一种生物降解性聚酯嵌段高分子共聚物、制备方法及用途的制作方法

专利名称：一种生物降解性聚酯嵌段高分子共聚物、制备方法及用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物降解性聚酯高分子嵌段共聚物、制备方法以及用途。该发明所提供的嵌段共聚物为ABA型聚酯三嵌段共聚物，是一种热可塑性、结晶性的完全生物降解性高分子材料。其化学结构特征A链片断为环状交酯类化合物单体，经开环聚合而得到的共聚链片断；B链片断是由脂肪族二元酸及其衍生物与脂肪族二元醇或者多元醇，经过缩合聚合反应而制备得到的羟基官能团封端脂肪族聚酯预聚物。该生物降解性嵌段高分子共聚物可以应用作为功能性生物医用材料，药物缓释放制剂辅料或者环境友好性高分子材料。
背景技术：
基于微生物发酵过程而合成得到的重要有机酸产物-乳酸，经过进一步有机及高分子化学聚合过程可以制备高分子量的聚乳酸(PLA)。目前聚乳酸作为一类重要的脂肪族聚酯材料，由于其良好的水解、酶生物降解性能、低细胞毒性以及高度生物相容性，特别是其加水降解最终产物为乳酸，已知在生命体内普遍存在，因此容易被生命体内的生物代谢过程所吸收，因此，在生物医用材料、现代制药等相关应用领域具有巨大的现实应用前景。另一方面，高分子量的聚乳酸具有与通用工程塑料聚丙烯(PP)相近的热物理性能与加工性能，并且其产品使用后的废弃物，被发现可以为自然界中广泛存在的细菌、真菌等微生物所分泌的体外酶所彻底降解、资化，最终转化为二氧化碳和水，因此作为当前通用热塑性塑料的一种可能的生物降解性替代材料也具有重要的应用价值和广阔市场发展前景。通常乳酸的高分子聚合物有三种不同存在方式(1)由光学纯L-乳酸聚合单元构成的聚(L-乳酸)PLLA，其为结晶性聚酯高分子，熔点165～185度，玻璃化温度50～60度；(2)由光学纯D-乳酸聚合单元构成的聚(D-乳酸)PDLA，为非晶性的聚酯高分子；(3)由光学消旋或者L/D混合的乳酸单元立体共聚得到的PDLLA呈现为相应的非晶、透明或者低结晶度的材料。
目前合成高分子量聚乳酸的主要路线有(1)在有机金属化合物(如有机锡，有机锌等催化剂)催化下，通过丙交酯单体的活化以及目前已经取得共识“配位插入”方式，开环聚合制备得到高分子量的PLA。(2)有机金属催化剂下，由高纯度乳酸直接缩合聚合合成制备高分子量的PLA。在上述前一种合成方法中，假设聚合体系中绝对无水的话，具有羟基、氨基等活泼官能团结构的化合物作为开环聚合的起始剂是必须的。同时，通过小分子或者大分子起始剂的结构设计，一方面可以制备得到含有生物活性端基官能团(维生素、甾体化合物、荷尔蒙等)的PLA，另一方面还可以制备具有AB或者ABA型高分子链结构的功能性高分子嵌段共聚物。最近，美国专利US6579951报道利用双羟基封端的聚环氧乙烷(PEO)作为B链段、聚环氧丙烷(PPO)为C链段制备A(BCB)A型嵌段共聚物，其中A为光学活性的聚酯片断，如聚乳酸链片断。中国专利CN1111253A也报道了具有类似结构的ABA型高分子三嵌段共聚物，其中B为聚醚二醇片断(如聚乙二醇PEG，聚丁二醇PBD)，A为聚乳酸片断，该三嵌段高分子共聚物是一种具有良好机械强度以及生物相容性的可生物溶解性功能高分子。此外，Polymer J.2002，34，203和Polymer 2000，41，7369分别报道了基于乳酸聚合物制备的具有类似高分子链结构的ABA三嵌段共聚物，其中相应的B片断分别为聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)，聚(R，S)-3-羟基丁酸酯(PHB)。一般情况下，乳酸与其他共聚单元的无规共聚只能得到低结晶性或者非晶性的高分子，机械物理性能欠缺，而以上文献报道的结果表明，通过嵌段共聚合改性的方法，可以实现基于聚乳酸的主要机械、物理，加工性以及生物降解性能，最终进一步提供材料物理化学性能(熔点，玻璃化温度，硬度，耐冲击强度，生物降解速度，成型加工温度等)改性范围更为广阔的系列生物降解性功能高分子材料。
