聚磷腈改性及其生物医学应用
聚磷腈的制备和性能研究进展
腈（ Ｐ ＮＦ ） 的专 利 转让 给 Ｅ ｔ ｈ ｙ ｌ 公 司 。 该 公 司 以 商
品名 “ Ｅｙ ｐ ｅ ｌ Ｆ” 出售 产 品 ， 除用 于航天 、 航 空 及 军 用 材料 外 ， 还 推 广 用 于 一 般 工 业 材 料 。 法 国 ＡＴＯ Ｃｈ ｉ ｍｉ ｅ公 司 １ ９ ９ ３年 建 成 年 产 数 百 ｔ的 工 业 装 置 ， 采 用 缩 聚 方 法 制 备 聚 磷 腈 。该 公 司 在 包 括 本 国 和
聚 磷 腈 的制 备 和 性 能研 究进 展
《 上 海 塑 料 》２ ０ １ ３年 第 １期 （ 总第 ｌ ６ １期 ）
・
专 论 与 综述 ・
聚 磷 腈 的 制 备 和 性 能 研 究 进 展
张 亨
（ 锦 西化 工研 究 院 ，辽 宁 葫 芦 岛 １ ２ ５ ０ ０ Ｏ ）
Hale Waihona Puke 摘 要 聚磷 腈是 一 类新 型无机 有 机复 合 功 能 高分 子 化合 物 ， 具 有 结 构 多样 性 ， 应 用 于航 空航 天 、 船 舶 制造 、 石 油化 工及 生物 医学等 领域 。介 绍 了聚磷 腈 的理 化性 质 、 用途 、 发展现 状 和制备 方 法 。综 述 了聚 磷 腈 的制 备和 性 能研 究进展 。
ｐ ｅ ｒ ｆ ｏｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｐ ｏｌ ｙ ｐ ｈ ｏｓ ｐ ｈａ ｚ ｅ ｎｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄ ｓ：ｐ ｏｌ ｙ ｐ ｈ ｏｓ ｐ ｈａ ｚ ｅ ｎｅ；ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ； ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ；ａ ｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ；ｐｒ ｏｇ ｒ ｅ ｓ ｓ
聚膦腈
罗渡沙 09材硕2班
聚膦腈的简介
聚磷腈(Polyphosphazenes) 是一类骨架由磷、 氮单双键交替排列而成, 侧基由有机基团组成 的元素有机高分子。1897 年, H . N.Stokes 首 次在实验室合成了聚二氯磷腈( 俗称“无机橡 胶”），不溶于任何有机溶剂。1965 年第一 个可溶的聚磷腈高分子问世,此后关于聚磷腈 功能材料的研究相当活跃,其研究范围涉及特 种橡胶与弹性材料、防火阻燃材料、生物医用 材料、液晶以及光电材料等多个方面。
聚膦腈的合成
1，先聚合再取代 在真空条件下, 将六氯三聚磷腈开环热聚合得
到聚二氯磷腈, 再使聚二氯磷腈上的活泼的氯 原子被无机或有机基团取代, 形成具有各种特 殊功能的聚磷腈 2，先取代再聚合 使有机亲核试剂先行取代六氯三聚磷腈上的氯 原子, 再进行热聚合得到侧基被取代的聚磷腈
高分子, 聚合后的聚磷腈中未被取代的氯原子 仍能被烷氧基化合物、芳氧基化合物、胺类和 有机金属化合物等有机亲核试剂所取代
在真空条件下将六氯三聚磷腈开环热聚合得原子被无机或有机基团取代形成具有各种特殊功能的聚磷腈使有机亲核试剂先行取代六氯三聚磷腈上的氯原子再进行热聚合得到侧基被取代的聚磷腈高分子聚合后的聚磷腈中未被取代的氯原子仍能被烷氧基化合物芳氧基化合物胺类和有机金属化合物等有机亲核试剂所取代衍生物合成法是由聚磷腈衍生反应如硝化重氮化等反应制备新型聚磷腈直接合成法即由小分子单体在一定条件下聚合制得聚磷腈
3，聚磷腈衍生物合成法和直接合成法。
衍生物合成法是由聚磷腈衍生反应如硝化、重 氮化等反应制备新型聚磷腈, 直接合成法即由 小分子单体在一定条件下聚合制得聚磷腈。
聚膦腈的应用
1， 特种橡胶与弹性材料 聚烷氧基磷腈、聚芳氧基磷腈、聚氟代烷氧基
聚膦腈
2，防火阻燃材料
聚磷腈有高含量的磷与氮,有的还含有卤素,显 示出优良的不燃性与阻燃性,广泛用作防火阻 燃材料和自熄性材料,有很大的发展前途。例 如:聚溴代烷氧基磷腈是一种性能优良的阻燃 剂,广泛地用于塑料、纺织、纤维、纸张和木 材的阻燃处理。
3 ，高分子电解质
