一种新型多嵌段PLA及其合成方法与流程

本发明属于化学合成领域，尤其是一种新型多嵌段pla及其合成方法。

背景技术：

聚乳酸(pla)是一种可降解聚酯，由于其有较高的结晶度，因此其力学性能优异。聚乳酸的合成主要有由乳酸单体直接缩聚或者丙交酯开环聚合得到。

直接缩聚法是在一定的温度条件下，将乳酸分子间直接脱水形成一定分子量的聚合物。这种方法简单，但是其能耗较大，且得到的聚合物分子量难以调控，分布系数较大。直接缩聚反应为一个可逆平衡反应，在反应末期随着体系粘度的增大，很难将反应继续向形成聚合物的方向进行，因此形成的分子量较低。

利用丙交酯开环聚合也可以得到聚乳酸，按照开环聚合的机理不同可以分为阳离子聚合、阴离子聚合、配位聚合，相比前面两种聚合方法，配位聚合更容易控制聚合物的分子量，且副反应较少、可得到的分子量高等优点，对聚乳酸的工业化生产具有重大的意义。

辛酸亚锡是被fda批准的食品添加剂之一，其是丙交酯开环聚合中使用最广泛的引发剂之一，其优点在于引发活性高、用量少、单体转化率高等。但是聚合得到的聚乳酸由于具有较高的结晶性，且熔点较高(130-170℃)，加上反应温度高、时间长、不能连续加料等限制了合成结构变化多样的聚乳酸。通常，上述方法用于合成均聚物聚乳酸或者单次引发丙交酯的嵌段聚合物，对于合成构型不同的多嵌段聚乳酸难以实现。

对于小分子有机催化剂而言，它拥有引发活性高、用量少、单体转化率高、消旋化小、可控性强等优点，同时其反应温度低、易清除等使其成为新型的催化剂，特别是在医用高分子领域，具有广阔的应用前景。

目前多嵌段聚乳酸主要采用扩链的方法制备，其嵌段类型单一(单一嵌段分子量不可变)、且步骤繁琐、能耗较高、导致产品批次差异较大，且残留的扩链剂影响其在生物领域的应用。

为此，有必要采用新的方法合成一种新型的多嵌段聚乳酸，达到分子量和嵌段数可控、能耗低、生产效率高、无扩链剂残留，进而可避免不同产品批次之间的差异以及降低生产成本，并拓展其应用范围。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种新型多嵌段pla的合成方法。

本发明是这样实现的，一种新型多嵌段pla，所述新型多嵌段pla的聚合物中包含至少一段plla嵌段和至少一段pdla嵌段，所述plla嵌段和所述pdla嵌段相互交错，所述聚合物的分子量为72da-100kda，其中每段plla嵌段或pdla嵌段的分子量为72da-100kda。

本发明的进一步技术方案是：所述新型多嵌段pla采用dbu，tbd，卡宾中一种或多种作为催化剂。这些有机小分子催化的反应过程易控制且变换灵活，可通过连续或间断加料的方式制备具有低分散性的多嵌段聚乳酸，这在其他专利或文献中还未见到过。

本发明的另一目的在于提供一种新型多嵌段pla的合成方法，包括以下步骤：

步骤a：初反应步骤，所述初反应步骤系在反应体系中加入第一单体、溶剂、催化剂以及引发剂，其中所述催化剂为dbu、tbd、卡宾中一种或多种，所述引发剂为醇羟基引发剂；

步骤b：次反应步骤，所述次反应步骤系加入第二单体并补充溶剂继续反应一定时间；

步骤c：再反应步骤，所述再反应步骤系依次向反应体系中加入第一单体和第二单体并重复直到达到设计标准，每次加入单体时需要补充溶剂。

本发明的进一步技术方案是：步骤c后还包括步骤d：终止步骤，所述终止步骤系向反应体系中加入终止剂，所述终止剂为酸。

本发明的进一步技术方案是：所述醇羟基引发剂为一元醇(苄醇、正丁醇等)、二元醇(乙二醇、1,6-己二醇等)、三元醇(甘油、三羟基丙烷)、四元醇(季戊四醇等)、大分子醇(聚乙二醇、聚己内酯等)中一种或多种，或者为步骤a、b、c中任意一步的反应产物。

