专利名称：制备具有不同降解速率脂肪族聚酯或其制品的方法
技术领域：
本发明属于控制聚合物降解技术领域，具体涉及一种制备具有不同降解速率脂肪族聚酯或其制品的方法。
背景技术：
脂肪族聚酯本身具有的良好生物相容性和可生物降解性，尤其是可生物降解性，使之被广泛用作生物医用材料和环境友好材料。代表性的可生物降解脂肪族聚酯主要有聚ε-己内酯(PCL)、聚对二氧环己酮(PPDO)、聚乙交酯(PGA)、聚丙交酯(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸乙二醇酯(PES)、聚己二酸丁二醇酯(PBA)和聚-3-羟基丁酯[P(3-HB)]等。这些脂肪族聚酯的组成和结构上的差异，赋予了各自不同的可生物降解性能和用途。如聚乙交酯在体内降解速度较快，适宜作手术缝合线及缓释药物载体。聚丙交酯及聚L-丙交酯的降解速度较慢，适宜作体内植入材料，若用作缓释药物载体，目前只适用于长效药物，对于短效药物，因降解速度较慢，不易在体内吸收而受到限制；如将其作为环境材料使用，如农用地膜、食品袋、垃圾袋等，它们的降解速度还不能适应这些材料使用完成后需迅速降解的要求。因此，要拓展各种脂肪族聚酯的用途，寻求能使其降解性能获得有效控制和调节的途径，是高分子材料科研工作者研究的重要课题。
目前，根据文献报道，控制和调节脂肪族聚酯的降解性通常采用共聚的方法对其进行改性。该方法是通过控制共聚物的组成，改变聚合物的亲水性、结晶性等性质，来满足某些使用要求。如乙交酯(GA)与丙交酯(LA)共聚后，可使降解速度比聚丙交酯均聚物提高10倍，并且可通过改变乙交酯和丙交酯的组分比，达到有效地调节共聚物的降解速率的效果(J.Biomed.Mater.Res.，1977，11，711-719；Polymer，1981，22，494-498；U.S.4,011,312；U.S.3,982,543.)。又如聚ε-己内酯是脂肪族聚酯中典型的降解较慢的一个品种，其也可采用多种生物相容性单体如乙交酯(GA)、丙交酯(LA)及聚乙二醇(PEG)等与ε-己内酯(ε-CL)共聚，来改善聚ε-己内酯的降解性，从而获得具有不同降解速率的高分子材料，以适应不同药物载体在人体内的吸收要求，使聚ε-己内酯良好的释药性与可生物降解性实现可调节控制(J.Polym.Sci.Part APolym.Chem.，2002，40，544-554；Contemp.Topics in Polym.Sci.，1977，2，251-289；功能高分子学报，2002，14(1)，67-71.)。对聚ε-己内酯和丙交酯与ε-己内酯单体按不同摩尔配比共聚得到的聚合物在胆汁、血浆、胰腺悬液等环境中的降解行为，进行比较研究，结果表明共聚物的降解速率显著高于聚ε-己内酯均聚物(第四军医大学学报，2001，22(7)，604-608.)。
共聚改性方法虽然能够达到调控脂肪族聚酯降解速率的目的，但该法在实际操作上并不方便。因为改性单体须在聚合物制备时引入，一旦聚合完成后，聚合物的降解速率就难以再根据实际需要加以改变。此外，共聚物在物理、化学性质上毕竟有别于均聚物，有时甚至还会给应用带来一些不良影响。比如聚乙二醇(PEG)虽然具有良好的生物相容性，但却不具备可生物降解性，因此，含聚乙二醇链段的脂肪族聚酯共聚物就不可能完全降解，其应用必然会受到一定限制。
发明内容
本发明的目的是针对现有共聚改性方法存在的缺陷，提供一种有别于共聚改性的、制备具有不同降解速率脂肪族聚酯或其制品的方法。
本发明提供的制备具有不同降解速率脂肪族聚酯或其制品的方法，其特征是在脂肪族聚酯的聚合过程中或/和脂肪族聚酯与其制品的加工过程中，加入重量百分比为0.1～6％的路易斯酸类催化剂。
其中脂肪族聚酯为聚ε-己内酯、聚L-丙交酯、聚对二氧环己酮、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸丁二醇酯中的任一种。