另一方面，由脂肪族二元酸/二元醇经过路易斯酸催化下的缩合聚合反应，可以合成制备得到另一类重要的生物降解性、生物相容性脂肪族聚酯高分子材料。美国专利US5310782，日本纤维学会志，1996，52，320，Polym.Degra.Stab.，1998，59，209分别报道了高分子量聚丁二酸乙二醇酯(PES)，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，聚己二酸丁二醇酯(PBA)的合成新方法，这其中PBS由4碳二酸类化合物丁二酸与4碳二醇类化合物丁二醇经由缩合聚合反应制备得到。高分子量的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)具有114～118度的熔点，-40度左右的玻璃化转变温度，380度左右的高热分解温度，良好的断裂延伸性能，优异的生物降解性和生物相容性以及线性低密度聚乙烯相近加工流动性能，因而作为成为该类脂肪族聚酯的一种具有重要应用价值的生物降解性高分子材料。最近European Polymer J.，2002，38，305报道了基于生物降解性PBS和PLLA的二元共混物以及在模拟药物缓释放中的应用，但是该高分子二元共混体系的不相容性，使得最终制备的材料性能不尽人意。
对于上述经由缩聚反应过程制备的高分子脂肪族聚酯，已有实验结果表明通过反应物投料比和聚合过程的控制，可以实现制备具有羟基官能团封端的脂肪族聚酯预聚物以及大分子。同时通过聚合出发原料中二元醇或者多元醇结构的配方设计，还可以合成制备具有高度枝化或者“星状”分子结构以及羟基封端的二维或者三维脂肪族聚酯化合物。以上生物降解性聚酯预聚物或者大分子所携带的活泼端羟基官能团，可以作为大分子功能起始剂(引发剂)，在有机金属试剂等催化剂的作用下，与活泼交酯或者环内酯类单体反应，可控共聚合制备得到功能性二嵌段或者三嵌段生物降解性共聚物。
基于缩聚合成反应制备得到的具有羟基官能团封端结构的脂肪族聚酯大分子起始剂(引发剂)，通过进一步与交酯类单体(乙交酯、丙交酯)的嵌段共聚合，可以制备得到具有新型大分子结构的生物降解性聚酯共聚物，例如通过双羟基封端聚酯B片断大分子起始剂与丙交酯以及有机金属催化剂反应，可以制备得到的三嵌段共聚物PLA-b-B-b-PLA，达到降低PLA的玻璃化转变温度，提高PLA的断裂延伸率以及调节材料的物理加工性能、生物降解性速度的目的，因此在生物医用材料、药物可控缓释制药工业、环境友好材料等领域具有良好的应用前景。
本

发明内容
本发明为了解决生物降解性聚乳酸性脆、玻璃化转变温度高、生物降解速度难调节，而且即使通过与第二组分单体的一般性无规共聚，其产物也存在分子链规整度差、结晶性低，力学强度不如人意等问题。
本发明目的是要提供一种具有新型分子链结构的生物降解性聚酯嵌段高分子共聚物。
本发明另一目的是提供一种上述的新型分子链结构的生物降解性聚酯嵌段高分子共聚物制备方法。
本发明的目的还提供一种上述新型分子链结构的生物降解性聚酯嵌段高分子共聚物的用途。
本发明所提供的新型ABA形分子链结构的生物降解性聚酯嵌段高分子共聚物具有如下化学结构通式
化合物1上述嵌段共聚物1的大分子结构中，B链片断R1基团为碳原子数0～8的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团；R2基团为碳原子数2～10的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团，或者CH2-CHR4-CH2、CH2-CHR4-CHR4-CH2、CH2-CHR4-CHR4-CHR4-CH2、CH2-CHR4-CHR4-CHR4-CHR4-CH2基团，上述R2基团中R4为可能的基于多元醇的高分子支链，其化学结构通式如下 R4的化学结构上述R4高分子支链的化学结构中，R5基团为碳原子数0～8的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团，R6基团为碳原子数2～10的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团，同时高分子支链的平均聚合度Z为0～100。
上述嵌段聚酯高分子共聚物1的大分子结构中，A链片断R3基团可以为H、CH3，并且在R3＝CH3的情况下，R3的相邻碳原子可以是手性R或者S立体构型。上述聚酯ABA嵌段共聚物的数量平均分子量为1,000～300,000，其高分子化学结构中A链片断的摩尔百分数X可以为0～100％，B链片断的摩尔百分数2Y可以为为100％～0。换言之，本发明所提供的生物降解性聚酯高分子可以是 或者 的均聚物，也可以是两者的嵌段共聚物。
