CN113816875A - 材料单体及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料领域，具体而言，提供了一种材料单体及其制备方法与应用。本发明提供一种含有儿茶酚官能团的氰基丙烯酸酯材料单体，通过侧链的儿茶酚官能团，能够增加氰基丙烯酸酯类材料的粘接力及水下粘接能力。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，具体而言，涉及一种材料单体及其制备方法与应用。
背景技术
氰基丙烯酸酯粘合剂是单体粘合剂，以α-氰基丙烯酸的酯为基础，通过自由基和阴离子聚合反应而进行聚合。所以，氰基丙烯酸酯粘合剂在含有微量水的环境下就会发生快速聚合固化，导致粘接能力失效。同时，氰基丙烯酸酯粘合剂的水下粘接能力较差，不耐水粘接。所以，改善氰基丙烯酸酯粘合剂的湿性粘接能力对扩展该类产品应用领域具有重要意义。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种材料单体。
本发明的第二目的在于提供一种材料单体的制备方法。
本发明的第三目的在于提供一种组合物。
本发明的第四目的在于提供材料单体或组合物的用途。
本发明的第五目的在于提供一种聚合物。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种材料单体，结构式如下：
材料单体的制备方法，在蒽保护的氰基丙烯酸与羟基酪醇发生酯化反应后，经脱保护基团反应得到所述材料单体。
一种组合物，所述组合物包括上述材料单体。
进一步地，所述组合物还包括佐剂。
进一步地，所述佐剂选自增稠剂、稳定剂、引发交联的热和/或光引发剂和加速剂、着色剂、增塑剂、防腐剂、散热剂、纤维增强材料。
上述材料单体或组合物在制备粘合剂中的用途。
进一步地，所述粘合剂包括用于水下或潮湿环境的粘合剂；
优选地，所述粘合剂包括医用粘合剂，所述医用粘合剂包括用于伤口粘合、止血、内脏及软组织伤口闭合、覆盖、堵漏、硬组织固定的粘合剂。
进一步地，待粘合的材料为木材、金属、陶瓷、塑料或由上述材料的混合物组成的材料。
进一步地，所述材料表面上有任何物理状态的水。
一种聚合物，所述聚合物通过上述材料单体或组合物在阴离子作用下发生交联共聚而获得。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供一种含有儿茶酚官能团的氰基丙烯酸酯材料单体，儿茶酚的两个酚羟基能够形成很强的氢键并与水相互竞争取得氢键点，氢键作用有利于对极性、亲水的表面吸附，此外，也可以形成螯合物和非共价键；其次，儿茶酚官能团的化学多功能性也可以通过不同的化学反应实现其粘附及交联固化，一定条件下，儿茶酚能氧化成醌，氧化后的醌可通过重排、脱氢，并进一步形成交联。不仅能与氨基和巯基进Mi-chael加成和Schiff碱反应，还可通过分子内环化形成脱氢吲哚羧酸酯，最终形成交联。同时还能进行歧化反应形成自由基，偶联为单宁类化合物。所以，通过侧链的儿茶酚官能团，能够增加氰基丙烯酸酯类材料的粘接力及水下粘接能力。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。
本发明提供一种材料单体，结构式如下所示：
该材料单体是将儿茶酚基团(3,4-二羟基苯丙氨酸)通过化学键合的方式结合到氰基丙烯酸酯材料上，用以改善氰基丙烯酸酯材料的湿性粘接能力。
上述材料单体的制备方法包括在蒽保护的氰基丙烯酸与羟基酪醇发生酯化反应后，经脱保护基团反应得到所述材料单体。
在优选的实施方式中，材料单体的合成路线如下：
该合成路线简单易操作，成本低。
本发明提供一种组合物，该组合物含有上述材料单体。此外，还可以含有其他佐剂，例如增稠剂、稳定剂、引发交联的热和/或光引发剂和加速剂、着色剂、增塑剂、防腐剂、散热剂、纤维增强材料等。
