CN101445606B

CN101445606B - 一种蚕丝蛋白与聚l-乳酸的共聚物及其熔融聚合制备方法和应用

Info

Publication number: CN101445606B
Application number: CN200810242817A
Authority: CN
Inventors: 高勤卫; 李明子; 吴国成; 周壮丽
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2028-12-29
Also published as: CN101445606A

Abstract

本发明公开了一种蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物，该共聚物具有如下结构，其分子量为5000～180000，蚕丝蛋白链段与聚L-乳酸链段的质量比为1/99～99/1。本发明还公开了上述共聚物的制备方法及其在生物医用材料中的应用。本发明将蚕丝蛋白作为亲水性基团引入聚L-乳酸中，制备一种蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物，制备工艺简单、生产周期短、成本低、无污染。通过本发明制备出的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物可以有效改善聚乳酸材料的亲水性、生物相容性、细胞亲和性，控制材料的降解速度。

Description

一种蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物及其熔融聚合制备方法和应用

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物及其制备方法和应用。

背景技术

聚乳酸(PLA)是一种生物相容性很好的可生物降解吸收高分子材料，具有生物相容性好、降解的产物可参与人体的新陈代谢、毒性低等优点，已经被广泛应用于组织工程及其他生物医药领域。但是聚乳酸也存在性能缺陷，如脆性较大、力学强度较低和降解周期难于控制等。此外，PLA是疏水性的高分子，对细胞的粘附性较差。纯聚乳酸作为组织工程材料植入生物体后会引起一些温和的炎症反应，因此必须对聚乳酸材料进行改性。

为了提高聚乳酸材料在生物体内的相容性和细胞亲和性，常采用的改性方法包括共聚改性法、等离子体表面处理、表面修饰法等。共聚是聚乳酸重要的分子工程方式，通过与其他单体或低聚物的共聚可改变材料的亲水性、结晶性等，聚合物的降解速度可根据共聚物的分子量及共聚单体或低聚物种类及配比等加以控制，从而实现聚乳酸材料在组织工程方面的广泛应用。

目前，聚乳酸共聚物既可以采用丙交酯与共聚单体开环聚合的方法制备，也可以采用乳酸与共聚单体直接共缩聚反应制备。丙交酯或乳酸与亲水性的单体或聚合物如聚乙二醇、氨基酸、聚肽和多糖类等共聚，在疏水的聚乳酸链段中引入亲水的聚合物链段，可以提高材料的生物相容性，调节其降解速率。

聚氨基酸具有多个活性官能团，可以用来固定具有生物活性的分子，如蛋白质、糖类、多肽等，其支链可以与小肽、药物或交联剂等连接，促进细胞的黏附和生长；聚氨基酸本身也具有良好的生物相容性和可生物降解性，其降解产物氨基酸对人体无毒害作用。将氨基酸链段引入聚乳酸，可以综合两类聚合物的优良性能，达到调节聚乳酸材料的降解性能和生物相容性的目的。目前，氨基酸对聚乳酸的改性主要通过与其形成共聚物来完成。聚(乳酸-氨基酸)共聚物依合成途径不同，可以具有无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物等多种类型。氨基酸的引入可降低聚乳酸的结晶度，对其降解性能起到调节作用，并可具有一定亲水性。共聚物侧链的反应活性官能团可以吸附蛋白质、糖类、多肽等，可以使整个共聚物大分子链获得特定的氨基酸顺序以便细胞识别，从而有效固定生物活性因子，提高聚乳酸与细胞的亲和性。

