專利名稱：一種制備羥基酸縮聚物的縮合聚合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種制備羥基酸縮聚物的縮合聚合方法，其特征在于羥基酸或羥基酸低聚物在至少含有一種離子液體的催化劑的催化作用下，進行熔融縮合聚合反應(yīng)或熔融/固相縮合聚合反應(yīng)，得到高分子量、高純度的可生物降解高分子材料—聚乳酸、聚羥基乙酸或其共聚物等羥基酸縮聚物。
背景技術(shù)：
塑料工業(yè)的蓬勃發(fā)展為人類的生產(chǎn)、生活帶來了許多性能優(yōu)良的高分子合成材料，為推動社會的發(fā)展做出了積極的貢獻。然而，隨著高分子工業(yè)的迅速發(fā)展，高分子合成材料也遇到了兩個難以解決的問題環(huán)境污染和資源短缺。目前使用的大多數(shù)高分子材料如聚烯烴、聚苯乙烯、聚氯乙烯等在自然界中難以自然降解，這些廢棄物給環(huán)境造成了嚴重的污染，特別是一次性日用塑料帶來的所謂“白色污染”，急需找到解決辦法。同時生產(chǎn)這些聚合物的原料都來自于不可再生的化石資源，隨著化石資源的不斷消耗，能源危機也日益突出，從而制備這些聚合物的原料也面臨枯竭。使用來源于可再生資源的可生物降解聚合物是從源頭上解決這一問題的根本手段。
包括聚乳酸(PLA)、聚羥基乙酸(PGA)和乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)、聚己內(nèi)酯(PCL)及其共聚物等在內(nèi)的脂肪族聚酯是近年來國內(nèi)外可生物降解高分子材料的研究熱點。這主要是因為脂肪族聚酯本身無毒，無刺激性，是一種具有優(yōu)良的生物相容性、生物可吸收性和生物可降解性的高分子。同時，脂肪族聚酯還具有力學性能高、易加工等優(yōu)點。這使得脂肪族聚酯不僅可以作為通用塑料用于日用塑料、農(nóng)用薄膜、紡織纖維等領(lǐng)域，而且可以作為生物醫(yī)學材料，用做藥物緩釋載體、外科植入材料(如醫(yī)用縫合線、眼科植入材料、骨折內(nèi)固定材料和大面積創(chuàng)傷(尤其是燒傷)的包扎材料)以及組織工程(如人工血管和人造皮膚)等。
脂肪族聚酯中以聚乳酸(PLA)、聚羥基乙酸(PGA)和乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)為最重要，通常稱為聚乳酸類聚合物。聚乳酸類聚合物在上述領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用有賴于高效、低成本地制備高質(zhì)量(高純度、高分子量)的聚乳酸類聚合物產(chǎn)品。聚乳酸類聚合物的制備方法主要有兩種開環(huán)聚合法(又稱二步法)和直接縮合聚合法(又稱一步法)。開環(huán)聚合法首先由乳酸(和/或羥基乙酸)等羥基酸縮合聚合得到相應(yīng)的低聚物，低聚物經(jīng)高溫解聚得到粗丙交酯(和/或粗乙交酯、和/或粗乙丙交酯)，粗丙交酯(和/或粗乙交酯、和/或粗乙丙交酯)經(jīng)重結(jié)晶或蒸餾等手段得到純丙交酯(和/或純乙交酯、和/或純乙丙交酯)，純丙交酯(和/或純乙交酯、和/或純乙丙交酯)再經(jīng)開環(huán)聚合得到聚乳酸類聚合物(US 5023349，US 5374743，US 5142023，US 5247058，US 5247059，US5258488，US 5274073，US 5357035，US 5484881，US 6326458，US6376643，US 6007565，US 6004573，US 5952405，US 6255408，US4157437，EP 0299730，EP 0275581，CN 1068011C，CN 1167776A，CN1325913A，CN 1430676A)。開環(huán)聚合法易于得到高分子量聚合物，因而是目前最重要的制備方法，如美國Cargill-Dow公司已建成年產(chǎn)16萬噸聚乳酸的生產(chǎn)線。但由于二步法生產(chǎn)工藝冗長，特別是合成交酯單體的產(chǎn)率低且存在高溫、高真空、高能耗、設(shè)備投資大等問題，使得聚乳酸類聚合物價格昂貴，難以與通用塑料競爭，限制了其應(yīng)用和發(fā)展。