本发明所提供的一种具有新型分子链结构的生物降解性聚酯嵌段共聚物的制备方法，主要由两个阶段连续反应所构成为制备特征。第一阶段反应是基于二元酸及其衍生物和二元醇及多元醇为起始合成出发原料，经由缩合聚合反应制备羟基官能团封端的脂肪族聚酯预聚物。第二阶段反应是以上一步制备得到的聚酯预聚物为B链片断，在催化剂作用下，进一步与交酯单体共聚合成制备高分子量的生物降解性聚酯嵌段共聚物。
化合物2根据本发明所提供的一种具有新型分子链结构的生物降解性聚酯ABA形嵌段共聚物的制备方法，羟基官能团封端的B链片断(化合物2)为经由缩合聚合反应合成制备脂肪族聚酯预聚物。上述聚酯预聚物的数均分子量可以是1,000～50,000，比较理想的数均分子量为1,000～35,000，最好是1,000～20,000。
上述聚酯预聚物化合物2化学结构中，R1基团为碳原子数0～8的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团；R2基团为碳原子数2～10的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团，或者CH2-CHR4-CH2、CH2-CHR4-CHR4-CH2、CH2-CHR4-CHR4-CHR4-CH2、CH2-CHR4-CHR4-CHR4-CHR4-CH2基团，上述R2基团中R4为可能的基于多元醇的高分子支链。在可能的R4高分子支链的化学结构中，R5基团为碳原子数0～8的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团，R6基团为碳原子数2～10的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团，同时高分子支链的平均聚合度Z为0～100。
根据本发明所提供的一种具有新型分子链结构的生物降解性聚酯ABA型嵌段共聚物的制备方法，其聚酯预聚物化合物2的单分子羟基官能度可以为2～10，比较理想的为2～8，最好为2～6。
上述羟基官能团封端的脂肪族聚酯预聚物(化合物2)的合成出发原料之一化合物3，上述化学结构通式中，R1基团为碳原子数0～8的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团。R7为氢、低级烷基、芳香取代基，其中低级烷基可能的碳原子数1～6，最好是碳原子数为1～4的烷基，芳香取代基可能的碳原子数为6～10，比较理想的是碳原子数为6～8。一般所采用的化合物3有草酸、草酸二烷酯、丙二酸、丙二酸二烷酯、琥珀酸、琥珀酸二甲酯、琥珀酸二乙酯、二异丙酯、二丁酯、二苯酯、戊二酸、戊二酸二烷酯、己二酸、己二酸二烷酯、辛二酸、葵二酸等。根据聚酯预聚物化合物2的缩合聚合以及作为大分子起始剂的实际反应效果来看，上述可能的反应物中比较理想的R1基团为碳原子数0～8的亚烷基，最理想的是碳原子数为0～6的亚烷基。
根据本发明所提供的的一种具有新型分子链结构的生物降解性聚酯ABA形嵌段共聚物的制备方法，脂肪族聚酯预聚物(化合物2)的合成出发原料之二化合物4，其化学结构通式中R8基团为碳原子数2～10的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团，或者多羟基的CH2-CH(OH)-CH2、CH2-CH(OH)-CH(OH)-CH2、CH2-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH2、CH2-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH2。比如根据本发明所提供的制备方法，可能的化合物4为乙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，8-辛二醇，1，10-葵二醇，1，4-环己烷二醇、甘油、赤藓醇、木糖醇、山梨醇等。
HO-R8-OH4根据本发明所提供的的一种具有新型分子链结构的生物降解性聚酯ABA形嵌段共聚物的制备方法，作为脂肪族聚酯预聚物(化合物2)合成出发原料之二的化合物4投料是可以一种该类化合物，也可以是二元醇以及多元醇的两种或者两种以上的混合物，其中二元醇与多元醇可能的摩尔比范围是0～100％。
