CN101857649A - 一种壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料的制备方法,它以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,用邻苯二甲酸酐保护壳寡糖的氨基制备N-邻苯二甲酰化壳寡糖反应中间体;在氮气保护下逐滴加入辛酸亚锡的吡啶溶液,引发ε-己内酯单体发生开环聚合,使聚己内酯定位在壳寡糖的羟基上,生成壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料。所制备的产物既可作为甲壳素、壳聚糖、壳寡糖和聚己内酯共混物的界面偶联剂,也可以作为药物缓释材料、支架材料、其它人体植入生物材料等生物医用材料;同时,该接枝共聚物在冷却时为球晶结构,既可以与其它材料共混,采用传统的聚合物成型加工方法制备出生物复合材料,也可以直接在熔融条件下加工成相关的生物材料制品。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域,具体指一种热塑性材料的制备方法。
背景技术
壳聚糖是甲壳素的N-脱乙酰基的产物,是位居第二的天然可再生资源。壳寡糖(CSO)是壳聚糖解聚后的产物,具有分子量小、粘度小及易被吸收利用的特点,它具有壳聚糖无法比拟的优越性,如较好的水溶性、生物降解性、抗菌性以及抗肿瘤、引发癌细胞死亡等,这些生物特性越来越引起人们的兴趣。但由于壳寡糖分子结构中的氨基(-NH2)或羟基(-OH)间氢键的相互作用使得壳寡糖和壳寡糖、甲壳素一样,既没有特定的熔点,也不溶于普通有机溶剂,使其应用受到限制。
聚己内酯是一种结晶性的生物可降解聚合物,它具有优异的机械性能和加工性能(与聚烯烃相似)优良的药物通过性、生物相容性和无毒性,在生物医用材料领域常被用于药物控释、外科缝合、组织工程等领域,在临床上已获得了广泛应用。但由于其表面亲水性差、结晶度高,使得在人体内降解时间很长。目前,为改善聚己内酯的亲水性,可以采用物理方法和化学方法。采用物理共混法制备壳聚糖一聚己内酯复合材料,但材料中两相组分的相容性和稳定性有待提高;另外,采用溶剂法来制备壳聚糖/聚己内酯复合支架材料,然后挥发除去溶剂得到复合材料支架用于组织工程医用材料领域,但复合材料支架的抗压强度有待提高。
发明内容:
发明目的:本发明提供一种壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料的制备方法,目的在于针对现有技术的不足,提供一种新的热塑性壳寡糖接枝聚己内酯接枝共聚物的制备方法,用具有生物相容性及良好力学性能的合成高分子聚己内酯对天然高分子壳寡糖进行化学改性,提高聚己内酯的表面亲水性及减少其在体内的降解时间,开发壳寡糖的生理功能,改善壳寡糖的加工性能,扩大壳寡糖的使用范围,提高壳寡糖的经济价值。
技术方案:本发明是通过以下技术方案实施的:
一种壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料的制备方法,其特征在于:所述制备方法通过以下步骤进行:
将壳寡糖在真空干燥箱中干燥48小时,脱出其表面的吸附水后溶于浓度为0.5-1%的醋酸溶液中,再加入无水乙醇,搅拌2小时,然后将所得溶液用浓度为1-2%的碳酸氢钠溶液进行沉淀,所得沉淀物用去离子水洗至中性,在布氏漏斗中抽至半干,得到壳寡糖的葡萄糖结构单元;
将壳寡糖的葡萄糖结构单元、邻苯二甲酸酐溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中,在120℃油浴条件下反应5小时,将反应液倒入到冰水中沉降,将沉降所得沉淀物用乙醇反复洗涤3次、过滤,然后置于45℃烘箱中烘至恒重,得到N-邻苯二甲酰化壳寡糖反应中间体;