在优选的实施方式中，增稠剂包括聚氰基丙烯酸酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚丙烯酸烷基酯、聚异丁烯酸烷基酯；稳定剂包括阴离子稳定剂和自由基稳定剂，前者有偏磷酸、马来酸、马来酸酐、烷基磺酸、五氧化二磷、氯化铁(Ⅲ)、氧化锑、2,4,6-三硝基苯酚、硫醇、烷基硫酰、烷基砜、烷基亚砜、亚硫酸烷基酯、磺内酯、二氧化硫和三氧化硫；后者有对苯二酚、邻苯二酚及上述化合物的衍生物；引发剂或促进剂包括：具有亲核官能团的分子，有机的或无机的或其混合物，其选自含氨基、季胺、羟基、硫醇、含磷化合物，优选为NaHCO3，Na2CO3或磷酸钠；着色剂选自染料、颜料，其包括PGA微原纤，胶原微原纤，纤维素微原纤和烯属微原纤；增塑剂包括聚乙二醇酯、硬脂酸丁酯、月桂酸、戊二酸二辛酯、甘油三酯、乙二酸二辛酯、磷酸三乙酯、柠檬酸三乙酯、乙酰基三乙基柠檬酸酯、乙酰基三丁基柠檬酸酯；防腐剂包括常规使用但不会引发单体聚合的防腐剂，其选自山梨酸钾、苯甲酸钠、山梨酸、氯甲酚；散热剂包括能与单体互溶的液体，在聚合期间蒸发，从组合物中释放热量；纤维增强材料包括天然橡胶或合成橡胶，以增强该组合物耐冲击性，优选为苯乙烯或丙烯腈。
本发明提供的材料单体或组合物可以作为粘合剂使用，特别适用于水性介质(即在水下，认为该水可以为纯水、淡水、咸水、海水、大洋水、污染水以及在一般情况下主要溶剂是水的溶液)中或者在潮湿的条件中，待粘合的材料可以为木材、金属、陶瓷、塑料或由上述材料的混合物组成的材料等。此外，该材料单体或组合物也可用于医学用途，例如医用粘合剂，用于伤口粘合、止血、内脏及软组织伤口闭合、覆盖、堵漏、硬组织固定等。
本发明最后提供一种聚合物，该聚合物通过上述材料单体或组合物在阴离子作用下发生交联共聚而获得。
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
实施例1材料单体的制备
合成路线如下所示：
具体操作如下：
(1)将300g蒽和1000mL甲苯加入3000mL的三口瓶中，搅拌下通入SO2气体2h，滴加200g氰基丙烯酸乙酯，升温到120℃，回流48h后降至室温，水泵减压蒸馏蒸出甲苯，加入1000mL乙醇，100℃加热回流搅拌40分钟，降至室温于-20℃析晶。抽滤得白色晶体状固体-蒽合氰基丙烯酸乙酯390g。产率约80％。
(2)将150g蒽合氰基丙烯酸乙酯、500mL乙醇加入2000mL三口瓶中，升温至40℃，滴加4.5mol/L的KOH水溶液200mL，反应3h后加入500ml水，搅拌20min，滤除不溶物，收集滤液用6mol/L的盐酸调至pH＝2，过滤，滤饼用大量蒸馏水洗至pH约为5.5，真空干燥，得白色固体-蒽合氰基丙烯酸110g，产率约为90％。
(3)500mL的圆底烧瓶中先加入蒽合氰基丙烯酸21g，DMAP 3g，二氯甲烷300mL，搅拌至反应液变澄清后加入4g羟基酪醇，继续搅拌10分钟后加入20g DCC。室温下搅拌过夜后TLC监测反应，过滤并浓缩，石油醚：乙酸乙酯5：1过柱纯化，得到无色固体(3,4-二羟基苯乙基(12S)-12-异氰基-9,10-二氢-9,10-乙基蒽-12-羧酸酯)8.5g。80％产率。
(4)称取4g步骤(3)的产物，马来酸酐2.8g，少量五氧化二磷，氢醌，二甲苯50mL，160℃回流反应6h后，停止反应，减压蒸除二甲苯，用丙酮：乙醚1：3在-20℃下重结晶，得到淡黄色的油状物(3,4-二羟基苯乙基-2-异氰基丙烯酸酯)1.1g。50％产率。
实施例2剪切拉伸强度
剪切拉伸强度是粘合剂粘合能力的常用表征。以国家医药行业标准(YY/T 0729-2009)为实验指导。制备长条形猪皮(2.5cm×10cm),分别在干燥环境和有水的湿润环境进行试验。干燥环境：吸取20μL单体滴于猪皮2.5×1cm2大小的区域并快速涂抹均匀，迅速将另一块相同大小的猪皮搭接在上面，以10N垂直方向的力压10min，使用拉力试验机以20mm/min的速度匀速测试两块猪皮粘接区域断裂时的最大拉力，计算剪切拉伸强度。有水湿润环境：先吸取200μL蒸馏水涂抹在猪皮2.5×1cm2大小的粘接区域，再吸取20μL单体材料涂抹粘接后进行试验。试验结果如下所示。
实施例3组合配方