直接縮合聚合法則直接以乳酸(和/或羥基乙酸)等羥基酸為起始原料，經(jīng)羥基和羧基官能團之間的脫水縮合聚合反應(yīng)制備聚乳酸類聚合物。這種由羥基酸經(jīng)縮合聚合制得的聚合物往往稱為羥基酸縮聚物。羥基酸的縮合聚合通常采用所謂的熔融縮聚工藝，即羥基酸先在常壓或低真空度下脫水縮合，得到低聚物，再在熔融狀態(tài)和高真空度下進行縮合聚合，得到羥基酸縮聚物。由于乳酸、羥基乙酸來源充足，價格便宜，而且熔融縮聚工藝簡單，設(shè)備投資低，可以大大降低聚乳酸的成本。但是由于羥基酸熔融縮聚體系中存在著游離羥基酸、水、聚合物和交酯之間的復(fù)雜平衡，往往不易得到高分子量的聚合物(US 5543494，US5075115等)，這是其不足之處。因此，如何對熔融縮聚進行改進以合成高分子量的聚乳酸類聚合物，一直是該領(lǐng)域的研究熱點。
1995年，日本三井東壓公司成功開發(fā)了使用高沸點溶劑的溶液縮聚工藝(US 5770683，US 5310865，US 5428126，US 5440005，US 5444143)，得到了分子量最高達30萬的聚乳酸。國內(nèi)研究者也對溶液縮聚開展了研究，得到分子量接近10萬的聚乳酸(CN 1446836A、CN 1298892A)。溶液縮聚法由于使用高沸點溶劑，增加了溶劑分離和回收工序，帶來了環(huán)境污染問題，提高了生產(chǎn)成本，且聚合物中殘留有高沸點溶劑，影響了聚合物的質(zhì)量。
公開號為CN 1326997A的中國專利公開了一種采用脫水劑促進縮合聚合制備高分子聚乳酸的方法，得到平均分子量1萬～50萬的聚乳酸，但存在反應(yīng)時間過長、脫水劑用量大且分離麻煩、設(shè)備利用率低、操作繁瑣、因而成本較高等問題。
公開號為CN 1557853A公開了一種熔融/固相縮聚法直接制備聚乳酸的方法，得到重均分子量為10萬～60萬的聚乳酸，但反應(yīng)時間偏長。
上述縮合聚合工藝上的改進雖然能提高聚合物的分子量，但仍存在明顯的缺陷。除前述的溶劑分離與回收、溶劑殘留、環(huán)境污染、設(shè)備利用率低、操作繁瑣、反應(yīng)時間長、成本高等問題外，這些縮合聚合工藝均采用含金屬元素的催化劑，這帶來了另一個關(guān)于催化劑的非常重要的問題，即(1)催化劑在乳酸、羥基乙酸等酸性反應(yīng)物中易失活、(2)催化劑在反應(yīng)物中溶解分散困難、(3)金屬催化劑在所得聚合物產(chǎn)品中殘留因而影響產(chǎn)品的生物相容性和電性能。問題(1)和(2)影響制備方法的高效性，問題(3)影響產(chǎn)品的純度和質(zhì)量，分述如下。
羥基酸縮合聚合常用錫類、鋅類催化劑，如氯化亞錫、辛酸亞錫、鋅粉、氧化鋅等金屬或有機金屬催化劑。這些含金屬元素的催化劑由于在乳酸、羥基乙酸等酸性反應(yīng)物中易失活，若直接加入到這些酸性較強的反應(yīng)物中，則起不到應(yīng)有的催化作用。因此，往往先合成一定分子量的羥基酸低聚物后再加入催化劑，由于低聚物酸性大大下降因而催化劑的穩(wěn)定性問題得到解決，但另一方面，由于這類含金屬元素的催化劑(如鋅粉、錫粉、氧化亞錫、氧化鋅)在羥基酸低聚物中的溶解性往往較差和羥基酸低聚物粘度大，催化劑在羥基酸低聚物中難以很好地溶解和分散，因此也影響到催化效果。此外，在縮聚反應(yīng)結(jié)束后這些含金屬元素的催化劑殘留在聚合物產(chǎn)品中，不僅影響聚合物的性能，如電性能和降解性，更對聚合物的生物相容性產(chǎn)生不利影響，即使對已通過美國食品藥品管理局(FDA)認證的辛酸亞錫也是如此，因而在用作生物醫(yī)用材料時仍有一定的安全隱患。這種金屬催化劑殘留的問題不僅在直接縮聚法得到的聚合物中存在，在開環(huán)聚合法得到的聚合物中也同樣如此(如開環(huán)聚合中常采用辛酸亞錫、氯化亞錫、鋅粉、三異丙氧基鋁等含金屬元素的催化劑)。由于脫除殘留的催化劑不僅存在技術(shù)上的困難，而且成本高昂，因此在工業(yè)生產(chǎn)中，一般不希望進行脫除催化劑的后處理。
因此，研究開發(fā)采用不含金屬元素、在酸性環(huán)境中穩(wěn)定、具有良好的溶解分散性的催化劑的高效、低成本、無污染的直接縮合聚合方法來制備高分子量、高純度(不合殘留金屬元素)的羥基酸縮聚物，仍然是羥基酸縮聚物研究開發(fā)中有待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種采用高效、無毒催化劑的高效、低成本、無環(huán)境污染的制備羥基酸縮聚物的直接縮合聚合方法，通過該方法可制備高分子量、高純度(不含金屬元素)的羥基酸縮聚物。
