低聚乳酸水解料合成丙交酯及改性聚（D，L-乳酸）材料研究.pdf

1、本研究以單程合成丙交酯后的釜底料徹底水解后的產(chǎn)物(低聚乳酸水解料)為原料，采用乳酸鹽催化合成丙交酯。在此基礎(chǔ)上，將丙交酯分別與 MAh 和(MAh-Diol)<,n>預(yù)聚體共聚，得到新的聚乳酸改性材料。采用傅立葉紅外 (FTIR)、核磁共振波譜儀 (NMR)、GPC—十八角激光散射儀(MALLS)、差示掃描量熱計(jì)(DSC)和一些常規(guī)分析方法對(duì)合成的材料進(jìn)行表征和測試，并考察了(MAh-Diol)<,n>改性聚乳酸材料的親/疏水性、體外降

2、解行為、生物相容性。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： ①以低聚乳酸水解料為原料，采用乳酸鹽催化合成丙交酯?？疾炝朔磻?yīng)體系、催化劑對(duì)反應(yīng)的影響，探索這種新反應(yīng)體系適宜的反應(yīng)條件。 1) 卡爾費(fèi)休水分滴定儀、原子吸收分光光度計(jì)、差量法分析結(jié)果表明：穩(wěn)定的低聚乳酸水解料主要成分為水13.0％、酸和低聚物75.3％、催化劑8.0％、碳化物3.7％； 2) 乳酸低聚物水解料中回收提純殘留的催化劑，經(jīng)X射線衍射和紅外光譜表征，仍為乳

3、酸 M，但其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。在低聚物水解料合成丙交酯的過程中仍可起到催化脫水和解聚的作用。 3) 乳酸低聚物水解料在催化劑作用下合成丙交酯，由于反應(yīng)體系自身特點(diǎn)以及催化劑活性的變化，其反應(yīng)過程中除了發(fā)生單體乳酸和低聚物之間的縮聚反應(yīng)外，主要還是低聚物之間的縮聚。而新鮮乳酸反應(yīng)體系主要發(fā)生單體乳酸之間的縮聚以及單體乳酸和低聚物之間的縮聚，這樣不同反應(yīng)過程，導(dǎo)致乳酸低聚物水解料合成丙交酯時(shí)，產(chǎn)物酸含量較高。 4) 通過正交

4、實(shí)驗(yàn)對(duì)低聚乳酸水解料制備丙交酯工藝進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)催化劑加入量是影響產(chǎn)率和其他結(jié)果變量的主要因素，并得到適宜的工藝條件為：新催化劑占反應(yīng)物質(zhì)量的 0.7％，新舊料比例2：1，二脫水反應(yīng)時(shí)間2h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新舊料混合反應(yīng)體系中，新催化劑占反應(yīng)物質(zhì)量的0.7％時(shí)，產(chǎn)率相對(duì)較高，達(dá)到58％。 ②以D，L-丙交酯和馬來酸酐為原料，采用Sn(Oct)2-對(duì)甲苯磺酸共引發(fā)體系，熔融聚合得到共聚物MAh-PDLLA。 1) <'1>

5、H-NMR 分析結(jié)果表明，當(dāng)一定量的馬來酸酐與丙交酯熔融共聚時(shí)，與不加對(duì)甲苯磺酸的對(duì)照組相比，加入適量的對(duì)甲苯磺酸，單體開環(huán)活性提高，共聚物MAh-PDLLA中馬來酸酐的含量有所增加。 2) FTIR、<'13>C-NMR、<'1>H-NMR 的分析結(jié)果表明，采用“Sn(Oct)<,2>-對(duì)甲苯磺酸”共引發(fā)體系能合成MAh-PDLLA 改性材料；DSC 的分析結(jié)果表明，合成得到的MAh-PDLLA 的玻璃化轉(zhuǎn)變峰值溫度為50.9

6、℃； 3) 靜態(tài)水接觸角和吸水率的測定結(jié)果表明：MAh-PDLLA 改性材料其靜態(tài)水接觸角比聚乳酸(Mw=2.54×10<'4>)略小，但其吸水率有明顯變化：PDLLA預(yù)聚體，再與D，L-丙交酯共聚形成PDLLA-(MAh-Diol)<,n>-PDLLA 改性材料，在聚乳酸主鏈中嵌入(MAh-Diol)<,n

7、>鏈段，一次性引入二醇和馬來酸酐。(MAh-Diol)<,n>的引入一方面利用其中的二醇鏈段提高材料的親水性以及對(duì)細(xì)胞和多肽蛋白的相容性，另一方面是在聚乳酸主鏈中引入不飽和基團(tuán)，為進(jìn)一步交聯(lián)提供基礎(chǔ)。 1) 由于預(yù)聚體(MAh-Diol)<,n>的加入，致使共聚物的分子量比相同條件下PDLLA的分子量下降很多；并且當(dāng)預(yù)聚體用量增加，反應(yīng)過程中的鏈轉(zhuǎn)移和酯交換等副反應(yīng)越發(fā)突出，共聚物的數(shù)均分子量都呈下降趨勢(shì)，而其分子量分布都呈上升