本发明的进一步技术方案是：所述催化剂的用量为单体摩尔数的1％-10％。

本发明的进一步技术方案是：所述第一单体为右旋丙交酯、左旋丙交酯、内消旋丙交酯、外消旋丙交酯中一种；所述第二单体为右旋丙交酯、左旋丙交酯、内消旋丙交酯、外消旋丙交酯中一种，所述第一单体与所述第二单体不同。

11.本发明的进一步技术方案是：所用溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、二甲基亚砜中的一种或者所用溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、二甲基亚砜中的多种组成的混合溶剂。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤c中加料前需确保前一段反应的单体转化率大于90％且反应未终止。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤a、步骤b、步骤c的反应时间为10min-24h，反应温度为0-40℃

本发明的有益效果是：本方案提供的新型多嵌段pla及其合成方法采用醇羟基为引发剂，有机小分子为催化剂使丙交酯开环聚合形成聚乳酸，通过改变丙交酯的构型以及摩尔比，通过改变丙交酯的构型以及摩尔比，制备得到具有不同构型且分子量可变的嵌段聚乳酸。该方法制备的聚乳酸反应转化率高、时间短、分子量可控性好、嵌段可控性灵活、分布系数低。这种优异的聚合方法为制备构型及结构多样化、分子量可控且分布系数低的聚乳酸提供切实可行的新方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1提供的新型多嵌段plla在不同时间段的核磁共振对比图。

图2是本发明实施例2提供的新型多嵌段plla-b-pdla在不同时间段的核磁共振对比图。

图3是本发明实施例3提供的新型多嵌段plla-b-pdla-b-plla-b-pdla在不同时间段的核磁共振对比图。

图4是图3的局部放大图。

图5是本发明实施例4提供的新型多嵌段plla-b-pdla-b-plla-b-pdla-b-plla在不同时间段的核磁共振对比图。

图6是本发明实施例5提供的新型多嵌段plla-b-pdla-b-plla-b-pdla-b-plla-b-pdla在不同时间段的核磁共振对比图。

图7是本发明实施例5提供的新型多嵌段plla-b-pdla-b-plla-b-pdla-b-plla-b-pdla的gpc谱图。

具体实施方式

本发明提供一种新型多嵌段pla及其合成方法。以下结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

实施例1.plla的制备。

(1)反应步骤

1.准备单体lla、苄醇、dcm、催化剂dbu、反应瓶等；

2.分别称取苄醇(0.0426g,0.3944mmol)与lla(1.1429g,7.9368mmol)于25ml茄形反应瓶中并用11.6mldcm搅拌溶解；

3.称取催化剂dbu(0.0106g/11μl)并迅速加入到装有引发剂与单体的反应瓶中反应，分别在15、30、45min时取出少量产物真空干燥后进行h’nmr检测；

4.1h后加入少量苯甲酸终止反应，接着真空干燥后直接进行核磁检测。

(2)检测及数据分析结果如图1所示。从图1可以得到表1的结果。

表1h’nmrlla单体转化率数据汇总表

(3)总结

此反应重复性很好，催化剂对于lla的活性很高，在15min时就可以将单体近乎完全转化，这样可以满足对连续投料形成嵌段聚合物的要求。

具体实施例2.plla-b-pdla的制备。

(1)反应步骤

1.准备单体lla、dla、苄醇、dcm、催化剂dbu、反应瓶等；

2.分别称取苄醇(0.0197g,0.1824mmol)与lla(0.5834g,4.0514mmol)于25ml茄形反应瓶中并用6.2mldcm搅拌溶解；

3.称取催化剂dbu(0.0056g/6μl)并迅速加入到装有引发剂与单体的反应瓶中反应，在反应20min后取出1ml产物进行核磁检测，并称量dla(0.4471g/3.1049mmol)用5.2mldcm溶解后加入到体系中继续反应，分别在0.5、1、1.5h时取出少量产物真空干燥后进行h’nmr检测；