通过丙交酯与氨基酸环状衍生物的共聚改性聚乳酸是研究较多的一种方法，其中对乳酸与赖氨酸的共聚研究最多。Barrera等则先合成出含有乳酸结构单元和氨基被保护的赖氨酸单元的环状二聚体。该环状二聚体与丙交酯一起经由阳离子开环共聚合得到含赖氨酸单元2.6％的乳酸-赖氨酸共聚物。该共聚物的氨基可偶联短肽，赋予它更好的生物活性，能有效提高其对细胞的黏附力(J.Am.Chem.Soc.，2004，115(23)：11010-11011)。Jin等先合成了氨基被保护的丝氨酸单元的环状二聚体，然后与丙交酯反应，最后合成了含丝氨酸2％的乳酸与丝氨酸的共聚物(Polymer，1998，39(21)：5155-5162)。Elisseeff和Kimura等通过设计新环而制备出乳酸与甘氨酸、赖氨酸的交替共聚物，这些材料是细胞培养及组织工程的良好载体。共聚物中氨基酸含量对其性能有显著影响，其玻璃化温度、熔点、结晶度均低于聚L-乳酸(PLLA)，而其降解速度略快于PLLA。共聚物中氨基酸含量越高，降解速度越快。通过改变共聚物中氨基酸含量可实现聚乳酸类材料的降解速度的可调控性(Elisseeff，Macromolecules，1997，30(7)：2182～2184。Kimura，Macromolecules，2006，21(11)：3338～3340)。中国专利ZL03135454.8公开了一种聚乳酸-氨基酸酯共混物及其制备方法，采用溶液共混法改性聚乳酸，获得聚乳酸/氨基酸酯的共混物，该共混物材料有很好的生物相容性和界面相容性，可作为组织支架材料。但是氨基酸的制备与聚合成本高，工艺复杂，存在着较多的技术难点。

蚕丝蛋白(SF)是一种天然氨基酸共聚物，具有优良的机械性能和生物相容性。蚕丝蛋白中含有18种氨基酸，其中甘氨酸(36％)、丙氨酸(28％)、丝氨酸(14％)和酪氨酸(10％)含量较多。蚕丝蛋白的一些氨基酸广泛存在于人和脊椎动物的组织中，对人体细胞具有亲和性。蚕丝蛋白可以根据不同的研究目的和制备条件被制作为纤维、粉末、凝胶、丝肽粉及丝素膜等多种形式，可用作化妆品基材、食品添加剂和医药原料等。近年来，蚕丝蛋白的凝胶和多孔性材料已经被开发作为药物释放载体、三维细胞培养基、人造皮肤、抗凝血材料及透析膜等，但再生丝蛋白材料尚存在机械性能和降解速度难以控制的问题。而且纯丝素膜溶失率很高，不能直接使用，不溶化处理后，强度较大，但伸长很小，Tg超过200℃，膜又硬又脆，很难在生物体内使用，所以必需经过改性以后才可以作为医用材料使用。在改善提高丝素膜的性能方面，主要是采用与其他聚合物共混的方法来实现，如采用聚酰胺、聚乙二醇、聚L-丙氨酸、聚丙烯酸、海藻酸钠、纤维素共混膜、壳聚糖等聚合物共混改性蚕丝蛋白。

将蚕丝蛋白和聚乳酸进行混合，制备细胞黏附性优良、降解性能良好的生物医用材料的研究目前国内已有报道。陈建勇、张加忠等用聚L-乳酸对丝素膜进行改性，共混合膜的力学性能明显提高，透汽性也有所提高，但透湿性略有下降(化工学报，2008，3(59)：773～777；功能材料，2007，12(38)：2048～2051)。周燕、刘扬等利用蚕丝蛋白溶液和聚乳酸溶液充分混合制得共混膜。改变蚕丝素蛋白肽链的结构性能作用，制备生物降解膜(丝绸月刊，2007，4：16～18)。

聚乳酸作为生物降解材料，具有优良的性能。蚕丝蛋白可以进行酸或碱催化水解，生成较小分子量的丝肽链。通过控制丝素溶液的浓度、水解时间、温度等可获得所需分子量的水溶性的蚕丝蛋白(SF)。丝肽主要是由氨基酸构成的，其所含的NH₂和COOH端基可以与乳酸低聚物的OH和COOH端基进行共缩聚反应。因此，在综合考虑蚕丝蛋白和聚乳酸这两种材料性能的基础上，取长补短，进行仿生设计，蚕丝蛋白作为亲水性基团，可以通过与乳酸聚合物共聚合成嵌段共聚物，为制备聚乳酸自组装材料，提高PLA材料的细胞相容性提供了可能。但这方面目前国内外尚无研究报导。

迄今为止，由乳酸及其他小分子多官能团单体(如乙醇酸)出发合成聚乳酸类生物可降解材料的直接缩合聚合法已经有了显著进步，分子量高的可达数十万，其合成步骤简捷，而且获得的材料具有实用价值。因此，为了降低PLA材料的合成成本，本发明采用直接法合成聚乳酸/蚕丝蛋白共聚物(PLLASF)。

