專利名稱：熔融－固相縮聚制備l－乳酸和氨基酸共聚物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子材料及其制備方法，尤其涉及改性聚乳酸及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)與社會的發(fā)展，環(huán)境和資源問題越來越受到人們的重視，成為全球性問題。以石油為原料的塑料材料應(yīng)用廣泛，這類材料使用后很難回收利用，造成了目前比較嚴(yán)重的“白色污染”問題；而且石油這一類資源不可再生，大量的不合理的使用給人類帶來了嚴(yán)重的資源短缺問題。降解材料的出現(xiàn)，尤其是降解材料的原材料的可再生性為解決這一問題提供了有效的手段。聚乳酸(PLA)是目前研究應(yīng)用相對較多的一種降解材料，它是以淀粉發(fā)酵(或化學(xué)合成)得到的乳酸為基本原料制備得到的一種環(huán)境友好材料，它不僅具有良好的物理性能，還具有良好的生物相容性和降解性能，且對人體無毒無刺激。在藥物控釋，外科縫合線，骨折內(nèi)固定材料等方面得到廣泛的應(yīng)用，已成為生物醫(yī)用材料中極為重要的一種高聚物材料。同時它也是組織工程中主要的基質(zhì)材料，已制成用于機(jī)體的各種形態(tài)支架。但是隨著聚乳酸應(yīng)用領(lǐng)域的不斷開拓，單獨的聚乳酸均聚物已不能滿足應(yīng)用要求，例如生物相容性還不很理想，由于欠缺良好的親水性，不利于細(xì)胞黏附，增殖和分化；在生物體環(huán)境中，不能完全排除致炎效應(yīng)；降解速度難以控制，強(qiáng)度和韌性不夠等。為此人們對聚乳酸進(jìn)行大量地改性研究，例如中國專利CN1367189A，Penise.C，Ejuibura.JL等采用自由基接枝方法將聚乙烯醇、丙烯酸、不飽和環(huán)狀酸酐或不飽和環(huán)狀酰亞胺用于改性聚乳酸，在側(cè)鏈上引入OH、COOH或亞酰胺基，改善了聚乳酸的親水性狀況；Veenstra.H，Breitenbach.A等采用丙交酯與乙交酯、己內(nèi)酯、亞磷酸酯、聚乙二醇或多元醇等共聚，聚乳酸因共聚單體引入主鏈增加了分子鏈的柔順性，并在一定程度上改善了親水性和降解性能。美國麻省理工學(xué)院Bmera教授合成乳酸/賴氨酸共聚物(PLAL)，中國專利CN03135454.8公開了乳酸/氨基酸酯共混物及其制備方法，中國專利CN1435438A公開了二胺改性聚乳酸的制備方法，以上方法制備的聚合物性能有一定程度改善，但都存在工藝復(fù)雜、成本高的確點。因此，本領(lǐng)域迫切需要簡便、低成本的合成方法，用以制備高性能的改性聚乳酸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種簡便、低成本的改性聚乳酸的合成方法，以改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)之不足；本發(fā)明的另一目的是提供一種具有聚酯和聚酰胺性能的新型改性聚乳酸。
本發(fā)明的第一方面，公開了一種改性聚乳酸合成方法，包括如下步驟(1)脫水L-乳酸原料在溫度為100～140℃、壓力為0～1.0×10-3MPa的條件下，減壓脫水4～8小時；(2)熔融縮聚以脫水后的L-乳酸的質(zhì)量計，往脫水后的L-乳酸中添加0.1～10％的氨基酸、0.1～1.0％的催化劑，溫度為140～200℃反應(yīng)5～30h；向共聚物中加入0.1～3％的催化劑，繼續(xù)反應(yīng)0.5～2h，獲得乳酸-氨基酸預(yù)聚物；
(3)固相聚合上述預(yù)聚物粉碎，在80～150℃、壓力小于5×10-4MPa、預(yù)聚物質(zhì)量1～3倍的吸水劑分子篩存在的條件下，固相聚合5～35h，制得L-乳酸-氨基酸共聚物；制備方法中的催化劑包括辛酸亞錫、氯化亞錫、四氯化錫、氧化亞錫、鈦酸四正丁酯、異丙醇鈦；制備方法中的吸水劑分子篩為硅的氧化物、鋁的氧化物及鈉、鉀、鈣等元素形成的復(fù)合物。
