本文提供了具有可生物降解和/或生物可吸收的硬和软链段的热塑性聚氨酯(tpu)组合物。
背景技术：
热塑性聚氨酯(tpu)是广泛使用的一类具有特定物理和化学性质的聚合物，这使得它们特别适用于体内应用。常规tpu属于不打算降解但在体内易于水解，氧化和酶促降解的生物材料。这种降解可用于设计可生物降解的tpu。
虽然热塑性聚氨酯具有许多机械性能，这使得它们对生物医学应用具有吸引力，但聚合物的降解提出了挑战。已知通过适当选择软链段化学可以实现tpu软链段的降解。经常使用的可生物降解的tpu软链段包括聚(ε-己内酯)，聚(乳酸)，聚乙醇酸和聚(乙二醇)多元醇。由于氨基甲酸酯键不易降解，硬链段降解更具挑战性。硬链段改性主要集中在不同的二异氰酸酯结构和扩链剂上。然而，这些改性常常导致tpu的较差的机械性能。
因此，希望提供一种热塑性聚氨酯组合物，其在身体环境中是可生物降解的和/或生物可吸收的，而不会降解成有毒副产物，同时在身体环境中保持有利的机械性能。
概述
所公开的技术提供了一种热塑性聚氨酯(tpu)组合物，其包括生物可吸收的热塑性聚氨酯，包括多异氰酸酯组分(polydiisocyanate)；包括聚酯的多元醇组分；和至少一种扩链剂组分的反应产物，所述扩链剂包括具有侧链的氨基酸的环状二聚体，所述侧链含有包括-oh，-cooh，-nh，-nh2或-sh的官能团。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中多异氰酸酯组分包括脂族或芳族二异氰酸酯。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中脂族二异氰酸酯包括h12mdi，hdi，hmdi，ipdi，ldi，bdi，pdi，chdi，todi，ndi或其组合。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中芳族二异氰酸酯包括mdi，tdi，xdi或其组合。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中多元醇组分是聚酯多元醇，包括聚(l-丙交酯)(pla)，聚乙交酯(pga)或聚己内酯(pcl)或其组合。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中多元醇组分是聚醚多元醇，包括聚(丙二醇)，聚(乙二醇)，聚(四亚甲基醚二醇)或其组合。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中扩链剂组分包括谷氨酸，丝氨酸，赖氨酸，甘氨酸，天冬氨酸，半胱氨酸，精氨酸，组氨酸，谷氨酰胺，天冬酰胺，苏氨酸，羟脯氨酸，色氨酸或酪氨酸及其光学异构体的环状二聚体。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其进一步包括另外的扩链剂。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中另外的扩链剂包括至少一种通式ho-(ch2)x-oh的二醇扩链剂，其中x是2至6的整数。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中至少一种二醇扩链剂包括1,4-丁二醇。
所公开的技术还提供了一种生物可吸收的热塑性聚氨酯，其包括多异氰酸酯、式2的取代的2,5-二酮哌嗪和多元醇组分的反应产物：
其中：
r和r'是具有侧链的氨基酸的侧链，所述侧链含有包括-oh，-cooh，-nh，-nh2或-sh的官能团。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中取代是对称或不对称取代。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中取代的2,5-二酮哌嗪以热塑性聚氨酯组合物总重量的5wt％至45wt％的量存在。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中氨基酸包括谷氨酸，丝氨酸，赖氨酸，甘氨酸，天冬氨酸，半胱氨酸，精氨酸，组氨酸，谷氨酰胺，天冬酰胺，苏氨酸，羟脯氨酸，酪氨酸，色氨酸或其光学异构体。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中r和r'是酪氨酸的侧链。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中r和r'是赖氨酸的侧链。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中r和r'是丝氨酸的侧链。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中r和r'是羟脯氨酸的侧链。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中r和r'是谷氨酸的侧链。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中r和r'是甘氨酸的侧链。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中r和r'是天冬氨酸的侧链。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中r和r'是半胱氨酸的侧链。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中r和r'是精氨酸的侧链。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中r和r'是组氨酸的侧链。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中r和r'是谷氨酰胺的侧链。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中r和r'是苏氨酸的侧链。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中r和r'是天冬酰胺的侧链。
所公开的技术还提供了生物可吸收的热塑性聚氨酯，其中r和r'是色氨酸的侧链。
所公开的技术还提供制备生物可吸收的热塑性聚氨酯的方法，包括使多异氰酸酯组分，多元醇组分和至少一种扩链剂组分反应的步骤，所述扩链剂组分包括具有侧链的氨基酸的环状二聚体，所述侧链含有包括-oh，-cooh，-nh，-nh2或-sh的官能团。
