生物可降解脂肪族聚酯的制備、表征與性能研究.pdf

1、生物可降解脂肪族聚酯--聚乳酸(PLA)、聚-3-羥基丁酸酯(P3HB)、聚ε-己內(nèi)酯(PCL)以及它們的共聚物，是目前研究和應(yīng)用最為廣泛的生物醫(yī)用材料之一。脂肪族聚酯主要由環(huán)狀內(nèi)酯開環(huán)聚合制備，而聚合過程中使用的催化劑/引發(fā)劑顯著影響聚合產(chǎn)物的分子量、微觀結(jié)構(gòu)和性能；同時，用作生物醫(yī)用材料，其使用安全性，特別是所用催化劑的毒性，越發(fā)受到關(guān)注。因此，催化劑的有效性和安全性顯得突出地重要，吸引人們不斷地努力研究和開發(fā)高效、安全的內(nèi)酯開環(huán)聚

2、合的催化劑來制備脂肪族聚酯。 本論文研究了環(huán)烷氧錫、二丁基鎂、辛酸鎂、辛酸亞錫等化合物催化或引發(fā)L-、DL.丙交酯、β-丁內(nèi)酯、ε-己內(nèi)酯等內(nèi)酯開環(huán)聚合，制備了一系列的脂肪族聚酯，采用1HNMR、13CNMR、FT-IR、GPC、DSC和XRD等手段分析和表征了聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能，并研究了聚合產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。 1.合成了兩種結(jié)構(gòu)確定的環(huán)烷氧錫化合物SnA和SnB作為β-丁內(nèi)酯(β-BL)開環(huán)聚合的引發(fā)劑，制得

3、了高分子量的聚-3-羥基丁酸酯(P3HB)。聚合物分子量依賴于單體引發(fā)劑配比(M/I)，當(dāng)M/I=10000時獲得最高分子量Mn為25萬，Mw為38萬，伸長率達(dá)1100％，斷裂強度23MPa。聚合溫度降低，引發(fā)劑活性降低，聚合速率下降，間同組分增加。采用膨脹計法研究了環(huán)烷氧錫SnB引發(fā)β-丁內(nèi)酯聚合動力學(xué)，表明鏈增長反應(yīng)對單體濃度和引發(fā)劑濃度的反應(yīng)級數(shù)分別為1和0.56。采用13CNMR分析了聚合物微觀結(jié)構(gòu)，二單元組序列結(jié)構(gòu)分析表明所得

4、P3HB以間同結(jié)構(gòu)為主，在60％~80％之間，并求得兩種引發(fā)劑SnA和SnB所得P3HB的間同全同結(jié)構(gòu)活化能差值分別為-11和-13 KJ/mol，三單元組序列結(jié)構(gòu)分析符合鏈端立構(gòu)控制的Bernoulli模型。 2.考查了二丁基鎂引發(fā)β-丁內(nèi)酯溶液聚合動力學(xué)，表明對單體和引發(fā)劑均為一級反應(yīng)，求得反應(yīng)活化能為30kJ/mol。聚合物端基分析表明，聚合鏈一端為來自引發(fā)劑的丁基，另一端為來源于消除反應(yīng)的丁烯酸酯或來自水解后的羥基，證

5、明引發(fā)和增長過程是單體酰氧鍵斷裂而不是烷氧鍵斷裂插入增長鏈中，在此基礎(chǔ)上提出了二丁基鎂引發(fā)β-丁內(nèi)酯聚合增長機理。 3.以二丁基鎂為催化劑、聚乙二醇為引發(fā)劑，成功地制得了一系列不同嵌段長度的聚ε-己內(nèi)酯.聚乙二醇.聚ε-己內(nèi)酯兩親三嵌段共聚物。結(jié)晶性和熱性能測試結(jié)果表明，共聚物PCL/PEG兩段相對長度或組成比例顯著影響共聚物的結(jié)晶性和熔融行為，處在中間鏈段PEG的結(jié)晶行為受到兩端PCL鏈段的限制，而PEG對PCL結(jié)晶影響較??；

6、PEG段只有相對于PCL足夠長時才能結(jié)晶，且當(dāng)PEG段較長時，共聚物出現(xiàn)共結(jié)晶和共熔融現(xiàn)象。 4.研究了辛酸鎂催化DL-或L-丙交酯和ε-己內(nèi)酯開環(huán)聚合，表明辛酸鎂對內(nèi)酯開環(huán)聚合具有良好的活性，成功地制得了一系列不同單體配比的共聚物。K-R法估算出L-丙交酯和ε-己內(nèi)酯競聚率分別為rLA=23和rcL=0.22，共聚單體競聚率相差較大表明將形成漸變型共聚物。而13CNMR微觀結(jié)構(gòu)分析表明，共聚過程中酯交換反應(yīng)顯著改變了共聚物序列

7、結(jié)構(gòu)及分布，使得平均序列長度降低，趨向無規(guī)共聚物。 共聚物組成顯著影響單元序列長度，各序列長度隨相應(yīng)單體加入量增加而增長。共聚物單元序列分布隨共聚物投料比、反應(yīng)時間和溫度而改變，趨向于無規(guī)分布。反應(yīng)初期主要是一級酯交換反應(yīng)，二級酯交換反應(yīng)導(dǎo)致的CLC序列結(jié)構(gòu)在反應(yīng)后期才觀察到。 考察了LA構(gòu)型對共聚合酯交換反應(yīng)、無規(guī)化和共聚物微觀鏈結(jié)構(gòu)與性能的影響，DL-LA比L-LA的二級酯交換系數(shù)(TII[CLC])稍低，相應(yīng)的單元

8、序列長度稍長，游程數(shù)R稍小，結(jié)果表明與ε-CL共聚合，DL-LA發(fā)生酯交換反應(yīng)和無規(guī)化程度比L-LA相對要小。 共聚物熱性能和結(jié)晶性分析結(jié)果表明，共聚物結(jié)晶性與單元性質(zhì)和序列長度密切相關(guān)。所有共聚物只觀察到一個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg，符合無規(guī)共聚物的Fox方程，說明所得共聚物為無規(guī)共聚物，或者說包含有相容性嵌段成分的共聚物。 5.考察了月桂醇作為分子量控制劑對合成聚乳酸分子量的影響。實驗結(jié)果表明，月桂醇是一種良好的分子量控制

9、劑，加入分子量控制劑是一種很好的控制聚乳酸分子量的手段，可以通過改變月桂醇的加入量來控制聚合物的分子量。以辛酸亞錫為催化劑、月桂醇為分子量控制劑催化DL-丙交酯、L-丙交酯和乙交酯在高真空條件下本體開環(huán)聚合，制得了不同分子量的乳酸均聚物(PLA)和不同配比的丙交酯乙交酯共聚物(PLGA)。 6.考察了所制備的聚乳酸均聚物和乳酸乙醇酸共聚物薄膜在漢克斯人工模擬體液中降解行為，篩選了適合作為冠脈支架表面載藥涂層的聚合物。試驗結(jié)果表明