專利名稱：分子量可控兩嵌段聚合物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚合物的制備領(lǐng)域，具體涉及一種兩嵌段聚合物的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著對環(huán)境問題的日益關(guān)注，生物可降解材料受到了廣泛的關(guān)注。脂肪族聚酯由 于其良好的生物可降解性和生物相容性，廣泛應(yīng)用于食品包裝和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，如手術(shù) 縫合線、藥物緩釋載體、組織工程支架、外科植入材料等等。同時，脂肪族聚酯中的聚乳酸
(PLA)更是由于其非石油來源，受到了人們的重視。 不同的脂肪族聚酯由于其結(jié)構(gòu)的差異，其降解速度、機械性能等方面都存在著差 異。如聚己內(nèi)酯(PCL)分子鏈規(guī)整、柔順，結(jié)晶性強，但在體內(nèi)的降解速度較慢；PLA雖然降 解速度較快，但其線形結(jié)構(gòu)僵硬、機械性能較差。因此，選擇丙交酯(LA)與己內(nèi)酯(CL)單 體共聚，可改善聚合物的機械性能、調(diào)節(jié)共聚物的降解速率。又如，做為手術(shù)縫合線的聚乙 交酯(PGA)體內(nèi)降解速度太快，通過與PCL共聚來調(diào)節(jié)降解速率。生物可降解聚酯通過調(diào) 節(jié)共聚物中共聚單體的種類、配比以及分子量等，以改變聚合物的親水性、結(jié)晶性，從而達 到調(diào)節(jié)聚合物降解速度的目的。 US2362511公開了一種聚乙醇酸及其共聚物的制備方法，通過縮聚反應(yīng)制備聚 乙醇酸及其與其他醇酸的無規(guī)共聚物。由于縮聚反應(yīng)單體的轉(zhuǎn)化率難以達到很高，得到 的聚合物分子量不高，同時單體損耗較明顯，并且分離較麻煩。US6150497公開了通過 乙交酯開環(huán)聚合制備高分子量的聚乙醇酸的制備方法，該方法制備簡單，為本體聚合， 且轉(zhuǎn)化率高，可以得到高分子量的聚乙醇酸。Journal of Polymer Science :Part A: PolymerChemistry， Vol. 35. 219-226報道了通過熔融聚合法制備e _己內(nèi)酯和乳酸兩嵌 段聚合物的制備方法，但是該方法制備的聚合物分子量不高，預(yù)聚物聚e -己內(nèi)酯段的分 子量只有1. 5 5. 2X 103，整個聚合物的重均分子量為17. 4 49. 7 X 103，分子量不可控。 Journal of PolymerScience :Part A :Polymer Chemistry,Vol. 39. 294—306矛艮道了通過溶 液聚合法制備聚e -己內(nèi)酯和乙交酯兩嵌段聚合物的方法，但該方法用四氫呋喃、甲苯等 有機溶劑，制備過程復(fù)雜，溶劑回收麻煩，對環(huán)境污染嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有制備兩嵌段聚合物方法的缺點，提供一種利用熔融聚合 法來制備分子量可控的兩嵌段聚合物的方法。 本方法采用熔融聚合法，減少了溶液聚合過程中大量有機廢液的產(chǎn)生，有利于環(huán) 境保護，同時簡化了制備過程。該方法的一個突出特點是，通過計算加入的引發(fā)劑的量，控 制所得聚合物的分子量，從而達到聚合物分子量可控。該方法的一個技術(shù)難點在于對反應(yīng) 體系嚴(yán)格無水的控制，以確保所合成的聚合物的分子量和計算出來的理論值相吻合，達到 分子量可控的目的。本發(fā)明的目的具體可以通過以下方法來實現(xiàn)
—種分子量可控的兩嵌段聚合物的制備方法，該方法包括如下步驟