我国石油资源的严重匮乏已经制约着经济的发展，而我国具有丰富的乳酸类的生物资源，可以替代石化产品。同时，我国是世界上蚕丝大国，生产中的废丝和下脚茧可以制备蚕丝蛋白肽链。蚕丝蛋白/聚乳酸改性材料在生物医用材料、纺织材料、塑料和涂料等领域都具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物，以改善聚乳酸材料的亲水性、生物相容性、细胞亲和性，控制材料的降解速度。

本发明还要解决的技术问题是提供上述共聚物的制备方法。

本发明还要解决的另一技术问题是提供上述共聚物的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物，该共聚物具有如下结构：

其中，聚L-乳酸链段的聚合度X为1～2000间的整数，

蚕丝蛋白链段的聚合度Y为1～2000间的整数，

R为：H、-CH₃、-CH₂OH、-CH₂SH、-CH(HO)CH₃、-CH(CH₃)₂、-CH₂CH(CH₃)₂-CH(CH₃)CH₂CH₃、-CH₂CH₂SCH₃、-CH₂COOH、-CH₂CH₂CONH₂、-CH₂CH₂CH₂CH₂NH₂、-CH₂CH₂CH₂CH₂NH₂、

中的任意一种；

该共聚物的分子量为5000～180000，蚕丝蛋白链段与聚L-乳酸链段的质量比为1/99～99/1。

上述蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物(PLLASF)的制备方法，包括如下步骤：

(1)L-乳酸水溶液脱水预聚合制备乳酸低聚物：

在140～180℃下(恒温条件)，将质量浓度70-99％(g/g)的L-乳酸水溶液先在常压下脱水1～4小时，然后再降压至100～200毫米汞柱继续脱水1～4小时，最后在10～50毫米汞柱继续脱水1～6小时，得到L-乳酸低聚物；

(2)熔融聚合制备蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物(PLLASF)：

将蚕丝蛋白和催化剂体系加入步骤(1)制得的L-乳酸低聚物中，在0～30毫米汞柱压力下，140～200℃下，反应2～40小时；聚合过程中产生的副产物丙交酯通过装有分子筛和分水器的冷凝回流装置返回到反应釜，冷凝回流装置的温度控制在20～90℃；所述的催化剂体系为金属化合物与质子酸的复合体系，或金属化合物与烷基化试剂的复合体系，其中金属化合物的摩尔含量占整个催化剂体系的1～99％；催化剂体系中的金属化合物的用量为L-乳酸低聚物质量的0.01～6wt％，蚕丝蛋白与L-乳酸低聚物质量比为5/95～95/5；

(3)蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物(PLLASF)的纯化：

将步骤(2)制得的共聚物溶于乙酸乙酯，过滤并用乙醚沉淀，滤出的沉淀物在65℃下真空干燥10～16小时，得到纯化的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物。PLLASF的结构可由核磁共振谱确定(见图1、图2)。图1中具有聚L-乳酸链段的吸收峰在1.6ppm、5.2ppm处，而蚕丝蛋白的吸收峰在3.75ppm、7.07ppm和7.48ppm处。图2中，蚕丝蛋白的特征吸收峰为44.8ppm、50.6ppm、166.6ppm、169.6ppm，聚L-乳酸链段吸收峰在69.2ppm、169.48ppm，聚L-乳酸链段和蚕丝蛋白共聚连接的吸收峰66-72ppm处。图1中具有聚L-乳酸链段的甲基吸收峰(1.6ppm处)、次甲基吸收峰(5.2ppm处)，蚕丝蛋白中的Ala吸收峰在3.75ppm、7.07ppm和7.48ppm处的吸收峰是Try的取代基对甲基苯酚中苯环质子的吸收峰。

步骤(1)所述的L-乳酸低聚物分子量为500～2000。

步骤(1)进行脱水预聚合的主要目的是除去乳酸中的水分，形成乳酸低聚物。低聚物的分子量控制在500～2000，这样可以选择较温和的脱水温度和较短的脱水时间。

步骤(2)所述的蚕丝蛋白的分子量为1000～100000。蚕丝蛋白的分子量对共聚物的结构与性能具有明显的影响，可通过蚕丝素蛋白肽链的水解条件得到不同的链长度的丝肽链段，本发明所用蚕丝蛋白的分子量为1000～100000。

