（应用化学专业论文）生物可降解材料聚乳酸的改性研究.pdf

创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经发表或撰写过的科研成果。对本论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名 施生强 日期： 动口绎s 。1 s 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解中国日化院有关保留、使用学位论文的规定，同意日化院保留或 向国家有关部门或机构送交论文复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅：本人授 权中国日化院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本论文所取得的研究 成果属中国日化院，其他任何个人或集体未经中国日化院授权不得使用。 婴堡龟? 迎 本论文创新点 以共混的方法用生物相容性好、降解速度快能促进成骨细胞生长的生物材 料胶原蛋白来改性聚乳酸，得到复合材料表现为韧性断裂及降解速度快等 特性，在国内外报道很少。 在第一代防止术后粘连的生物材料聚乳酸膜的基础上，使用生物材料聚三 亚甲基碳酸酯来改性聚乳酸，对其基本性能和生物性能进行了研究，在国 内尚无报道。 在合成甘甘缬三肽的实验中，研究出了一条造合工业化生产的新路子， 即用酰氯化法合成三肽，这在国内尚无报道。 中国日用化学工业研究院研究生论文杨小强 生物可降解材料聚乳酸的改性研究 摘要 聚乳酸是一种重要的生物降解高分子材料，它具有优良的生物相容性、生物 可降解性及一定的力学强度，近年来引起人们广泛的关注。可用于生物医学、组 织工程、：药物释放体系及农业、纤维、包装材料等领域。随着聚乳酸应用领域的 不断丌拓，单独的聚乳酸均聚物已不能满足其要求，本文系统地对生物可降解材 料聚乳酸进行了改性研究，采用共混的方法，用生物材料胶原及聚三亚甲基碳酸 酯对聚乳酸进行了改性，并对共混后材料进行了各种物理性能测试。 通过机械共混的方法使聚乳酸和胶原按不同的比例共混，然后经过模压机在 1 3 0 。c 左右压制成标准板材。通过对样品的差示扫描量热分析( d s c ) ，结果表明胶 原的加入使聚乳酸的玻璃化温度t 。及结晶度( x 。) 都有所下降：共混后的材料要 比单一的聚乳酸板材力学强度低，随着胶原含量的增加，材料的拉伸强度和弯曲 强度分别由5 3 8 2 6 m p a 和1 0 2 2 6 1 m p a 降低到1 1 7 0 7 m p a 和2 4 9 9 4 m p a ：扫描电 镜( s e m ) 显示胶原和聚乳酸部分相容，胶原的分布并不是很均匀：对材料在蛋白 酶k 的作用下水解实验分析，胶原的存在增加了聚乳酸的降解，5 周后部分样条 失重为原来的5 0 ，部分样条在经过9 周后基本完全降解：材料在降解过程中粘 度和分子量下降平缓。 聚乳酸是一种很好的生物材料，具有很好的生物相容性及可降解性。在第一 代聚乳酸膜的基础上我们研制了聚乳酸共混聚三亚甲基碳酸酯( p t m c ) 生物软膜， 并对该生物材料进行了一系列的生物性能表征，包括细胞毒性实验、急性毒性实 验、皮肤刺激实验、致敏实验、溶血实验、微核实验及皮下植入实验。结果表明， 共混膜无毒，无刺激，无致敏作用，不引起溶血，试验材料组微核率为1 3 + 1 0 ， 小于3 ，骨髓微核实验呈阴性。皮下植入后各个时期伤口无红肿、化脓、坏死 等现象。在应用于家兔术后肠粘连和甲状腺术后粘连的临床研究中，生物软膜表 现出很好的临床效果。结论：聚乳酸共混聚三亚甲基碳酸酯软膜具有很好的生物 相容性。 以溶剂挥发法制得不同比例的共混膜及非共混膜，通过拉伸强度测试、热分 中国日用化学工业研究院研究生论文杨小强 析和红外检测，我们对共混膜的机械性能及相容性进行了研究，同进也考察了共 混膜在k o l t h o f f 缓冲液中了降解行为。实验结果表明，空白聚乳酸膜的拉伸强度、 杨氏模量比共混膜要高，随着聚三亚甲基碳酸酯含量的增加，共混膜的拉伸断裂 伸长率增加。热分析、红外检测结果表明，共混膜显示出两个玻璃转变温度以及 很弱的氢键，说明两者相容性不是很好。随着聚三甲基碳酸酯含量的增加，共混 膜的降解速率降低，说明聚三亚甲基碳酸酯的加入使聚乳酸提高了水解的抵制作 用。 另外，还进行了甘氨酰甘氨酰一缬氨酸三肽的合成研究，多肽的合成方法多 传统的方法有混合酸酐法、活泼酯法和偶联试剂法，本文采用酰氯法，以l - 缬 氨酸为原料，经过酰化、氨解形成二肽，二肽再经过酰化、氨解最终形成三肽。 该方法实验步骤简单，原料易得，收率很高，很适合于工业化生产，目前国内尚 无文献报道。 