上述聚酯预聚物化合物2的合成经由两个阶段(1)常压反应阶段，(2)负压反应阶段。常压反应阶段酯交换反应可能的温度范围为120～300℃，相对比较理想的聚合反应温度为120～300℃，最好的是180～250℃。负压下进行的缩聚反应去除小分子副产物，可能的温度范围为150～300℃，相对比较理想的缩合聚合温度为180～270℃，最理想的为180～240℃。
上述聚酯预聚物2的合成出发原材料可以是一种化合物3和一种化合物4或者多种化合物4，换言之，该聚酯预聚物化合物2，可以是脂肪族缩聚酯也可以是脂肪族的混缩聚酯。
上述负压阶段的缩合聚合反应实施可能的真空度范围为1～5×104Pa，相对比较理想的真空度范围是1～2.5×104Pa，最好的是1～1.5×104Pa。
上述聚酯预聚物化合物2合成的酯交换和缩合聚合阶段所采用可能的催化剂为金属、有机锡化合物、有机铝化合物、有机锗化合物、有机钛化合物、有机铁化合物等，例如磺酸、对甲苯磺酸、锡粉、四氯化锡、二氯化锡、烷基锡、烷基铝、烷基钛、烷基锌、烷氧基铝、烷氧基钛、锡酸酯、烷氧基锗、乳酸亚铁等。同时也可以不采用催化剂。
上述聚酯预聚物化合物2合成所采用出发原料中，投料化合物4羟基官能团与化合物3羰基基团的设计摩尔比可能的范围为1～3.0，比较理想摩尔比范围的是1～2.0，最理想的摩尔比范围是1～1.8。
根据本发明所提供的一种具有新型分子链结构的生物降解性ABA形聚酯嵌段共聚物的制备方法，上述二种出发原料化合物3和4酯化反应以及缩合聚合反应，在采用催化剂的情况下，相对于反应原料中含有羰基化合物3的合计量1摩尔时，可能的催化剂使用量范围为10-6～10摩尔，比较理想的是10-5～1摩尔，最理想的是10-4～1摩尔。
上述聚酯预聚物2为白色固体，根据该发明所提供的制备方法，生成物粗产品可以通过良溶剂/不良溶剂沉淀的方法来提纯。例如先将生成化合物2溶解于氯仿中，加入过量的甲醇溶液沉淀，最理想的是上述操作重复3～5次，最后的沉淀物经过真空干燥而纯化。
根据本发明所提供的的一种具有新型分子链结构的生物降解性聚酯ABA形嵌段共聚物的制备方法，A链片断是通过羟基官能团封端的聚酯预聚物化合物2作为大分子起始剂、环状交酯单体和催化剂经由第二步开环共聚合所合成制备。
上述可能的交酯类环状大分子单体为乙交酯、丙交酯。在丙交酯的情况下，可以是光学活性的(R，R)或者(S，S)型丙交酯，也可以是(R，S)内消旋或者外消旋形式的丙交酯。
上述开环共聚合的反应可以通过熔融本体聚合或者溶液聚合的方法来实施，在溶液共聚合的情况下，可能的溶剂有苯、甲苯、二甲苯、二苯醚、二氧六环等，比较理想的有甲苯、二甲苯。
上述开环共聚合反应实施可能的温度范围为60～250度，比较理想的温度范围是80～220度，最好的温度范围是80～150度。
上述开环共聚合反应可能采用的催化剂为金属、有机锡化合物、有机铝化合物、有机锗化合物、有机钛化合物、有机铁化合物等，例如磺酸、对甲苯磺酸、锡粉、四氯化锡、二氯化锡、烷基锡、烷基铝、烷基钛、锌粉、烷基锌、烷氧基铝、烷氧基钛、锡酸酯、烷氧基锗、乳酸亚铁等。
上述开环共聚合反应的催化剂，以大分子起始剂的羟基官能团摩尔数为1基准的情况下，催化剂可能的摩尔数范围为0.00001～5，比较理想的摩尔数范围是0.0001～5，最好的催化剂用量范围是0.001～2。
根据本发明所提供的的一种具有新型分子链结构的生物降解性聚酯ABA形嵌段共聚物的制备方法，通过B片断的第一步反应以及第二步实施开环共聚合反应过程，得到本发明的最终产物。外观为白色结晶性或者低结晶性的化合物。最终产物按需求可以的进一步提纯，其可能的纯化方法为先将最终产物溶解于其良溶剂，如二氯甲烷，三氯甲烷中，过滤除去不容性杂质后，倒入过量的冷不良溶剂，如甲醇、乙醇、正己烷、正庚烷等沉淀，过滤真空干燥至恒重。
本发明所提供的的一种具有新型分子链结构的生物降解性聚酯ABA形嵌段共聚物的用途主要是生物医用材料、药物可控释放制剂辅助生物材料、环境友好材料。


附图1为实施例9依据本发明的方法所制备的生物降解性聚酯嵌段共聚物的碳13核磁共振谱图。
附图2为根据本发明提供的方法所制备的生物降解性聚酯嵌段共聚物以及参照对应均聚物的广角X-射线衍射图谱。
附图中Chemical shift(ppm)-化学位移，2θDiffraction Angle-衍射角。
附图1中局部放大的是羰基官能团的核磁共振信号，其中a，b分别代表的是来自琥珀酰以及乳酰聚合单元羰基的碳13核磁共振信号。一般在无规共聚情况下，由于链段随统计规律分布的影响，a，b信号之间还会出现由于序列分布所产生的羰基亚信号，但是附图1只能观察到相应均聚物的羰基信号，说明该共聚物为聚酯嵌段共聚物。