第一步將脂肪族內(nèi)酯在熔融狀態(tài)及引發(fā)劑和催化劑的作用下，開環(huán)聚合，生成末 端帶有羥基的大分子引發(fā)劑； 第二步用末端帶有羥基的大分子引發(fā)劑在催化劑的作用下引發(fā)另一種脂肪族內(nèi) 酯開環(huán)聚合，生成兩嵌段聚合物。 其中通過改變引發(fā)劑的用量，來控制第一步生成的末端帶有羥基的大分子引發(fā)劑 的分子量；再通過改變末端帶有羥基的大分子引發(fā)劑的用量，來控制第二步生成的兩嵌段 聚合物的分子量。引發(fā)劑(或大分子引發(fā)劑)的用量具體可以通過目標(biāo)分子的分子量來確
定，最終得到的目標(biāo)分子的理論分子量^(目標(biāo))=M(弓I) + * M ，其中M為單體在
wo/(引)
目標(biāo)分子中的重復(fù)的主體結(jié)構(gòu)的分子量，M(引)為引發(fā)劑的分子量(當(dāng)其較小時可忽略，
如第一步反應(yīng))，mol (單體)為單體的摩爾量，mol (弓| )為引發(fā)劑的摩爾量。 在兩步反應(yīng)中，必須先除去反應(yīng)體系中的水分，再在保護氣體的保護下進行反應(yīng)。
本發(fā)明中所述的反應(yīng)體系，不僅包括進行反應(yīng)的空間及裝置，還包括參加反應(yīng)的反應(yīng)物。因
此，在反應(yīng)時，不僅需要將反應(yīng)裝置內(nèi)先真空干燥再通保護氣體(如氮氣)進行保護，而且
對反應(yīng)物也需要采用重結(jié)晶、真空干燥等方法進行除水，如第一步和第二步中所述的脂肪
族內(nèi)酯在反應(yīng)前，先經(jīng)過重結(jié)晶并真空干燥。 本發(fā)明所述的兩嵌段聚合物是由兩種脂肪族內(nèi)酯開環(huán)聚合生成，該脂肪族內(nèi)酯選 自丙交酯、乙交酯、e-己內(nèi)酯、e-丁內(nèi)酯、e-戊內(nèi)酯中的任意兩種組分。該兩嵌段聚合 物包括聚丙交酯-co-聚乙交酯兩嵌段共聚物(PGA-co-PLA)，聚丙交酯-co-聚e -己內(nèi)酯 兩嵌段共聚物(PCL-co-PLA)，聚e _己內(nèi)酯-co-聚13 _ 丁內(nèi)酯兩嵌段共聚物。
本發(fā)明以有機金屬類催化劑為催化劑、醇類引發(fā)劑為引發(fā)劑，引發(fā)脂肪族內(nèi)酯開 環(huán)聚合。反應(yīng)先生成有機金屬與醇的共引發(fā)體系，然后該共引發(fā)體系進攻內(nèi)酯的酯鍵發(fā)生 開環(huán)聚合反應(yīng)，生成端基為羥基的大分子引發(fā)劑。該大分子引發(fā)劑的端羥基在催化劑的作 用下再引發(fā)另一種脂肪族內(nèi)酯開環(huán)聚合，生成兩嵌段聚合物。 所述的有機金屬類催化劑選自于辛酸亞錫、醋酸鈷、醋酸鎳、異丙醇鋁或二乙基鋅 中的一種或多種，其中優(yōu)選辛酸亞錫，催化劑的添加量為單體重量的0. 1 5%。
所述的醇類引發(fā)劑選自于甲醇、乙醇、異丁醇、辛醇、異戊醇、癸醇或月桂醇中的一 種或多種。引發(fā)劑的量通過所要合成的聚合物分子量的大小來確定。 本發(fā)明中所述的脂肪族內(nèi)酯在經(jīng)過重結(jié)晶精制后，在惰性氣體保護下進行聚合反 應(yīng)。第一步的反應(yīng)時間為3 7小時，反應(yīng)溫度為110 15(TC，生成的大分子引發(fā)劑在氯 仿中完全溶解，再用甲醇沉淀過濾，真空干燥。 第二步用所生成的大分子引發(fā)劑引發(fā)另一種脂肪族內(nèi)酯開環(huán)聚合，生成兩嵌段聚 合物，反應(yīng)時間為3 24小時，反應(yīng)溫度為110 250°C 。 本發(fā)明所制備的兩嵌段聚合物的重均分子量在1X104 1X106，分子量分布為 1 2。 本發(fā)明突出優(yōu)點在于，制備的兩嵌段共聚物的分子量可控。