路易斯酸类催化剂选用BF3、AlCl3、SnCl4、ZnCl2、TiCl4、TiBr4中的任一种。
当选择在脂肪族聚酯的聚合过程中制备具有不同降解速率脂肪族聚酯，其路易斯酸类催化剂是随单体、引发剂一起加入，其聚合工艺条件与相应的常规聚合工艺条件相同。引发剂通常使用有机烷基或烷氧基金属化合物，如辛酸亚锡、三乙基铝、三异丙醇铝、三异丙醇镧、钛酸四丁酯等。
当选择在脂肪族聚酯与其制品的熔融加工过程中，制备具有不同降解速率脂肪族聚酯，须先将路易斯酸类催化剂与脂肪族聚酯预混3～8分钟，然后放入混炼机或单螺杆挤出机或双螺杆挤出机中按常规工艺条件进行熔融共混，造粒或直接经吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延工艺加工成相应的制品。
当选择在脂肪族聚酯的溶液加工过程中，制备具有不同降解速率脂肪族聚酯，则须将脂肪族聚酯按3～5％的重量百分比浓度，用相应的溶剂溶解后，将路易斯酸类催化剂加入其中，并在常温下搅拌混合5～24小时，然后除去溶剂即可。除去溶剂的方法既可采用加温或常温蒸发，也可以采用抽真空去除方法。
如果还需增大已在上述聚合过程中制备的脂肪族聚酯的降解速率，可分别通过在熔融加工或溶液加工的过程中，继续添加适宜量的路易斯酸类催化剂来达到。
本发明具有如下优点1、由于本发明是通过添加路易斯酸类催化剂来控制和调节脂肪族聚酯的降解速率，其表现出的降解促进作用属化学降解，对脂肪族聚酯本身的生物相容性和可生物降解性无任何影响。
2、由于本发明既可以在脂肪族聚酯的聚合过程中或脂肪族聚酯与其制品的加工过程中，通过添加路易斯酸类催化剂来制备具有不同降解速率脂肪族聚酯，还可以再通过脂肪族聚酯与其制品的后加工过程，继续对聚合完成、已具有一定降解速率的脂肪族聚酯，根据实际需要改变其降解速率，因而可克服现有共聚改性方法在实际操作不便的缺点。
3、本发明所用路易斯酸类催化剂添加量少，降解促进作用显著，可根据实际需要，添加不同量的催化剂，来调控脂肪族聚酯的降解速率，以满足不同的使用要求，尤其是可扩大聚ε-己内酯、聚L-丙交酯等降解速率较慢的脂肪族聚酯的应用范围。
4、本发明所用的路易斯酸类催化剂所表现出的降解促进作用，无论是通过配位聚合，还是通过缩和聚合等得到的脂肪族聚酯均具有共性，不受脂肪族聚酯聚合方法的限制。
具体实施例方式
下面给出实施例以对本发明作进一步说明，但需指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员根据本发明的上述内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
实施例1先在4个聚合管中分别加入10mLε-己内酯和与ε-己内酯的摩尔比为1∶1000的辛酸亚锡，再分别加入浓度为46.8％、密度为1.13g/mL的三氟化硼乙醚(BF3·OEt2)溶液0、5、25、50μL，然后放入油浴，在氮气或氩气保护下，于110℃聚合48h。聚合完成后，从聚合管中取出聚合物，将其置于空气中。
将获得的上述聚ε-己内酯，在放置不同时间后取样，以苯作溶剂，用乌氏粘度计于30℃测聚合物的特性粘度[η]来监测聚合物的分子量变化。所得的4个聚合物在空气中的降解情况如下表
实施例2称取初始特性粘度[η]为1.02的聚ε-己内酯各1.0g于4个带塞锥形瓶中，加苯20mL，待其完全溶解后，常温下，用微量注射器分别加入浓度为46.8％、密度为1.13g/mL的三氟化硼乙醚溶液0、10、20、50μL，磁力搅拌混合24h，将上述溶液转入4个培养皿，于保干器中抽真空除去溶剂，最后在40℃真空干燥至恒重即可。
将获得的上述聚ε-己内酯，用实施例1的测试条件测得特性粘度[η]分别为1.02、0.85、0.64、0.26。