一種制備羥基酸縮聚物的縮合聚合方法，其特征在于羥基酸或羥基酸低聚物或羥基酸與羥基酸低聚物的混合物，在至少含有一種離子液體的催化劑的催化下，在100℃～190℃、103Pa～1Pa的條件下進行熔融縮合聚合2～72小時，得到重均分子量為5 000～100 000的羥基酸縮聚物；或者所得到的羥基酸縮聚物進一步在惰性氣體保護下或在抽真空的條件下，在100℃～170℃的溫度和1Pa～2×105Pa的壓力下，進行固相縮聚，反應(yīng)2～72小時，得到重均分子量為50 000～200 000的羥基酸縮聚物。
本發(fā)明中所述的羥基酸選自乳酸、乳酸水溶液、羥基乙酸、羥基乙酸水溶液中的任意一種或其混合物；乳酸選自L-乳酸、D，L-乳酸中的任意一種或其混合物；乳酸水溶液選自L-乳酸水溶液、D，L-乳酸水溶液中的任意一種或其混合物；羥基酸低聚物選自L，L-乳酸低聚物、D，L-乳酸低聚物、羥基乙酸低聚物等低分子量均聚物和L，L-乳酸與D，L-乳酸的低分子量共聚物、L，L-乳酸與羥基乙酸的低分子量共聚物、D，L-乳酸與羥基乙酸的低分子量共聚物等低分子量共聚物中的任意一種或其混合物；低聚物的重均分子量為500～10 000。
本發(fā)明中所述的離子液體選自由陽離子C+和陰離子Ym-組成且結(jié)構(gòu)通式為[C+]m[Ym-](m＝1，2)的離子液體中的任意一種或其混合物；其中，陽離子C+的結(jié)構(gòu)通式為 咪唑類N-烷基吡啶類 季銨鹽類 季鏻鹽類陽離子 陽離子陽離子陽離子R1、R2、R3、R4選自C1～C12烷基、C3～C12支鏈烷基、C5～C12環(huán)烷基、取代環(huán)烷基、C2～C6烯基、芳基、取代芳基、芳烷基中的任意一種；R5選自H原子、甲基、乙基中的任意一種；陰離子Ym-選自Cl-，Br-，I-，PF6-，BF4-，[CF3SO3]-，NO3-，(CF3SO2)2N-，AlCl4-，Al2Cl7-，SO42-，CH3COO-，CF3COO-，OH(CH3)CHCOO-，CF3SO3-，CF3CF2CF2CF2SO3-，CF3CF2CF2COO-中的任意一種。
本發(fā)明中所述的催化劑是一種離子液體或幾種離子液體的混合物。
本發(fā)明中所述的催化劑是離子液體和非離子液體的混合物，非離子液體催化劑選自苯磺酸、對甲基苯磺酸、霉酚酸、硼酸、二氧化硅中的任意一種或其混合物；非離子液體組分與離子液體組分的摩爾比為0.1～5∶1。
本發(fā)明所述的催化劑的摩爾量與羥基酸或羥基酸低聚物或羥基酸與羥基酸低聚物的混合物的質(zhì)量比例為0.001～0.2mol∶100g。
本發(fā)明中所述的熔融縮合聚合反應(yīng)按以下步驟進行催化劑、羥基酸按0.001～0.2mol∶100g的比例混合均勻，在100℃～170℃的溫度和1.013×105Pa～102Pa的壓力下，進行脫水縮合反應(yīng)，得到羥基酸低聚物；然后所得羥基酸低聚物在100℃～190℃的溫度和103Pa～1Pa的壓力下進行熔融縮聚，反應(yīng)2～72小時，得到重均分子量為5000～100 000的羥基酸縮聚物。
本發(fā)明中所述的熔融縮合聚合反應(yīng)按以下步驟進行羥基酸首先在100℃～170℃的溫度和1.013×105Pa～102Pa的壓力下，進行脫水縮合反應(yīng)，得到羥基酸低聚物；然后在所得羥基酸低聚物中加入至少含一種離子液體的催化劑，催化劑與羥基酸低聚物質(zhì)量的比例為0.001～0.2mol∶100g，混合均勻，在100℃～190℃的溫度和103Pa～1Pa的壓力下進行熔融縮聚，反應(yīng)2～72小時，得到重均分子量為5000～100 000的羥基酸縮聚物。
本發(fā)明中所述的熔融/固相縮合聚合反應(yīng)按以下步驟進行上述重均分子量為5 000～100 000的羥基酸縮聚物，經(jīng)粉碎得到粒徑為10μm～5mm的粒狀羥基酸縮聚物，在惰性氣體保護下或在真空條件下，在100℃～170℃的溫度和1Pa～2×105Pa的壓力下，進行固相縮聚，反應(yīng)2～72小時，得到重均分子量為50 000～200 000的羥基酸縮聚物。