详细说明
以下将通过非限制性说明描述各种优选特征和实施方案。
所公开的技术提供了一种热塑性聚氨酯(tpu)组合物，其包括以下组分的反应产物：a)多异氰酸酯组分，其包括至少第一和第二直链脂族二异氰酸酯；b)包括至少一种聚酯多元醇的多元醇组分；c)扩链剂组分，其包括氨基酸的环状二聚体。
多异氰酸酯
本文所述的tpu组合物使用以下物质制备：(a)多异氰酸酯组分，其包括至少一种脂族二异氰酸酯。
合适的多异氰酸酯包括芳族二异氰酸酯，脂族二异氰酸酯或其组合。在一些实施方案中，多异氰酸酯组分包括一种或多种芳族二异氰酸酯。在一些实施方案中，多异氰酸酯组分基本上不含或甚至完全不含脂族二异氰酸酯。在其他实施方案中，多异氰酸酯组分包括一种或多种脂族二异氰酸酯。在一些实施方案中，多异氰酸酯组分基本上不含或甚至完全不含芳族二异氰酸酯。
有用的多异氰酸酯的实例包括芳族二异氰酸酯，例如4,4'-亚甲基双(苯基异氰酸酯)(mdi)，间二甲苯二异氰酸酯(xdi)，亚苯基-1,4-二异氰酸酯，萘-1,5-二异氰酸酯，和甲苯二异氰酸酯(tdi)；以及脂族二异氰酸酯，如六亚甲基异氰酸酯(hdi)，4,4'-二异氰酸根合二环己基甲烷(hmdi)，异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)，1,4-环己基二异氰酸酯(chdi)，癸烷-1,10-二异氰酸酯，赖氨酸二异氰酸酯(ldi)，1,4-丁烷二异氰酸酯(bdi)，异佛尔酮二异氰酸酯(pdi)，3,3'-二甲基-4,4'-联苯二异氰酸酯(todi)，1,5-萘二异氰酸酯(ndi)和二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(h12mdi)。可以使用两种或更多种多异氰酸酯的混合物。在一些实施方案中，多异氰酸酯是mdi和/或h12mdi。在一些实施方案中，多异氰酸酯包括mdi。在一些实施方案中，多异氰酸酯包括h12mdi。
在一些实施方案中，可以使用两种或更多种多异氰酸酯的混合物。
在一些实施方案中，用包括h12mdi的多异氰酸酯组分制备热塑性聚氨酯。在一些实施方案中，热塑性聚氨酯用基本上由h12mdi组成的多异氰酸酯组分制备。在一些实施方案中，用由h12mdi组成的多异氰酸酯组分制备热塑性聚氨酯。
在一些实施方案中，用于制备本文所述的tpu和/或tpu组合物的多异氰酸酯以重量计为至少50％的脂环族二异氰酸酯。在一些实施方案中，多异氰酸酯包括具有5至20个碳原子的α，ω-亚烷基二异氰酸酯。
在一些实施方案中，用于制备本文所述的tpu和/或tpu组合物的多异氰酸酯包括六亚甲基-1,6-二异氰酸酯，1,12-十二烷二异氰酸酯，2,2,4-三甲基-六亚甲基二异氰酸酯，2,4,4-三甲基-六亚甲基二异氰酸酯，2-甲基-1,5-戊亚甲基二异氰酸酯，或其组合。
在一些实施方案中，所述tpu用包括hdi，h12mdi，ldi，ipdi或其组合的多异氰酸酯组分制备。在一些实施方案中，tpu用多异氰酸酯组分制备，所述多异氰酸酯组分由h12mdi组成，或者甚至基本上由h12mdi组成。
在其他实施方案中，多异氰酸酯组分基本上不含(或甚至完全不含)任何非线性脂族二异氰酸酯，任何芳族二异氰酸酯或两者。在其他实施方案中，多异氰酸酯组分基本上不含(或甚至完全不含)除上述直链脂族二异氰酸酯之外的任何多异氰酸酯。
多元醇组分
本文所述的tpu组合物使用以下制备：(b)包括至少一种多元醇组分的多元醇组分。
多元醇包括聚醚多元醇，聚酯多元醇，聚碳酸酯多元醇，聚硅氧烷多元醇，以及它们的组合。
当存在时，合适的多元醇(也可描述为羟基封端的中间体)可包括一种或多种羟基封端的聚酯，一种或多种羟基封端的聚醚，一种或多种羟基封端的聚碳酸酯，一种或多种羟基封端的聚硅氧烷，或其混合物。
合适的羟基封端的聚酯中间体包括数均分子量(mn)为约500至约10,000，约700-约5,000，或约700-约4,000的线性聚酯，并且通常具有小于1.3或小于0.5的酸值。分子量通过末端官能团的测定来确定，并且与数均分子量有关。聚酯中间体可以通过(1)一种或多种二醇与一种或多种二羧酸或酸酐的酯化反应或(2)通过酯交换反应，即一种或多种二醇与二羧酸酯的反应来制备。通常超过1摩尔的二醇与酸的摩尔比是优选的，以便获得具有优势的末端羟基的直链。合适的聚酯中间体还包括各种内酯，例如通常由ε-己内酯和双官能引发剂如二乙二醇制成的聚己内酯。所需聚酯的二羧酸可以是脂族，脂环族，芳族或其组合。可以单独使用或以混合物形式使用的合适的二羧酸通常具有总共4-15个碳原子，包括：琥珀酸，戊二酸，己二酸，庚二酸，辛二酸，壬二酸，癸二酸，十二烷二酸，间苯二甲酸，对苯二甲酸，环己烷二羧酸，等等。也可以使用上述二羧酸的酸酐，例如邻苯二甲酸酐，四氢邻苯二甲酸酐等。己二酸是优选的酸。反应形成所需聚酯中间体的二醇可以是脂族，芳族或其组合，包括上述扩链剂部分中所述的任何二醇，并且总共具有2至20或2至12个碳原子。合适的实例包括乙二醇，1,2-丙二醇，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，2,2-二甲基-1,3-丙二醇，1,4-环己烷二甲醇，十亚甲基二醇，十二亚甲基二醇及其混合物。
多元醇组分还可包括一种或多种聚己内酯聚酯多元醇。可用于本文所述技术的聚己内酯聚酯多元醇包括衍生自己内酯单体的聚酯二醇。聚己内酯聚酯多元醇由伯羟基封端。合适的聚己内酯聚酯多元醇可以由ε-己内酯和双官能引发剂如二乙二醇，1,4-丁二醇或本文列出的任何其他二醇和/或二醇制成。在一些实施方案中，聚己内酯聚酯多元醇是衍生自己内酯单体的线性聚酯二醇。
有用的实例包括capatm2202a，2,000数均分子量(mn)线性聚酯二醇，和capatm2302a，3,000mn线性聚酯二醇，两者均可从perstorppolyolsinc.商购获得。这些材料也可以被描述为2-氧杂环庚酮和1,4-丁二醇的聚合物。
聚己内酯聚酯多元醇可以由2-氧杂环庚酮和二醇制备，其中二醇可以是1,4-丁二醇，二甘醇，单乙二醇，1,6-己二醇，2,2-二甲基-1,3-丙二醇，或其任何组合。在一些实施方案中，用于制备聚己内酯聚酯多元醇的二醇是线性的。在一些实施方案中，聚己内酯聚酯多元醇的数均分子量为500至10,000，或500至3,000，或600至1,000，或1,000至3,000或500，或600，或1,000或甚至2,000至4,000或甚至3,000，甚至大约2,000。