2 中国日用化学工业研究院研究生论文杨小强 t h ep r o p e r t ym o d i f i c a t o ns t u d yo n t h eb i o d e g r a d a b l em a t e r i a lp o l y l a c t i ca c i d a b s t r a c t p o l y l a c t i ca c i d ( p l a ) i sai m p o s s i b l eb i o d e g r a d a b l e ，b i o c o m p a t i b l e p o l y m e r i th a sg o o dm e c h a n i c a ls t r e n g t ha n dg o o dp r o c e s s a b i l i t y i n r e c e n ty e a r s ，m a n yp e o p l ep a ya t t e n t i o nt oi t ss t u d y i tc a nb eu s e da s s u t u r e sa n dd e n t a l ，o r t h o p e d i ca n dd r u gd e l i v e r yd e v i c e s ，p a c k i n g m a t e r i a l ，e t c w i t h t h ed e v e l o p m e n to fp l aa p p l i a n c e ，t h ep l a m o n o p o l y m e r i s n ts a t i s f i e dt ot h er e q u i r e m e n t t h i sp a p e rd e a l sw i t h t h ep r o p e r t ym o d i f i c a t i o ns t u d yo fp l ai nb l e n dw a y s t h ep l ab l e n d s w i t h c o l l a g e n a n d p o l y t r i m e t h y l e n ec a r b o n a t e ( p t m c ) ， a n d i n v e s t i g a t e si t sp r o p e r t yo fb l e n dm a t e r i a l s p o l y l a c t i ca c i d ( p l a ) i sab i o d e g r a d a b l ea l i p h a t i cp o l y e s t e rw h i c hi s s u i t a b l ef o ra p p l y i n gi nm a n yf i e l d sr e l a t e dt om e d i c a lt r e a t m e n t t h i s p a p e ri n v e s t i g a t e s t h e g l a s s t r a n s i t i o n t e m p e r a t u r e ( t g ) a n d b i o d e g r a d a b i er a t eo fp l ab l e n d e dw i t hc o l l a g e n ( c o o a n de v a l u a t e s t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s t h r o u g ht e n s i l e ，b e n d i n ga n di m p a c tt e s t i n g ， t h e r m a l a n a i y s i s ( d s c ) ，s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y ( s e m ) a n d e n z y m a t i ch y d r o l y s i s t h e r e s u l t so ft h em e c h a n i c a la n ds e m e x a m i n a t i o nd e m o n s t r a t e p a r t i a lb i o c o m p a t i b i l i t y t h e t g a n d c r y s t a l l i n i t y ( x c ) o ft h eb l e n d sd e c r e a s ew i t hc o l l a g e ni n c r e a s i n g t h e t e n s i l es t r e n g t ha n dt h eb e n d i n gs t r e n g t hc h a n g ef r o m5 3 8 2 6 m p a ， 1 0 2 2 6 1 m p at o1 1 7 0 7 m p a ，2 4 9 9 4 m p a ，r e s p e c t i v e l y i ti sa l s of o u n d t h a tt h ee n z y m a t i ch y d r o l y s i sr a t eo fp l ai n c r e a s e sw i t h c o l l a g e n i n c r e a s i n g ，w e i g h to ft h eb l e n d sd e c r e a s e st ot h eh a l fo ft h eo r i g i n a l w e i g h ta f t e rm o r et h a nf i v ew e e k s b u tv i s c o s i t y ( 【r l 】) a n dm o l e c u l e w e i g h t ( m y ) c h a n g es l o w l yi nt h ep e r i o do fe n z y m a t i ch y d r o l y s i s i ti s 3 ! 