将N-邻苯二甲酰化壳寡糖反应中间体放入四口烧瓶中,再将四口烧瓶放入120℃的油浴中,并向四口烧瓶中加入ε-己内酯单体;然后向四口烧瓶中通氮气,脱气、脱水1小时,除去烧瓶中水分及氧气等杂质;
将辛酸亚锡放入干燥的吡啶中配置成浓度为12%的吡啶溶液,在氮气保护下,将12%的吡啶溶液逐滴加入到上述的四口烧瓶中,在120℃油浴中搅拌反应20小时,停止加热,继续通氮气搅拌,至反应物温度降到60℃以下时停止反应;将反应后的产物用氯仿溶解,再用甲醇进行沉淀,过滤后的产物用丙酮在索氏提取器提取48小时,所得黄色粉末在40℃真空干燥即可得所需壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料;
其中邻苯二甲酸酐、壳寡糖的葡萄糖结构单元的摩尔比为3∶1,辛酸亚锡为ε-己内酯单体单体的摩尔量的0.008-0.01,N-邻苯二甲酰化壳寡糖、ε-己内酯的摩尔比为1∶35-1∶50。
所述壳寡糖的Mw分子量为3000。
所述壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料具有热塑性,在加热过程中能够熔融且在降温过程中能够结晶,所得结晶为球晶。
所述壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料用于和其它材料共混,采用传统的聚合物成型加工方法制备出产品,或直接在熔融条件下加工成相关的生物材料制品。
优点及效果:
1.本发明采用邻苯二甲酸酐保护壳寡糖的氨基,反应条件温和,通过控制邻苯二甲酸酐与壳寡糖的摩尔比、反应温度及反应时间,能得到高产率的N-邻苯二甲酰化壳寡糖前驱体,为实现后续的定位于壳寡糖羟基的聚己内酯开环聚合打下良好基础。
2.壳寡糖来源广泛,其生物活性远远超过壳聚糖,辛酸亚锡催化剂为无毒引发剂,其引发壳寡糖的开环聚合容易,通过控制ε-己内酯单体与N-邻苯二甲酰化壳寡糖前驱体的配比、辛酸亚锡与ε-己内酯单体的配比、反应温度及反应时间,从而制备了热塑性壳寡糖接枝聚己内酯材料为两亲性杂化材料。
3.多年的研究结果表明,聚己内酯作为体内植入材料在体内的降解速度慢,影响了其应用。另外,壳寡糖的结晶度很大,不溶解于普通的有机溶剂而限制了其应用。本发明通过化学方法将聚己内酯引入到壳寡糖的骨架上制备的热塑性壳寡糖接枝聚己内酯材料降低了聚己内酯的结晶度、降低了壳寡糖的结晶,从而降低了聚己内酯的降解时间、改善了壳寡糖在有机溶剂中的溶解性,使得接枝共聚物在加热时能够熔融、在冷却时为球晶结构,因此其为结晶性材料。由于其接枝结构,其作为支架使用的力学性能高于壳寡糖/聚己内酯共混物做成的支架,另外,可以作为甲壳素、壳聚糖、壳寡糖和聚己内酯共混物的界面偶联剂提高复合材料中两相组分的相容性和热稳定性。由于该接枝物具有热塑性,可以直接采用熔融方法制备出医用生物制品或其它生物复合材料,因此该合成材料作为药物缓释材料、人体植入生物材料、环境友好材料在医用生物材料领域的应用前景广阔。
附图说明:
图1为本发明热塑性壳寡糖接枝聚己内酯接枝共聚物的示差扫描量热分析。
具体实施方式:
下面结合具体实施例对本发明进行具体说明:
实施例1:
N-邻苯二甲酰化壳寡糖与ε-己内酯单体的摩尔比为1∶50,辛酸亚锡加入量为ε-己内酯单体摩尔量的0.01,邻苯二甲酸酐、壳寡糖的葡萄糖结构单元的摩尔比为3∶1。
将Mw分子量为3000的壳寡糖在真空干燥箱中干燥48小时,脱出其表面的吸附水,取2g壳寡糖溶于40ml浓度为1%的醋酸溶液中,加入无水乙醇搅拌2小时,再用浓度为2%的碳酸氢钠溶液进行沉淀,所得沉淀物用去离子水洗至中性,在布氏漏斗中抽至半干,得到壳寡糖的葡萄糖结构单元;
将抽至半干的壳寡糖的葡萄糖结构单元、3.6g邻苯二甲酸酐溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中,于120℃油浴条件下搅拌反应5小时,将反应液倒入到冰水中沉降,再将沉淀用乙醇反复洗涤3次、过滤,然后置于45℃烘箱中烘至恒重,得到N-邻苯二甲酰化壳寡糖反应中间体;