通过添加增稠剂聚氰基丙烯酸正丁酯、增塑剂柠檬酸三乙酯，使胶体整体较为黏稠，可以更好的在水下或湿润环境下进行粘接，滴入水中时胶体不扩散。(氰基丙烯酸正丁酯滴入水中时在水面快速扩散固化成一层膜)添加比例为材料单体：增稠剂：增塑剂＝(60-80):(5-30):(5-30)，优选的为材料单体：增稠剂：增塑剂＝60:20:20。
实施例4固化时间
吸取材料单体20μL均匀涂抹在4*4cm大小的猪皮上，在接触到猪皮组织后，3分钟内可以由液态完全相变为固态。本材料的聚合速度相对于传统的氰基丙烯酸正丁酯粘合剂(30s内)大大降低，可能是由于单体分子中儿茶酚链的空间位阻以及酚羟基的阻聚作用影响了烯双键的热力学碰撞效率，导致了完全固化时间的延长。
实施例5生物安全性评价
细胞毒性
根据GB/T16886.5-2017医疗器械生物学评价第5部分：体外细胞毒性试验方法，选用无菌生理盐水注射液和体积分数2％DMSO的无菌生理盐水注射液作为浸提液进行MTT法试验。无菌条件下取本产品加入6孔板中，每孔10μL，涂抹均匀，在含5％CO2的37℃恒温培养箱中固化2天后。按6cm2/mL的比例加入浸提液，在37℃，100rpm振摇条件下浸提72h。接触细胞前用含血清MEM培养液稀释至25％，12.5％，6.25％，和3.125％，同时设置空白对照、阴性对照和阳性对照。试验选用对数生长期的NCTCL929细胞，将样品与细胞接触24h后，观察细胞形貌，并用MTT法测定细胞存活率。
实验材料及仪器：本产品、MEM培养基、胎牛血清、青霉素、链霉素、生理盐水、DMSO、二氧化碳培养箱、NCTC L929小鼠成纤维细胞、胰酶、96孔培养板、显微镜(奥林巴斯型号：IX71)、MTT、异丙醇、混匀仪(eppendort，型号：MIXMATE)、酶标仪(Thermo SCIENTIFIC，型号：MIXMATE)。
表1体外细胞毒性实验形貌观察结果
表2极性浸提液组体外细胞毒性实验MTT检测结果
表3非极性浸提液组体外细胞毒性实验MTT检测结果
注：吸光度值为OD570nm-OD650nm。
实验结果：如表1、2、3所示细胞形貌观察本产品各浓度非极性浸提液与极性浸提液培养细胞胞浆内有离散颗粒，无细胞溶解，无细胞增殖下降。MTT法检测本产品25％非极性浸提液的细胞存活率为97％，25％极性浸提液的细胞存活率为92％。本产品25％非极性浸提液和25％极性浸提液不具有潜在细胞毒性反应。
致敏性
根据GB/T 16886.10-2005医疗器械生物学评价第10部分：刺激与迟发型超敏反应试验，选用0.9％氯化钠注射液(一组)和新鲜植物油(二组)作为浸提液，每注射点皮内注射0.1mL，在激发24h和48h观察记录动物激发部位皮肤情况。
实验材料及仪器：豚鼠、弗氏佐剂(SIGMA F5881-10ml CAS9007-81-2)、0.9％氯化钠注射液、棉籽油、注射器、本产品。
实验结果：
表4皮肤致敏实验
实验结果如表所示，本产品无皮肤致敏反应。
皮内反应
根据GB/T 16886.10-2005医疗器械生物学评价第10部分：刺激与迟发型超敏反应试验。
实验材料及仪器：健康家兔、注射器、0.9％氯化钠注射液、棉籽油、本产品。
表5皮内刺激实验
实验结果：如表5所示，在注射本产品浸提液后，本产品组与对照组的平均记分之差小于1.0，本产品无皮内刺激。
皮肤刺激
实验目的及方法：检验本产品是否产生皮肤刺激性。根据GB/T16886.10-2005医疗器械生物学评价第10部分：刺激与迟发型超敏反应试验，在家兔皮肤涂抹本产品0.1mL并封闭4小时后，在1、24、48和72小时，观察涂抹部位皮肤情况。
实验材料及仪器：家兔、本产品、脱毛剂、移液器、医用纱布。
表6本产品对家兔急性皮肤刺激性试验结果
实验结果：如表6所示，实验区皮肤没有出现任何红斑和/或水肿症状，本产品对家兔皮肤无刺激性作用。
急性全身毒性
实验目的：采用聚合物直接灌胃和浸提液注射的方式分别评价本产品急性毒性。
(1)实验方法：参照GB/T-14233.2-2005，小鼠灌胃给予生物可降解医用胶聚合物10g/kg。
实验结果：小鼠灌胃后未出现毒性反应，4天后活杀病检，肉眼观察未见异常。