附图2中的代码H14、H12、H23、H11、H32、H21、H31分别对应于实施例4、5、6、7、8、9、10合成所制备嵌段共聚物样品，从图中结果可以发现样品H12、H23、H11、H32、H21、H31同时存在PLLA和PBS两种结晶形态，说明依据本发明方法所制备的共聚物为聚酯嵌段共聚物本发明的优点本发明所提供的一种生物降解性嵌段高分子共聚物、制备方法以及用途，存在如下优点(1)整个合成制备过程简单，实施容易。
(2)根据本发明所提供的一种生物降解性嵌段高分子共聚物的制备方法，合成出发主要原材料为生物相容性天然化合物及其衍生物，可以通过高度再生性天然资源的化学或者生物转化过程得到，资源利用潜力大，具有能够带动相关合成上游化学物质产业链的优势。
(3)根据本发明所提供的一种生物降解性嵌段高分子共聚物的制备方法合成制备得到的ABA形高分子，B链片断的导入相对于PLA均聚物来说，不仅可以降低合成成本，调节产物结晶性、热物理性能、生物降解速度，并对产物加工性能能够调节。
(4)根据该发明所提供的方法所制备的生物降解性嵌段高分子共聚物，通过B链片断和A链片断长度的调节可以实现产物机械、物理、加工、生物降解性等性能的自由调节。
(5)根据该发明所提供的方法所制备的生物降解性嵌段高分子共聚物，其生物降解产物均为无毒或者低毒性的化学物质，比较适合作为生物医用材料、药物可控释放制剂辅助生物材料、环境友好材料应用。
具体实施例方式
以下通过实施例对本发明进行具体说明，将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。
实施例中所采用的化学分析方法和分析仪器具体说明如下分子量及分子量分布根据本发明所提供的制备方法所得到的一种生物降解性嵌段高分子共聚物的分子量及分子量分布通过凝胶渗透色谱(GPC，Waters公司)仪测定。具有窄分子量分布的系列分子量的聚苯乙烯作为校正标样，三氯甲烷作为淋洗相，测定温度为40℃。
化学组成与结构根据本发明所提供的制备方法所得化合物的结构与组成通过溶液核磁共振与红外光谱法测定，核磁共振的测定温度为室温，溶剂为三氯甲烷。
热物理性能通过示差扫描热分析法(DSC)，化合物的熔点与玻璃化温度可以测得。并且通过热重分析法(TGA)，所得化合物的热分解温度也可以测定得到。
结晶性能根据本发明所提供的制备方法所得化合物的结晶性能通过广角X-射线衍射法可以测定。测定温度室温，入射波长0.154nm。
实施例1室温下先将59.0g琥珀酸和54.0g 1，4-丁二醇依次加入到高纯氮气置换过的500mL容积三颈圆底烧瓶中。同时三口烧瓶装备高纯氮进气口、机械搅拌器、冷凝分水器。将上述反应体系移入210度的油浴中，通氮气搅拌反应4小时后，缓慢减压再反应4小时，上述反应体系的最终真空度为0.5mmHg。上述聚合反应的产物冷却后，先溶于三氯甲烷，然后过滤，所得滤液中加入过量的冷甲醇。经分离、干燥得到聚酯预聚物产物。其数均分子量4.9KDa(核磁共振法)、6.8KDa(GPC法)、分子量分布系数2.34、熔点115.1度、融解热焓93.2J/g、热分解温度402.2度。
实施例2室温下先将59.0g琥珀酸和54.0g 1，4-丁二醇依次加入到高纯氮气置换过的500mL容积三颈圆底烧瓶中。同时三口烧瓶装备高纯氮进气口、机械搅拌器、冷凝分水器。将上述反应体系移入210度的油浴中，通氮气搅拌反应4小时后，缓慢减压再反应0.5小时，上述反应体系的最终真空度为0.5mmHg。上述聚合反应的产物冷却后，先溶于三氯甲烷，然后过滤，所得滤液中加入过量的冷甲醇。经分离、干燥得到聚酯预聚物产物。其数均分子量4.3KDa(GPC法)、分子量分布系数2.23。
实施例3室温下先将59.0g琥珀酸和54.0g 1，4-丁二醇依次加入到高纯氮气置换过的500mL容积三颈圆底烧瓶中。同时三口烧瓶装备高纯氮进气口、机械搅拌器、冷凝分水器。将上述反应体系移入210度的油浴中，通氮气搅拌反应4小时后，缓慢减压再反应1.0小时，上述反应体系的最终真空度为0.5mmHg。上述聚合反应的产物冷却后，先溶于三氯甲烷，然后过滤，所得滤液中加入过量的冷甲醇。经分离、干燥得到聚酯预聚物产物。其数均分子量7.6KDa(GPC法)、分子量分布系数2.07。