8、趨勢(shì)； 2) 共聚過程中溫度對(duì)聚合和鏈轉(zhuǎn)移、酯交換同時(shí)產(chǎn)生影響。選擇考察145℃，150℃，160℃溫度下共聚物分子量的變化情況，結(jié)果表明，雖然溫度升高有利于提高丙交酯和催化劑的反應(yīng)活性，但同時(shí)也使鏈轉(zhuǎn)移和酯交換在共聚共聚過程中會(huì)越發(fā)突出，在這樣相互競爭過程中，當(dāng)溫度為145℃時(shí)，反應(yīng)得到的共聚物的分子量相對(duì)較高，分散度相對(duì)較低； 3) 共聚過程中反應(yīng)時(shí)間對(duì)共聚產(chǎn)生影響。選擇考察12h，24h，36h，48h后共聚物分子

9、量的變化情況，結(jié)果表明，在溫度較低 (T=145℃) 的情況下，適當(dāng)延長聚合時(shí)間 (≤36h) 有助于提高分子量；但時(shí)間過長，反而會(huì)因鏈轉(zhuǎn)移等副反應(yīng)的影響而降低分子量。在溫度較高(T=160℃)的情況下，雖然共聚物在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)(t=24h)達(dá)到分子量峰值，但較低溫階段的分子量低； 4) 共聚過程中催化劑用量對(duì)共聚產(chǎn)生影響。適當(dāng)降低催化劑用量，有助于共聚物分子量的提高；但當(dāng)催化劑濃度(I/LA)降至1/10000時(shí)，因反應(yīng)速

10、率降低、鏈轉(zhuǎn)移等副反應(yīng)的增多，共聚物分子量反而會(huì)降低。因此，I/LA 應(yīng)控制在1/7000-1/5000以內(nèi)； 5) 通過 FTIR、NMR 分析結(jié)果表明，按照本研究所述方法，可以將二醇體系與不飽和雙鍵官能團(tuán)同時(shí)引入PDLLA主鏈中，得到PDLLA-(MAh-Diol)<,n>-PDLLA改性材料。DSC檢測發(fā)現(xiàn)，當(dāng)預(yù)聚體(MAh-Diol)<,n>以適當(dāng)比例引入到PDLLA的主鏈中，共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與PDLLA相比有所降

11、低；黏度計(jì)測定表明，其特性黏度隨著共聚物分子量的減小而降低。 6) 靜態(tài)水接觸角和吸水率的測定結(jié)果表明：PMEP系列和PMPEP系列改性材料其靜態(tài)水接觸角與分子量接近的聚乳酸接近，但其吸水率有明顯變化：PDLLAPMEP-4(24.6％)；PMPEP-1<'20％>(37.2％)>PMPEP-2<'15％>(31.9％)>

12、PMPEP-4<'10％>(26.8％)： 7) 改性材料 PMPEP 在蒸餾水中 pH 值的變化結(jié)果表明：在第 1d-5d 內(nèi)，PMPEP-1<'20％>、PMPEP-2<'15>％pH 值緩慢下降；在第 5d-21d 內(nèi)，PMPEP-1<'20％>、PMPEP-2<'15>％pH 發(fā)生陡降；在第 21d-36d，PMPEP-1<'20％>、PMPEP-2<'15％>pH 變化較平緩。而PMPEP-3<'15％>在Od-1d

13、以及1d-5d內(nèi)pH值下降速度較前較PMPEP-1<'20％>、PMPEP-2<'15％>快；在 5d-21d 內(nèi)pH值大幅度下降，pH 變化率小于PMPEP-1<'20％>、PMPEP-2<'15％>，此后，其pH值的變化也趨于平緩。由于PMPEP親水性較PDLLA有所增強(qiáng)，其在蒸餾水中的降解速度比PDLLA快。 8) 改性材料PMPEP 在 PBS 中降解過程失重率的測定結(jié)果以及對(duì)降解過程中間聚合物結(jié)構(gòu)的測定結(jié)果表明：改性材

14、料在PBS介質(zhì)中降解過程中經(jīng)歷階段是：a．質(zhì)量緩慢下降；b．質(zhì)量快速下降。對(duì)于 PMPEP 聚合物最先發(fā)生聚乳酸鏈段中酯鍵水解斷裂，隨后在親水鏈段(MAh-PEG)<,n>以及降解過程中酸性物質(zhì)影響下，馬來酸酐與聚乙二醇之間酯鍵，聚乳酸鏈段中酯鍵以及聚乙二醇與聚乳酸鏈段的酯鍵均參與水解，并逐步發(fā)生隨機(jī)斷裂，從而導(dǎo)致共聚物質(zhì)量大幅下降。 ④改性材料PMPEP生物相容性的初評(píng)。采用MTT法對(duì)合成材料生物安全性作了初期評(píng)價(jià)。從試驗(yàn)結(jié)果

15、表明，由于PMPEP-1、PMPEP-2材料在聚乳酸鏈段中引入了適量的(MAh-PEG400)<,n>鏈段，其中PEG具有一定的親水性并且對(duì)細(xì)胞和多肽蛋白(如生長因子)相容性較好，因此促進(jìn)了細(xì)胞在此改性材料表面的粘附和生長。 ⑤本試驗(yàn)采用BPO為引發(fā)劑，將共聚物PMEP-1、PMEP-2、PMEP-3在有無交聯(lián)劑的條件下進(jìn)行交聯(lián)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為本試驗(yàn)中影響交聯(lián)反應(yīng)效果的主要因素是：共聚物中的不飽和度以及其不飽和雙鍵的活性，其