步骤(2)所述的催化剂体系为金属化合物与质子酸的复合体系，或金属化合物与烷基化试剂的复合体系，所谓复合体系即将上述两种物质混合均匀形成的体系。金属化合物为I、II、III、IV、V族的金属和过渡金属的氧化物、卤化物、氢氧化物、金属有机化合物、羧酸盐以及这些金属化合物的水合物中的任意一种或两种以上任意比例的混合物，优选SnCl₂、SnCl₂·2H₂O、SnCl₄、SnCl₄·2H₂O、ZnCl₂·H₂O、SbF₃、TiCl₄、MgCl₂、Sb₂O₃、MgO、PbO、二乙氧基铝、三异丙氧基铝、辛酸亚锡和三丁基甲氧基锡中的任意一种或两种以上任意比例的混合物；质子酸为盐酸、磷酸、亚磷酸、乙酸、辛酸和卤代羧酸中的任意一种或两种以上任意比例的混合物；烷基化试剂为氟磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、萘磺酸、萘二磺酸及含甲基、二甲基、三甲基、羟甲基、乙基、二乙基、丙基或异丙基的苯磺酸、萘磺酸和萘二磺酸中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。

所述的催化剂体系，对于金属化合物与质子酸的复合体系优选SnCl₂/乙酸、SnCl₂·2H₂O/辛酸、MgCl₂/氯乙酸和辛酸亚锡/辛酸中的任意一种或两种以上任意比例的混合物；金属化合物与烷基化试剂的复合体系优选SnCl₂/苯磺酸、SnCl₄/苯磺酸、SnCl₂/对甲基苯磺酸、SnCl₂/萘磺酸、SnCl₂/萘二磺酸、辛酸亚锡/萘磺酸和辛酸亚锡/萘二磺酸中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。

本发明可以通过改变聚乳酸和蚕丝蛋白的配比，制备具有不同降解速率和力学性能的乳酸-蚕丝蛋白共聚物，来满足不同的用途。共聚物的分子量、熔点、玻璃化温度、结晶度及降解速率均随着两种单体的比例改变而改变。当原料中的聚乳酸/蚕丝蛋白的质量比大于或等于8/1时，PLLASF为结晶态聚合物，且结晶由聚乳酸链段形成的。当聚乳酸/蚕丝蛋白低于8/1时，PLLASF为无定型态的聚合物(见图3的X-射线衍射图谱)。

上述蚕丝蛋白与聚L-乳酸的嵌段共聚物在医用缝合线、药物控制释放、人造器官和组织工程材料等生物医用材料领域的广泛应用，也可以在医用缝合线、药物控制释放、人造器官和组织工程材料领域的广泛应用，并开发其在在纺织材料、塑料和涂料等领域应用。低分子量的PLLASF可以用于药物助剂、药物载体、蛋白质释放载体和疫苗助剂等，而高分子量的PLLASF共聚物则可以用于制备薄膜、湿法纺丝和组织工程材料。

有益效果：本发明将蚕丝蛋白作为亲水性基团引入聚L-乳酸中，制备一种蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物，制备工艺简单、生产周期短、成本低、无污染。本发明采用直接聚合方法，本体熔融聚合制备聚L-乳酸和蚕丝蛋白的共聚物，在合成工艺中未使用溶剂，因而工艺简单，产品成本低。本发明可以制备不同数均分子量的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物，分子量为5000～180000。通过本发明制备出的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物可以有效改善聚乳酸材料的亲水性、生物相容性、细胞亲和性，控制材料的降解速度。

附图说明

图1为蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物的¹H-NMR谱图。

图2为蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物的¹³C-NMR谱图。

图3为蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物的X-衍射谱图。其中，A是聚乳酸/蚕丝蛋白(质量比4/1)的衍射曲线，B是聚乳酸/蚕丝蛋白(质量比8/1)的衍射曲线。