比较例1室温下先将59.0g琥珀酸和54.0g 1，4-丁二醇依次加入到高纯氮气置换过的500mL容积三颈圆底烧瓶中。同时三口烧瓶装备高纯氮进气口、机械搅拌器、冷凝分水器。将上述反应体系移入210度的油浴中，通氮气搅拌反应4小时后，缓慢减压再反应3.0小时，上述反应体系的最终真空度为0.5mmHg。上述聚合反应的产物冷却后，先溶于三氯甲烷，然后过滤，所得滤液中加入过量的冷甲醇。经分离、干燥得到聚酯预聚物产物。其数均分子量8.7KDa(GPC法)、分子量分布系数2.10。
实施例4在一个经过火焰干燥处理的50mL三口烧瓶中顺序加入2.0g实施例1所得聚酯预聚产物、69微升的辛酸亚锡甲苯溶液，其浓度为130.0mg/mL、磁搅拌子、以及0.41g(L，L)丙交酯。将上述反应体系连接到真空线上加热到50度搅拌并保持1.0小时以除去溶剂甲苯以及残留水分。然后将真空线关闭，充入高纯氮气。将上述反应体系加热到120度，继续搅拌反应24.0小时。测得丙交酯的转化率为44％(核磁共振法)。上述聚合反应的产物冷却后，先溶于三氯甲烷，然后过滤，所得滤液中加入过量的冷甲醇。经分离、干燥得到聚酯嵌段共聚物。其数均分子量5.3KDa(核磁共振法)、7.8KDa(GPC法)、分子量分布系数2.05、所制备的ABA嵌段共聚物中，A片断乳酸聚合单元(-O-CH(CH3)-COO-CH(CH3)-CO-)与B片断琥珀酸丁二醇酯聚合单元的摩尔比为0.11∶1(核磁共振法)，熔点110.8度(B片断)、融解热焓87.9J/g(B片断)、热分解温度232.0度(A片断)、热分解温度375.6度(B片断)。
实施例5在一个经过火焰干燥处理的50mL三口烧瓶中顺序加入2.0g实施例1所得聚酯预聚产物、69微升的辛酸亚锡甲苯溶液，其浓度为130.0mg/mL、磁搅拌子、以及0.83g(L，L)丙交酯。将上述反应体系连接到真空线上加热到50度搅拌并保持1.0小时以除去溶剂甲苯以及残留水分。然后将真空线关闭，充入高纯氮气。将上述反应体系加热到120度，继续搅拌反应24.0小时。测得丙交酯的转化率为62％(核磁共振法)。上述聚合反应的产物冷却后，先溶于三氯甲烷，然后过滤，所得滤液中加入过量的冷甲醇。经分离、干燥得到聚酯嵌段共聚物。其数均分子量6.2KDa(核磁共振法)、9.0KDa(GPC法)、分子量分布系数2.09、所制备的ABA嵌段共聚物中，A片断乳酸聚合单元(-O-CH(CH3)-COO-CH(CH3)-CO-)与B片断琥珀酸丁二醇酯聚合单元(-CO-CH2-CH2-COO-CH2-CH2-CH2-CH2-O-)的摩尔比为0.31∶1(核磁共振法)，熔点110.0度(B片断)、融解热焓74.3J/g(B片断)、热分解温度237.0度(A片断)、热分解温度376.6度(B片断)。
实施例6在一个经过火焰干燥处理的50mL三口烧瓶中顺序加入2.0g实施例1所得聚酯预聚产物、69微升的辛酸亚锡甲苯溶液，其浓度为130.0mg/mL、磁搅拌子、以及1.10g(L，L)丙交酯。将上述反应体系连接到真空线上加热到50度搅拌并保持1.0小时以除去溶剂甲苯以及残留水分。然后将真空线关闭，充入高纯氮气。将上述反应体系加热到120度，继续搅拌反应24.0小时。测得丙交酯的转化率为81％(核磁共振法)。上述聚合反应的产物冷却后，先溶于三氯甲烷，然后过滤，所得滤液中加入过量的冷甲醇。经分离、干燥得到聚酯嵌段共聚物。其数均分子量7.1KDa(核磁共振法)、9.9KDa(GPC法)、分子量分布系数2.12、所制备的ABA嵌段共聚物中，A片断乳酸聚合单元(-O-CH(CH3)-COO-CH(CH3)-CO-)与B片断琥珀酸丁二醇酯聚合单元(-CO-CH2-CH2-COO-CH2-CH2-CH2-CH2-O-)的摩尔比为0.54∶1(核磁共振法)，熔点150.1度(A片断)、融解热焓8.55J/g(A片断)、熔点109.2度(B片断)、融解热焓62.5J/g(B片断)、热分解温度250.5度(A片断)、热分解温度380.6度(B片断)。