本發(fā)明方法使用不含金屬元素的離子液體作為催化劑，避免了通常使用含金屬催化劑時殘留的金屬催化劑對所得聚乳酸生物相容性和電性能的影響，所得聚乳酸具有純度高、無殘留金屬催化劑的優(yōu)點；本發(fā)明方法采用熔融縮聚和熔融/固相縮聚方法一步合成聚乳酸，具有工藝簡單、效率高、成本低、無環(huán)境污染的優(yōu)越性。本發(fā)明所得聚乳酸具有優(yōu)良的生物相容性、生物可吸收性和可生物降解性，同時還具有分子量大、力學性能高、易加工等優(yōu)點，因此不僅可用于日用塑料、紡織纖維等領(lǐng)域，而且可以作為生物醫(yī)用材料，用做藥物緩釋載體、外科植入材料和組織工程支架材料等。
本發(fā)明方法由于采用“綠色”的離子液體作為催化劑催化縮合聚合，得到的聚乳酸也是可生物降解材料，是一種“綠色”的聚合方法和“綠色”的聚合物的結(jié)合，在環(huán)境問題和能源危機日益突出的今天，具有重要的意義。
本發(fā)明中，既可采用單一的離子液體作為催化劑，也可采用兩種或兩種離子液體的混合物用作催化劑。
本發(fā)明中，所述的至少含有一種離子液體的催化劑的摩爾量與作為反應(yīng)起始物的羥基酸或羥基酸低聚物質(zhì)量的比例優(yōu)選0.005mol/100g～0.05mol/100g。
本發(fā)明中與離子液體復(fù)合使用的催化劑優(yōu)先選自苯磺酸和對甲基苯磺酸。
本發(fā)明中，所述的離子液體在羥基酸反應(yīng)物的弱酸性環(huán)境中均能保持穩(wěn)定，不會發(fā)生分解，因而可直接加入到羥基酸中，在脫水階段即起到催化作用，解決了常用的含金屬元素的催化劑因在較強的酸性環(huán)境中易失活因而不能直接加入到羥基酸反應(yīng)物中的缺陷，提高了催化劑的催化效果。
本發(fā)明中，所述的離子液體在羥基酸或羥基酸低聚物中易于溶解、分散，克服了通常的含金屬元素的催化劑(如錫粉、鋅粉、氧化亞錫、氧化鋅)難溶解、難分散的缺點，因而進一步提高了催化劑的催化效果。
本發(fā)明中，所述的離子液體由于具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和溶解分散性，因而既可在乳酸單體或乳酸單體水溶液中直接加入，也可先合成乳酸低聚物再加入，兩種加入方式均有良好的催化效果，提高了工藝操作的彈性。
本發(fā)明中，所述的離子液體合成簡單，原料易得，且大部分已有商品或試劑出售，其合成方法參見公開文獻，如CN 1521163A，CN 1417407A。
本發(fā)明中，反應(yīng)起始物羥基酸低聚物選自L，L-乳酸低聚物、D，L-乳酸低聚物、羥基乙酸低聚物等低分子量均聚物和L，L-乳酸與D，L-乳酸的低分子量共聚物、L，L-乳酸與羥基乙酸的低分子量共聚物、D，L-乳酸與羥基乙酸的低分子量共聚物等低分子量共聚物中的任意一種或其混合物；低聚物的重均分子量為500～10 000，優(yōu)選1 000～7 000。
本發(fā)明中，乳酸低聚物由乳酸或乳酸水溶液采用常規(guī)的脫水縮聚方法制備。低聚物制備過程中可以不加催化劑，也可加入本發(fā)明所述的至少含一種離子液體的催化劑，但不加入通常采用的含金屬元素的催化劑。
本發(fā)明以離子液體為催化劑制備羥基酸縮聚物的縮合聚合方法既可采用熔融縮聚方法，也可在熔融聚合后繼續(xù)進行固相縮聚，即熔融/固相聚合方法，以進一步提高聚乳酸的分子量。
本發(fā)明中，制備羥基酸低聚物的溫度優(yōu)選110℃～150℃，壓力優(yōu)選1000Pa～1.013×105Pa。
本發(fā)明中，熔融縮聚階段的溫度優(yōu)選150℃～185℃，壓力優(yōu)選100Pa～500Pa。
本發(fā)明中，固相縮聚階段的溫度優(yōu)選100℃～170℃，通惰性氣體保護時，壓力優(yōu)選1.013×105Pa～1.5×105Pa，抽真空進行固相縮聚時壓力優(yōu)選1Pa～200Pa。
本發(fā)明提供的方法可以合成重均分子量為5 000～200 000的羥基酸縮聚物。分子量的測定采用高分子領(lǐng)域常用的方法進行，如端基滴定法、特性粘數(shù)法和凝膠滲透色譜法(GPC)測定。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步描述本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明的范圍不限于這些實施例。