具体实施方式：

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1：

将质量浓度为90％的L-乳酸水溶液加入反应釜，在180℃温度下脱水，首先常压脱水2小时，然后降压至150毫米汞柱脱水2小时，最后在30毫米汞柱脱水5小时，得到分子量为1000的L-乳酸低聚物。脱水结束后，将SnCl₂·2H₂O/对甲苯磺酸催化剂体系(SnCl₂·2H₂O的摩尔含量占整个催化剂体系的50％)、蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为3000)加入预聚物中，SnCl₂·2H₂O的用量为L-乳酸低聚物质量的0.4wt％，蚕丝蛋白与L-乳酸低聚物的质量比为1/8。将体系的压力逐步降至10毫米汞柱并维持不变，反应温度升至190℃，冷凝回流温度为60℃，进行聚合反应。随着反应的进行，开始出现丙交酯单体并回流，反应物逐渐变得粘稠，并最终出现爬杆现象。聚合反应20小时后停止，得到聚L-乳酸/蚕丝蛋白共聚物。将该共聚物溶于乙酸乙酯，过滤并用乙醚沉淀，滤出的沉淀物在65℃下真空干燥15小时，得到浅黄色粉末，分子量3.0万，收率为65％，熔点为126℃。在室温下干燥保存6个月后，该聚合物的分子量下降40％。

实施例2：

将L-乳酸的90％水溶液加入反应釜，在155℃温度下脱水。首先将混合单体在常压下脱水2小时，然后再降压至120毫米汞柱继续脱水2小时，最后在10毫米汞柱继续脱水6小时，得到分子量为1300的L-乳酸低聚物。脱水结束后，将SnCl₂·2H₂O/对甲苯磺酸催化剂体系(SnCl₂·2H₂O的摩尔含量占整个催化剂体系的33％)、蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为3000)加入L-乳酸预聚物，SnCl₂·2H₂O的用量为L-乳酸低聚物质量的1.0wt％，蚕丝蛋白与L-乳酸低聚物的质量比为1/10。将体系的压力逐步降低到1毫米汞柱以下并维持不变，反应温度升至180℃，冷凝回流温度为40℃，进行聚合反应。随着反应的进行，丙交酯单体产生并开始回流，反应物逐渐变得粘稠。待出现爬杆现象后停止聚合，反应时间为15小时，得到的聚L-乳酸/蚕丝蛋白共聚物。将该共聚物溶于乙酸乙酯，过滤并用乙醚沉淀，滤出的沉淀物在65℃下真空干燥12小时，纯化后为白色纤维状聚合物，收率70％，分子量10万，熔点126℃。室温下干燥保存6个月后，该样品的分子量下降50％。

实施例3：

将L-乳酸的90％水溶液加入反应釜，在150℃温度下脱水。首先将单体在常压下脱水2小时，然后再降压至110毫米汞柱继续脱水2小时，最后在50毫米汞柱继续脱水5小时，得到分子量为800的L-乳酸低聚物。脱水结束后，将蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为3000)、SnCl₂·2H₂O/萘磺酸/萘二磺酸复合催化剂体系(SnCl₂·2H₂O的摩尔含量占整个催化剂体系的60％，萘磺酸/萘二磺酸的摩尔比为1/1)加入L-乳酸低聚物中，SnCl₂·2H₂O的用量为L-乳酸低聚物质量的0.8wt％，蚕丝蛋白与L-乳酸低聚物的质量比为1/1。将体系的压力逐步降低到2毫米汞柱，反应温度为180℃，冷凝回流温度为20℃。随着反应的进行，开始出现丙交酯单体并回流，反应物逐渐变得粘稠。反应25小时后停止，得到的聚L-乳酸/蚕丝蛋白共聚物。将该共聚物溶于乙酸乙酯，过滤并用乙醚沉淀，滤出的沉淀物在65℃下真空干燥10小时，纯化后为棕色粉末，收率为60％，分子量为10000。该共聚物无定形聚合物。在室温下干燥保存，6个月后分子量下降55％。