脂肪族內(nèi)酯通過醇類 引發(fā)劑開環(huán)聚合生成端基為羥基的大分子引發(fā)劑。引發(fā)劑與單體的摩爾比越小，則反應(yīng)的 活性點越少，生成的大分子的分子量就越高。通過控制引發(fā)劑與單體的摩爾比可以控制生 成的大分子引發(fā)劑的分子量。制備出分子量一定的大分子引發(fā)劑后，在一定的反應(yīng)條件下，大分子引發(fā)劑的端羥基引發(fā)另一種脂肪族內(nèi)酯開環(huán)聚合，通過控制加入的單體的量來控制 另一嵌段聚合物的分子量大小。 本發(fā)明的一個技術(shù)難點為，整個反應(yīng)過程必須在嚴(yán)格無水的條件下進行。本發(fā)明 是通過醇類引發(fā)內(nèi)酯開環(huán)聚合，通過引發(fā)劑上羥基的含量來控制聚合物分子量的大小。由 于水分子也含有羥基，存在一定的引發(fā)效果，使得聚合物的分子量難以控制。尤其在反應(yīng)的 第二步過程中，隨著大分子引發(fā)劑的分子量的提高，其端羥基的反應(yīng)活性明顯降低，如果體 系中存在水分子，單體則容易被水分子引發(fā)開環(huán)聚合生成均聚物，難以得到兩嵌段共聚物。
脂肪族內(nèi)酯必須通過重結(jié)晶除去水分和雜質(zhì)，并且真空干燥，同時保證反應(yīng)器的 干燥無水。在第一步反應(yīng)中，先將脂肪族內(nèi)酯單體和催化劑一同加入到三頸瓶中，在40 6(TC下抽真空0. 5 2小時，將脂肪族內(nèi)酯單體和催化劑中殘余的水分除去；再通入氮氣， 將體系升至反應(yīng)溫度，加入引發(fā)劑引發(fā)內(nèi)酯開環(huán)聚合。產(chǎn)物溶于氯仿后甲醇沉淀，去除殘留 的單體和催化劑，再真空干燥24 48小時。 第二步，將合成的大分子引發(fā)劑研磨成粉末，加入到三頸瓶中，再加入催化劑，同 樣在40 6(TC下抽真空0. 5 2小時，除去體系中的水分。再通入氮氣，將體系升至反應(yīng) 溫度，制備兩嵌段聚合物。產(chǎn)物溶于氯仿后甲醇沉淀，去除殘留的單體和催化劑，再真空干 燥24 48小時。 本發(fā)明采用熔融聚合的方法，減少了溶液聚合過程中大量有機廢液的產(chǎn)生，有利 于環(huán)境保護，同時簡化了制備過程。該方法還可以通過計算加入的引發(fā)劑的量，控制所得聚 合物的分子量，從而達到聚合物分子量可控。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。 在下列的實施例中，聚合物的分子量是通過GPC(日本島津，型號Prominence)領(lǐng)
得的重均分子量來表征。 實施例1 4制備了一系列PCL-PLA兩嵌段共聚物，重均分子量為3X104 30X 104。 實施例1
<formula>formula see original document page 5</formula> 上式為合成聚e _己內(nèi)酯(PCL)的化學(xué)方程式，通過計算引發(fā)劑(乙醇)的量，控 制PCL分子量的大小。計算公式如下<formula>formula see original document page 5</formula>
將11. 4g e -己內(nèi)酉旨(e _CL)和81mg Sn (Oct) 2滴加到250ml三頸瓶中，放入 到5(TC的油浴中，抽真空1小時后，通氮氣三次，再用微量注射器往三頸瓶中注射21iU C2H50H(p = 0. 79g/ml)，開始升溫到140°C ，磁力攪拌，反應(yīng)3小時。 將反應(yīng)產(chǎn)物用氯仿完全溶解，用甲醇沉淀，再真空抽濾得到白色沉淀物，真空干燥 24小時后研磨成細小的粉末。
用GPC側(cè)得產(chǎn)物的分子量^=30，152，^=42，213，分子量分布(^/^)=1.41。 通過公式(1)計算得到理論分子量為31， 670，與實測結(jié)果基本一致。將5g PCL-0H預(yù)聚物粉末、81mg Sn(0ct)2、5g L-LA加入到三頸瓶中，在50。C油浴