實施例1將50克90％的L-乳酸水溶液加入到250mL三頸圓底燒瓶中，啟動磁力攪拌，油浴加熱。在100℃、常壓下脫水2小時；然后逐漸將壓力減小到1 300Pa(10毫米汞柱)，將溫度升高到130℃，脫水2小時；得到重均分子量為520的L-乳酸低聚物；接著在150℃、520Pa(4毫米汞柱)下繼續(xù)脫水4小時，得到重均分子量為1610的乳酸低聚物。冷卻后，將0.002摩爾的甲基三苯基溴化鏻加到三頸圓底燒瓶中，混合均勻，逐步將溫度升高到170℃，逐漸將壓力減小到130Pa(1毫米汞柱)，反應(yīng)10小時，聚乳酸的產(chǎn)率為90.5％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為12 870，多分散指數(shù)為1.36。
實施例2乳酸低聚物的制備如實施例1。在所得的乳酸低聚物中加入0.002摩爾的四丁基氯化銨，逐步升溫至170℃、逐步減壓到130Pa(1毫米汞柱)，反應(yīng)10小時，聚乳酸的產(chǎn)率為84.7％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為6870，多分散指數(shù)為1.48。
實施例3乳酸低聚物的制備如實施例1。在所得的乳酸低聚物中加入0.004摩爾的N-丁基吡啶溴化物，逐步升溫至170℃、逐步減壓到130Pa(1毫米汞柱)，反應(yīng)10小時，聚乳酸的產(chǎn)率為93.1％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為11000，多分散指數(shù)為1.26。
實施例4乳酸低聚物的制備如實施例1。在所得的乳酸低聚物中加入0.005摩爾的1-丁基-3-甲基咪唑溴化物(bmimBr)，逐步升溫至190℃、逐步減壓到130Pa(1毫米汞柱)，反應(yīng)10小時，聚乳酸的產(chǎn)率為84.2％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為9610，多分散指數(shù)為1.44。
實施例5將50克90％的L-乳酸水溶液和0.0025摩爾的1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(emimPF6)加入250mL三口圓底燒瓶中，啟動磁力攪拌，油浴加熱。在110℃、常壓下反應(yīng)3小時，然后逐漸將壓力減小到1330Pa(10毫米汞柱)，將溫度升高到130℃，反應(yīng)3小時，接著在150℃、130Pa(1毫米汞柱)下反應(yīng)5小時，再在170℃、130Pa(1毫米汞柱)下反應(yīng)13小時。聚乳酸的產(chǎn)率為83.4％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為5 970，多分散指數(shù)為1.39。
實施例6將50克90％的L-乳酸水溶液加入250mL三頸圓底燒瓶中，啟動磁力攪拌，油浴加熱。在110℃、常壓下脫水2小時；然后逐漸將壓力減小到1 330Pa(10毫米汞柱)，將溫度升高到130℃，脫水2小時；接著在150℃、520Pa(4毫米汞柱)下繼續(xù)脫水4小時；再在170℃、100Pa下脫水10小時，得到重均分子量為7360的L-乳酸低聚物。加入0.002摩爾的1-丁基-3-甲基咪唑氯化物(bmimCl)，170℃、133Pa下反應(yīng)20小時，聚乳酸的產(chǎn)率為88.1％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為28860，多分散指數(shù)為1.32。
實施例7乳酸低聚物的制備如實施例1。冷卻后，在燒瓶中加入0.002摩爾的1-丁基-3-甲基咪唑三氟醋酸鹽，逐步升溫至170℃、逐步減壓到103Pa，反應(yīng)10小時。聚乳酸的產(chǎn)率為68.8％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為17 310，多分散指數(shù)為1.63。