聚磷腈高分子的性能受其磷原子上所连的有机 功能基团的影响很大,当磷原子上连接多醚或 胺类时,可赋予它离子溶剂化特性,因而使得它 具有良好的导电性;又因为聚磷腈高分子主链 具有很好的柔性,故它同时兼具优良的加工稳 定性。这使得聚磷腈高分子成为一种较好的固 体高分子电解质,可用于高能密集电池的设计 与制作。
聚磷腈的主链是一种无机主链, 具有耐水、耐 溶剂、耐油类和化学药品、耐高温和低温、不 燃烧和阻燃、光学性好、光热稳定性高等优良 性能。此外由于所连侧基的不同,聚磷腈高分 子可以是亲水的或亲油的,可以是易被水降解 的或对水稳定的,可以是导体、半导体或绝缘 体,还可以是光解材料、耐辐射材料、耐溶剂 和化学药品,也可以有生物活性等。
聚膦腈的合成
1，先聚合再取代 在真空条件下, 将六氯三聚磷腈开环热聚合得
到聚二氯磷腈, 再使聚二氯磷腈上的活泼的氯 原子被无机或有机基团取代, 形成具有各种特 殊功能的聚磷腈 2，先取代再聚合 使有机亲核试剂先行取代六氯三聚磷腈上的氯 原子, 再进行热聚合得到侧基被取代的聚磷腈
高分子, 聚合后的聚磷腈中未被取代的氯原子 仍能被烷氧基化合物、芳氧基化合物、胺类和 有机金属化合物等有机亲核试剂所取代
其它一些小组又相继合成出多种聚磷腈药物控 释材料,其中有一些已进入临床阶段,有望短期 内投入使用。
7 ，高分子液晶及其分离膜
P、N 链的柔顺性便于液晶聚合物的生成。液 晶聚磷腈是一类含侧链的新型液晶高聚物。液 晶聚磷腈气体分离膜具有较高的气体通量和中 等的分离能力;液晶聚磷腈渗透汽化膜也具有 较高的渗透能量,属于优先透有机物型。它们 是一类有潜在应用前景的新型膜分离材料。
磷腈聚合物在高分子材料中的研究进展
磷腈聚合物在高分子材料中的研究进展1.背景与概述随着社会和科学的不断发展与进步，人们对材料的使用要求也越来越高，单一的材料类型已不能满足人们的需求。
传统的材料按照化学组成分类，除了金属材料以外，主要包括有机高分子材料和无机硅酸盐材料[]1。
有机高分子材料多源自石油化工产品，也包括一些生物有机物。
它们一般具有质量轻、耐腐蚀、绝缘性好和易于成型加工等优点，已被广泛应用于生产生活的各个方面，并在很大程度上替代了金属材料。
然而大多数有机高分子材料却因为强度、耐磨性及使用寿命较差而不能满足当今生产生活中对材料的耐高温性和抗氧化性的要求[]1。
无机硅酸盐材料通常拥有优异的耐高温性和抗氧化性，以及较好的电和热绝缘性，但是无机硅酸盐材料和有机高分子材料相比，其可加工性能则差很多。
因此，开发兼具有机材料和无机材料优点的新型有机-无机杂化材料具有重要意义。
无机聚合物是由非碳原子组成的大分子物质，原子间主要以共价键键合，形成与有机聚合物中的碳链相类似的杂原子主链。
与有机聚合物相比，无机聚合物的独特性能，使其受到了极大的关注。
聚磷腈是以单键双键交替连接的磷、氮原子为主链，以有机取代基团为侧链的一类新型有机-无机杂化高分子。
按照形态可以将其分为四大类即线性聚磷腈、环线型、环交联型、梳型聚磷腈和支化聚磷腈，由于其具有良好的热稳定性、生物相容性、耐福射、耐低温、抗氧化性、生物降解性，聚磷腈功能材料已成为了研究热点。
2.聚磷腈化合物的合成（1）通常，线型聚磷腈通过二步法制备：首先合成聚二氯磷腈，然后由聚二氯磷腈通过亲核取代反应制备目标聚合物。
迄今为止，聚二氯磷腈的合成方法除了最基本的由HCCP 本体开环聚合[]4,3,2以外，主要还包括溶液催化开环聚合[]6,5、Cl3P=N-Si(CH3)3 的可控室温活性聚合[]9,8,7、N-二氯磷酰-P-三氯单磷腈的缩聚[]10和以氯化铵和五氯化磷为单体的一步法[]12,11四种途径。
聚磷腈的研究和生物医学应用
第24卷 第2期2005年 4月北京生物医学工程Beijing Biomedical Engineering V ol 124 N o 12Apr. 2005聚磷腈的研究和生物医学应用任杰 陈云华 摘 要 聚磷腈是一类新型的无机高分子,具有特殊的结构和有机高分子难以比拟的特性,近年来对其在生物医用方面的研究特别多。
可以通过侧基的选择来调节聚磷腈的物理化学性能,包括它的生物降解性。
本文介绍了聚磷腈的制备、结构、性能、生物应用以及发展前景。