实施例7在一个经过火焰干燥处理的50mL三口烧瓶中顺序加入2.0g实施例1所得聚酯预聚产物、69微升的辛酸亚锡甲苯溶液，其浓度为130.0mg/mL、磁搅拌子、以及1.65g(L，L)丙交酯。将上述反应体系连接到真空线上加热到50度搅拌并保持1.0小时以除去溶剂甲苯以及残留水分。然后将真空线关闭，充入高纯氮气。将上述反应体系加热到120度，继续搅拌反应24.0小时。测得丙交酯的转化率为82％(核磁共振法)。上述聚合反应的产物冷却后，先溶于三氯甲烷，然后过滤，所得滤液中加入过量的冷甲醇。经分离、干燥得到聚酯嵌段共聚物。其数均分子量8.3KDa(核磁共振法)、10.2KDa(GPC法)、分子量分布系数2.22、所制备的ABA嵌段共聚物中，A片断乳酸聚合单元(-O-CH(CH3)-COO-CH(CH3)-CO-)与B片断琥珀酸丁二醇酯聚合单元(-CO-CH2-CH2-COO-CH2-CH2-CH2-CH2-O-)的摩尔比为0.82∶1(核磁共振法)，熔点156.5度(A片断)、融解热焓25.6J/g(A片断)、熔点108.4度(B片断)、融解热焓49.5J/g(B片断)、热分解温度254.8度(A片断)、热分解温度371.6度(B片断)。
实施例8在一个经过火焰干燥处理的50mL三口烧瓶中顺序加入2.0g实施例1所得聚酯预聚产物、69微升的辛酸亚锡甲苯溶液，其浓度为130.0mg/mL、磁搅拌子、以及2.48g(L，L)丙交酯。将上述反应体系连接到真空线上加热到50度搅拌并保持1.0小时以除去溶剂甲苯以及残留水分。然后将真空线关闭，充入高纯氮气。将上述反应体系加热到120度，继续搅拌反应24.0小时。测得丙交酯的转化率为87％(核磁共振法)。上述聚合反应的产物冷却后，先溶于三氯甲烷，然后过滤，所得滤液中加入过量的冷甲醇。经分离、干燥得到聚酯嵌段共聚物。其数均分子量10.2KDa(核磁共振法)、11.1KDa(GPC法)、分子量分布系数2.18、所制备的ABA嵌段共聚物中，A片断乳酸聚合单元(-O-CH(CH3)-COO-CH(CH3)-CO-)与B片断琥珀酸丁二醇酯聚合单元(-CO-CH2-CH2-COO-CH2-CH2-CH2-CH2-O-)的摩尔比为1.31∶1(核磁共振法)，熔点157.0度(A片断)、融解热焓35.2J/g(A片断)、熔点108.1度(B片断)、融解热焓36.2J/g(B片断)、热分解温度267.2度(A片断)、热分解温度381.9度(B片断)。
实施例9在一个经过火焰干燥处理的50mL三口烧瓶中顺序加入2.0g实施例1所得聚酯预聚产物、69微升的辛酸亚锡甲苯溶液，其浓度为130.0mg/mL、磁搅拌子、以及3.30g(L，L)丙交酯。将上述反应体系连接到真空线上加热到50度搅拌并保持1.O小时以除去溶剂甲苯以及残留水分。然后将真空线关闭，充入高纯氮气。将上述反应体系加热到120度，继续搅拌反应24.0小时。测得丙交酯的转化率为87％(核磁共振法)。上述聚合反应的产物冷却后，先溶于三氯甲烷，然后过滤，所得滤液中加入过量的冷甲醇。经分离、干燥得到聚酯嵌段共聚物。其数均分子量12.0KDa(核磁共振法)、12.6KDa(GPC法)、分子量分布系数2.21、所制备的ABA嵌段共聚物中，A片断乳酸聚合单元(-O-CH(CH3)-COO-CH(CH3)-CO-)与B片断琥珀酸丁二醇酯聚合单元(-CO-CH2-CH2-COO-CH2-CH2-CH2-CH2-O-)的摩尔比为1.74∶1(核磁共振法)，熔点162.4度(A片断)、融解热焓37.7J/g(A片断)、熔点106.6度(B片断)、融解热焓28.2J/g(B片断)、热分解温度280.3度(A片断)、热分解温度381.5度(B片断)。
实施例10在一个经过火焰干燥处理的50mL三口烧瓶中顺序加入2.0g实施例1所得聚酯预聚产物、69微升的辛酸亚锡甲苯溶液，其浓度为130.0mg/mL、磁搅拌子、以及3.30g(L，L)丙交酯。将上述反应体系连接到真空线上加热到50度搅拌并保持1.0小时以除去溶剂甲苯以及残留水分。然后将真空线关闭，充入高纯氮气。将上述反应体系加热到120度，继续搅拌反应24.0小时。测得丙交酯的转化率为88％(核磁共振法)。上述聚合反应的产物冷却后，先溶于三氯甲烷，然后过滤，所得滤液中加入过量的冷甲醇。经分离、干燥得到聚酯嵌段共聚物。其数均分子量15.8KDa(核磁共振法)、14.3KDa(GPC法)、分子量分布系数2.32、所制备的ABA嵌段共聚物中，A片断乳酸聚合单元(-O-CH(CH3)-COO-CH(CH3)-CO-)与B片断琥珀酸丁二醇酯聚合单元(-CO-CH2-CH2-COO-CH2-CH2-CH2-CH2-O-)的摩尔比为2.65∶1(核磁共振法)，熔点163.5度(A片断)、融解热焓45.2J/g(A片断)、熔点105.6度(B片断)、融解热焓19.2J/g(B片断)、热分解温度291.9度(A片断)、热分解温度367.1度(B片断)。