中抽真空1小時后，通氮氣三次，然后開始升溫到15(TC，磁力攪拌，反應(yīng)10小時，得到重均
分子量為79， 245的PCL-PLA兩嵌段共聚物，反應(yīng)方程式如下
c2"。^m h《:，"j-?！? 如果反應(yīng)完全，可以得到分子量比為l : 1的PCL-PLA兩嵌段共聚物，但由于合成
過程中有少量的LA單體升華，未參與反應(yīng)，所以制備的兩嵌段共聚物中PLA段的鏈段稍小
于理論值。 實施例2 將11. 4g e -己內(nèi)酉旨(e -CL)禾P 40. 5mg Sn(Oct)2滴力Q到250ml三頸瓶中， 放入到5(TC的油浴中，抽真空1小時后，通氮氣三次，再用微量注射器往三頸瓶中注射 10 ii 1C2H50H，開始升溫到140°C ，磁力攪拌，反應(yīng)5小時。 將反應(yīng)產(chǎn)物用氯仿完全溶解，用甲醇沉淀，再真空抽濾得到白色沉淀物，產(chǎn)物真空 干燥24小時后研磨成細小的粉末。用GPC實測的分子量^=60,152，^=78，197，^/^=1.35。 通過公式(1)計算得到理論分子量為66， 4003，與實測結(jié)果基本一致。將5g PCL-OH預(yù)聚物、40. 5mg Sn(0ct)2、5g L-LA加入到三頸瓶中，在50。C油浴中
抽真空1小時后，通氮氣三次，然后開始升溫到15(TC，磁力攪拌，反應(yīng)15小時。得到重均分
子量為140， 700的PCL-PLA兩嵌段共聚物。 實施例3 將11. 4g e -己內(nèi)酯(e -CL)和60. 5mg Sn(Oct)2滴加到250ml三頸瓶中，放入 到5(TC的油浴中，抽真空1小時后，通氮氣三次，再用微量注射器往三頸瓶中注射60 iU C2H5OH，開始升溫到120°C ，磁力攪拌，反應(yīng)5小時。產(chǎn)物的理論值為11， 068 ;實測分子量為^=10,312,^=15,670,^/^=1.52。
將3g PCL-0H預(yù)聚物、60. 5mg Sn(0ct)2、5g L-LA加入到三頸瓶中，在50。C油浴中 抽真空1小時后，通氮氣三次，然后開始升溫到13(TC，磁力攪拌，反應(yīng)8小時。得到重均分 子量為37， 154的PCL-PLA兩嵌段共聚物。
實施例4 將11. 4g e -己內(nèi)酯(e -CL)和40. 5mg Sn(Oct)2滴加到250ml三頸瓶中，放入到 5(TC的油浴中，抽真空1小時后，通氮氣三次，再用微量注射器往三頸瓶中注射40iU月桂 醇(P =0. 86g/ml)，開始升溫到140°C ，磁力攪拌，反應(yīng)7小時。產(chǎn)物的理論值為61， 655 ;實測分子量為^=63，105,^=97，813,;^/^=1.55。
將5g PCL-0H預(yù)聚物、60. 5mg Sn(0ct)2、10g L-LA加入到三頸瓶中，在50。C油浴 中抽真空1小時后，通氮氣三次，然后開始升溫到14(TC，磁力攪拌，反應(yīng)20小時。得到重均
6分子量為274， 478的PCL-PLA兩嵌段共聚物。 實施例5 7制備了 一系列PLA-PGA兩嵌段共聚物，重均分子:
:為5X104
20X104



實施例5
PLA-OH預(yù)聚物合成化學(xué)方程式如下
附
C2H5-OH + Y
通過計算引發(fā)劑(乙醇)的
式如下
WO/(f — C丄)X
AC//)
-xl44
(2) 將14. 4g L-LA和40. 5mg Sn (Oct) 2滴加到250ml三頸瓶中，放入到50°C的油浴中， 抽真空2小時后，通氮氣三次，再用微量注射器往三頸瓶中注射21 1 C^50H，開始升溫到 14(TC，磁力攪拌，反應(yīng)5小時。得到重均分子量為42， 300的PLA-OH大分子引發(fā)劑，反應(yīng)方 程式如下； 將反應(yīng)產(chǎn)物用氯仿完全溶解，用甲醇沉淀，再真空抽濾得到白色沉淀物，產(chǎn)物真空 干燥24小時后研磨成細小的粉末。 產(chǎn)物的理論值為40， 000 ;實測分子量為^=41，8^，^= ，675，MW/M"=L52。