实施例4：

将L-乳酸80％的水溶液加入反应釜，在150℃温度下脱水。首先在常压下脱水2小时，然后降压至100毫米汞柱脱水4小时，最后在10毫米汞柱脱水6小时，得到分子量为1900的L-乳酸低聚物。脱水结束后，将蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为3000)，SnCl₂·2H₂O/萘二磺酸催化剂体系(SnCl₂·2H₂O的摩尔含量占整个催化剂体系的50％)加入L-乳酸低聚物中，SnCl₂·2H₂O用量为L-乳酸低聚物质量的0.01wt％，蚕丝蛋白粉与乳酸低聚物的质量比为3/1。将体系的压力逐步降低到5毫米汞柱，反应温度为180℃，冷凝回流温度为90℃，聚合过程中产生的丙交酯冷凝回流到反应釜。随着反应的进行，反应物逐渐变得粘稠，反应30小时后结束，得到的聚L-乳酸/蚕丝蛋白共聚物。将该共聚物溶于乙酸乙酯，过滤并用乙醚沉淀，滤出的沉淀物在65℃下真空干燥13小时，纯化后收率为60％，分子量为13000，属于无定形聚合物。在室温下干燥保存6个月后，该样品分子量下降65％。

实施例5：

将L-乳酸85％的水溶液加入反应釜，在150℃温度下脱水。首先在常压下脱水1小时，然后降压至200毫米汞柱脱水4小时，最后在50毫米汞柱脱水6小时，得到分子量为860的L-乳酸低聚物。脱水结束后，将蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为3000)、辛酸亚锡/萘磺酸催化剂体系(辛酸亚锡的摩尔含量占整个催化剂体系的50％)加入L-乳酸低聚物中，辛酸亚锡用量为L-乳酸低聚物质量的6.0wt％，蚕丝蛋白粉与乳酸低聚物的质量比为2/1。将体系的压力逐步降低到1毫米汞柱，反应温度为180℃，冷凝回流温度为50℃，聚合过程中产生的丙交酯冷凝回流到反应釜。随着反应的进行，反应物逐渐变得粘稠，反应40小时后结束，得到的聚L-乳酸/蚕丝蛋白共聚物。将该共聚物溶于乙酸乙酯，过滤并用乙醚沉淀，滤出的沉淀物在65℃下真空干燥12小时，纯化后收率为60％，分子量为14000，属于无定形聚合物。在室温下干燥保存6个月后，该样品分子量下降68％。

实施例6：

将L-乳酸95％的水溶液加入反应釜，在140℃温度下脱水。首先在常压下脱水2小时，然后降压至200毫米汞柱脱水4小时，最后在50毫米汞柱脱水5小时，得到分子量为500的L-乳酸低聚物。脱水结束后，将蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为1000)，MgCl₂/氯乙酸催化剂体系(MgCl₂的摩尔含量占整个催化剂体系的1％)加入L-乳酸低聚物中，MgCl₂用量为L-乳酸低聚物质量的6.0wt％，蚕丝蛋白粉与乳酸低聚物的质量比为95/5。将体系的压力逐步降低到1毫米汞柱，反应温度为180℃，冷凝回流温度为40℃，聚合过程中产生的丙交酯冷凝回流到反应釜。随着反应的进行，反应物逐渐变得粘稠，反应2小时后结束，得到的聚L-乳酸/蚕丝蛋白共聚物。将该共聚物溶于乙酸乙酯，过滤并用乙醚沉淀，滤出的沉淀物在65℃下真空干燥16小时，纯化后收率为60％，分子量为5000，属于无定形聚合物。在室温下干燥保存6个月后，该样品分子量下降68％。

实施例7：

将L-乳酸90％的水溶液加入反应釜，在180℃温度下脱水。首先在常压下脱水2小时，然后降压至150毫米汞柱脱水4小时，最后在20毫米汞柱脱水6小时，得到分子量为1000的L-乳酸低聚物。脱水结束后，将蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为100000)，SnCl₂/乙酸催化剂体系(SnCl₂的摩尔含量占整个催化剂体系的99％)加入L-乳酸低聚物中，SnCl₂用量为L-乳酸低聚物质量的6.0wt％，蚕丝蛋白粉与乳酸低聚物的质量比为5/95。将体系的压力逐步降低到1毫米汞柱，反应温度为170℃，冷凝回流温度为60℃，聚合过程中产生的丙交酯冷凝回流到反应釜。随着反应的进行，反应物逐渐变得粘稠，反应12小时后结束，得到的聚L-乳酸/蚕丝蛋白共聚物。将该共聚物溶于乙酸乙酯，过滤并用乙醚沉淀，滤出的沉淀物在65℃下真空干燥12小时，纯化后收率为60％，分子量为140000。在室温下干燥保存6个月后，该样品分子量下降68％。