4.2h后加入少量苯甲酸终止反应，接着真空干燥后直接进行核磁检测。

(2)检测及数据分析

图2是本发明实施例2提供的新型多嵌段plla-b-pdla在不同时间段的核磁共振对比图。图中时间前面的数值代表第几部反应。例如本例中1代表单体lla反应步骤，2代表单体lla反应完之后再加入单体dla进行反应的步骤。之后的时间表示本阶段反应时间(而非总反应时间)。之后的图中也采用相同方式标记。图2分析的结果如表2所示。

表2h’nmrlla/dla单体转化率数据汇总表

(3)总结

进过几次重复试验可以得知，第二嵌段可以快速在第一嵌段的基础上进行增长，且在30min时就达到了98％的高转化率，重复单元数与设计的理论值很接近，因此初步证明逐步投料生成嵌段聚合物的方法是具有可行性的。

具体实施例3.制备plla-b-pdla-b-plla-b-pdla。

(1)反应步骤

1.准备单体lla、dla、苄醇、dcm、催化剂dbu、反应瓶等；

2.分别称取苄醇(0.0234g,0.2167mmol)与lla(0.5407g,3.7549mmol)于25ml茄形反应瓶中并用6.2mdcm搅拌溶解；

3.称取催化剂dbu(0.0056g/6μl)并迅速加入到装有引发剂与单体的反应瓶中反应，在反应15min后取出1ml产物进行核磁检测，并称量dla(0.4448g/3.0889mmol)用5.2mldcm溶解后加入到体系中继续反应，分别在0.5、1h时各取出0.5ml产物真空干燥后进行h’nmr检测；

4.在第二段反应1h后，称取lla(0.3647g,2.5326mmol)并用4.2mldcm溶解后加入到反应体系中继续反应，分别在0.5、1、1.5、2h时各取出0.5ml产物真空干燥后进行h’nmr检测；

5.在第三段反应2h后，称取dla(0.1873g,1.3007mmol)并用2.2mldcm溶解后加入到反应体系中继续反应，分别在0.5、1、1.5、2、2.5h时各取出0.5ml产物真空干燥后进行h’nmr检测；

6.3h后加入少量苯甲酸终止反应，接着真空干燥后直接进行核磁检测。

(2)检测及数据分析。图3是本发明实施例3提供的新型多嵌段plla-b-pdla-b-plla-b-pdla在不同时间段的核磁共振对比图。图4是图3的局部放大图。分析结果如表3所示。

表3h’nmrlla/dla单体转化率数据汇总表

(3)总结

在连续加料形成嵌段聚合物时，在第一、二、三嵌段时所需时间在30min左右即可达到单体高转化率，但是随着嵌段数增加到四后，反应时间增加，可能是由于有效催化剂量的降低以及链段增加后末端引发基团活性降低导致反应时间增加。因此在后续的嵌段中，需延长反应时间以提高单体转化率。

具体实施例4.制备plla-b-pdla-b-plla-b-pdla-b-plla

(1)反应步骤

1.准备单体lla、dla、苄醇、dcm、催化剂dbu、反应瓶等；

2.分别称取苄醇(0.0228g,0.2111mmol)与lla(0.5322g,3.6958mmol)于25ml茄形反应瓶中并用6.2mldcm搅拌溶解；

3.称取催化剂dbu(0.0056g/6μl)并迅速加入到装有引发剂与单体的反应瓶中反应，在反应15min后取出0.5ml产物进行核磁检测，并称量dla(0.4936g、3.4278mmol)用5.7mldcm溶解后加入到体系中继续反应，在0.5h时取出0.5ml产物真空干燥后进行h’nmr检测；