本發(fā)明的第二方面，公開了一種由上述方法合成的改性聚乳酸，具有如下結(jié)構(gòu) 其中x，y為整數(shù)且x＞y；R1為 n＝2～11的整數(shù)。
在一個優(yōu)選的方案中，R1為 n＝5。
測定聚合物分子量，經(jīng)熔融縮聚后的預(yù)聚物的重均分子量為0.1～2萬的，經(jīng)固相聚合后的最終聚合物重均分子量為2～6.5萬。
本發(fā)明公開的合成改性聚乳酸的方法，可以獲得分子量達(dá)6萬的高分子量L-乳酸-氨基酸共聚物，工藝簡單，操作方便。由于采用熔融-固相聚合，克服了成品共聚物中的溶劑難以完全脫除的缺陷，也大大降低了成本。
采用本發(fā)明的方法獲得的L-乳酸-氨基酸共聚物，是一種具有聚酯和聚酰胺性能的新型生物降解材料。與聚乳酸均聚物相比，由于氨基的引入使得聚合物具有更好的生物相容性、親水性、抑制了聚乳酸自加速的降解特征，同時由于氨基的引入增加了聚合物分子之間氫鍵的作用力拓寬聚乳酸均聚物的應(yīng)用領(lǐng)域。


圖1為乳酸均聚物核磁譜圖。
圖2為改性聚乳酸核磁譜圖。
具體實施例方式
L-乳酸乳酸為Purac公司產(chǎn)品，3-氨基丙酸、4-氨基丁酸、6-氨基己酸為生化試劑上?；瘜W(xué)試劑公司產(chǎn)品，吸水劑5分子篩為上?；瘜W(xué)試劑公司產(chǎn)品，辛酸亞錫分析純、氯化亞錫分析純、四氯化錫分析純、氧化亞錫分析純、鈦酸四正丁酯分析純、異丙醇鈦分析純?yōu)樯虾；瘜W(xué)試劑公司產(chǎn)品。
聚合物分子量測定采用王征等在《直接縮合法合成低分子量聚乳酸的研究》中公開的GPC方法，具體見《離子交換與吸附》，2000，16(4)311-317。
下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步地說明，但本發(fā)明并不受限于下述實施例。
實施例1量取700mL 85％L-乳酸(Purac公司產(chǎn)品)于1000mL單口圓底燒瓶中，將燒瓶置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的轉(zhuǎn)速為200rpm/min，130℃的油浴加熱，逐步減壓到壓力小于1.0×10-3MPa，繼續(xù)脫水4h后停止。充氮氣卸壓，加入脫水后L-乳酸質(zhì)量0.5％的辛酸亞錫、0.5％的6-氨基己酸，油浴溫度升至180℃，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的轉(zhuǎn)速仍為200rpm/min，逐步減壓至壓力小于5.0×10-4MPa，反應(yīng)10h后加入0.5％辛酸亞錫，繼續(xù)反應(yīng)0.5h結(jié)束反應(yīng)倒入不銹鋼盤中。
將上述預(yù)聚物粉碎置于真空干燥箱中，再放入一倍預(yù)聚物質(zhì)量的5分子篩，抽真空至小于5.0×10-4MPa，升溫至80℃，然后每1h升溫10℃。當(dāng)溫度升至150℃時，停止升溫。固相聚合20h。
采用王征等在《直接縮合法合成低分子量聚乳酸的研究》中公開的GPC方法，測試制備的共聚物的重均分子量(Mw)為6.1萬。
乳酸均聚物核磁譜圖見圖1。用UNITY plus-500M NMR核磁共振波譜儀測定聚合物質(zhì)譜，室溫，以CDCl3為溶劑，掃描頻率500MHZ，結(jié)果見圖2。
實施例2L-乳酸預(yù)聚物的制備，及固相聚合的條件同實施例1，3-氨基丙酸代替6-氨基己酸，GPC法測得共聚物的Mw為5.3萬。
實施例3L-乳酸預(yù)聚物的制備，及固相聚合的條件同實施例1，4-氨基丁酸代替6-氨基己酸，GPC法測得共聚物的Mw為5.6萬。
實施例4L-乳酸預(yù)聚物的制備，及固相聚合的條件同實施例1，氯化亞錫代替辛酸亞錫，GPC法測得共聚物的Mw為4.3萬。
實施例5L-乳酸預(yù)聚物的制備，及固相聚合的條件同實施例1，氯化亞錫代替辛酸亞錫，并且兩次加入的量分別為0.5％、1％，GPC法測得共聚物的Mw為4.5萬。