称取0.0032mol N-邻苯二甲酰化壳寡糖放入四口烧瓶中,再将四口烧瓶放入120℃的油浴中;向四口烧瓶中加入0.16mol ε-己内酯单体,然后向四口烧瓶中通氮气,脱气、脱水1小时,以除去烧瓶中水分及氧气等杂质;
称取1.6mmol(毫摩尔)辛酸亚锡放入干燥的吡啶中配置成12%的吡啶溶液,在氮气保护下逐滴加入于上述的四口烧瓶中,在120℃油浴条件下搅拌反应20h,停止加热,继续通氮气搅拌,至反应物温度降到60℃以下时停止反应。将反应后的产物用氯仿溶解,再用甲醇进行沉淀,抽滤后产物用丙酮在索氏提取器提取48小时,所得黄色粉末在40℃真空干燥即可。
实施例2:
N-邻苯二甲酰化壳寡糖与ε-己内酯的摩尔比为1∶35,辛酸亚锡加入量为己内酯单体的0.01摩尔量,邻苯二甲酸酐、壳寡糖的葡萄糖结构单元的摩尔比为3∶1。
将Mw分子量为3000的壳寡糖在真空干燥箱中干燥48小时,脱出其表面的吸附水。取4g壳寡糖溶于100ml浓度为0.5%的醋酸溶液中,加入无水乙醇搅拌2h,再用2%的碳酸氢钠溶液进行沉淀。沉淀物用去离子水洗至中性,在布氏漏斗中抽至半干,得到壳寡糖的葡萄糖结构单元;
将抽至半干的壳寡糖的葡萄糖结构单元、11g邻苯二甲酸酐溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中,于120℃油浴条件下搅拌反应5小时,将反应液倒入到冰水中沉降,再将沉降所得沉淀物用乙醇反复洗涤3次、过滤、置于45℃烘箱中烘至恒重,得到N-邻苯二甲酰化壳寡糖反应中间体;
称取0.002mol N-邻苯二甲酰化壳寡糖放入四口烧瓶中,再将四口烧瓶放入120℃的油浴中,并向四口烧瓶中加入0.07molε-己内酯单体,然后向四口烧瓶中通氮气,脱气、脱水1小时,以除去烧瓶中水分及氧气等杂质;
称取0.7mmol(毫摩尔)辛酸亚锡放入干燥的吡啶中配置成12%的吡啶溶液,在氮气保护下,将12%的吡啶溶液逐滴加入到上述四口烧瓶中,在120℃的油浴中搅拌反应20小时,停止加热,继续通氮气搅拌,至反应物温度降到60℃以下时停止反应。将反应后的产物用氯仿溶解,再用甲醇进行沉淀,过滤后产物用丙酮在索氏提取器提取48小时,所得黄色粉末在40℃真空干燥即可。
实施例3:
N-邻苯二甲酰化壳寡糖(PHCSO)与ε-己内酯的摩尔比为1∶45,辛酸亚锡加入量为己内酯单体的0.008摩尔量,邻苯二甲酸酐、壳寡糖的葡萄糖结构单元的摩尔比为3∶1。
将Mw分子量为3000的壳寡糖在真空干燥箱中干燥48小时,脱出其表面的吸附水;取2g壳寡糖溶于40ml浓度为1%的醋酸溶液中,加入无水乙醇搅拌2小时,再用浓度为2%的碳酸氢钠溶液进行沉淀,所得沉淀物用去离子水洗至中性,在布氏漏斗中抽至半干,得到壳寡糖的葡萄糖结构单元;
将抽至半干的壳寡糖的葡萄糖结构单元、11g邻苯二甲酸酐溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中,于120℃油浴条件下搅拌反应5小时,将反应液倒入到冰水中沉降,再将沉降所得沉淀物用乙醇反复洗涤3次、过滤、,然后置于45℃烘箱中烘至恒重,得到N-邻苯二甲酰化壳寡糖反应中间体。
称取0.0032mol N-邻苯二甲酰化壳寡糖放入四口烧瓶中,再将四口烧瓶放入120℃的油浴中,并向四口烧瓶中加入0.144molε-己内酯单体,然后向四口烧瓶中通氮气,脱气、脱水1小时,以除去烧瓶中水分及氧气等杂质;
称取1.152mmol(毫摩尔)辛酸亚锡放入干燥的吡啶中配置成12%的吡啶溶液,在氮气保护下,将12%的吡啶溶液逐滴加入到上述四口烧瓶中,在120℃的油浴中搅拌反应20小时,停止加热,继续通氮气搅拌,至反应物温度降到60℃以下时停止反应。将反应后的产物用氯仿溶解,再用甲醇进行沉淀,抽滤后产物用丙酮在索氏提取器提取48小时,所得黄色粉末在40℃真空干燥即可。