实施例3称取用四氢呋喃作溶剂，聚苯乙烯作标准，利用凝胶渗透色谱测其重均分子量Mw为42144，数均分子量Mn为12715的聚ε-己内酯1.0g于一带塞锥形瓶中，加苯20mL，待其完全溶解后，常温下，用微量注射器加入浓度为46.8％、密度为1.13g/mL的三氟化硼乙醚溶液100μL，磁力搅拌24h，将该溶液转入一培养皿，于保干器中抽真空除去溶剂，最后在40℃真空干燥至恒重即可。
将获得的上述聚ε-己内酯，用凝胶渗透色谱测其重均分子量Mw下降为8252，数均分子量Mn下降为2520。
实施例4先将初始特性粘度[η]为1.02的粒状聚ε-己内酯97份、AlCl33份在高速混合机中预混合5min，然后将预混合后的混合物放入双螺杆挤出机中，在温度80～120℃，螺杆转速为50rpm下熔融共混，挤出后造粒或直接进行吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延获得相应的制品。所得聚ε-己内酯用实施例1的测试条件测得特性粘度[η]下降为0.54。
实施例5先将初始特性粘度[η]为1.02的粒状聚ε-己内酯97份、ZnCl23份在高速混合机中预混合3min，然后将预混合后的混合物放入双螺杆挤出机中，在温度80～120℃，螺杆转速为50rpm下熔融共混，挤出后造粒或直接进行吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延获得相应的制品。所得聚ε-己内酯用实施例1的测试条件测得特性粘度[η]下降为0.60。
实施例6先将初始特性粘度[η]为1.02的粒状聚ε-己内酯97份、SnCl43份在高速混合机中预混合6min，然后将预混合后的混合物放入双螺杆挤出机中，在温度80～120℃，螺杆转速为50rpm下熔融共混，挤出后造粒或直接进行吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延获得相应的制品。所得聚ε-己内酯用实施例1的测试条件测得特性粘度[η]下降为0.56。
实施例7先将初始特性粘度[η]为1.02的粒状聚ε-己内酯97份、TiCl43份在高速混合机中预混合8min，然后将预混合后的混合物放入双螺杆挤出机中，在温度80～120℃，螺杆转速为50rpm下熔融共混，挤出后造粒或直接进行吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延获得相应的制品。所得聚ε-己内酯用实施例1的测试条件测得特性粘度[η]下降为0.64。
实施例8先将初始特性粘度[η]为1.02的粒状聚ε-己内酯97份、TiBr43份在高速混合机中预混合5min，然后将预混合后的混合物放入双螺杆挤出机中，在温度80～120℃，螺杆转速为50rpm下熔融共混，挤出后造粒或直接进行吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延获得相应的制品。所得聚ε-己内酯用实施例1的测试条件测得特性粘度[η]下降为0.59。
实施例9先将初始特性粘度[η]为2.10的粒状聚L-丙交酯97份、AlCl33份在高速混合机中预混合5min，然后将预混合后的混合物加到双螺杆挤出机中，在温度170～220℃，螺杆转速为50rpm下熔融共混，挤出后造粒或直接进行吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延获得相应的制品。所得聚L-丙交酯以氯仿作溶剂，用乌氏粘度计于25℃测得特性粘度[η]下降为1.13。
实施例10先将初始特性粘度[η]为2.10的粒状聚L-丙交酯98份、AlCl32份在高速混合机中预混合3min，然后将预混合后的混合物加到双螺杆挤出机中，在温度170～220℃，螺杆转速为50rpm下熔融共混，挤出后造粒或直接进行吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延获得相应的制品。所得聚L-丙交酯用实施例9的测试条件测得特性粘度[η]下降为1.41。