實施例6L-乳酸預(yù)聚物的制備，及固相聚合的條件同實施例1，6-氨基己酸加入量為1％，GPC法測得共聚物的Mw為5.7萬。
實施例7L-乳酸預(yù)聚物的制備，及固相聚合的條件同實施例1，6-氨基己酸加入量為4％，GPC法測得共聚物的Mw為3.2萬。
權(quán)利要求
1.一種制備L-乳酸-氨基酸共聚物的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)脫水L-乳酸原料在溫度為100～140℃、壓力為0～1.0×10-3MPa的條件下，減壓脫水4～8小時；(2)熔融縮聚往脫水后的L-乳酸中添加0.1～10％的氨基酸、0.1～1.0％的催化劑，溫度為140～200℃反應(yīng)5～30h；向共聚物中加入0.1～3％的催化劑，繼續(xù)反應(yīng)0.5～2h，獲得乳酸-氨基酸預(yù)聚物；(3)固相聚合上述預(yù)聚物粉碎，在80～150℃、壓力小于5×10-4MPa、預(yù)聚物質(zhì)量1～3倍的吸水劑分子篩存在的條件下，固相聚合5～35h，制得L-乳酸-氨基酸共聚物；催化劑選自辛酸亞錫、氯化亞錫、四氯化錫、氧化亞錫、鈦酸四正丁酯、異丙醇鈦中的一種；吸水劑5、3分子篩為硅的氧化物、鋁的氧化物及鈉、鉀、鈣等元素形成的復(fù)合物中的一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，熔融縮聚步驟第一次催化劑的加入量為脫水后的L-乳酸質(zhì)量的0.1～1.0％，第二次加入催化劑的量為0.1～3％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，氨基酸結(jié)構(gòu)為 n＝2～11的整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，熔融縮聚步驟氨基酸用量為脫水后L-乳酸質(zhì)量的0.1～10％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，熔融縮聚的聚合溫度為140～200℃、聚合時間為5～30h、壓力為0～5×10-4MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，固相聚合的溫度為80～150℃，升溫方式為程序升溫5～10℃/每小時、壓力為0～5×10-4MPa，固相聚合的時間為5～35h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，固相聚合中使用的分子篩的質(zhì)量為預(yù)聚物質(zhì)量的1～3倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7的任一項所述的方法制備的聚合物，其特征在于，具有如下結(jié)構(gòu) 其中x，y為整數(shù)且x＞y；R1為 n＝2～11的整數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聚合物，其特征在于，聚合物的分子量為2～6.5萬道爾頓。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聚合物，其特征在于，R1為6-氨基己酸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種由熔融－固相縮聚制備新型生物降解材料含氫鍵聚乳酸——L－乳酸和氨基酸共聚物的方法，其步驟為1)熔融縮聚將原料L－乳酸逐步減壓脫水，然后添加氨基酸、催化劑進(jìn)行縮合聚合，2)固相聚合將預(yù)聚物粉碎，在分子篩存在的條件下進(jìn)行固相聚合。由于整個工藝不使用溶劑，因而可以較低的成本制備較高分子量的乳酸－氨基酸共聚物。
文檔編號C08G69/00GK1775827SQ20051011062
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
發(fā)明者刑云杰, 袁茂全, 徐潔, 茅惠萍 申請人:上海氯堿化工股份有限公司