笪旦旦些兰三些堡塞堕塑茎生笙苎：塑! ：塑 c o n c l u d e dt h a tt h ei n t r o d u c t i o no fc o l l a g e np h a s ec l e a r l yd i m i n i s h s t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fp l a ，b u tt h eb i o d e g r a d a b l ep r o p e r t yi s i m p r o v e d p o l y l a c t i d e i sa b i o d e g r a d a b l ea n db i o c o m p a t i b l eb i o m a t e r i a l w e p r o d u c ep d l a p t m cb l e n d sm e m b r a n e i nb a s eo fp d l am e m b r a n e a l s ow es t u d yt h eb i o l o g i c a l p r o p e r t i e s o ft h i sm e m b r a n eb yc e l l t o x i c i t ye x p e r i m e n t 、a c u t et o x i c i t y e x p e r i m e n t 、s k i n i r r i t a n t e x p e r i m e n t 、s e n s i t i z a t i o nt e s t 、p y r o g e nt e s t i n g 、h e m o l y t i c t e s t m i c r o n u c l e u st e s ta n ds u b c u t a n e o u sp l a n tt e s t i n g a sar e s u l t ，t h e b l e n dm e m b r a n eh a sn ot o x i c i t y 、n os k i ni r r i t a n t 、n os e n s i t i z a t i o n e f f e c ta n dc a n n tl e a dt oh e m o c l a s i s t h es a m p l ei su pt ot h em u s t a r d o f p y r o g e nt e s t i n g ，t h e m i c r o n u c l e u sr a t i oo ft h em e m b r a n ei s 1 3 4 - 1 0 1 e s st h a n3 t h em e d u l l a r ym i c r o n u c l e u st e s t i n g i s n e g a t i v e t h e s o r e sh a sn o p h e n o m e n o n s u c ha ss u p p u r a t i v e 、n e c r o s i s a f t e rs u b c u t a n e o u sp l a n ti na l lp e r i o d s i na p p l i a n c eo fp r e v e n t i n g a d h e s i o na f t e rr a b b i ti n t e s t i n ea n dt h y r o i d e c t o m yo p e r a t i o n ，t h e m e m b r a n ep e r f o r m s g o o d c l i n i ce f f e c t c o n c l u s i o n ：p d 乙吖盯h c b l e n d sm e m b r a n eh a sg o o db i o c o m p a t i b i l i t y f i l m so fd l 仟e r e n t p r o p o r t i o n b l e n da n df i i m sn o n - b l e n d e da r e p r e p a r e d f r o m p o l y ( d ，l l a c t i ca c i d ) ( p d l l a ) a n dp o l y t r i m e t h y l e n