关键词 聚磷腈 生物材料 生物降解性中图分类号 T Q31文献标识码A文章编号100223208(2005)022*******R esearch and Biomedical Application of Polyphosph azenes REN Jie ,CHEN Yunhua . Institute o f nano &bio 2polymericmaterials ,School o f material science and engineering Tongji Univer sity ,Shanghai 200092【Abstract 】 P olyphosphazenes are new type inorganic polymers and have been potentially useful candidates for applications of biomaterials duo to their particular structures and unique characters.C ontrolled tuning of physico 2chem ical properties ,luding biodegradability ,can be achieved in this class of polymers via macrom olecular substitutions ,This review introduces the preparation ,structure ,properties ,biomedical application and prospect of polyphosphazenes.【K ey w ords 】 polyphosphazenes biomaterial biodegradation作者单位:同济大学材料科学与工程学院纳米与生物高分子材料研究所(上海 200092)作者简介:任杰(1965—),男,教授,博士生导师,从事纳米与生物医用材料的研究。
水凝胶在医药行业的应用
水凝胶在医药行业的应用水凝胶的改性是水凝胶在多方面获得应用的前提条件。
本文介绍几类水凝胶的改性及其应用进展，包括聚乙烯醇(PV A)和明胶复合水凝胶、蛋白质水凝胶、新型智能水凝胶以及纳米水凝胶。
同时指出要密切关注改性水凝胶的生物相容性、成本价格、生物可降解性、适用范围，使更多水凝胶能走向临床，获得更广泛的应用。
1.引言水凝胶可分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶。
化学合成水凝胶以丙烯酰胺(AAM)及其衍生物的均聚物和共聚物、丙烯酸(AA)及其衍生物的均聚物和共聚物居多。
其次，还有聚乙烯醇(PPA)、聚磷腈(PPZ)等。
天然高分子材料如壳聚糖(CS)、葡聚糖(dex)、瓜胶(GG)、胶原、蛋白质等。
由于传统水凝胶存在响应速度、机械强度等性能问题，研究者展开了一系列的改性工作，希望所制备的水凝胶能在实际应用中按不同的目的和要求发挥相应的作用。
水凝胶改性是通过改变优化水凝胶原有的性能或复合具备新的优良性能。
比如良好的生物相容性、可降解性、易于调控的物理化学性质和结构等，在生物医学领域具有诱人的应用前景。
具有敏感响应的智能水凝胶是人们最为感兴趣的课题之一。
为了提高水凝胶的响应速率，人们又研究发展了以下几种新型智能水凝胶：大孔或超孔水凝胶、互穿网络(IPN)水凝胶、纳米水凝胶等。
2.水凝胶的改性不同水凝胶的物理化学性质不同，改性方法也不完全相同，但不外乎化学接枝，物理共混，以及与其它特定物质复合等方法。
以下举例说明。
2.1.聚乙烯醇(PV A)类水凝胶改性改性方法：1)化学改性法：通过接枝等化学方法，或把水凝胶接枝到具有一定强度的载体上。
如将苯酐或琥珀酸酐与PV A酯化，得到侧链含羧基的PV A。
2)物理共混法：利用高分子链间分子间作用力形成分子聚集体，制备性能优良的复合体系。
例如以丙三醇为增塑剂，加入淀粉改性。
3)与无机填料或有机小分子复合：其中无机填料如磷酸三钙，生物活性玻璃等。
有机小分子作为复合润滑剂。
生物医用材料专题2组织工程材料与人工器官------软组织修复与重建
专题六组织工程材料与人工器官---软组织修复与重建组织工程是指用生命科学与工程的原理构建一个生物装置来维护、增进人体细胞和组织的生长，以恢复受损组织或器官的功能。