實施例8乳酸低聚物的制備如實施例1。在所得的乳酸低聚物中加入0.002摩爾的1-乙基-3-甲基咪唑溴化物(emimBr)，逐步升溫至170℃、逐步減壓到133Pa(1毫米汞柱)，反應(yīng)10小時；冷卻后再加入0.004摩爾的1-丁基-3-甲基咪唑氯化物(bmimCl)，逐步升溫至180℃、逐步減壓到70Pa(0.5毫米汞柱)，反應(yīng)20小時。聚乳酸的產(chǎn)率為80.4％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為32638，多分散指數(shù)為1.23。
實施例9乳酸低聚物的制備如實施例1。在所得的乳酸低聚物中加入0.002摩爾的1，3-二丁基咪唑L-乳酸鹽和0.002摩爾的1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽(bmimCOOCH3)，逐步升溫至170℃、逐步減壓到130Pa，反應(yīng)10小時。聚乳酸的產(chǎn)率為94.0％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為29350，多分散指數(shù)為1.35。
實施例10乳酸低聚物的制備如實施例1。在所得的乳酸低聚物中加入0.08摩爾的1-己基-3-甲基咪唑醋酸鹽(hmim COOCH3)，逐步升溫至170℃、逐步減壓到133Pa，反應(yīng)10小時。聚乳酸的產(chǎn)率為81.4％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為19306，多分散指數(shù)為1.33。
實施例11乳酸低聚物的制備如實施例1。在所得的乳酸低聚物中加入0.001摩爾的1-乙基-2，3-二甲基咪唑全氟丁酸鹽和0.005摩爾的二氧化硅，逐步升溫至170℃、逐步減壓到133Pa，反應(yīng)15小時。聚乳酸的產(chǎn)率為83.6％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為16420，多分散指數(shù)為1.66。
實施例12將50克90％的D，L-乳酸水溶液加入250mL三頸圓底燒瓶中，啟動磁力攪拌，油浴加熱。在110℃、常壓下脫水2小時；然后逐漸將壓力減小到1330Pa(10毫米汞柱)，將溫度升高到130℃，脫水2小時；接著在150℃、520Pa(4毫米汞柱)下繼續(xù)脫水4小時。加入0.005摩爾的1-乙基-3-甲基咪唑D，L-乳酸鹽，逐步升溫至170℃、逐步減壓到133Pa，反應(yīng)20小時，聚乳酸的產(chǎn)率為84.5％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為25 950，多分散指數(shù)為1.48。
實施例13乳酸低聚物的制備如實施例1。在所得的乳酸低聚物中加入0.002摩爾的1，3-二乙基咪唑L-乳酸鹽和0.0002摩爾的對甲基苯磺酸，逐步升溫至170℃、逐步減壓到130Pa，反應(yīng)10小時。繼續(xù)升溫至180℃、逐步減壓到70Pa(0.5毫米汞柱)，反應(yīng)20小時，聚乳酸的產(chǎn)率為82.1％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為33 140，多分散指數(shù)為1.37。
實施例14乳酸低聚物的制備如實施例1。在所得的乳酸低聚物中加入0.004摩爾的1，3-二乙基咪唑L-乳酸鹽，逐步升溫至170℃、逐步減壓到130Pa，反應(yīng)10小時。接著升溫至180℃、逐步減壓到1Pa，反應(yīng)48小時，聚乳酸的產(chǎn)率為79.2％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為46310，多分散指數(shù)為1.53。
實施例15乳酸低聚物的制備如實施例1。在所得的乳酸低聚物中在燒瓶中加入0.002摩爾的1，3-二乙基咪唑L-乳酸鹽和等摩爾量的苯磺酸，逐步升溫至170℃、逐步減壓到400Pa(3毫米汞柱)，反應(yīng)10小時，接著逐步升溫至180℃，逐步減壓到260Pa(2毫米汞柱)，反應(yīng)20小時，得到重均分子量為39 200的聚乳酸。冷卻后取出粉碎，篩分，將得到的粒徑為5mm的聚乳酸粒子在105℃、130Pa下結(jié)晶2小時，然后逐步升溫到150℃，減壓到70Pa(0.5毫米汞柱)，反應(yīng)5小時后得到重均分子量為43400的聚乳酸；接著逐步升溫到160℃，減壓到10Pa，10小時后得到重均分子量為53 900的聚乳酸，20小時后得到重均分子量為66 640的聚乳酸；繼續(xù)逐步升溫到1670℃，減壓到1Pa，20小時后得到重均分子量為78 800的聚乳酸，30小時后得到重均分子量為89 630的聚乳酸。