e c a r b o n a t e ( p t m c ) w i t h as o l u t i o nc a s t i n gm e t h o d ，a n dt h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e sa n dm i s c i b i l i t y b e h a v i o ro ft h ef i i m sa r ei n v e s t i g a t e db y t e n s i l e t e s t s ，d i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y ( d s c ) a n d f ti r s p e c t r u m 。w ea l s os t u d yt h ed e g r a d a t i o nb e h a v i o ro ft h ef j i m s l 八 k o l t h o f fb u f i e rs o l u t i o n t h et e n s i l es t r e n g t h ，y o u n g ，sm o d u l u so f n o n b l e n d e df i i m sa r ef o u n dt ob eh i g h e rt h a nt h o s eo fb l e n df i l m s ， w h i l er o s ei nt h ee l o n g a t i o na tb r e a kw i t ht h e 盯m cc o n t e n ti n c r e a s i n g t h eb l e n d ss h o wt w od i s t i n c t t g s ，a n d w e a k h y d r o g e nb o n d i n g i n t e r a c t i o ne x i s t sb e t w e e np d l l aa n d 盯m cm o l e c u l ea se v i d e n c e di n t h ef ti rs p e c t r u m f r o mt h er e s u l t s ，l o wl e v e lo fc o m p a t i b i l i t yi s 4 中国日用化学工业研究院研究生论文杨小强 f o u n d t h er a t eo fw e i g h tl o s sd e c r e a s e ss l o w l yw i t hp t m c c o n t e n t i n c r e a s i n g ，t h i si sa s c r i b e dt ot h eh i g h e rh y d r o l y s i s 。r e s i s t a n c eo f t h e b l e n d 俐m st h a nn o n b l e n d e df i l m t h ev i s c o s i t yd e g r e e ( t 1 】) d o e s a l s o 。 i na d d i t o n ，w es t u d yt h es y n t h e s i so fg l y 。g l y 。v a lt r i p e p t i d e t h e r e a r em a n yw a y st op r e p a r ep o l y p e p t i d e ，s u c h a sm i x e da n h y d r i d e ， a c t i v ee s t e ra n dc o u p l ea g e n t i nt h i sa r t i c l ew ep r e p a r et r i p e p t i d e u s i n gt h ew a y o fa c y lc h l o r i d e w eg e td i p e p t i d eb ym e a n so fv a l i n e a c y l a t i o n a n da m i n o l y s i s ，t h e nw ec a ng e tt r i p e p t i d eb ym e a n so f d i p e p t i d e w ei n v e s t i g a t et h es a m p l eb yf t _ i r t h i se x p e r i m e n t h a s s o m ea d v a n t a g es u c ha se a s yo p e r a t i o n ，h i g hy i e l da n de a s yt o i n d u s t r i a i i z a t i o n 5 中国日用化学工业研究院研究生论文杨小强 前言 随着科学技术的发展，生命科学的研究越来越受到人们的重视。而与人类健 康休戚相关的生物医学，在生命科学中占有相当重要的地位。