传统材料如金属、陶瓷、高分子，植入体内存在着磨损、性能下降、安全性等问题；即使是暂时性植入材料，也存在着力学性能匹配、生物相容性、代谢途径等问题。
组织工程学的出现，为人们寻找更为理想的体内植入材料开辟了一条新的途径。
器官移植会产生排斥作用，必须服用药物，这样又会破坏人体的免疫平衡，可能导致肿瘤。
组织工程给组织器官的替代修复带来了新的曙光。
一、组织工程的基本原理和方法组织工程三要素：种子细胞、支架材料、生长信息分子支架材料：支架为细胞提供一个生存的三维空间，利于细胞获得营养物质，排除废物，支架应为一种有良好生物相容性，可被人体逐步降解吸收的生物材料。
方法简介：提取组织细胞---体外培养---吸附扩增于三维支架材料上---细胞在预先设计的三维支架上生长---细胞/支架复合体植入病损部位---支架材料逐步降解吸收的同时，种植的细胞继续增殖并分泌基质，形成新的组织器官---新生组织器官成熟后，支架降解排出体外。
这种具有生命力的活体组织能对病损组织进行重建并永久替代。
二、组织工程材料—软组织修复与重建1、组织工程材料应具备的条件(1)材料能够促进组织的生长，使细胞之间能够沟通，并最大限度地获取营养物、生长因子和活性药物分子；(2)在某些场合能防止细胞激活(如外科手术、防粘连的场合)；(3)指导和控制组织的反应(促进某一组织反应，抑制其他反应)(4)促进细胞粘附及激活细胞(皮肤修复中成纤维细胞的粘附和增殖)(5)抑制细胞的粘附和激活细胞(防止血小板粘附在血管上)：(6)防止某一生物反应的攻布(在器官移植中，阻止抗体攻击同种或异种细胞)。
(7)易于加工成三维多孔支架：(8)支架要有一定力学强度以支持新生组织的生长，并待成熟后能自行降解；(9)低毒、无毒、可消毒；(10)能够释放药物或活性物质如生长激素等。
聚酯类材料在医学和生物应用中的研究
聚酯类材料在医学和生物应用中的研究随着现代科学技术的迅猛发展，聚酯类材料在医学和生物应用中的研究也越来越深入。
聚酯类材料具有良好的可塑性、耐化学腐蚀性和机械强度等优良性能，因此成为了医学和生物领域的重要研究对象。
接下来，我们将从聚酯类材料在医学和生物领域的应用、聚酯类材料的性能改善以及未来研究方向来进行深入探讨。
一、聚酯类材料在医学和生物领域的应用1、生物可降解聚酯类材料生物可降解聚酯类材料是一类特殊的聚酯类材料，它可以在人体内自然分解，不会对人体产生危害。
生物可降解聚酯类材料被广泛应用于骨科、牙科、软组织修复等医学领域。
举例来说，聚羟基酸乙酯（PHEA）是一种常用的生物可降解聚酯类材料，它可以被人体内的乳酸酯酶分解，释放出无毒性的物质。
利用PHEA制备的人工骨可用于骨缺损修复，其形态可以与生物组织相适应，因此具有良好的生物相容性。
2、聚酯类材料在药物传递中的应用聚酯类材料可以被用于药物传递系统的制备，常见的药物传递系统包括微球、纳米粒子、纳米管等。
药物传递系统可以将药物稳定地包裹在聚酯类材料中，通过靶向药物输送，提高药效。
聚左乳酸（PLLA）和聚右乳酸（PDLA）是常用的药物传递材料，具有良好的稳定性和可降解性，可以被人体快速代谢。
利用PLLA和PDLA制备的微球可以用于肝癌、胰腺癌等肿瘤治疗。
二、聚酯类材料的性能改善1、成分改变聚酯类材料的成分可通过改变单体的类型、比例等方式来进行改变。
比如，由酞酸和乙二醇合成的聚酯材料（PET）具有良好的耐热性和机械强度，但是不易降解，因此不利于生物应用。
在聚酯材料中引入丙交酸单体，可以制备出交联聚酯材料（PETG），其可降解性和生物相容性得到大幅提升。
2、结构改变聚酯类材料的结构也可以通过化学修饰、共聚等方式来进行改变。
聚己内酯（PCL）是一种生物可降解聚酯材料，但是其分子量较大，分解时间较长，不利于修复仅有一层细胞的表皮组织缺损。
通过与羧甲基纤维素纤维（CMC）复合，可以制备出PCL/CMC混杂材料，其体积溶解性得到大幅提升，可以促进细胞增殖，加快表皮组织缺损的修复。
聚磷腈的合成及应用
聚磷腈的合成及应用顾蒙 04300009磷腈聚合物是以P、N原子交替排列作为主链结构的一类新型无机-有机高聚物，具有有机高分子难以比拟的特性。
其结构通式为-（N=PRR’）-n(其中R和R’为有机基团，n不小于3)。