合适的羟基封端的聚醚中间体包括衍生自具有总共2至15个碳原子的二醇或多元醇的聚醚多元醇，在一些实施方案中，烷基二醇或二醇与包括具有2至6个碳原子的环氧烷的醚反应，通常是环氧乙烷或环氧丙烷或其混合物。例如，羟基官能聚醚可以通过首先使丙二醇与环氧丙烷反应，然后与环氧乙烷反应来制备。由环氧乙烷产生的伯羟基比仲羟基更具反应性，因此是优选的。有用的商业聚醚多元醇包括包括与乙二醇反应的环氧乙烷的聚(乙二醇)，包括与丙二醇反应的环氧丙烷的聚(丙二醇)，包括与四氢呋喃反应的水的聚(四亚甲基醚二醇)，其也可描述为聚合的四氢呋喃，通常称为ptmeg。在一些实施方案中，聚醚中间体包括ptmeg。合适的聚醚多元醇还包括环氧烷的聚酰胺加合物，并且可包括，例如，包括乙二胺和环氧丙烷的反应产物的乙二胺加合物，包括二亚乙基三胺与环氧丙烷的反应产物的二亚乙基三胺加合物，和类似的聚酰胺型聚醚多元醇。共聚醚也可用于所述组合物中。典型的共聚醚包括thf和环氧乙烷或thf和环氧丙烷的反应产物。这些可从basf获得，作为嵌段共聚物
合适的羟基封端的聚碳酸酯包括通过二醇与碳酸酯反应制备的那些。美国专利no.4,131,731在此引入作为参考，其公开了羟基封端的聚碳酸酯及其制备方法。这种聚碳酸酯是线性的并且具有末端羟基，基本上排除了其它末端基团。必需的反应物是二醇和碳酸酯。合适的二醇选自含有4至40，和或甚至4至12个碳原子的脂环族和脂族二醇，和选自每分子含有2至20个烷氧基的聚氧亚烷基二醇，每个烷氧基含有2至4个碳原子。合适的二醇包括含有4-12个碳原子的脂族二醇，如1,4-丁二醇，1,5-戊二醇，新戊二醇，1,6-己二醇，2,2,4-三甲基-1,6-己二醇，1,10-癸二醇，氢化二亚油基乙二醇，氢化二油基乙二醇，3-甲基-1,5-戊二醇；和脂环族二醇如1,3-环己二醇，1,4-二羟甲基环己烷，1,4-环己二醇，1,3-二羟甲基环己烷，1,4-内亚甲基-2-羟基-5-羟甲基环己烷和聚亚烷基二醇。反应中使用的二醇可以是单一二醇或二醇的混合物，这取决于最终产品中所需的性质。羟基封端的聚碳酸酯中间体通常是本领域和文献中已知的那些。合适的碳酸盐选自由5至7元环组成的碳酸亚烷基酯。适用于本发明的碳酸酯包括碳酸亚乙酯，碳酸三亚甲基酯，碳酸四亚甲基酯，碳酸1,2-亚丙基酯，碳酸1,2-亚丁基酯，碳酸2,3-亚丁基酯，碳酸1,2-亚乙基酯，碳酸1,3-亚戊基酯，碳酸1,4-亚戊酯，碳酸2,3-亚戊酯和碳酸2,4-亚戊酯。此外，合适的是碳酸二烷基酯，脂环族碳酸酯和碳酸二芳基酯。碳酸二烷基酯在每个烷基中可含有2-5个碳原子，其具体实例是碳酸二乙酯和碳酸二丙酯。脂环族碳酸酯，尤其是二环脂族碳酸酯，在每个环状结构中可含有4-7个碳原子，并且可存在一种或两种这样的结构。当一个基团是脂环族时，另一个基团可以是烷基或芳基。另一方面，如果一个基团是芳基，则另一个基团可以是烷基或脂环族基团。在每个芳基中可含有6-20个碳原子的合适的碳酸二芳基酯的实例是碳酸二苯酯，碳酸二甲苯酯和碳酸二萘酯。
合适的聚硅氧烷多元醇包括α-ω-羟基或胺或羧酸或硫醇或环氧封端的聚硅氧烷。实例包括以羟基或胺或羧酸或硫醇或环氧基封端的聚(二甲基硅氧烷)。在一些实施方案中，聚硅氧烷多元醇是羟基封端的聚硅氧烷。在一些实施方案中，聚硅氧烷多元醇的数均分子量为300-5,000，或400-3,000。
聚硅氧烷多元醇可通过聚硅氧烷氢化物与脂族多元醇或聚氧化烯醇之间的脱氢反应以将醇羟基引入聚硅氧烷主链上而获得。
在一些实施方案中，聚硅氧烷可由一种或多种具有下式的化合物表示：
其中：每个r1和r2独立地为1-4个碳原子的烷基，苄基或苯基；每个e是oh或nhr3，其中r3是氢，1至6个碳原子的烷基，或5至8个碳原子的环烷基；a和b各自独立地为2至8的整数；c是3至50的整数。在含氨基的聚硅氧烷中，至少一个e基团是nhr3。在含羟基的聚硅氧烷中，至少一个e基团是oh。在一些实施方案中，r1和r2均为甲基。
合适的实例包括α，ω-羟丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)和α，ω-氨基丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)，两者都是可商购的材料。其他实例包括聚(二甲基硅氧烷)材料与聚(环氧烷)的共聚物。
当存在时，多元醇组分可包括聚(乙二醇)，聚(四亚甲基醚二醇)，聚(三亚甲基氧化物)，环氧乙烷封端的聚(丙二醇)，聚(己二酸丁二醇酯)，聚(己二酸乙二醇酯)，聚(六亚甲基己二酸酯)，聚(四亚甲基-共-六亚甲基己二酸酯)，聚(3-甲基-1,5-五亚甲基己二酸酯)，聚己内酯二醇，聚(六亚甲基碳酸酯)二醇，聚(五亚甲基碳酸酯)二醇，聚(三亚甲基碳酸酯)二醇，二聚物脂肪酸基聚酯多元醇，植物油基多元醇，或其任何组合。
可用于制备合适的聚酯多元醇的二聚物脂肪酸的实例包括可从croda购得的priplasttm聚酯二醇/多元醇和可从oleon商购的
在一些实施方案中，多元醇组分包括聚醚多元醇，聚碳酸酯多元醇，聚己内酯多元醇或其任何组合。
在一些实施方案中，多元醇组分包括聚醚多元醇。在一些实施方案中，多元醇组分基本上不含或甚至完全不含聚酯多元醇。在一些实施方案中，用于制备tpu的多元醇组分基本上不含或甚至完全不含聚硅氧烷。
在一些实施方案中，多元醇组分包括环氧乙烷，环氧丙烷，环氧丁烷，氧化苯乙烯，聚(四亚甲基醚二醇)，聚(丙二醇)，聚(乙二醇)，聚(乙二醇)和聚(丙二醇)的共聚物，表氯醇等，或其组合。在一些实施方案中，多元醇组分包括聚(四亚甲基醚二醇)。
在其他实施方案中，多元醇组分基本上不含(或甚至完全不含)任何聚醚多元醇，聚碳酸酯多元醇，聚硅氧烷多元醇或所有上述物质。
合适的聚酰胺低聚物，包括遥爪聚酰胺多元醇，不受过度限制，包括低分子量聚酰胺低聚物和遥爪聚酰胺(包括共聚物)，其在骨架结构中包括n-烷基化酰胺基团。遥爪聚合物是含有两个反应性端基的大分子。胺封端的聚酰胺低聚物可用作所公开技术中的多元醇。术语聚酰胺低聚物是指具有两个或更多个酰胺键的低聚物，或者有时指定酰胺键的量。聚酰胺低聚物的子集是遥爪聚酰胺。遥爪聚酰胺是具有高百分比或特定百分比的两个单一化学类型的官能团的聚酰胺低聚物，例如，两个末端胺基团(意指伯，仲或混合物)，两个末端羧基，两个末端羟基(再次表示伯，仲或混合物)，或两个末端异氰酸酯基团(表示脂族，芳族或混合物)。可以满足遥爪定义的双官能百分比的范围包括至少70，80，90或95摩尔％的低聚物是双官能的，而不是更高或更低的官能度。反应性胺封端的遥爪聚酰胺是遥爪聚酰胺低聚物，其中端基是胺类型，伯胺或仲胺及其混合物，即不包括叔胺基团。