4.接着称取lla(0.4417g,3.0674mmol)并用5.2mldcm溶解后加入到反应体系中继续反应，在0.5h时取出0.5ml产物真空干燥后进行h’nmr检测；

5.接着称取dla(0.4055g,2.8160mmol)并用4.7mldcm溶解后加入到反应体系中继续反应，在2h时取出1ml产物真空干燥后进行h’nmr检测；

6.接着称取lla(0.3115g,2.1632mmol)并用3.7mldcm溶解后加入到反应体系中继续反应，分别在0.5、1、1.5、2h时各取出0.5ml产物真空干燥后进行h’nmr检测；

7.3h后加入少量苯甲酸终止反应，接着真空干燥后直接进行核磁检测。

(2)检测及数据分析。图5是本发明实施例4提供的新型多嵌段plla-b-pdla-b-plla-b-pdla-b-plla在不同时间段的核磁共振对比图。图5得到的结果如表4所示。

表4h’nmrlla/dla单体转化率数据汇总表

(3)总结

从核磁谱图可以看出目标产物的成功，与第四嵌段的现象类似，第五段需要延长反应时间以提高单体转化率。

具体实施例5.制备plla-b-pdla-b-plla-b-pdla-b-plla-b-pdla。

(1)反应步骤

1.准备单体lla、dla、苄醇、dcm、催化剂dbu、反应瓶等；

2.分别称取苄醇(0.0200g,0.1852mmol)与lla(0.5335g,3.7049mmol)于25ml茄形反应瓶中并用6.2mldcm搅拌溶解；

3.称取催化剂dbu(0.0056g/6μl)并迅速加入到装有引发剂与单体的反应瓶中反应，在反应15min后取出0.5ml产物进行核磁检测，并称量dla(0.4945g、3.4340mmol)用5.7mldcm溶解后加入到体系中继续反应，在0.5h时取出0.5ml产物真空干燥后进行h’nmr检测；

4.接着称取lla(0.4485g,3.1146mmol)并用5.2mldcm溶解后加入到反应体系中继续反应，在0.5h时取出0.5ml产物真空干燥后进行h’nmr检测；

5.接着称取dla(0.4033g,2.8007mmol)并用4.7mldcm溶解后加入到反应体系中继续反应，在2h时取出0.5ml产物真空干燥后进行h’nmr检测；

6.接着称取lla(0.3602g,2.5014mmol)并用4.7mldcm溶解后加入到反应体系中继续反应，在2h时取出0.5ml产物真空干燥后进行h’nmr检测；

7.接着称取dla(0.3180g,2.2083mmol)并用3.7mldcm溶解后加入到反应体系中继续反应，分别在0.5、1、1.5、2、2.5h时各取出0.5ml产物真空干燥后进行h’nmr检测；

7.3h后加入少量苯甲酸终止反应，接着真空干燥后直接进行核磁检测。

(2)检测及数据分析。图6是本发明实施例5提供的新型多嵌段plla-b-pdla-b-plla-b-pdla-b-plla-b-pdla在不同时间段的核磁共振对比图。图6的结果如表5所示。

表5h’nmrlla/dla单体转化率数据汇总表

图7是本发明实施例5提供的新型多嵌段plla-b-pdla-b-plla-b-pdla-b-plla-b-pdla的gpc谱图。图7的结果如表6所示。

表6gpc分子量数据汇总表

(3)总结

从gpc以及核磁结果可知，目标产物合成成功，分子量分布窄，且分子量与理论值接近，实现了逐步投料、精确控制产物的目标。

综上所述，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供了一种新型结构的聚乳酸合成方法，该方法反应条件温和，反应控制性强，且得到的具有不同嵌段的聚乳酸，对聚乳酸材料的结构得到了扩充。

(2)本发明采用的有机小分子催化剂易除去，避免聚乳酸中残留催化剂引起的生物毒性、老化和降解。

(3)本发明工艺简单，制备全过程能耗小，使用的溶剂少，满足绿色生产的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。