中的应用
满足医用的聚氨酯材料,首先要从分子设计上赋予其本质性能,这就需要对该材料的软段和硬段作出合理的设计。异环己酰亚胺是一种刚性较小的二异氰酸酯单体,可被应用于软组织医学工程材料的硬段合成。此外,研究认为它是一种安全的“医药级”异氰酸酯单体,由其合成的聚合物片段在完全降解之后生成丁二胺,可以被人体吸收。由异环己酰亚胺合成的聚氨酯产品已实现商品化,在临床医学试验上表现出了优异的性能。软段的分子选择要求使医用材料具有良好的组织相容性、抗血栓性、适宜的柔性和支撑性,用于止血等伤口处理还要求有较好的吸水性。此外,为避免将止血填充物取出所造成的二次伤害,还要求其具有合适的降解速度。基于此,在医用聚氨酯材料的设计上,有报道采用具有大量亲水性基团且相对分子质量适宜的由聚醚与1,4-二氧六环-2,5-二酮(乙交酯)和已内酰胺所形成的聚酯多元醇作为软段。
聚氨酯材料的合成,首先是将过量的异环己酰亚胺加入到上述聚酯多元醇中进行反应得到NCO封端的预聚体。然后将羟基封端的BDO-BDI-BDO扩链剂与上述预聚体进行聚合以获得聚氨基甲酸酯聚合物。最后,该聚合物再经过适宜的发泡过程,最终获得性能优异的高孔隙率聚氨酯材料,孔隙率96.4%，吸收液体量为自身重量的20~30倍,初始特性粘数为0.5~4dL/g,碎裂吸收时间为1~14d,非常适用于术后伤口敷料。该材料能被用于制造进行伤口止血护理的医用聚氨酯产品，如纳吸棉(NasoPore)。该材料具有较好的组织工程学性能,可以在体内发生降解,并且降解物能被生物体吸收,降低了止血器移除诱发并发症的几率[1]。
参考文献
[1]张永振,石森,黎源,等. 生物质基1,4-丁二异氰酸酯的制备及其在医用聚氨酯材料中的应用[J]. 聚氨酯工业,2013,28(6):1-4. DOI:10.3969/j.issn.1005-1902.2013.06.001.