在一个实施方案中，遥爪低聚物或遥爪聚酰胺通过brookfield圆盘式粘度计(圆盘以5rpm旋转)测量的粘度为：在70℃的温度下小于100,000cps，在70℃下小于15,000或10,000cps，在60或50℃下小于100,000cps，在60℃下小于15,000或10,000cps；或者在50℃下小于15,000或10,000cps。这些粘度是没有溶剂或增塑剂的纯的遥爪预聚物或聚酰胺低聚物的粘度。在一些实施方案中，遥爪聚酰胺可以用溶剂稀释以获得这些范围内的粘度。
在一些实施方案中，聚酰胺低聚物是低于20,000克/摩尔分子量的物质，例如通常低于10,000；5000；2500；或者2000克/摩尔，每个低聚物具有两个或更多个酰胺键。遥爪聚酰胺具有与聚酰胺低聚物相同的分子量偏好。多个聚酰胺低聚物或遥爪聚酰胺可利用缩合反应连接形成通常高于100,000克/摩尔的聚合物。
通常，酰胺键由羧酸基团与胺基的反应或内酰胺的开环聚合形成，例如，其中环结构中的酰胺键在聚合物中转化为酰胺键。在一个实施方案中，单体的大部分胺基是仲胺基团或内酰胺的氮是叔酰胺基团。当胺基与羧酸反应形成酰胺时，仲胺基团形成叔酰胺基团。出于本公开的目的，酰胺的羰基，例如在内酰胺中，将被认为衍生自羧酸基团。内酰胺的酰胺键由氨基羧酸的羧基与相同氨基羧酸的胺基反应形成。在一个实施方案中，我们需要少于20，10或5摩尔％的用于制备聚酰胺的单体在酰胺键的聚合中具有3或更大的官能度。
如果用于形成这些键的另外的单体可用于聚合物的预期用途，则本发明的聚酰胺低聚物和遥爪聚酰胺可含有少量酯键，醚键，氨基甲酸酯键，脲键等。
如前所述，许多酰胺形成单体每个重复单元平均产生一个酰胺键。这些包括彼此反应时的二酸和二胺，氨基羧酸和内酰胺。当这些单体与同一组中的其它单体反应时，这些单体也在所形成的重复单元的两端产生酰胺键。因此，我们将使用酰胺键的百分比和来自酰胺形成单体的重复单元的摩尔百分比和重量百分比。酰胺形成单体将用于指在正常形成酰胺的缩合连接反应中每个重复单元平均形成一个酰胺键的单体。
在一个实施方案中，连接烃类型键的含杂原子的键的总数的至少10摩尔％，或至少25，45或50，和甚至至少60，70，80，90或95摩尔％特征在于是酰胺键。杂原子键是例如酰胺，酯，氨基甲酸酯，脲，醚键的键，其中杂原子连接通常表征为烃(或具有碳-碳键，例如烃键)的低聚物或聚合物的两个部分。随着聚酰胺中酰胺键的量增加，聚酰胺中来自酰胺形成单体的重复单元的量增加。在一个实施方案中，至少25重量％，或至少30，40，50或甚至至少60，70，80，90或95重量％的聚酰胺低聚物或遥爪聚酰胺是来自酰胺形成单体(也被鉴定为在重复单元两端形成酰胺键的单体)的重复单元。这些单体包括内酰胺，氨基羧酸，二羧酸和二胺。在一个实施方案中，聚酰胺低聚物或遥爪聚酰胺中至少50，65，75，76，80，90或95摩尔％的酰胺键是叔酰胺键。
使用以下等式计算酰胺键总数的叔酰胺键的百分比：
其中：n是单体数；指数i指某种单体；wtertn是在聚合中形成或是叔酰胺键的一部分的单体中的氮原子平均数，(注意：在聚合过程中形成端基的胺不形成酰胺基团，并且它们的量从wtertn中排除)；wtotaln是在聚合中形成或是叔酰胺键的一部分的单体中的平均氮原子数(注意：在聚合过程中形成端基的胺不形成酰胺基团，并且它们的量从wtotaln中排除)；ni是具有指数i的单体的摩尔数。
通过以下等式计算所有含杂原子的键(连接烃键)的总数的酰胺键的百分比：
其中：wtotals是单体中含杂原子键(连接烃键)的平均数和在聚酰胺聚合过程中通过与含羧酸的单体反应由该单体形成的含杂原子键(连接烃键)的数量之和；所有其他变量如上所定义。本文所用的术语“烃键”仅是在重复单元中由连续的碳-碳键(即没有杂原子如氮或氧)形成的每个重复单元的烃部分。
在一些实施方案中，酰胺或叔酰胺形成单体包括二羧酸，二胺，氨基羧酸和内酰胺。适宜的二羧酸是其中二羧酸的亚烷基部分是2至36个碳原子的环状，直链或支链(任选地包括芳族基团)亚烷基，任选地每二酸的3或10个碳原子，更优选4至36个碳原子(二酸比亚烷基部分多包括2个碳原子)包括至多1个杂原子。这些包括二聚脂肪酸，氢化二聚酸，癸二酸等。
合适的二胺包括具有至多60个碳原子的那些，任选地二胺的每3或10个碳原子包括一个杂原子(除了两个氮原子)并且任选地包括各种环状，芳族或杂环基团，条件是一个或两个胺基都是仲胺。
这种二胺包括来自albermarle的ethacuretm90(据称是n，n'-双(1,2,2-三甲基丙基)-1,6-己二胺)；来自dorfketal的clearlinktm1000，或来自huntsman的jefflinktm754；n-甲基氨基乙醇；二羟基封端的，羟基和胺封端的或二胺封端的聚(环氧烷烃)，其中亚烷基具有2-4个碳原子并且分子量为约40或100至2000；n,n'-二异丙基-1,6-己二胺；n,n'-二(仲丁基)苯二胺；哌嗪；高哌嗪；和甲基哌嗪。
合适的内酰胺包括其中具有4至12个碳原子的直链或支链亚烷基链段，使得在内酰胺的氮上没有取代基的环结构总共具有5至13个碳原子(当一个包括羰基时)和内酰胺的氮上的取代基(如果内酰胺是叔酰胺)是1-8个碳原子的烷基，更理想的是1-4个碳原子的烷基。十二烷基内酰胺，烷基取代的十二烷基内酰胺，己内酰胺，烷基取代的己内酰胺和具有较大亚烷基的其它内酰胺是优选的内酰胺，因为它们提供具有较低tg值的重复单元。氨基羧酸具有与内酰胺相同的碳原子数。在一些实施方案中，氨基羧酸的胺和羧酸基团之间的直链或支链亚烷基中的碳原子数为4至12，并且胺基的氮上的取代基(如果它是仲胺基团)))是具有1至8个碳原子，或1或2至4个碳原子的烷基。
在一个实施方案中，理想地，至少50重量％，或至少60，70，80或90重量％的所述聚酰胺低聚物或遥爪聚酰胺包括来自二酸和二胺的具有以下重复单元结构的重复单元：
其中：ra是二羧酸的亚烷基部分，并且是具有2至36个碳原子的环状，直链或支链(任选地包括芳族基团)亚烷基，任选地每二酸的3或10个碳原子，更优选4至36个碳原子(二酸比亚烷基部分多包括2个碳原子)包括至多1个杂原子；和rb是直接键或2至36或60碳原子，更优选2或4至12个碳原子的直链或支链(任选地为或包括环状，杂环或芳族部分)亚烷基(任选地每10个碳原子含有至多1或3个杂原子)，rc和rd分别是1至8个碳原子，更优选1或2至4个碳原子的直链或支链烷基，或rc和rd连接在一起形成单个具有1至8个碳原子的线性或支链亚烷基，或任选地rc和rd之一在碳原子上与rb连接，更理想地rc和rd是具有1或2至4个碳原子的烷基。