在磷腈分子中，由于磷原子上含有两个可取代的氯原子，故可以生成多种衍生物作为阻燃剂、吸收剂和防氧化剂等。
聚磷腈由于具有耐水、耐溶剂、耐油类和化学品，又耐高温、低温及不燃烧等优良性能，可以制成特种橡胶、低温弹性体、阻燃电子材料、、生物医学材料等。
发达国家近几十年来一直在研究开发磷腈类化合物，而我国在这方面的研究较少。
一聚磷腈的结构特性聚磷腈的电子云结构被称为“岛状结构”，这种模型包括有两个五价磷原子的d轨道和氮的p轨道杂化形成三个dπ-pπ轨道，每一个π体系都是一个鼓励体系，彼此之间没有共轭作用，因此，这种结构也被称为“岛状结构”。
二聚磷腈的性能聚磷腈主链磷原子上的两个侧基可以被各种具有不同特性的有机基团取代，从而制备出具有各种功能的聚磷腈高分子。
例如，由于所连侧基不同，聚磷腈高分子可以使亲水的或亲油的，易被水降解的或对水稳定的，可以是导体、半导体或绝缘体，还可以是光解材料、耐辐射材料、耐溶剂和化学药品，也可以有生物活性等。
磷腈聚合物的物理性能依赖于取代基本身的性质和数目，单一烷氧基或芳氧基取代的聚磷腈表现为半晶结构；而取代基为两种或多种时是非晶的；有胺类物质取代的聚磷腈则为具有玻璃化温度的玻璃态聚合物。
聚磷腈上π体系没有形成长程共轭，因而具有柔顺的P-N骨架链，这是所有的聚磷腈都有的共性。
这是聚合物链具有很大的自由度及较低的玻璃化温度，在固态时可经受结构变化，因此大多数磷腈聚合物都是良好的低温弹性体。
[1]三聚磷腈的合成聚磷腈化合物的制备是由五氯化磷和氯化铵反应生成六氯环三磷脂，再通过亲核取代反应制得的聚磷腈衍生物。
六氯环三磷腈是一种非常重要的中间体，也是磷腈化学中最基本的化合物，对磷腈化学的发展起到举足轻重的作用。
聚磷腈功能高分子材料的合成及应用
光导电高分子材料
光导电材料在静电复制、制版印刷、激光 打印、全息照相等领域的广泛应用,引起了 人 们的浓厚兴趣,特别是高分子光导材料, 以其良好的光导电性、 可加工性、 低毒 性、 稳定性而 备受关注。
返回
以PCl5和NH4Cl为单体的一步法合成
催化剂
nPCl5+nNH4Cl
氨基磺酸+CaSO4· H2O 高分子量的磷腈聚合物
1,2,4-三氯代苯
195~210℃
回流数小时
溶剂
优点：一步法缩短了反应时间,极大的提高了聚合物产率,且 反应受环境因素的影响较小,适合于大规模生产。 返回
小分子合成聚磷腈 ⒈ Cl3P=NSi(Me3)3的室温活性阳离子聚合
在室温下以单体Cl3P=NSi(Me3)3发生阳离子聚合，得到分 子量分布窄的线性聚二氯磷腈。
3 生物化学、药物与医用材料 聚磷腈高分 子具有良好的生物相容性,并且容易在生物 体内降解为无毒的小分子,因此 引起了生物 界、药理学家与药学专家的极大关注。早 在1977 年已经成功地合成了生物医用 聚 磷腈材料,其主要成分是以甘氨酸乙酯为侧 基的聚磷腈。这种聚合物可于水中逐渐降 解而 逐渐释放,可有效弥补代谢半衰期短、 副作用大的缺点。
功能基团
六氯环三磷腈单体
真空条件， 250℃ 长链聚合物 保温反应数小时
目标高分子
聚合机理
优点：操作简单，条件成熟，合成聚合物分子量大，而且产 物易于与反应物分离。 缺点：必须采用高纯度原料，很高的反应温度和较长的反应 时间。
（二）聚磷腈的特性及应用
1、聚磷腈的玻璃转化温度较低,因而是优良的弹性材料。
4、生物化学、药物与医用材料
5、光导电高分子材料
聚磷腈是一类以磷
聚磷腈是一类以磷、氮单双键交替为主链(N=PR_2)的新型生物降解材料，其侧链R可以是有机基团，也可以是有机金属基团。
不同的侧链可有效调节聚合物的亲疏水性和降解速率。
聚磷腈的应用非常广泛，可作为防火阻燃材料、高性能弹性体、高分子电解质、高分子液晶和生物医用材料等。
近年来，作为生物医用材料显示了很大的应用潜力。
本文主要研究了聚(二乙氧基)磷腈(PBEP)和聚(二甘氨酸乙酯)磷腈(PEGP)的合成，即第一步采用开环聚合的方法获得中间体聚二氯磷腈，第二步采用亲核取代的方法制备目标产物。
利用红外光谱、核磁共振、元素分析、紫外光谱、差热扫描分析等表征产物的结构和性能。
结果发现所得的PBEP 的数均分子量为17kD，重均分子量为60kD。
热分解温度为270℃。