图1为通过本发明所述技术方案得到的热塑性壳寡糖接枝聚己内酯接枝共聚物的示差扫描量热分析,图1中A点所在的曲线为示差扫描量热分析的升温曲线,A点为壳寡糖接枝聚己内酯接枝共聚物的熔点,表明该接枝共聚物在升温过程中能够熔融,从而具有热塑性;B点所在的曲线为示差扫描量热分析的降温曲线,B点为壳寡糖接枝聚己内酯接枝共聚物的结晶温度,表明该接枝共聚物在降温过程中能够结晶。
通过本发明所述制备方法得到的壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料具有热塑性,在加热过程中能够熔融且在降温过程中能够结晶,所得结晶为球晶。
该壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料用于和其它材料共混,采用传统的聚合物成型加工方法制备出产品,或直接在熔融条件下加工成相关的生物材料制品。
Claims (4)
1.一种壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料的制备方法,其特征在于:所述制备方法通过以下步骤进行:
将壳寡糖在真空干燥箱中干燥48小时,脱出其表面的吸附水后溶于浓度为0.5-1%的醋酸溶液中,再加入无水乙醇,搅拌2小时,然后将所得溶液用浓度为1-2%的碳酸氢钠溶液进行沉淀,所得沉淀物用去离子水洗至中性,在布氏漏斗中抽至半干,得到壳寡糖的葡萄糖结构单元;
将壳寡糖的葡萄糖结构单元、邻苯二甲酸酐溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中,在120℃油浴条件下反应5小时,将反应液倒入到冰水中沉降,将沉降所得沉淀物用乙醇反复洗涤3次、过滤,然后置于45℃烘箱中烘至恒重,得到N-邻苯二甲酰化壳寡糖反应中间体;
将N-邻苯二甲酰化壳寡糖反应中间体放入四口烧瓶中,再将四口烧瓶放入120℃的油浴中,并向四口烧瓶中加入ε-己内酯单体;然后向四口烧瓶中通氮气,脱气、脱水1小时,除去烧瓶中水分及氧气等杂质;
将辛酸亚锡放入干燥的吡啶中配置成浓度为12%的吡啶溶液,在氮气保护下,将12%的吡啶溶液逐滴加入到上述的四口烧瓶中,在120℃油浴中搅拌反应20小时,停止加热,继续通氮气搅拌,至反应物温度降到60℃以下时停止反应;将反应后的产物用氯仿溶解,再用甲醇进行沉淀,过滤后的产物用丙酮在索氏提取器提取48小时,所得黄色粉末在40℃真空干燥即可得所需壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料;
其中邻苯二甲酸酐、壳寡糖的葡萄糖结构单元的摩尔比为3∶1,辛酸亚锡为ε-己内酯单体单体的摩尔量的0.008-0.01,N-邻苯二甲酰化壳寡糖、ε-己内酯的摩尔比为1∶35-1∶50。
2.根据权利要求1所述一种壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料的制备方法,其特征在于:所述壳寡糖的Mw分子量为3000。
3.根据权利要求1所述一种壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料的制备方法,其特征在于:所述壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料具有热塑性,在加热过程中能够熔融且在降温过程中能够结晶,所得结晶为球晶。
4.根据权利要求1所述一种壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料的制备方法,其特征在于:所述壳寡糖接枝聚己内酯热塑性材料用于和其它材料共混,采用传统的聚合物成型加工方法制备出产品,或直接在熔融条件下加工成相关的生物材料制品。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20101013 |