实施例11称取初始特性粘度[η]为0.64的聚丁二酸丁二醇酯各1.0g于4个带塞锥形瓶中，加氯仿20mL，待其完全溶解后，常温下，用微量注射器分别加入浓度为46.8％、密度为1.13g/mL的三氟化硼乙醚溶液0、10、20、50μL，磁力搅拌10h，将上述溶液转入4个培养皿，于保干器中抽真空除去溶剂，最后在40℃真空干燥至恒重即可。
将获得的上述聚丁二酸丁二醇酯，以氯仿作溶剂，用乌氏粘度计于20℃测特性粘度[η]分别为0.64、0.56、0.41、0.28。
实施例12先将初始特性粘度[η]为0.92的粒状聚丁二酸丁二醇酯98份、ZnCl22份在高速混合机中预混合6min，然后将预混合后的混合物加到双螺杆挤出机中，在温度180～240℃，螺杆转速为50rpm下熔融共混，挤出后造粒或直接进行吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延获得相应的制品。所得聚丁二酸丁二醇酯用实施例11的测试条件测得特性粘度[η]下降为0.61。
实施例13先将初始特性粘度[η]为0.92的粒状聚丁二酸丁二醇酯98份、AlCl32份在高速混合机中预混合4min，然后将预混合后的混合物加到双螺杆挤出机中，在温度180～240℃，螺杆转速为50rpm下熔融共混，挤出后造粒或直接进行吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延获得相应的制品。所得聚丁二酸丁二醇酯用实施例11的测试条件测得特性粘度[η]下降为0.50。
实施例14先将初始特性粘度[η]为0.84的粒状聚己二酸丁二醇酯98份、AlCl32份在高速混合机中预混合5min，然后将预混合后的混合物加到双螺杆挤出机中，在温度180～240℃，螺杆转速为50rpm下熔融共混，挤出后造粒或直接进行吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延获得相应的制品。所得聚己二酸丁二醇酯用实施例11的测试条件测得特性粘度[η]下降为0.46。
实施例15先将初始特性粘度[η]为0.84的粒状聚己二酸丁二醇酯98份、ZnCl22份在高速混合机中预混合8min，然后将预混合后的混合物加到双螺杆挤出机中，在温度180～240℃，螺杆转速为50rpm下熔融共混，挤出后造粒或直接进行吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延获得相应的制品。所得聚己二酸丁二醇酯用实施例11的测试条件测得特性粘度[η]下降为0.51。
实施例16称取初始特性粘度[η]为0.31的聚对二氧环己酮各1.0g于4个带塞锥形瓶中，加1，1，2，2-四氯乙烷20mL，加热使其完全溶解，再冷却至室温，用微量注射器分别加入浓度为46.8％、密度为1.13g/mL的三氟化硼乙醚溶液0、10、20、50μL，磁力搅拌16h，将上述溶液转入4个培养皿，于保干器中抽真空除去溶剂，最后在40℃真空干燥至恒重。
将获得的上述聚对二氧环己酮，以1，1，2，2-四氯乙烷作溶剂，用乌氏粘度计于25℃测得特性粘度[η]分别为0.31、0.070、0.060、0.046。
实施例17先将初始特性粘度[η]为1.68的粒状聚对二氧环己酮98份、ZnCl22份在高速混合机中预混合5min，然后将预混合后的混合物加到双螺杆挤出机中，在温度80～120℃，螺杆转速为50rpm下熔融共混，挤出后造粒或直接进行吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延获得相应的制品。所得聚对二氧环己酮以1，1，2，2-四氯乙烷和苯酚(3/2，W/W)作溶剂，用乌氏粘度计于25℃测得特性粘度[η]下降为0.98。