PEGP的分子量为12959，玻璃化转变温度为-21.5℃。
利用体外肝癌细胞HepG2和人成纤维细胞培养的方法观察了PEGP材料表面细胞的粘附、铺展、增殖等情况。
结果表明，该材料不但没有细胞毒性，反而具有良好的促进细胞生长的能力。
因此PEGP在组织工程和再生医学中有潜在的应用价值。
最后对PEGP膜表面进行碱解，结果表明碱解可以增加PEGP表面的羧基密度，并且羧基密度受溶液浓度、反应时间和反应温度的影响。
一定程度的碱解可以增加材料表面的羧基密度，但是随着反应的进行，聚合物表层分子的溶解或脱落会导致羧基密度的下降。
并且碱解也会引起材料表面物理形貌的变化，随着反应的进行，材料表面出现微孔，粗糙度增大。
表面化学和物理性质的改变引起了材料亲水性的变化。
碱解后PEGP膜的亲水性得到了一定程度的改善。
一种聚磷腈改性黑磷烯的制备方法及其应用[发明专利]
![一种聚磷腈改性黑磷烯的制备方法及其应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d94354e3f78a6529657d53a5.png)
专利名称：一种聚磷腈改性黑磷烯的制备方法及其应用专利类型：发明专利
发明人：胡源,邱水来,阚永春,宋磊
申请号：CN201811240836.3
申请日：20181024
公开号：CN109400956A
公开日：
20190301
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种聚磷腈改性黑磷烯的制备方法及其应用，其中聚磷腈改性黑磷烯的制备方法是首先以多官能度的多元胺或多元酚化合物为原料，与含有阻燃元素N和P的六氯环三磷腈发生共聚合反应，得到含有可聚合基团和阻燃元素的交联聚合物，然后以其对黑磷烯的表面进行改性。
本发明制备的聚磷腈改性黑磷烯可以作为阻燃剂添加到聚合物基体中，以结合聚磷腈和黑磷烯各自的优势，提高相容性和阻燃效率，同时可以提高聚合物材料的力学性能。
申请人：中国科学技术大学
地址：230026 安徽省合肥市包河区金寨路96号
国籍：CN
代理机构：安徽省合肥新安专利代理有限责任公司
代理人：乔恒婷
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邓林 男,24 岁,硕士生,现从事生物可降解材料合成研究。 *联系人 E-mail: caiqing@ 国家自然科学基金 (50473043)和北京化工大学青年教师自然科学研究基金资助项目(QN0405)
应赋予聚合物更多的性能。 虽然聚磷腈在药物控释领域中非常有吸引力 , 被广泛应用于前药 ( 经结构修饰后使得药效潜伏化的药 物)、微胞囊和埋植剂等方面。然而,由于聚磷睛中间体极不稳定,导致整个反应处于低产率高成本状态,在很 大程度上局限了该降解材料的发展,使其研究仅限于少数经济发达国家,而且聚磷睛的降解速度一般较慢,难 以满足各种活性药物释放动力学的要求,所以有必要通过改性来克服聚磷腈的缺陷。
聚硅氧烷具有良好的生物惰性、透气性和生物相容性,是人体内植入广泛采用的材料,但是强度较低,亲 水性不够等缺陷仍限制其应用。 聚磷腈有着强大的侧基可修饰性,与聚硅氧烷形成嵌段共聚物之后可以结合
3
两者的优点：如在聚磷腈段的侧基上接入刚性基团可以提高共聚物的强度；接入亲水性基团则可改变聚硅 氧烷的疏水性能等。 2.2.3 接枝共聚 目前有五种接枝方法应用到了制备聚磷腈接枝共聚物中,分别是：自由基、阴离子、阳离子、逐步接枝 和大分子耦合接枝。 2.2.3.1 自由基聚合接枝(图式 2) Gleria 等[33]利用 4-异丙基苯氧基取代聚磷腈与氧气发生过氧化反应产生自由基,然后引发苯乙烯单体聚 合制备了聚磷腈接枝聚苯乙烯共聚物,得到的共聚物比之纯聚苯乙烯有着更好的热稳定性。 该方法也可用于 引发其它乙烯类单体的自由基聚合,如甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)等,这些都是可 用于生物医用的材料。Carenza 等[34]利用光照射引发自由基聚合将甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯(DMAEM)、 二甲基烯丙基胺(DMAA)、乙烯基吡咯烷酮(NVP)等分别接枝到了聚苯氧基磷腈(PPP)和聚三氟乙氧基磷腈 (PFTP)链上,并对其接枝聚合物的生物相容性特别是抗凝血性能进行了研究。结果表明,在未接枝的 PPP 和 PFTP 薄膜植入老鼠腹膜腔内之后,样本很大程度上形成了纤维包囊,而接枝共聚物特别是接枝在 PFTP 上的 聚合物则表现出了极好的生物相容性,没有成囊并且表面是自由的纤维原细胞；肝磷脂(HEP)可通过离子键 联接到 PPP-g-DMAEM 或 PFTP-g-DMAEM 薄膜上,这种肝素化处理明显提高了材料表面的抗凝血作用,延 长了血凝结的时间。
