专利名称：可控降解二氧化碳/环氧化物/内酯的三元共聚物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种可控生物降解的脂肪族聚碳酸酯及其制备方法，属于高分子化学领域。
背景技术：
迄今为止，在生物医用高分子材料领域中得以实现临床应用的主要为聚酯类材料，如聚乙二醇、聚己内酯、聚乳酸(PLA)及其与聚乙交酯的共聚物(PLGA)等。聚酯类材料在降解过程中会释放出大量酸性物质，从而造成治疗后期非感染性炎症反应。然而，二氧化碳与环氧化合物直接制备的脂肪族聚碳酸酯，因其具有良好的生物相容性和可降解性能，且降解后生成二氧化碳和中性的二元醇，可避免治疗后期非感染性炎症反应的产生。因此，脂肪族聚碳酸酯在药物控制释放、体内植入材料及组织工程等领域得到越来越广泛的应用，但脂肪族聚碳酸酯虽然具有良好的生物相容性，但是降解速率不甚理想。
为了改善脂肪族聚碳酸酯的生物降解性能，从分子设计的角度出发，引入含有功能基团的第三单体，通过改变聚合物结构组成及形态来制备不同生物降解速率的新型生物医用高分子材料，可显著改善脂肪族聚碳酸酯的降解及热力学等物理化学性能。为了满足不同的需要，目前可功能化聚碳酸酯的合成与应用正日益受到众多的研究者所关注。用羟基、氨基、酯基、羧基等基团修饰聚碳酸酯，能调节聚合物的亲水性、渗透性、生物降解以及机械性能等。因此实现脂肪族聚碳酸酯改性为具有可控生物降解性能的生物医用材料的功能化在实践上具有重要的意义，同时还具有拓展二氧化碳化学深入研究的前沿性和环保意义。
发明内容
为实现脂肪族聚碳酸酯改性为具有可控生物降解性能的生物医用材料的功能化，本发明提供一种具有良好生物相容性、可控降解性的二氧化碳/环氧化物/内酯的三元共聚物及其制备方法。
为达到上述目的，本发明通过引入含有易水解基团的内酯单元，在脂肪族聚碳酸酯分子链上键合易降解基团，增加聚碳酸酯的亲水性和降解性能，且通过控制聚合物中含酯单元的含量，调节聚碳酸酯的降解速率，进而实现材料的可控降解。
可控降解二氧化碳/环氧化物/内酯的三元共聚物，化学名称为内酯-环氧化物-二氧化碳，其结构式为 其中a＝1～100，b＝1～100，c＝1～100，n＝3～5，R1、R2、R3、R4＝H，烃基。
上述可控降解二氧化碳/环氧化物/内酯的三元共聚物的制备的方法，在高压反应釜中加入催化剂、环氧化物、内酯单体和溶剂，催化剂为环氧化物重量的2～4％，内酯单体与环氧化物重量比为1～5∶5，溶剂与环氧化物的体积比为1～2∶1，充分搅拌均匀后，然后通入CO2气体至反应体系压力为3.5～4MPa。加热，在50～90℃下聚合12～48小时，停止加热搅拌，冷却至室温，排出剩余气体。出料后用5％的盐酸乙醇洗涤共聚物，再用乙醇洗涤三次，干燥得粗产物。对粗产物用二氯甲烷溶解，离心除去不溶物及残留催化剂，挥发除去溶剂，35℃真空干燥至恒重，得三元共聚物。进行FTIR、1H-NMR、13C-NMR、DSC、TGA和WAXD等表征和降解性能测试，对聚合物的结构和性能进行证实。
使用的催化剂为聚合物负载型双金属配位催化剂。
使用的环氧化物包括环氧乙烷、环氧丙烷、1，2-环氧丁烷或2，3-环氧丁烷；使用的内酯单体包括γ-丁内酯、δ-戊内酯或ε-己内酯；使用的溶剂为苯或甲苯。