权利要求
1.一种ABA型生物降解性聚酯嵌段共聚物，其具有如下化学结构通式 上述嵌段高分子共聚物的大分子结构中，B链片断R1基团为碳原子数0～8的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团；R2基团为碳原子数2～10的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团，或者CH2-CHR4-CH2、CH2-CHR4-CHR4-CH2、CH2-CHR4-CHR4-CHR4-CH2或CH2-CHR4-CHR4-CHR4-CHR4-CH2基团；上述R2基团中R4为基于多元醇的高分子支链，其化学结构通式如下其中R5基团为碳原子数0～8的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团，R6基团为碳原子数2～10的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团，同时高分子支链的平均聚合度Z为0～100；上述嵌段聚酯高分子共聚物的大分子结构中，A链片断R3基团可以为H、CH3，并且在R3＝CH3的情况下，R3的相邻碳原子可以是手性R或者S立体构型，上述聚酯ABA嵌段共聚物的数量平均分子量为1,000～300,000，其高分子化学结构中A链片断的摩尔百分数X可以为0～100％，B链片断的摩尔百分数2Y可以为为100％～0。
2.如权利要求1所述的一种生物降解性聚酯嵌段高分子共聚物，其特征是其数量平均分子量为1,000～300,000。
3.如权利要求1所述的一种生物降解性聚酯嵌段共聚物中B链片断的聚酯预聚物，其特征是其具有如下化学结构 的均聚物，其中R1、R2如权利要求1所述。
4.如权利要求3所述的一种生物降解性聚酯嵌段共聚物，其特征是其数均分子量是1,000～50,000。
5.如权利要求1所述的一种生物降解性聚酯嵌段共聚物的制备方法，其特征是采用如下方法分别制得(1)、在催化剂存在下和常压到1～5×104pa负压下，120～300℃，分子式为HO-R8-OH的化合物的羟基官能团与分子式为 的化合物羰基基团的摩尔比为1～3.0，反应0.5～8小时，其中 与催化剂的摩尔比为1∶10-6～10摩尔。其中R1如权利要求1所述，R7为氢、碳原子数1～6低级烷基、碳原子数为6～10的芳香取代基，R8基团为碳原子数2～10的饱和直链亚烷基、不饱和直链亚烷基或脂环族基团，或者多羟基的CH2-CH(OH)-CH2、CH2-CH(OH)-CH(OH)-CH2、CH2-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH2或CH2-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH2；(2)用熔融本体聚合或者溶液聚合方法，方法(1)所获化合物作为大分子起始剂、环状交酯单体和催化剂在60～200℃下，反应1～72小时，它们的摩尔比分别为1∶10-5～5，其中环状交酯单体为乙交酯或丙交酯；所述的催化剂为包括磺酸、对甲苯磺酸、锡粉、四氯化锡、二氯化锡、烷基锡、烷基铝、烷基钛、锌粉、烷基锌、烷氧基铝、烷氧基钛、锡酸酯、烷氧基锗、乳酸亚在内的有机磺酸、金属、有机锡化合物、有机铝化合物、有机锗化合物、有机钛化合物、有机铁化合物。
6.如权利要求5所述的一种生物降解性聚酯嵌段共聚物的制备方法，其特征是方法(2)中，所述的丙交酯是光学活性的(R，R)或(S，S)型丙交酯，或者(R，S)内消旋或外消旋形式的丙交酯。
7.如权利要求5所述的一种生物降解性聚酯嵌段共聚物的制备方法，其特征是方法(2)中，所述的溶液聚合方法，采用的溶剂是苯、甲苯、二甲苯、二苯醚、二氧六环。
8.如权利要求1所述的一种生物降解性聚酯嵌段共聚物的用途，其特征是用于生物医用材料、药物可控释放制剂辅助材料或环境友好材料。
全文摘要
一种生物降解性聚酯嵌段高分子共聚物，制备方法及其用途。其具有如右化学结构，其中，A嵌段片断的R
文档编号C08G63/00GK1546549SQ200310109099
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月4日 优先权日2003年12月4日
发明者曹阿民, 姜标, 巴朝义, 潘孝春, 杨晶 申请人:中国科学院上海有机化学研究所