dioxane
。由于温度敏感聚合物有这种特殊的
性能,使其能够应用于物料分离、酶的固 定化及药物控制释放等方面。
— (CH 2CH 2 O)n— CH 2CH 2 N(H)R 2 P [N ＝ PR 2 ]m R'
图式 1 聚磷腈/聚氧化乙烯嵌段共聚物的合成 Scheme.1 Synthesis of block poly(phosphazene-ethylene oxide) copolymers
Study on Modification of Polyphosphazenes and their Application as Biomaterials
Deng Lin, Cai Qing*, Jin Riguang
(Key Laboratory of Controllable Chemical Reactions, Beijing University of Chemical Technology, Beijing, 100029)
Abstract
Polyphosphazene is intriguing polymer which can be attached with varied functional substituent groups. Modification of
polyphosphazenes and other polymers is a way to combine the attributes of both systems and to generate new combinations of properties. This paper reviewed the methods to obtain modified polyphosphazenes, and also illuminated their application as biomedical materials. Key words Polyphosphazenes, Modification, Biomaterials
1 聚磷腈的性质
聚磷腈具有良好的生物相容性、生物降解性、低毒性以及相对稳定的物理化学性质[3]。在聚磷腈上接 入不同结构的基团可有效地调节聚磷腈的水解性能、 力学性能和表面性能在很宽的范围内变化,更重要的是 聚磷腈具有生物活性,能在分子水平上激活基因,刺激相关细胞,产生响应,从而诱导组织和器官的形成,是细 胞和基因的活性化材料。这些使得它在控制药物释放[4]、组织工程[5]等领域成为极具吸引力的材料。因此, 聚磷腈在生物医用领域中的应用非常广泛[6]。由于聚磷腈的特殊结构,可作为侧基的物质很多,有无机物、有 机物及有机金属。 目前已有超过250种不同的侧基被应用到聚磷腈高分子上,其中有机基团可以通过醇氧基、 芳氧基或者胺的亲核取代接枝到聚二氯磷腈上[7]。一些亲水性基团如氨基酸酯、葡萄糖、甘油、羟基酸酯、 咪唑等侧基取代有利于聚合物主链的水解[8]；而一些疏水性基团如芳氧基、氟代烷氧基、四个碳以上的烷 氧基等侧基取代则不利于聚合物主链的水解。前者常常经交联形成水凝胶释药基质；后者则可用于制备蓄 积式,均混式埋植剂和微胞囊。在聚磷腈上同时接入亲水性和疏水性基团,可以通过改变两者的比例来达到 控制聚合物水解速度的目的。另外,在聚磷腈侧链上引入羟基、氨基、羧基等活泼基团[9~11],可以利用基团反
2 聚磷腈的改性