Claims

1.一种蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物的熔融聚合制备方法，

所述的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物具有如下结构：

其中，X为1～2000间的整数，Y为1～2000间的整数，R为：H、-CH₃、-CH₂OH、-CH₂SH、-CH(HO)CH₃、-CH(CH₃)₂、-CH₂CH(CH₃)₂、-CH(CH₃)CH₂CH₃、-CH₂CH₂SCH₃、-CH₂COOH、-CH₂CH₂CONH₂、-CH₂CH₂CH₂CH₂NH₂、

中的任意一种；

该共聚物的分子量为5000～180000，蚕丝蛋白链段与聚L-乳酸链段的质量比为1/99～99/1；

其特征在于该方法包括如下步骤：

(1)L-乳酸水溶液脱水预聚合制备乳酸低聚物：

在140～180℃下，将质量浓度为70-99％的L-乳酸单体水溶液先在常压下脱水1～4小时，然后再降压至100～200毫米汞柱继续脱水1～4小时，最后在10～50毫米汞柱继续脱水1～6小时，得到L-乳酸低聚物；

(2)熔融聚合制备蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物：

将蚕丝蛋白和催化剂体系加入步骤(1)制得的L-乳酸低聚物中，在0～30毫米汞柱压力下，140～200℃下，反应2～40小时；聚合过程中产生的副产物丙交酯通过装有分子筛和分水器的冷凝回流装置返回到反应釜，冷凝回流装置的温度控制在20～90℃；所述的催化剂体系为金属化合物与质子酸的复合体系，或金属化合物与烷基化试剂的复合体系，其中金属化合物的摩尔含量占整个催化剂体系的1～99％；催化剂体系中的金属化合物的用量为L-乳酸低聚物质量的0.01～6.0wt％，蚕丝蛋白与L-乳酸低聚物质量比为5/95～95/5；

(3)蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物的纯化：

将步骤(2)制得的共聚物溶于乙酸乙酯，过滤并用乙醚沉淀，滤出的沉淀物在65℃下真空干燥10～16小时，得到纯化的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物。

2.根据权利要求1所述的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物的熔融聚合制备方法，其特征在于步骤(1)所述的L-乳酸低聚物分子量为500～2000。

3.根据权利要求1所述的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物的熔融聚合制备方法，其特征在于步骤(2)所述的蚕丝蛋白的分子量为1000～100000。

4.根据权利要求1所述的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物的熔融聚合制备方法，其特征在于步骤(2)所述的催化剂体系中，金属化合物为I、II、III、IV、V族的金属和过渡金属的氧化物、卤化物、氢氧化物、金属有机化合物、羧酸盐以及这些金属化合物的水合物中的任意一种或两种以上任意比例的混合物；质子酸为盐酸、磷酸、亚磷酸、乙酸、辛酸和卤代羧酸中的任意一种或两种以上任意比例的混合物；烷基化试剂为氟磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、萘磺酸、萘二磺酸及含甲基、二甲基、三甲基、羟甲基、乙基、二乙基、丙基或异丙基的苯磺酸、萘磺酸和萘二磺酸中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。

5.根据权利要求4所述的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物的熔融聚合制备方法，其特征在于步骤(2)所述的催化剂体系中，金属化合物为SnCl₂、SnCl₂·2H₂O、SnCl₄、SnCl₄·2H₂O、ZnCl₂·H₂O、SbF₃、TiCl₄、MgCl₂、Sb₂O₃、MgO、PbO、二乙氧基铝、三异丙氧基铝、辛酸亚锡和三丁基甲氧基锡中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。

6.根据权利要求5所述的所述的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物的熔融聚合制备方法，其特征在于步骤(2)所述的金属化合物与质子酸的复合体系为SnCl₂/乙酸、SnCl₂·2H₂O/辛酸、MgCl₂/氯乙酸和辛酸亚锡/辛酸中的任意一种；金属化合物与烷基化试剂的复合体系为SnCl₂/苯磺酸、SnCl₄/苯磺酸、SnCl₂/对甲基苯磺酸、SnCl₂/萘磺酸、SnCl₂/萘二磺酸、辛酸亚锡/萘磺酸和辛酸亚锡/萘二磺酸中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。