(2)实验方法：使用本产品聚合物胶体浸提液(浸提比例1.25cm2/mL，浸提介质为无菌生理盐水)分别进行尾静脉注射和腹腔注射，剂量为50mL/kg。
实验材料及仪器：2％的甲基纤维素溶液、本产品、昆明小鼠、JA1003型电子天平(上海越平科学仪器有限公司)。
实验结果：未观察到明显毒性，小鼠未见特殊中毒症状，无死亡，体重正常增长，与正常对照组类似。
以上实验提示本产品在实验条件下未观察到小鼠急性毒性。
溶血
实验方法参照GB/T 14233.2-2005，GB/T 16886.12-2017进行。选用体重大于2.0kg的健康成年家兔，试验当天心脏采血，抗凝后制备成稀释抗凝兔血。试验样品在含有5％CO2的37℃恒温培养箱固化2d，再加入0.9％氯化钠注射液于37℃下浸提72h，分别收集浸提液10mL至试验样品管中；阴性对照组每管加入0.9％氯化钠注射液10mL；阳性对照组每管加入纯水10mL。每组平行操作3管。保温30min后每支试管加入0.2mL稀释抗凝兔血，混匀后继续保温60min。倒出管内液体后离心，用紫外分光光度计在545nm波长处测定吸光度，并计算供试样品的溶血率(％)。
实验材料及仪器：成年家兔、抗凝剂、0.9％氯化钠注射液、本产品、恒温水浴锅、紫外分光光度计。
实验结果：本产品在以上实验条件下溶血率为0.2％，无明显溶血风险，符合GB/T14233.2-2005标准。
本发明通过化学合成的方式，合成了含有儿茶酚官能团的氰基丙烯酸酯材料单体。该类单体在常温呈液态，由于含有氰基丙烯酸酯官能团，因此能在阴离子条件下发生聚合。且由于其含有儿茶酚官能团，可在湿性环境下保持粘接能力，在不降低氰基丙烯酸酯材料原有的粘接能力的情况下改善其湿性粘接能力。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (10)
1.一种材料单体，其特征在于，结构式如下：
2.权利要求1所述的材料单体的制备方法，其特征在于，在蒽保护的氰基丙烯酸与羟基酪醇发生酯化反应后，经脱保护基团反应得到所述材料单体。
3.一种组合物，其特征在于，所述组合物包括权利要求1所述的材料单体。
4.根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，所述组合物还包括佐剂。
5.根据权利要求4所述的组合物，其特征在于，所述佐剂选自增稠剂、稳定剂、引发交联的热和/或光引发剂和加速剂、着色剂、增塑剂、防腐剂、散热剂、纤维增强材料。
6.权利要求1所述的材料单体或权利要求3-5任一项所述的组合物在制备粘合剂中的用途。
7.根据权利要求6所述的用途，其特征在于，所述粘合剂包括用于水下或潮湿环境的粘合剂；
优选地，所述粘合剂包括医用粘合剂，所述医用粘合剂包括用于伤口粘合、止血、内脏及软组织伤口闭合、覆盖、堵漏、硬组织固定的粘合剂。
8.根据权利要求7所述的用途，其特征在于，待粘合的材料为木材、金属、陶瓷、塑料或由上述材料的混合物组成的材料。
9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，所述材料表面上有任何物理状态的水。
10.一种聚合物，其特征在于，所述聚合物通过权利要求1所述的材料单体或权利要求3-5任一项所述的组合物在阴离子作用下发生交联共聚而获得。
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2021
- 2021-10-26 CN CN202111245015.0A patent/CN113816875A/zh active Pending
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Legal Events
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211221 |
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