实施例18先将初始特性粘度[η]为1.68的粒状聚对二氧环己酮98份、AlCl32份在高速混合机中预混合7min，然后将预混合后的混合物加到双螺杆挤出机中，在温度80～120℃，螺杆转速为50rpm下熔融共混，挤出后造粒或直接进行吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延获得相应的制品。所得聚对二氧环己酮用实施例17的测试条件测得特性粘度[η]下降为0.85。
权利要求
1.一种制备具有不同降解速率脂肪族聚酯或其制品的方法，其特征是在脂肪族聚酯的聚合过程中或/和脂肪族聚酯与其制品的加工过程中，加入重量百分比为0.1～6％的路易斯酸类催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备具有不同降解速率脂肪族聚酯的方法，其特征是脂肪族聚酯为聚ε-己内酯、聚L-丙交酯、聚对二氧环己酮、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸丁二醇酯中的任一种。
3.根据权利要求1或2所述的制备具有不同降解速率脂肪族聚酯或其制品的方法，其特征是路易斯酸类催化剂选用BF3、AlCl3、SnCl4、ZnCl2、TiCl4、TiBr4中的任一种。
4.根据权利要求1或2所述的制备具有不同降解速率脂肪族聚酯或其制品的方法，其特征是在脂肪族聚酯的聚合过程中，路易斯酸类催化剂随聚合单体、引发剂一起加入。
5.根据权利要求3所述的制备具有不同降解速率脂肪族聚酯或其制品的方法，其特征是在脂肪族聚酯的聚合过程中，路易斯酸类催化剂随聚合单体、引发剂一起加入。
6.根据权利要求1或2所述的制备具有不同降解速率脂肪族聚酯或其制品的方法，其特征是在脂肪族聚酯与其制品的熔融加工过程中，先将路易斯酸类催化剂与脂肪族聚酯预混3～8分钟，然后放入混炼机或单螺杆挤出机或双螺杆挤出机中按常规工艺条件进行熔融共混，造粒或直接经吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延工艺加工成相应的制品。
7.根据权利要求3所述的制备具有不同降解速率脂肪族聚酯或其制品的方法，其特征是在脂肪族聚酯与其制品的熔融加工过程中，先将路易斯酸类催化剂与脂肪族聚酯预混3～8分钟，然后放入混炼机或单螺杆挤出机混双螺杆挤出机中按常规工艺条件进行熔融共混，造粒或直接经吹塑、吸塑、注塑、纺丝、压延工艺加工成相应的制品。
8.根据权利要求1或2所述的制备具有不同降解速率脂肪族聚酯或其制品的方法，其特征是将脂肪族聚酯按3～5％的重量百分比浓度，用相应的溶剂溶解后，将路易斯酸类催化剂加入其中，并在常温下搅拌混合5～24小时，然后除去溶剂即可。
9.根据权利要求3所述的制备具有不同降解速率脂肪族聚酯或其制品的方法，其特征是将脂肪族聚酯按3～5％的重量百分比浓度，用相应的溶剂溶解后，将路易斯酸类催化剂加入其中，并在常温下搅拌混合5～24小时，然后除去溶剂即可。
全文摘要
本发明涉及一种制备具有不同降解速率脂肪族聚酯或其制品的方法，其特征是在脂肪族聚酯的聚合过程中或/和脂肪族聚酯与其制品的加工过程中，加入重量百分比为0.1～6％的路易斯酸类催化剂。本发明方法简便易行，所用路易斯酸类催化剂添加量少，降解促进作用显著，对脂肪族聚酯本身的生物相容性和可生物降解性无任何影响，可根据实际需要，通过添加不同量的催化剂，来调控脂肪族聚酯的降解速率，以满足不同的使用要求，尤其是可扩大聚ε－己内酯、聚L－丙交酯等降解速率较慢的脂肪族聚酯的应用范围。
文档编号C08G63/00GK1560108SQ20041002199
公开日2005年1月5日 申请日期2004年3月11日 优先权日2004年3月11日
发明者王玉忠, 丁颂东, 杨科珂, 汪秀丽, 周茜 申请人:四川大学