生物医学材料是生 物医学科学中的最新分支学科，它是生物、医学、化学和材料学交叉形成的边缘 学科。国际标准化组织( i s o ) 法国会议专门定义的“生物材料”就是生物医学 材料，它是指“以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命的材料”。 由于临床医学的需求，生物材料的应用前景非常广阔。1 9 8 0 年以来，仅欧美国 家，每年就有四五百万例以上的生物材料植入手术。现在，全世界每年约有1 6 1 0 8 例牙科手术，其中就有很大一部分涉及到生物材料的使用。在我国这样一 个人口众多的发展中国家，生物材料的潜在市场更是不言而喻。作为- - t 7 先进技 术，生物材料已经成为材料科学的一个热门领域。生物材料的研究，不仅有助于 患者部分或全面恢复受损组织的功能，减少病人的痛苦，而且为人类了解生命与 非生命体之间相互作用的机制，提供了一条重要的途径。生物材料包括金属材料、 无机材料和有机材料三大类，其中生物可降解有机材料由于其生物相容性和可降 解性最引人关注。可降解生物材料包括天然生物可降解材料和合成可降解生物材 料，天然生物可降解材料有胶原( c o l l a g e n ) 、明胶( g e l a t i n ) 、多糖( p o l y s a c c h a r i d e s ) 等；合成可降解生物材料有脂肪族聚n 旨( a l i p h a t i cp o l y e s t e r s ) 、聚原酸脂 p o l y ( o r t h o e s t e r s ) 】、聚碳酸脂( p o l y c a r b o n a t e s ) 、聚酸酐( p o l y a n h y d d d e s ) 、聚磷酸脂 ( p o l y p h o s p h a t e s ) 等。生物可降解材料在农业、日用、生物医学工程、药物控制释 放体系、组织工程等领域具有广泛的用途。 在生物可降解聚合物中，聚乳酸( p o l y l a c t i ea c i dp l a ) 是一种重要的生物降解 高分子材料，它具有优良的生物相容性、生物可降解性及一定的力学强度，近年 来引起人们广泛的关注。可用于生物医学、组织工程、药物释放体系及农业、纤 维、包装材料等领域。随着聚乳酸应用领域的不断开拓，单独的聚乳酸均聚物已 不能满足其要求，因此，越来越多的人们通过多种不同的物理化学途径对聚乳酸 进行改性研究。本论文的主要工作是通过共混的方法来研究胶原复合聚乳酸材 料、聚三亚甲基碳酸脂复合聚乳酸材料的基本性能、生物性能及动物试验研究。 同时，在完成论文工作之余，也做了些有关生物有机物三肽的合成研究。 6 中国日用化学工业研究院研究生论文杨小强 第一部分文献综述 第一章聚乳酸的介绍与聚乳酸的改性研究 l _ l 聚乳酸的介绍 聚乳酸属于脂肪族聚脂，是具有很好的力学强度、高模量及可成型性的热塑 性塑料。常用的聚乳酸产品有聚外消旋乳酸( p o l y - d ，l l a c t i d e ，p d l l a ) 和聚左 旋乳酸( p o l y l l a c f i d e ，p l l a ) 两种，它们分别由乳酸或丙交酯的外消旋体、左 旋体制得，p l a 的分子量越大，力学性能也越大。就p d l l a 和p l l a 而言，性 能差别很大，p d l l a 是无定形高分子，p l l a 是结晶性高分子，而且由于结晶， 使得用增强工艺制得的p l l a 的最大初始弯曲强度几乎是p d l l a 的两倍。另外 在降解方面p l l a 比p d l l a 慢，在生物相容性方面，两者都具有很好的生物相 容性。近年来引起人们广泛的研究【”】。 l 。1 1 聚乳酸基本性能介绍 英文缩写p l a 化学名称p o l y ( 2 一h y d r o x y p r o p i o n i ca c i d ) - - f - o 【 化学结构 主要用途l - p l a 主要用于手术缝合线、牙科材料、整形外科及药物缓释等领域： d ，l p l a 通常用于药物释放等。不管是l 型还是d 型在组织工程都引起人们广 泛的兴趣。 主要性能聚乳酸具有很好的生物相容性，生物可降解性、生物可吸收性及可加 工性，并且有降解速率可调性，通过调节聚乳酸的分子量及共聚物可得到物理、 机械性能不同的材料。 生产方法实际中有用的高分子量的聚乳酸可通过丙聚酯阳离子开环在高温及低 压下聚合所得，所用催化剂一般为锌、锑、铅及锡类化合物。醇用作分子量及反 应速度调节剂。 7 k o i i c 一 心 hlpic 枣鏊霸瘸钱攀王遂麓戴靛疆炎塞谂文耩夺溢 蘩乳酸麴基本糕介绍如下： 袭王蒙乳酸酌基本性能： d e g r e e o f鬟0 一p 淞 s e m i c r y s t l l j r e6 c r y s t a l l f l e el - p l a0 。3 77 d - l - p l aa m o r p h o u s7 d e n s i t y 岿磐c m 3p ( l - 霉o - d l ) l a 8 a m o r p h o u s 1 。2 4 8 ；s i n g l ec r y s t a l1 。