在一个实施方案中，理想地，至少50重量％，或至少60，70，80或90重量％的所述聚酰胺低聚物或遥爪聚酰胺包括来自内酰胺或氨基羧酸的具有以下结构的重复单元：
取决于引发剂类型，重复单元可以在衍生自内酰胺或氨基羧酸的低聚物中具有各种取向，其中每个re独立地为4-12个碳原子的直链或支链亚烷基，并且每个rf独立地为1-8个，更理想地1或2至4个碳原子的直链或支链烷基。
在一些实施方案中，遥爪聚酰胺多元醇包括具有以下的那些：(i)衍生自聚合单体的重复单元，所述单体通过重复单元和选自羧基或伯胺或仲胺的官能端基之间的键连接，其中至少70摩尔％遥爪聚酰胺精确具有两个相同官能类型的官能端基，选自氨基或羧基端基；(ii)包括至少两个酰胺键的聚酰胺链段，其特征在于衍生自胺与羧基的反应，并且所述聚酰胺链段包括衍生自聚合两种或更多种选自内酰胺，氨基羧酸，二羧酸和二胺的单体的重复单元；(iii)其中连接烃类键的含杂原子的键的总数的至少10％被表征为酰胺键；和(iv)其中至少25％的酰胺键被表征为叔酰胺键。
在一些实施方案中，热塑性聚氨酯用多元醇组分制备，所述多元醇组分基本上由聚酯多元醇组成。在一些实施方案中，聚酯多元醇是聚己内酯。
扩链剂
本文所述的tpu组合物使用以下组分制备：(c)扩链剂组分，其包括氨基酸的环状二聚体，在本文中也称为2,5-取代的二酮哌嗪或环状二肽。
氨基酸的“侧链”是指附着于下列所有氨基酸的共同主链上的氨基酸部分：nh2-ch-cooh。
在一些实施方案中，用于制备本发明二酮哌嗪的氨基酸可以是天然存在的或非天然存在的，包括酪氨酸，丝氨酸，赖氨酸，羟脯氨酸，谷氨酸，甘氨酸，天冬氨酸，半胱氨酸，苏氨酸，精氨酸，组氨酸，谷氨酰胺，天冬酰胺，色氨酸和任何前述物质的光学异构体。在一些实施方案中，可以进一步修饰环状二肽以包括增加的酯或酰胺含量。
在一些实施方案中，2,5-取代的二酮嗪可具有下式(i)：
其中r和r'是含有包括-oh，-cooh，-nh，-nh2或-sh的官能团的氨基酸的侧链，r和r'可以相同或不同。
用于合成和制备二酮哌嗪的一般方法公开于美国专利nos.4,522,517；5,352,461；5,503,852；6,071,497；6,331,318；6,428,771和美国专利申请20060040953中,各自通过引用整体并入本文。如katchalski等人，j.amer.chem.soc.，68，879-880(1946)中所述，二酮哌嗪可通过氨基酸酯衍生物的环二聚化形成，如kopple等人，j.org.chem.，33(2)，862-864(1968)中所述，二酮哌嗪可通过二肽酯衍生物的环化形成，或通过氨基酸衍生物和高沸点溶剂的热脱水形成。
在一些实施方案中，扩链剂组分可以以约5wt％至约45wt％的量存在。
在一些实施方案中，tpu组合物是共延伸的并且使用另外的扩链剂组分制备，所述另外的扩链剂组分包括至少一种通式ho-(ch2)x-oh的二醇扩链剂，其中x是2-6或甚至4-6的整数。在其他实施方案中，x是整数4。有用的另外的共扩链剂包括二醇扩链剂，包括相对小的多羟基化合物，例如具有2至20或2至12或2至10个碳原子的低级脂族或短链二醇。合适的实例包括乙二醇，二甘醇，丙二醇，二丙二醇，1,4-丁二醇(bdo)，1,6-己二醇(hdo)，1,3-丁二醇，1,5-戊二醇，新戊二醇，1,4-环己烷二甲醇(chdm)，2,2-双[4-(2-羟基乙氧基)苯基]丙烷(hepp)，庚二醇，壬二醇，十二烷二醇，乙二胺，丁二胺，六亚甲基二胺，羟乙基间苯二酚(her)等，以及它们的混合物。在一些实施方案中，扩链剂包括bdo，hdo或其组合。在一些实施方案中，扩链剂包括bdo。可以使用其他二醇，例如芳族二醇，但是在一些实施方案中，本文所述的tpu基本上不含或甚至完全不含这类物质或其组合。
在一些实施方案中，另外的扩链剂包括环状扩链剂。合适的实例包括chdm，hepp，her及其组合。在一些实施方案中，另外的扩链剂可包括芳族环状扩链剂，例如hepp，her或其组合。在一些实施方案中，另外的扩链剂可包括脂族环状扩链剂，例如chdm。在一些实施方案中，另外的扩链剂基本上不含或甚至完全不含芳族扩链剂，例如芳族环状扩链剂。在一些实施方案中，另外的扩链剂基本上不含或甚至完全不含聚硅氧烷。
热塑性聚氨酯组合物
本文描述的组合物是tpu组合物。这些tpu通过以下组分反应制备：a)上述多异氰酸酯组分，其包括脂族二异氰酸酯；b)上述多元醇组分，其包括聚酯多元醇；c)扩链剂组分，其包括氨基酸的环状二聚体。
在一些实施方案中，本发明的tpu组合物具有10至50重量％的硬链段含量，其中硬链段含量是衍生自多异氰酸酯组分和扩链剂组分的tpu的部分(tpu的硬链段含量可以通过将tpu中扩链剂和多异氰酸酯的重量百分比含量相加并除以tpu中扩链剂，多异氰酸酯和多元醇的重量百分比含量之和来计算)。在其他实施方案中，硬链段含量为至少10，或至少15，或10至60，或15至45重量％。
所述组合物包括上述tpu材料以及包括这种tpu材料和一种或多种另外组分的tpu组合物。这些另外的组分包括可与本文所述的tpu共混的其他聚合物材料。这些另外的组分还包括一种或多种可添加到tpu中的添加剂，或含有tpu的共混物，以影响组合物的性质。
本文所述的tpu还可以与一种或多种其他聚合物共混。与本文所述的tpu可以共混的聚合物不受过度限制。在一些实施方案中，所述组合物包括两种或更多种所述tpu材料。在一些实施方案中，组合物包括至少一种所述tpu材料和至少一种其他聚合物，其不是所述tpu材料之一。在一些实施方案中，所述共混物将具有与上述tpu组合物相同的性质组合。在其他实施方案中，tpu组合物当然具有所述的性质组合，而tpu组合物与一种或多种上述其它聚合物材料的共混物可以是或可以不是。
可与本文所述的tpu材料组合使用的聚合物还包括更常规的tpu材料，例如基于非己内酯聚酯的tpu，基于聚醚的tpu，或包括非己内酯聚酯和聚醚基团的tpu。可与本文所述的tpu材料共混的其它合适材料包括聚碳酸酯，聚烯烃，苯乙烯聚合物，丙烯酸聚合物，聚甲醛聚合物，聚酰胺，聚苯醚，聚苯硫醚，聚氯乙烯，氯化聚氯乙烯，聚乳酸或其组合。