實施例16乳酸低聚物的制備如實施例1。在所得的乳酸低聚物中加入0.004摩爾的1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽(emimCOOCH3)和等摩爾量的對甲基苯磺酸(TSA)，逐步升溫至170℃、逐步減壓到260Pa(2毫米汞柱)，反應(yīng)20小時，接著逐步升溫至180℃，逐步減壓到130Pa，反應(yīng)48小時，得到重均分子量為89 300的聚乳酸。冷卻后取出粉碎，篩分，將得到的粒徑為10μm的聚乳酸微粒裝入三頸燒瓶中，連續(xù)通N2保護，使壓力保持在2×105Pa，逐步升溫到105℃，結(jié)晶2小時；接著升溫到120℃，結(jié)晶4小時；再升溫至135℃，結(jié)晶4小時；逐步升溫到150℃，反應(yīng)15小時后得到重均分子量為115 200的聚乳酸，25小時后得到重均分子量為136 600的聚乳酸，35小時后得到重均分子量為162 400的聚乳酸，45小時后得到重均分子量為175 000的聚乳酸，60小時后得到重均分子量為184 700的聚乳酸。
實施例17將20克羥基乙酸加入100mL三頸圓底燒瓶中，啟動磁力攪拌，油浴加熱。在110℃、常壓下脫水2小時，然后逐漸將壓力減小到1300Pa(10毫米汞柱)，將溫度升高到130℃，脫水2小時，接著在150℃、130Pa下繼續(xù)脫水4小時。加入0.04摩爾的1-丁基-3-甲基咪唑氯化物(bmimCl)，逐步升溫至170℃、逐步減壓到540Pa，反應(yīng)10小時，接著逐步升溫至180℃、逐步減壓到130Pa，反應(yīng)10小時。冷卻后取出。由于直接縮聚法得到的PGA不溶于常見的有機溶劑，未測定分子量。
實施例18將5克羥基乙酸和20克乳酸加入到100mL三頸圓底燒瓶中，然后加入0.003摩爾的1-丁基-3-甲基咪唑氯化物(bmimCl)。啟動磁力攪拌，油浴加熱。在110℃、常壓下反應(yīng)2小時；然后逐漸將壓力減小到1300Pa，將溫度升高到130℃，反應(yīng)2小時；接著在150℃、520Pa下繼續(xù)反應(yīng)4小時。然后逐步升溫至170℃、逐步減壓到260Pa(2毫米汞柱)，反應(yīng)10小時，接著逐步升溫至180℃、逐步減壓到130Pa，反應(yīng)10小時。PLGA的產(chǎn)率為83.9％，由凝膠滲透色譜法測得重均分子量為26410，多分散指數(shù)為1.37。
權(quán)利要求
1.一種制備羥基酸縮聚物的縮合聚合方法，其特征在于羥基酸或羥基酸低聚物或羥基酸與羥基酸低聚物的混合物，在至少含有一種離子液體的催化劑的催化下，在100℃～190℃、103Pa～1Pa的條件下進行熔融縮合聚合2～72小時，得到重均分子量為5 000～100 000的羥基酸縮聚物；或者所得到的羥基酸縮聚物進一步在惰性氣體保護下或在抽真空的條件下，在100℃～170℃的溫度和1Pa～2×105Pa的壓力下，進行固相縮聚，反應(yīng)2～72小時，得到重均分子量為50 000～200 000的羥基酸縮聚物。
2.如權(quán)利要求1所述的制備羥基酸縮聚物的縮合聚合方法，其特征在于所述的羥基酸選自乳酸、乳酸水溶液、羥基乙酸、羥基乙酸水溶液中的任意一種或其混合物；乳酸選自L-乳酸、D，L-乳酸中的任意一種或其混合物；乳酸水溶液選自L-乳酸水溶液、D，L-乳酸水溶液中的任意一種或其混合物；羥基酸低聚物選自L，L-乳酸低聚物、D，L-乳酸低聚物、羥基乙酸低聚物等低分子量均聚物和L，L-乳酸與D，L-乳酸的低分子量共聚物、L，L-乳酸與羥基乙酸的低分子量共聚物、D，L-乳酸與羥基乙酸的低分子量共聚物等低分子量共聚物中的任意一種或其混合物；低聚物的重均分子量為500～10 000。