本发明提供的二氧化碳/环氧化物/内酯的三元共聚物，具有良好的生物相容性、生物降解性和加工成型性，是一种具有应用前景的生物医用材料，尤其在药物载体材料领域中具有独特的应用前景；由于第三单体内酯的引入，聚合物的分子量增加，同时玻璃化转变温度也得到提高，改善了其物理机械性能，同时由于易水解酯基的存在，三元共聚物较相应的未加内酯单元的二元共聚物的降解性能得到明显提高，而且通过控制聚合物中含酯单元的含量，可以调节聚碳酸酯的降解速率，因此在药物载体、体内植入材料、组织工程等领域有重要的实践意义。
图1为本发明在不同投料比(ε-己内酯1，2环氧丁烷)下所得到的二氧化碳/1，2环氧丁烷/ε-己内酯三元共聚物的体外降解图。
具体实施例方式
聚合物负载型双金属配位催化剂参考Li-Ban Chen报道的文献[Makromol.Chem.，Macromol.Symp.1992，5975-82.]制备，具体步骤为2.436g ZnCl2和36.974g PEG制成混合溶液置于500mL烧杯中，在搅拌下加入1.646gK3Fe(CN)6配成的水溶液200mL，将生成的黄色沉淀物在70-80℃陈化1h。产品经过离心分离、富集，用蒸馏水洗涤三次后，真空干燥至恒重待用。
实施例1二氧化碳/环氧丙烷/γ-丁内酯的三元共聚物(PPCG)的制备聚合反应在300mL磁力高压反应釜内进行，用氮气吹扫高压反应釜5min后，快速加入催化剂1.00g、环氧丙烷50mL、苯50mL、γ-丁内酯与环氧丙烷成一定比例，分别为0∶5、1∶5、2∶5、3∶5、4∶5、5∶5，充分搅拌0.5h后，然后通入CO2气体至反应体系压力为3.5～4Mpa。加热，在60℃下聚合24h，停止加热搅拌，冷却至室温，排出剩余气体。出料后用5％的盐酸乙醇洗涤共聚物，再用乙醇洗涤三次，干燥得粗产物。用二氯甲烷溶解，离心除去不溶物及残留催化剂，挥发除去溶剂，35℃真空干燥至恒重。分别得到聚合物PPC、PPCG1、PPCG2、PPCG3、PPCG4、PPCG5。它们的粘均分子量分别为41700、49300、59300、64500、65800；玻璃化转变温度分别为16.5℃、22.6℃、30.4℃、42.6℃、42.3℃。
实施例2二氧化碳/环氧丙烷/ε-己内酯的三元共聚物(PPCCL)的制备聚合反应在300mL磁力高压反应釜内进行，用氮气吹扫高压反应釜10min后，快速加入催化剂1.20g、环氧丙烷50mL、甲苯60mL、ε-己内酯与环氧丙烷成一定比例，分别为1∶3、2∶3、3∶3，充分搅拌0.5h后，然后通入CO2气体至反应体系压力为3.5～4Mpa。加热，在60℃下聚合24h，停止加热搅拌，冷却至室温，排出剩余气体。出料后用5％的盐酸乙醇洗涤共聚物，再用乙醇洗涤三次，干燥得粗产物。用二氯甲烷溶解，离心除去不溶物及残留催化剂，挥发除去溶剂，35℃真空干燥至恒重。分别得到聚合物PPCCL1、PPCCL2、PPCCL3。它们的粘均分子量分别为51200、67100、57300；玻璃化转变温度分别为33.5℃、41.6℃、38.7℃。