將5g PLA-0H預(yù)聚物、40. 5mg Sn(0ct)2、5g GA加入到三頸瓶中，在50。C油浴中抽 真空1小時后，通氮氣三次，然后開始升溫到22(TC，磁力攪拌，反應(yīng)4小時。得到重均分子 量為101. 200的PLA-PGA兩嵌段共聚物。
C2H
Sn(Oct)2
-OH+ ^ 0=\ /=u -^ C2H5-
O 實施例6將14. 4g L-LA和40. 5mg Sn(0ct)2滴加到250ml三頸瓶中，放入到50。C的油浴 中，抽真空2小時后，通氮氣三次，再用微量注射器往三頸瓶中注射60iU C^50H，開始升溫 到14(TC，磁力攪拌，反應(yīng)5小時。得到重均分子量為22， 500的PLA-0H大分子引發(fā)劑。
產(chǎn)物的理論值為13， 980 ;實測分子量為^=15,563^=20,076，^/^=1.29。
將5g PLA-0H預(yù)聚物、40. 5mg Sn(0ct)2、10g GA加入到三頸瓶中，在50。C油浴中 抽真空1小時后，通氮氣三次，然后開始升溫到19(TC，磁力攪拌，反應(yīng)8小時。得到重均分 子量為54， 300的PLA-PGA兩嵌段共聚物。
實施例7 將14. 4g L-LA和81mg Sn (Oct) 2滴加到250ml三頸瓶中，放入到50°C的油浴中， 抽真空2小時后，通氮氣三次，再用微量注射器往三頸瓶中注射40iU癸醇(P =0.83g/ ml)，開始升溫到140°C ，磁力攪拌，反應(yīng)3小時。得到重均分子量為29， 800的PLA-OH大分 子引發(fā)劑。
產(chǎn)物的理論值為68， 571 ;實測分子量為^=58,892,^=94，227，^/^=l.60。
將5g PLA-0H預(yù)聚物、40. 5mg Sn(0ct)2、5g GA加入到三頸瓶中，在50。C油浴中抽 真空1小時后，通氮氣三次，然后開始升溫到20(TC，磁力攪拌，反應(yīng)10小時。得到重均分子 量為167， 400的PLA-PGA兩嵌段共聚物。 實施例8 9制備了一系列PCL-PGA兩嵌段共聚物，重均分子量為2X 104 20X 104。 實施例8將5g重均分子量為78， 197的PCL-0H、40. 5mg Sn(0ct)2、8g GA加入到三頸瓶中， 5(TC油浴中抽真空1小時后，通氮氣三次，然后開始升溫到18(TC，磁力攪拌，反應(yīng)12小時。 得到重均分子量為165， 700的PCL-PGA兩嵌段共聚物。
實施例9 將5g重均分子量為15， 670的PCL-0H、40. 5mg Sn(0ct)2、5g GA加入到三頸瓶中， 5(TC油浴中抽真空1小時后，通氮氣三次，然后開始升溫到16(TC，磁力攪拌，反應(yīng)12小時。 得到重均分子量為29， 400的PCL-PGA兩嵌段共聚物。
權(quán)利要求
一種分子量可控的兩嵌段聚合物的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟第一步將脂肪族內(nèi)酯在熔融狀態(tài)及引發(fā)劑和催化劑的作用下，開環(huán)聚合，生成末端帶有羥基的大分子引發(fā)劑；第二步用末端帶有羥基的大分子引發(fā)劑在催化劑的作用下引發(fā)另一種脂肪族內(nèi)酯開環(huán)聚合，生成兩嵌段聚合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分子量可控的兩嵌段聚合物的制備方法，其特征在于通過改 