用于本文所述共混物的聚合物包括均聚物和共聚物。合适的实例包括：(i)聚烯烃(po)，例如聚乙烯(pe)，聚丙烯(pp)，聚丁烯，乙丙橡胶(epr)，聚氧乙烯(poe)，环烯烃共聚物(coc)或其组合；(ii)苯乙烯类，如聚苯乙烯(ps)，丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)，苯乙烯丙烯腈(san)，丁苯橡胶(sbr或hips)，聚α-甲基苯乙烯，苯乙烯马来酸酐(sma)，苯乙烯-丁二烯共聚物(sbc))(如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(sbs)和苯乙烯-乙烯/丁二烯-苯乙烯共聚物(sebs))，苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯共聚物(seps)，苯乙烯丁二烯胶乳(sbl)，乙烯丙烯二烯单体(epdm)和/或丙烯酸弹性体(例如，ps-sbr共聚物)改性的san，或其组合；(iii)除上述之外的热塑性聚氨酯(tpu)；(iv)聚酰胺，例如nylontm，包括聚酰胺6,6(pa66)，聚酰胺1,1(pa11)，聚酰胺1,2(pa12)，共聚酰胺(copa)或其组合；(v)丙烯酸类聚合物，例如聚丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯苯乙烯(ms)共聚物，或它们的组合；(vi)聚氯乙烯(pvc)，氯化聚氯乙烯(cpvc)或其组合；(vii)聚甲醛，如聚缩醛；(viii)聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)，共聚酯和/或聚酯弹性体(cope)，包括聚醚-酯嵌段共聚物，例如乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(petg)，聚乳酸(pla)，聚乙醇酸(pga)，pla和pga的共聚物，或它们的组合；(ix)聚碳酸酯(pc)，聚苯硫醚(pps)，聚苯醚(ppo)或其组合；或其组合。
在一些实施方案中，这些共混物包括一种或多种选自组(i)，(iii)，(vii)，(viii)或其某些组合的其他聚合物材料。在一些实施方案中，这些共混物包括一种或多种选自组(i)的其他聚合物材料。在一些实施方案中，这些共混物包括一种或多种选自组(iii)的其他聚合物材料。在一些实施方案中，这些共混物包括一种或多种选自组(vii)的其他聚合物材料。在一些实施方案中，这些共混物包括一种或多种选自组(viii)的其他聚合物材料。
适用于本文所述tpu组合物的其他添加剂不受过度限制。合适的添加剂包括颜料，uv稳定剂，uv吸收剂，抗氧化剂，润滑剂，热稳定剂，水解稳定剂，交联活化剂，阻燃剂，层状硅酸盐，辐射遮光剂，如硫酸钡，钨金属，非氧化铋盐，填料，着色剂，增强剂，粘合介质，冲击强度改性剂，抗微生物剂及其任何组合。
本文所述的tpu组合物还可包括其他添加剂，其可称为稳定剂。稳定剂可包括抗氧化剂如酚类，亚磷酸酯，硫酯和胺，光稳定剂如受阻胺光稳定剂和苯并噻唑uv吸收剂，以及其它加工稳定剂及其组合。在一个实施方案中，优选的稳定剂是basf的
更进一步的任选添加剂可用于本文所述的tpu组合物中。添加剂包括着色剂，抗氧化剂(包括酚类，亚磷酸酯，硫酯和/或胺)，抗臭氧剂，稳定剂，惰性填料，润滑剂，抑制剂，水解稳定剂，光稳定剂，受阻胺光稳定剂，苯并三唑紫外线吸收剂，热稳定剂，防止变色的稳定剂，染料，颜料，无机和有机填料，增强剂及其组合。
上述所有添加剂可以以这些物质的常规有效量使用。这些另外的添加剂可以加入到制备tpu树脂的组分中或反应混合物中，或者在制备tpu树脂后加入。在另一种方法中，所有材料可以与tpu树脂混合然后熔化，或者它们可以直接掺入tpu树脂的熔体中。
本发明的热塑性聚氨酯可以通过用于合成聚氨酯弹性体的本领域常规方法制备，例如但不限于两步法，间歇法或一步法。在两步法中，预聚物中间体与过量的二异氰酸酯反应，然后使其链延长。在间歇方法中，如果需要，将组分，即二异氰酸酯，多元醇和扩链剂，以及催化剂和任何其他添加剂，引入容器中，混合，分配到托盘中并使其固化。然后可以将固化的tpu粒化并造粒。一步法在挤出机中进行，例如单螺杆，双螺杆，其中形成组分单独或作为混合物引入挤出机中，并且在一个实施方案中通常在约100℃至约300℃的温度下反应，在另一个实施方案中，在约150℃至约250℃下反应，甚至约150℃至约240℃。
在聚合反应过程中可以存在一种或多种聚合催化剂。通常，任何常规催化剂可用于使二异氰酸酯与多元醇中间体或扩链剂反应。特别是加速二异氰酸酯的nco基团与多元醇和扩链剂的羟基之间反应的合适催化剂的实例是现有技术中已知的常规叔胺，例如，三乙胺，二甲基环己胺，n-甲基吗啉，n，n'-二甲基哌嗪，2-(二甲基氨基乙氧基)乙醇，二氮杂双环[2.2.2]辛烷等，特别是有机金属化合物，如钛酸酯，铁化合物，例如乙酰丙酮铁，锡化合物，例如二乙酸亚锡，二辛酸亚锡，二月桂酸亚锡，或脂族羧酸的二烷基锡盐，例如二乙酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡等。催化剂的通常用量为每100重量份多羟基化合物(b)0.0001-0.1重量份。
上述tpu材料可通过包括以下步骤的方法制备：(i)使以下组分反应：a)上述多异氰酸酯组分，其包括至少一种脂族二异氰酸酯；b)上述多元醇组分，其包括至少一种聚酯多元醇；和c)如上所述的扩链剂组分，其包括取代的2,5-二酮哌嗪，如上所述。
该方法可以进一步包括以下步骤：(ii)将步骤(i)的tpu组合物与一种或多种共混组分混合，所述共混组分包括一种或多种另外的tpu材料和/或聚合物，包括任何上述那些。
该方法可以进一步包括以下步骤：(ii)将步骤(i)的tpu组合物与一种或多种选自颜料，uv稳定剂，uv吸收剂，抗氧化剂，润滑剂，热稳定剂，水解稳定剂，交联活化剂，阻燃剂，层状硅酸盐，填料，着色剂，增强剂，粘合介质，冲击强度改性剂和抗微生物剂的其他添加剂混合。
该方法可以进一步包括以下步骤：(ii)将步骤(i)的tpu组合物与一种或多种共混组分混合，所述共混组分包括一种或多种另外的tpu材料和/或聚合物，包括任何上述那些，和/或步骤：(iii)将步骤(i)的tpu组合物与一种或多种选自颜料，uv稳定剂，uv吸收剂，抗氧化剂，润滑剂，热稳定剂，水解稳定剂，交联活化剂，阻燃剂，层状硅酸盐，填料，着色剂，增强剂，粘合介质，冲击强度改性剂和抗微生物剂的其它添加剂混合。
该方法可以进一步包括在步骤i中包括共扩链剂组分，该共扩链剂组分包括至少一种通式ho-(ch2)x-oh的二醇扩链剂，其中x是2至6的整数。
本文所述的tpu材料和/或组合物可用于制备一种或多种制品。可由本文所述的tpu材料和/或组合物制成的特定类型的制品不受过度限制。