实施例3二氧化碳/1，2环氧丁烷/ε-己内酯的三元共聚物(PBCCL)的制备聚合反应在300mL磁力高压反应釜内进行，用氮气吹扫高压反应釜10min后，快速加入催化剂1.00g、1，2环氧丁烷32mL、甲苯50mL、ε-己内酯与1，2环氧丁烷成一定比例，分别为0∶4、1∶4、2∶4、3∶4、4∶4，充分搅拌0.5h后，然后通入CO2气体至反应体系压力为3.5～4Mpa。加热，在70℃下聚合36h，停止加热搅拌，冷却至室温，排出剩余气体。出料后用5％的盐酸乙醇洗涤共聚物，再用乙醇洗涤三次，干燥得粗产物。用二氯甲烷溶解，离心除去不溶物及残留催化剂，挥发除去溶剂，35℃真空干燥至恒重。分别得到聚合物PBC、PBCCL1、PBCCL2、PBCCL3、PBCCL4。它们的粘均分子量分别为32800、48500、59100、62300、61500；玻璃化转变温度分别为1.4℃、43.6℃、46.2℃、47.5℃、47.0℃。
实施例4二氧化碳/1，2环氧丁烷/ε-己内酯的三元共聚物的体外降解将实施例3中聚合物PBC、PBCCL1、PBCCL2、PBCCL3、PBCCL4的8wt％二氯甲烷溶液分别浇铸在聚四氟乙烯模板上，溶剂挥发后得聚合物膜。35℃真空干燥至恒重，膜厚约为1mm。将薄膜称重后放入pH值为7.4的0.1mol/L磷酸钠盐缓冲溶液中，并置于37℃恒温振荡箱中，每隔一段时间取出薄片，用蒸馏水洗净，真空干燥至恒重后称重，以其失重率及降解过程中粘均分子量的变化来表征其降解性能。由于引入了含酯键的单元，二氧化碳/1，2环氧丁烷/ε-己内酯三元共聚物具有较好的水解能力。从图1可以看出，PBC的降解性较差，8周内失重极少。随着ε-己内酯∶环氧丁烷的比例增大，聚合物中己内酯摩尔分数越多，降解速率越快。PBCCL44降解最快，8周内失重达到36.13％。由于降解过程中，聚合物的分子量变化不大，经历8周降解后，分子量下降在10％左右。因此PBCCl的降解是一种表面侵蚀过程。
权利要求
1.可控降解二氧化碳/环氧化物/内酯的三元共聚物，其特征在于化学名称为内酯-环氧化物-二氧化碳，其结构式为 其中a＝1～100，b＝1～100，c＝1～100，n＝3～5，R1、R2、R3、R4＝H，烃基。
2.权利要求1所述三元共聚物的制备的方法，其特征在于在高压反应釜中加入催化剂、环氧化物、内酯单体和溶剂，催化剂为环氧化物重量的2～4％，内酯单体与环氧化物重量比为1～5∶5，溶剂与环氧化物的体积比为1～2∶1，充分搅拌均匀后，然后通入CO2气体至反应体系压力为3.5～4MPa；加热，在50～90℃下聚合12～48小时，停止加热搅拌，冷却至室温，排出剩余气体；出料后用5％的盐酸乙醇洗涤共聚物，再用乙醇洗涤三次，干燥得粗产物；对粗产物用二氯甲烷溶解，离心除去不溶物及残留催化剂，挥发除去溶剂，35℃真空干燥至恒重，得三元共聚物；使用的催化剂为聚合物负载型双金属配位催化剂；使用的环氧化物为环氧乙烷、环氧丙烷、1，2-环氧丁烷或2，3-环氧丁烷；使用的内酯单体为γ-丁内酯、δ-戊内酯或ε-己内酯；使用的溶剂为苯或甲苯。
全文摘要
可控降解二氧化碳/环氧化物/内酯的三元共聚物及其制备方法。该三元共聚物，化学名称为内酯－环氧化物－二氧化碳；本发明通过引入含有易水解基团的内酯单元，在脂肪族聚碳酸酯分子链上键合易降解基团，增加聚碳酸酯的亲水性和降解性能，且通过控制聚合物中含酯单元的含量，调节聚碳酸酯的降解速率，进而实现材料的可控降解。
文档编号C08G64/38GK101054441SQ20071003489
公开日2007年10月17日 申请日期2007年5月9日 优先权日2007年5月9日
发明者黄可龙, 刘素琴, 刘艳飞, 黄健涵, 王蔚玲, 卢凌冰, 吴弘, 肖寒 申请人:中南大学