變引發(fā)劑的用量，來控制第一步生成的末端帶有羥基的大分子引發(fā)劑的分子量；再通過改 變末端帶有羥基的大分子引發(fā)劑的用量，來控制第二步生成的兩嵌段聚合物的分子量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分子量可控的兩嵌段聚合物的制備方法，其特征在于在兩步 反應(yīng)中，先除去反應(yīng)體系中的水分，再在保護氣體的保護下進行反應(yīng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一所述的分子量可控的兩嵌段聚合物的制備方法，其特征 在于所述的脂肪族內(nèi)酯選自丙交酯、乙交酯、e-己內(nèi)酯、e-丁內(nèi)酯或e-戊內(nèi)酯。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一所述的分子量可控的兩嵌段聚合物的制備方法，其特征 在于所述的引發(fā)劑為醇類引發(fā)劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的分子量可控的兩嵌段聚合物的制備方法，其特征在于所述的 引發(fā)劑選自甲醇、乙醇、異丁醇、辛醇、異戊醇、癸醇或月桂醇中的一種或多種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一所述的分子量可控的兩嵌段聚合物的制備方法，其特征 在于第一步和第二步中所述的催化劑為有機金屬類催化劑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的分子量可控的兩嵌段聚合物的制備方法，其特征在于所述的 催化劑選自辛酸亞錫、醋酸鈷、醋酸鎳、異丙醇鋁或二乙基鋅中的一種或多種，催化劑的添 加量為單體重量的0. 1 5%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一所述的分子量可控的兩嵌段聚合物的制備方法，其特征 在于第一步的反應(yīng)時間為3 7小時，反應(yīng)溫度為110 150°C ;第二步的反應(yīng)時間為3 24小時，反應(yīng)溫度為110 250°C。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一所述的分子量可控的兩嵌段聚合物的制備方法，其特征 在于第一步和第二步中所述的脂肪族內(nèi)酯在反應(yīng)前，先經(jīng)過重結(jié)晶并真空干燥。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一所述的分子量可控的兩嵌段聚合物的制備方法，其特征 在于制備的兩嵌段聚合物的重均分子量在1X104 1X1Q6，分子量分布為1 2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分子量可控的兩嵌段聚合物的制備方法，該方法包括如下步驟第一步將脂肪族內(nèi)酯在熔融狀態(tài)及引發(fā)劑和催化劑的作用下，開環(huán)聚合，生成末端帶有羥基的大分子引發(fā)劑；第二步用末端帶有羥基的大分子引發(fā)劑在催化劑的作用下引發(fā)另一種脂肪族內(nèi)酯開環(huán)聚合，生成兩嵌段聚合物。本發(fā)明采用熔融聚合的方法，減少了溶液聚合過程中大量有機廢液的產(chǎn)生，有利于環(huán)境保護，同時簡化了制備過程。該方法還可以通過計算加入的引發(fā)劑的量，控制所得聚合物的分子量，從而達到聚合物分子量可控。
文檔編號C08G63/78GK101747494SQ200810235448
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日
發(fā)明者吳剛, 歐陽芬, 沈輝, 陸榕 申請人:東麗纖維研究所(中國)有限公司