2.1 共混 利用聚磷腈和其它聚合物共混,可以使不同聚合物的特性优化组合于一体,使材料性能获得明显改进,或 赋予原聚合物所不具有的崭新性能。如将聚磷腈与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚苯乙烯(PS)共混可以提 高材料的热分解温度[12,13]。 在生物医用领域,聚磷腈与其它生物材料共混的研究也比较多。Minto等[14]将聚[(4-苯甲酰苯氧基)~0.5(甲 氧基乙氧基乙氧基)~0.5]磷腈和聚氧化乙烯共混,得到了一系列玻璃化转变温度规则变化的共混物。 这种共混 物可用于药物控制释放体系的载体材料,通过控制释放药物、细胞生长因子诱导组织的重建,控制其共混比, 可以达到调节降解速率的目的,满足不同药物的释放要求。 脂肪族聚酯(如聚乙交酯、聚丙交酯等)由于其良好的生物降解性、生物相容性和可加工性,已广泛应用 到生物医用材料中。但是,由于脂肪族聚酯细胞亲和性差,初始降解产物乳酸或乙醇酸呈酸性,在体内长期存 在容易引发炎症和肿胀并发症,大大降低了其应用的广泛性。Laurencin[15,16]等将聚(甘氨酸乙酯)(p-甲苯氧基) 磷腈(PPHOS-EG)与聚α-羟基酯进行了共混,并对其共混膜的降解产物进行了研究,结果表明聚磷腈主链的水 解产物为磷酸盐和氨,呈碱性,可以有效地中和聚(丙交酯-乙交酯)共聚物(PLAGA)的酸性降解物,而反过来 PLAGA降解的酸性产物能够促使聚磷腈链的水解。此外由于聚磷腈的降解机理为侧链优先降解,因此聚磷 腈的侧基种类和比例都会明显影响聚合物的降解速度。 当侧基中甘氨酸乙酯含量为25％时,两周后共混物仅 降解了10％,而当甘氨酸乙酯含量变为75％时,共混物的降解速度大大提高,相同时间内失重达30％,实验还 表明共混物基本上按零级动力学进行水解。 邱利焱[17]研究了聚(双-甘氨酸乙酯)磷腈(PGP)和聚酯的共混相容性,发现PGP与聚丙交酯(PLA)不相容, 但通过氢键相互作用可与PLAGA达到部分相容,且PGP/PLAGA的共混相容性随着PLAGA含量的增加而有 所改善。在对PGP/PLAGA共混物进行药物控制释放性能的研究中,邱利焱[18]发现药物释放速度随着共混物 中PGP含量的减少而下降,说明通过调节共混组成的比例可以调节共混物的降解速度,进而调节药物的释放 速度。此外她还比较了聚磷腈/聚乙交丙交酯或聚酸酐共混膜(PGP/PLGA和PGP/PSTP)在小鼠体内的降解行 为和组织相容性[19]。初步结果表明,PGP/PLGA的降解速率明显比PGP/PSTP慢,两者的降解机制也不一样： PGP/PLGA 包括水解和酶解 , 而 PGP/PSTP 主要是水解； PGP/PLGA 的组织相容性较 PGP/PSTP 更好 , 而且在 PGP/PSTP体系中PGP含量的增加有利于共混物组织相容性的改善。 2.2 共聚 2.2.1 以磷腈为核的星型聚合物 由于环磷腈上可以接不同的基团,这使得制备星型聚合物的方法有很多。Miyata等[20]利用己内酰胺的开 环聚合以及含活性基团聚苯乙烯的大分子耦合等方法制备了多种以环磷腈为核的星型聚合物；Chang等[21]
聚磷腈是由 N、P 原子通过单双键交替联接成主链的一系列高聚物,由于聚磷腈拥有无机主链,在侧链上 又有各种取代的有机基团,从而使它兼有有机和无机聚合物的性能[1],引入不同的侧链可以制备具有各种功 能的聚磷腈高分子,它可以是亲水的或是亲油的,可以是导体、半导体或是绝缘体,还可以是耐腐蚀材料、耐 溶剂和化学药品,也可以有生物活性等。到目前,在聚磷腈高分子领域中已经相继开发出了环状磷腈及其衍 生物、环线磷腈聚合物、环簇磷腈聚合物、线性磷腈聚合物以及环磷腈为侧链的有机-无机聚合物[2]。
[32]
R R'— (CH 2 CH 2O) n— CHCH 2NH 2 CH 2 Cl2 /NEt3
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+
Br
P
NSiMe 3
R − [HNEt3 ]Br
— CH 2 CH 2 N(H)(R 2P ＝ NSiMe 3) — (CH 2CH 2O)n R' PCl5 CH 2 Cl2
R'— (CH 2CH 2O)n— CH 2CH 2N(H)[R 2 P ＝ NPCl3 + ]PCl6 Cl3 P = NSiMe 3 CH 2 Cl2 — (CH 2CH 2O)n— CH 2CH 2 N(H)R 2 P [N ＝ PCl2]m R' NaOR