本发明进一步提供用本文所述的tpu材料和/或组合物制成的制品。实例包括但不限于医学应用，以及用于个人护理应用，药物应用，保健产品应用或任何其他数量的应用。在一些实施方案中，这些制品通过挤出，注塑或其任何组合制备。
除非另有说明，否则所描述的每种化学组分的量不包括通常存在于商业材料中的任何溶剂，即基于活性化学物质。然而，除非另有说明，否则本文提及的每种化学品或组合物应解释为商品级材料，其可含有异构体，副产物，衍生物和通常理解存在于商业等级中的其它此类物质。
已知上述一些材料可以在最终配方中相互作用，使得最终配方的组分可以与最初添加的组分不同。例如，金属离子(例如，阻燃剂)可以迁移到其他分子的其他酸性或阴离子位点。由此形成的产物，包括在其预期用途中使用本文所述技术的组合物时形成的产物，可能不易于描述。然而，所有这些修饰和反应产物都包括在本文所述技术的范围内；本文描述的技术包括通过混合上述组分制备的组合物。
实施例
参考以下非限制性实施例可以更好地理解本文所述的技术。
材料
除非另有说明，否则这些材料通常可商购获得并购自sigmaaldrich，fisher和fluka并按原样使用，如下所示。
1h和13cnmr光谱在brukerdpx-400光谱仪(400mhz)上在293k下获得。所有化学位移报告为δ，以百万分率(ppm)表示并参考残留溶剂信号。在perkinelmerft-ir光谱仪上记录ft-ir光谱，并从表示吸收最大值的产物的薄膜获得，以波数(cm-1)表示。凝胶渗透色谱法(gpc)用于测定数均分子量(mn)和重均分子量(mw)。使用varianpl-gpc50系统在50℃下以1.0mlmin的流速在二甲基甲酰胺(dmf)中进行gpc，所述系统配备有串联的2xplgel5μlmixed-d柱和差示折射率(ri)检测器或进行三重检测。系统分别针对varianpolymerlaboratorieseasi-vial线性聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)或pmma单标准mn＝73200进行校准，并通过软件包cirrusv3.3进行分析。使用mettlertoledodsc1星形和tga/dsc星形系统在25℃至550℃之间以10℃min-1的加热速率在40μl铝坩埚中进行热重分析(tga)。在环境温度下通过在张力计m100-1ct系统中轴向加载“狗骨头”(10mm长度)获得拉伸数据，其中载荷传感器容量(loadcellcapacity)为1kn，十字头速度为10mmmin-1，具有预先测量的夹持-夹持分离。报告的所有值均从5个重复样本的平均值获得，并使用wintestv4.3.2软件记录结果。通过压缩模塑将熔融的聚合物样品模塑成“狗骨头”。熔点在mpa100optimelt上测量。使用配备有聚焦johanson单色器并使用cukα1辐射(40kv；40ma)的panalyticalx-pertprompd衍射仪进行广角x射线衍射测量(waxs)来测量结晶度百分比。使用dsa3软件在krüssdsa100dropshapeanalyzer上测量在载玻片上蒸发的聚合物膜的接触角。
基于二肽的单体的合成
实施例1-l-酪氨酸的环状二肽
l-酪氨酸的二酮哌嗪的合成如美国专利7,709,639b2所述制备，使用如下。将在间甲酚(20ml)中的l-酪氨酸(10g，5.52×10-2mol)和五氧化二磷(0.71g，5.28×10-3mol)在180-200℃下搅拌8小时。冷却至环境温度后，用去离子h2o(10ml)和meoh(40ml)的混合物淬灭反应。粗产物从溶液中沉淀出来，将悬浮液搅拌1小时。加入另外的meoh(40ml)，通过过滤收集沉淀物，用meoh，去离子h2o和meoh洗涤。将产物从冰醋酸(3ml/g粗产物)中重结晶，然后悬浮在1:1的去离子h2o和meoh的混合物中。将产物在真空下干燥，得到灰白色固体，产率为65％。
实施例2-l-丝氨酸的环状二肽
l-丝氨酸的二酮哌嗪在两步合成中制备。首先，根据文献(j.org.chem.(1997)，62，372-376)将氨基酸转化为甲酯盐酸盐。在搅拌下将乙酰氯(20,41g，2.59×10-1mol)滴加到冰冷的meoh(343ml)中。10分钟后，一次性加入l-丝氨酸(10g，9.63×10-2mol)，使反应混合物回流2.5小时。真空除去溶剂，粗产物用meoh重结晶(白色固体，收率100％)。然后根据美国专利4,871,736(参见j.heterocycl.chem.(1975)，12，147-149)进行二酮哌嗪的合成。将l-丝氨酸甲酯盐酸盐(10g，6.43×10-2mol)溶解在meoh(100ml)中，并冲洗通过amberlysta21游离碱树脂柱(用100ml饱和nahco3水溶液预处理)。将另外的meoh(50ml)冲洗通过柱。在真空下除去溶剂后，得到油状液体。所得游离碱在室温下过夜二聚化，形成结晶固体。粗产物用去离子水重结晶，产物在真空下干燥，得到白色固体，产率54％。
实施例3-l-谷氨酸的环状二肽
根据文献(j.org.chem.(2002)，67，6，1820-1826)，在两步合成中制备l-谷氨酸的二酮哌嗪。首先，通过将l-焦谷氨酸(10g，7.75×10-2mol)加入到110℃预热的乙酸酐(45ml)和吡啶(8ml)的搅拌溶液中来制备焦谷氨酸二酮哌嗪。约5分钟后，产物开始从溶液中沉淀，继续加热15分钟。冷却至室温后，过滤收集产物并用冷meoh洗涤。通过在meoh和去离子水中搅拌来纯化产物，并在真空下干燥(白色固体，产率82％)。其次，在搅拌下将焦谷氨酸二酮哌嗪(5g，2.28×10-2mol)加入冰冷的h2so4中直至完全溶解。将溶液在冰浴中冷却，并在剧烈搅拌下缓慢加入去离子水。产物从溶液中沉淀出来并通过过滤收集。将产物用热meoh洗涤并在真空下干燥，得到白色固体，产率为72％。
实施例4-l-赖氨酸的环状二肽