2 9 0 h e a to ff u s i o nk jl - p l ac o m p l e r ec r y s t a l l n e 1 4 69 d h fm o l 。1l - p l af i b e r 1 0 a se x t r u d e d 2 。5 a f t e rh o t d r a w l n g 抟。4 h e a t c a p a c jt y l - p l ao f 1 1 3 k 。1 9 m v = s ，3 0 00 。6 0 ( 热窖) m ；( o 。麓6 9 i ) l o s 0 。5 4 g l a s skl - p l ao fv a r i o u sm o l e c u l a r 3 2 6 3 3 76 1 2 t r a n s i t i o n w e i g h t s t e m p e r a t u r et g l - p l aw it hd ic h lo r o m e t h a n e 。 d ，l 一擎潍o fv a r i o u s3 2 3 - 3 3 0t 3 t o o le c u la rw e i g h t s d 。l p l aw t h 。 m e l t i n gp o i n t k h e q u i l i b r i 毯 l l r e e l t i n g p o in t 乎鬻熔煮) s e c o n d a r y r e l a x a t i o n t e m p e r a t u r e ( 凌 缀弛豫溅鹰 o e c o m p o s i t io n t e m p e r a t u r e 翻 k 辩 d ic h lo r o m e t h a n e d p l a n j e c t i o n m o i d e d ，m w - 2 1 ，0 0 0 l - p l ao fv a r i o u st o o ! e c u l a r w e i g h t s l - p l ao f 耩v = 5 5 0 ，0 0 0 l p l a 4 4 4 。41 4 4 1 8 - 45 9 6 一l z 4 8 8 4 8 0 器一r e l a x a t i o na t i h z ( 9 铸2 2 8 l - is o m e r ) i s 1 6 k l - p l ao 手日；o 。s 一3 ) zi o s5 0 8 - 5 2 86 d ，l - p l ao f 淞( 0 2 1 - 5 s ) 琴2 8 l o s 寒 串鞫网髑纯学王鼗研究辘掰襄裴谵文糖小谶 p r o p e r t y u n itc o n d it io n sv a lu er e f e r e n c e t e n s i l em p al - p l af i i mo rd i s k 。m w 一( 0 5 - 3 ) s t r e n g h x1 0 s l p l am e ! t s p u nf i b e r l - p l a s o l u t i o n - s p u n f i b e r f r o m t 0 1 u e n e t r ic h lo r o m e t h a n e c h l o r o f o r m t o l u e n em ix t ur e d ，l - p l a f i l mo rd is k ， m 庐( 1 0 7 - 5 。s ) x 1 0 5 t e n s i1 em p a l p 淤f i mo rd i s k ，# t 一0 。5 - 3 ) m o d u i u 5x l o s l p 醵m e l t s p u n f ih e r l p l as o lu t i o n s p u n f ib e r f r o m t o l u e n e t r ic h lo r o m e t h a n e h l o r o f o r m t 0 1u e n em ix t u r e d ，l - p l a f i i mo r d i s k ， 糍萨 。0 7 - 5 ，蓦1 0 s 黼e x u r a lm p al - p l af i i mo rd i s k ，淞。5 - 3 ) s t o r a g e1 0 s m o d u l u s d l - p l a f i l mo r d i s k ， s h e a r s t r e n g t h s h e a r m o d u l u s s e n d i n g s t r e n g t h b e n d i n g m o d u lu 5 e l o n g a t i o n a ty i e l d 2 8 s o u pt o8 7 0 u pt o1 0 0 0 u pt o1 2 0 0 u pt o2 3 0 0 2 9 脚3 s 羔，2 0 0 - 3 ，0 0 0 u pt o9 2 0 0 u pt o1 0 ；0 0 0 1 2 ，0 0 0 - 1 5 ，0 0 0 u pt o1 6 ，0 0 0 1 ，9 0 0 - 2 。