3.如權(quán)利要求1所述的制備羥基酸縮聚物的縮合聚合方法，其特征在于所述的離子液體選自由陽離子C+和陰離子Ym-組成且結(jié)構(gòu)通式為[C+]m[Ym-](m＝1，2)的離子液體中的任意一種或其混合物；其中，陽離子C+的結(jié)構(gòu)通式為 咪唑類 N-烷基吡啶類 季銨鹽類 季鏻鹽類陽離子 陽離子陽離子 陽離子R1、R2、R3、R4選自C1～C12烷基、C3～C12支鏈烷基、C5～C12環(huán)烷基、取代環(huán)烷基、C2～C6烯基、芳基、取代芳基、芳烷基中的任意一種；R5選自H原子、甲基、乙基中的任意一種；陰離子Ym-選自Cl-，Br-，I-，PF6-，BF4-，[CF3SO3]-，NO3-，(CF3SO2)2N-，AlCl4-，Al2Cl7-，SO42-，CH3COO-，CF3COO-，OH(CH3)CHCOO-，CF3SO3-，CF3CF2CF2CF2SO3-，CF3CF2CF2COO-中的任意一種。
4.如權(quán)利要求1所述的制備羥基酸縮聚物的縮合聚合方法，其特征在于所述的催化劑是一種離子液體或幾種離子液體的混合物。
5.如權(quán)利要求1所述的制備羥基酸縮聚物的縮合聚合方法，其特征在于所述的催化劑是離子液體和非離子液體的混合物，非離子液體催化劑選自苯磺酸、對甲基苯磺酸、霉酚酸、硼酸、二氧化硅中的任意一種或其混合物；非離子液體組分與離子液體組分的摩爾比為0.1～5∶1。
6.如權(quán)利要求1所述的制備羥基酸縮聚物的縮合聚合方法，其特征在于所述的催化劑的摩爾量與羥基酸或羥基酸低聚物或羥基酸與羥基酸低聚物的混合物的質(zhì)量比例為0.001～0.2mol∶100g。
7.如權(quán)利要求1所述的制備羥基酸縮聚物的縮合聚合方法，其特征在于所述的熔融縮合聚合反應(yīng)按以下步驟進行催化劑、羥基酸按0.001～0.2mol∶100g的比例混合均勻，在100℃～170℃的溫度和1.013×105Pa～102Pa的壓力下，進行脫水縮合反應(yīng)，得到羥基酸低聚物；然后所得羥基酸低聚物在100℃～190℃的溫度和103Pa～1Pa的壓力下進行熔融縮聚，反應(yīng)2～72小時，得到重均分子量為5 000～100000的羥基酸縮聚物。
8.如權(quán)利要求1所述的制備羥基酸縮聚物的縮合聚合方法，其特征在于所述的熔融縮合聚合反應(yīng)按以下步驟進行羥基酸首先在100℃～170℃的溫度和1.013×105Pa～102Pa的壓力下，進行脫水縮合反應(yīng)，得到羥基酸低聚物；然后在所得羥基酸低聚物中加入至少含一種離子液體的催化劑，催化劑與羥基酸低聚物質(zhì)量的比例為0.001～0.2mol∶100g，混合均勻，在100℃～190℃的溫度和103Pa～1Pa的壓力下進行熔融縮聚，反應(yīng)2～72小時，得到重均分子量為5 000～100 000的羥基酸縮聚物。
9.如權(quán)利要求1所述的制備羥基酸縮聚物的縮合聚合方法，其特征在于所述的熔融/固相縮合聚合反應(yīng)按以下步驟進行上述重均分子量為5 000～100 000的羥基酸縮聚物，經(jīng)粉碎得到粒徑為10μm～5mm的粒狀羥基酸縮聚物，在惰性氣體保護下或在真空條件下，在100℃～170℃的溫度和1Pa～2×105Pa的壓力下，進行固相縮聚，反應(yīng)2～72小時，得到重均分子量為50 000～200 000的羥基酸縮聚物。
全文摘要
一種制備羥基酸縮聚物的縮合聚合方法，其特征在于羥基酸或羥基酸低聚物在離子液體的催化作用下，進行熔融縮合聚合反應(yīng)或熔融/固相縮合聚合反應(yīng)，得到聚乳酸、聚羥基乙酸或其共聚物等羥基酸縮聚物。同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點使用不含金屬元素的離子液體作為催化劑，所得羥基酸縮聚物不含金屬元素；采用熔融縮聚或熔融/固相縮聚的縮合聚合方法合成聚乳酸，具有工藝簡單、效率高、成本低、無環(huán)境污染、優(yōu)良的生物相容性、生物可吸收性和生物可降解性，同時還具有分子量大、力學性能高、易加工等優(yōu)點。除在于日用塑料、紡織纖維等領(lǐng)域應(yīng)用外，還可作為生物醫(yī)用材料，如藥物緩釋載體、外科植入材料和組織工程支架材料等。
文檔編號C08G63/80GK1737033SQ20051006070
公開日2006年2月22日 申請日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日
發(fā)明者吳林波, 王偉超, 黃源, 李伯耿 申請人:浙江大學