l-丝氨酸的二酮哌嗪在三步合成中制备。首先，根据文献(biomacromolecules(2010)，11，11，2949-2959)，l-赖氨酸被铜络合物选择性地εn保护。将cuso4x5h2o(6.92g，2.76×10-2mol)在去离子h2o(20ml)中的溶液加入到l-赖氨酸盐酸盐(10g，5.54×10-2mol)和naoh(4.34g，1.09×10-1mol)在去离子水(50ml)中的溶液中。将溶液冷却至0℃后，加入nahco3(5.48g，7.14×10-2mol)。此后，在氮气下经20分钟滴加氯甲酸苄基酯(9ml，6,30×10-2mol)。将反应混合物在0℃下搅拌1小时并继续在室温下搅拌17小时。过滤收集蓝色沉淀，用去离子h2o(200ml)，丙酮(100ml)和chcl3(50ml)洗涤，然后空气干燥。将蓝铜配合物在edta(16.78g，5.74×10-2mol)的在去离子h2o(120ml)中的悬浮液中回流1.5小时。冷却至室温后，加入naoh水溶液(2m)，使最终ph为7。过滤收集白色固体，依次用去离子水洗涤。产物用去离子水重结晶(灰白色固体，收率85％)。其次，根据美国专利7,709,639b2进行二酮哌嗪的合成。将εn-cbz-l-赖氨酸(5g，1.78×10-2mol)和五氧化二磷(0.36g，2.64×10-3mol)在间甲酚(10ml)中在165℃下搅拌1.5小时。冷却至环境温度后，用去离子h2o(5ml)和meoh(20ml)的混合物淬灭反应。粗产物从溶液中沉淀出来，将悬浮液搅拌1小时。加入另外的meoh(20ml)，通过过滤收集沉淀物，用meoh，去离子h2o和meoh洗涤。将产物从冰醋酸(3ml/g粗产物)中重结晶，然后悬浮在1:1的去离子h2o和meoh的混合物中。将产物在真空下干燥(产率42％)。最后，通过脱保护获得氢溴酸二酮哌嗪。将εn-cbz-保护的二酮哌嗪(2g，3.81×10-3mol)悬浮在甲酸(2ml)中，滴加氢溴酸溶液(33％在乙酸中)(2ml)。起始材料几乎完全溶解，随着气体(二氧化碳)的快速释放，产物开始从溶液中沉淀出来。30分钟后，加入另外的氢溴酸溶液(2ml)以完成反应。在总反应时间为2小时后，向反应混合物中加入无水乙醚(12ml)以完成沉淀。将产物依次用乙醚洗涤并在真空下干燥，得到白色固体，产率54％。
实施例5—4-羟基-l-脯氨酸的环状二肽
4-羟基-l-脯氨酸的二酮哌嗪在两步合成中制备。首先，根据文献(tetrahedron(1995)，51，9，2719-2728)将氨基酸转化为甲酯盐酸盐。将亚硫酰氯(8.5g，7.60×10-2mol)滴加到冰冷却的4-羟基-l-脯氨酸(10g，7.60×10-2mol)的meoh(250ml)悬浮液中。将反应溶液在室温下搅拌4小时。真空除去溶剂，通过与二氯甲烷共蒸发除去痕量的亚硫酰氯(白色固体，收率100％)。其次，二酮哌嗪的合成改编自l-脯氨酸的二酮哌嗪(或j.heterocycl.chem.(1975)，12，147-149)的合成，使用如下：将一水合肼(2.75g，5.50×10-2摩尔)加入到4-羟基-l-脯氨酸甲酯盐酸盐(5g，2.75×10-2mol)的meoh(13.75ml)溶液中。将混合物在室温下搅拌16小时。过滤收集沉淀物并用meoh洗涤。将产物在真空下干燥，得到白色固体，产率为60％。
聚合物合成
聚氨酯以2步或1罐反应合成。通常，2步反应的第一步是通过pcl二醇在dmso(100％(v/v))中与过量的二异氰酸酯反应形成预聚物。使用dbu(5摩尔％的大二醇)作为催化剂，在氮气流下在60℃下进行反应。30分钟后，将温度升至100℃并加入环状二肽扩链剂(extender)(溶解/悬浮在热dmso(50％(w/v)中)和四丁基溴化铵(200％(w/w)))。完成后通过ft-ir(1-3小时)跟踪反应，由nco信号消失显示。将粘性粗产物混合物倒入meoh/h2o(1:1)中，在倾析溶剂后，将聚合物中剩余的dmso在50℃下真空除去2天。
通过使用与2步反应中相同的计算当量，将二异氰酸酯加入到pcl，环状二肽扩链剂和dbu在dmso中的混合物中，在100℃下进行1-罐反应。聚氨酯的硬链段根据下式计算：
其中，
r＝二异氰酸酯除以多元醇的比例；m＝分子量；di＝二异氰酸酯；da＝二醇；和
ε＝聚二醇。
下表1总结了样品的配方，其中本发明实施例1-8是用环状二肽扩链剂制备的热塑性聚氨酯，而本发明实施例9-11是除了环状二肽扩链剂外还用1,4-丁二醇扩链剂共同延伸的热塑性聚氨酯。
表1实施例的配方
通过热重分析(tga)测量，测试表1中的每个样品以验证其机械性能(通过astmd412测量的强度，模量和伸长率)和降解开始和峰值。
表2表1的配方的物理性质结果
4物理特性
*＝玻璃状材料
体外降解
将原始tpu材料熔化成小圆盘(
在碱性条件下使用不同氨基酸的基于环状二肽的热塑性聚氨酯的加速降解显示在下表3中。
表3碱性条件(5mnaoh)下的加速降解
上面提到的每篇文献都通过引用并入本文，包括任何先前的申请，无论是否具体列在上面，要求其优先权。提及任何文件并不是承认该文件有资格作为现有技术或构成任何管辖区域内技术人员的一般知识。除了在实施例中或另外明确指出之外，本说明书中指定材料量，反应条件，分子量，碳原子数等的所有数值量应理解为由词语“约”修饰。应理解，本文所述的上限和下限，范围和比例限制可以独立地组合。类似地，本文描述的技术的每个元素的范围和量可以与任何其他元素的范围或量一起使用。
如下文所述，上述材料的分子量已使用已知方法测定，例如使用聚苯乙烯标准的gpc分析。测定聚合物分子量的方法是众所周知的。该方法描述于例如：(i)p.j.flory，“principlesofstarpolymerchemistry”，cornelluniversitypress91953)，chaptervii，pp266-315；或(ii)“macromolecules，introductiontostarpolymerscience”，f.a.bovey和f.h.winslow编辑，academicpress(1979)，pp296-312。如本文所用，所述材料的重均分子量和数均分子量是通过将对应于目标材料的峰下面积积分而得到的，不包括与稀释剂，杂质，未偶联的星形聚合物链和其它添加剂相关的峰。
如本文所用，与“包括”，“含有”或“特征在于”同义的过渡术语“包括”是包括性的或开放式的，并且不排除另外的，未列举的元素或方法步骤。然而，在本文的每个“包括”的叙述中，该术语还意图包括，作为替代实施方案，短语“基本上由......组成”和“由......组成”，其中“由......组成”排除未指定的任何要素或步骤，“基本上由......组成”允许包括额外的未列举的元素或步骤，这些元素或步骤不会实质上影响所考虑的组合物或方法的基本和新颖的特征。即“基本上由......组成”允许包括在实质上不会影响组合物的基本和新颖特征的物质。
尽管出于说明本文所述的主题技术的目的已经示出了某些代表性实施方案和细节，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明主题的范围的情况下，可以在其中进行各种改变和修改。在这方面，本文描述的技术的范围仅由以下权利要求限制。