4 0 0 1 。4 0 0 - 3 ，2 5 0 1 ，9 5 0 - 2 ，3 5 0 粉( 1 。0 7 - s 站x 1 0 s m p a l 一爹k 裁p i 瓣 霎莲。5 6 1 8 黧 1 0 6 霸 1 8 羹 1 0 西 鑫 2 0 m p a l p 啉m e l t - s p u nm o n o f i l a m e n t1 2 1 0 - 1 。4 3 01 9 m p a l p l 底p i 瓣 m p a l p 队p i r l e l o n g a t i o n a 芝b r e a k l p 。矗f ii mo rd is k ，期* m ( 0 。s 一3 ) l o s d 。l p l af 1 mo rd i s k 。 忙( 1 0 7 - 5 s ) 1 0 s l p l af i i m0 rd i s k 。硪滞0 。5 - 3 ) 菊s l - p l af ib e ts p u nf r o mt o l u e n e l p l am e l t - s p u nf j h e r ，m y = 1 8 1 0 1 3 22 0 套，8 0 02 0 3 。雾删薹+ 8 4 。0 3 。s 6 o 懈2 。 1 2 一麓巷 2 s 翁 薅 巷 薹 1 7 d ，l - p l a f i l m o rd i s k ，蠡。0 5 ，06 鼯( 薹。0 7 - 5 ，耋) x 1 0 5 _ _ m _ _ - _ _ _ _ _ - _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ 一i i _ _ _ l l l 9 鬻霞两铯攀王鳖骚襄麓疆巍熊浚爻橇小瀑 l 。量。2 聚乳酸憋簿解 对于聚合物降解机制的研究，从耪理角度着，按靛生在豢面或聚合物内部， 葡分为本体或褒面降解；从佬举角度看，主要肴兰种方式降解：1 ) 圭链降解生 成羝聚体翱单体：( 2 ) 侧缝衣解生成霹潦性主镳高分予；( 3 ) 交联点裂解生成霹 溶性线性高分子。聚乳酸是按第一种方式降解， 对于簿解动力学，巍p l l a 檀a 人体魂默蘑，降解菠瘦也会疑对进行，毽楚 在材料的表面和材料内部其降解速率是不同的，这是由于降解产生的小分子酸在 材料表瑟与内熬扩散难荔不同造成的。形成小分子酸在穗都积存，造成蜜催健稼 用，而降解介震中的离子通过中和端蒸羰酸根离子从丽降低材料表面活性，结果 搜材料内部的降解速率袂于表褥的降解速率箨鞠。 对于乳酸爨台物的降解速度，太 | f 0 也进行了深入硒究。发现黎台物结构对篡影 响很大，包括化学结构、物理结构、表面结构等，由于聚酯类商分子畲有易水解 纯学键，有较糗麓降簿遴度。毽当其固态结构不阁对；不周聚集态的降解逮瘦蒋 如下顺序：橡胶态 玻璃态 结晶态。其它影响降解速度的因素有分子量、共聚 物组藏、凡衡形状、熬工条磐、温度、嚣及酶、砖至煎、微生糖、惫磁、趁声渡 及r 射线等外部环境【2 1 , 2 2 】。 薹2 聚乳酸酶合成 l 。2 量聚乳酸单体及生产流糕简介 聚巍酸酶合或透鬻霄两种方法，一释是塞巍酸直搂缩聚铡褥。勇一静是离乳 酸的环状二聚体丙变醮经开环聚合制褥。根据光学活性的不同可分为以下几种： 0 h o 鼬d0 l a c t i ca c i d ( l e v o r o t a t o r y 艮乳酸) 0 h 0 ( 8 ) lp ) l a c t i ca c i d d e x t r o r o t a t o r yd - 乳酸 中国日用化学工业研究院研究生论文杨小强 磴。如警0 比蠛如 1 2 2 聚乳酸生产方法 1 2 2 1 直接缩聚法： 直接缩聚法可用下式表示 h nh o c c o h i c h 3 斗n 岬：。 在脱水剂的存在下，乳酸分子中的羟基和羧基受热脱水，直接缩聚成低聚物， o i 中国日用化学工业研究腕研究生论文杨小强 然后继续升温，低相对分子量的p l a 扩链成更高相对分子量的p l a 。它主要有 溶液缩聚法和熔融缩聚( 本体聚合) 法。其主要问题是游离乳酸、水、低聚物和 丙交酯间的平衡状态，反应副产物在粘性熔融物中难以去除，难以使反应向正方 向进行，所得聚合物相对分子量一般较低，且聚合温度高于1 8 0 ，通常导致产 物带色2 孙。三井化学公司采用连续共沸除水溶液缩聚法制得了相对分子质量达 3 0 万的p l a “1 ，它主要有3 个特点：控制聚合动力学、有效脱水和抑制解聚。 该法的聚合在高沸点有机溶剂中进行，从含有有机溶剂的恒组分混合物形态的反 应体系中蒸馏出水”】。在温和条件下从反应混合物中脱水是获得高相对分子量 聚合物的关键。返回体系中的溶剂必须脱水，含水量小于5 0 1 0 一。在1 3 0 下 聚合2 0 。4 0 h ，收率为8 0 8 5 c 2 引。用二苯醚溶剂，在1 5 0 下聚合1 5 h ，收率 高达9 4 【3 1 。溶剂和催化剂是控制动力学、有效脱水和生成高相对分子质量聚合 物的重要因素。研究发现，随着溶剂沸点变高，即使温度控制在1 3 0 聚合速率 也变快，脱水更为效e 2 3 3 。锡化合物是获得高相对分子量的( 1 0 万) p l a 最有 效的催化剂。 严冰等m 】研究了以乳酸为原料在联苯醚中共沸脱水直接聚合成p l a 的方 法，确定了最佳工艺条件：锡粉o 2 9 。n ( 聚苯醚) n ( 乳酸) 为4 ，温度1 3 0 ，压力4 k p a ，反应4 0 h ，0 3 n m 分子筛脱水。 r 本制钢所开发的熔融缩聚工艺采用2 步连续工艺配合使用间歇型搅拌反 应器和一个互相啮合的双螺杆挤出机f 2 ”。首先在高温和高真空下制备相对分子 质量大于2 0 0 0 的预聚物，然后预聚物直接送到互相啮合的正转双螺杆机，相对 分子质量上升到约1 5 万，从熔融聚合物中除去游离水和副产物。二氯化锡是获 得高相对分子质量聚合物的有效催化剂。抑制分解和获得高相对分子质量聚合物 的关键因素之一是将丙交酯、乳酸和低相对分子质量聚合物返回到熔融p l a 中 z 7 2 8 。 s u n g 等2 9 1 考察了不同催化剂体系对熔融缩聚反应的影响，提出用锡的氧化 物和氯化物作催化剂能有效提高聚合物的相对分子质量。反应温度控制在比p l a 熔点温度稍高即1 8 0 进行缩聚。提出反应体系极性对催化剂活性有影响，通过 加入热稳定性好且不易挥发的质子酸作催化剂，明显提高了产物的重均相对分子 质量。可以在较短时间内得到重均相对分子质量。可以在较短的时间内得到重均 1 2 中国日用化学工业研究院研究生论文杨小强 s b 2 0 3 c 3 4 】、m g o 3 5 】、s n c l 2 、s n b r 2 、s n b r 4 、t i c l4 3 6 】、p b o 3 7 、c f 3 s 0 3 m e 、 f 叱c h 3 s n c l 2 + 一罐一_ 霸一1 c 。孙。一5 。h i 一。一3 c 。h 3 0 8 + c 。卜聚合物 roeli。+。一0ioh-o-c、c一。卜r。一!。二。一。一!。二。eli。兰，聚合物h 十k 口1 w k r i c h e l d o r f t 4 2 1 以r o k 和r o h 为催化剂作比较发现，r o k 碱性强，是典 中国日用化学工业研究院研究生论文杨小强 0 邺一) 叫h 3 一。一挑一c p h - c o 一。r i i 单体再在金属碳链或金属烷氧链上进行插入、增长f 埘。哇f 于s n ( o c t ) 2 无毒，通 h 3o 沁 一 。 。= c c 。了霰寺0 _ c c 。 o c ho c i h 4 中国日用化学工业研究院研究生论文杨小强 在聚合反应具体实施过程，人们一般采用本体聚合和熔融聚合。这两种方法 由于操作简便易行，易于获得高分子量聚合物而常被采用，熔融聚合与本体聚合 的区别在于熔融聚合的温度在单体和聚合物熔点之上，而本体聚合的聚合温度在 单体和聚合物之间。t u n e 报道在1 8 0 c 进行熔融聚合，聚合反应不完全， 5 1 0 ( w t ) 的单体未参加反应【6 5 6 6 1 。l e e n s l a g & p e n n i n g s 指出在本体聚合中，从 反应体外部到内部分子量逐渐降低i “，这是由于“凝胶效应”所致。 为了合成高分子量的聚乳酸，人们又对聚合反应的条件作了详尽研究，这些 因素包括催化剂浓度4 5 , 5 8 , 6 ；, 6 9 1 、单体纯度、聚合真空度、聚合温度m 5 , 7 0 、聚合 时间1 4 1 , 7 0 。发现通过重结晶控制的单体纯度以及聚合真空度是获得高分子量的最 重要条件。而以水、酸、醇等作为共催化剂【7 u 存在时，虽然加快聚合温度，但体 系内存在的醇类和羧酸，会使聚合物链发生转移，从而影响聚合物的分子量。 1 - 2 3 聚合实施方法： 聚合实施方法有4 种：本体聚合、熔融聚合、溶液聚合和悬浮聚合，本体聚 合和熔融聚合在没有溶剂和稀释剂的条件下进行，本体聚合的聚合温度在单体和 聚合物熔点之间，而溶融聚合的聚合温度在单体和聚合物熔点之上。 本体聚合可得到很高相对分子量的p l a ，在较低温度下生成的降解产物较 少。其缺点是最终所得聚合物在反应期间结晶和凝固，难以从反应器中取出，散 热困难，而不良散热将导致局部过热和污染反应器内壁以及聚合物分子量分布过 宽等。 熔融聚合生产熔融聚合物，生产中相对分子质量p l a ，聚合物特性粘度为 1 5 。在较高的温度下反应较快。用辛酸亚锡催化剂进行的熔融聚合是一个平衡 反应，除聚合外还发生解聚。在1 8 04 c 下进行熔融聚合，聚合反应不完全，质量 分数4 一5 的单体未参加反应 7 2 】。c a r g i 11 d o w 聚合物公司采用连续熔融聚 合工艺，丙交酯在2 个串联的连续搅拌槽反应器中聚合，反应温度为1 7 0 1 8 0 ，催化剂为锌酸亚锡，稳定剂为亚磷酸盐，催化剂与丙交酯的摩尔比为1 ： 5 0 0 0 ，丙交酯转化率为9 6 ，聚合物相对分子量为1 2 3 ，9 0 0 t 7 2 , 7 3 。 1 3 聚乳酸的改性研究进展 为了开拓聚乳酸的应用领域，不断改进聚乳酸的性质，人们开始通过共聚、 共混、交联等方法对聚乳酸大分子进行改性。 1 3 1 共聚改性 中国日用化学工业研究院研究生论文杨小强 共聚改性是通