CN102206332A

CN102206332A - 聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯嵌段共聚物及其制备方法

Info

Publication number: CN102206332A
Application number: CN 201110094377
Authority: CN
Inventors: 易国斌; 曾文娟
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2011-10-05

Abstract

本发明公开了一种聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯嵌段共聚物及其制备方法，该制备方法先通过自由基聚合得到低分子量端羟基聚乙烯基吡咯烷酮，然后以此作为大分子引发剂，对己内酯进行开环聚合得到聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯嵌段共聚物；该嵌段共聚物可广泛应用于组织工程的人体支架、长期药物释放系统、生物粘合剂等领域；该方法制备工艺简单，操作易行，产率高。

Description

聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯嵌段共聚物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯嵌段共聚物及其制备方法。

背景技术

聚己内酯（PCL）是一种疏水性聚合物，可用于组织工程的人体支架、药物释放系统等，但PCL存在亲水性差、降解速度慢等不足，使其应用范围受到限制。聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）是具有良好血液和生物相容性的水溶性高分子，是目前国际上公认的合成药中三大最重要的药用辅料之一，广泛应用于生物医用材料、日用化学品等领域。通过改性可改善PCL的力学性能、亲水性和降解性等，经亲水性物质PVP与PCL共聚后形成的聚合物具有良好的生物相容性、生物降解性、药物释放等性能，在生物医学材料领域具有广阔的应用前景。

采用带端羟基的大分子引发剂引发己内酯的开环聚合是获得聚己内酯嵌段共聚物的重要途径，Hyun等（Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, 2009(47): 3078~3085）采用钴介导的自由基聚合反应和开环聚合反应合成PVP-b-PCL。中国专利CN 200610097986.4公开了一种聚乙二醇嵌段-b-聚己内酯嵌段共聚物的制备方法，采用带有叔胺基的烷醇与聚乙二醇反应得到带有端羟基的聚乙二醇，进而引发己内酯的开环反应。

本发明以巯基乙醇（MCE）或异丙氧基乙醇为链转移剂、偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，利用溶剂N, N-二甲基甲酰胺（DMF）对单体N-乙烯基吡咯烷酮、引发剂及聚合产物的优良溶解性，通过自由基溶液聚合法得到端羟基聚乙烯基吡咯烷酮（PVP-OH），提高了引发和链转移效率。然后以PVP-OH为大分子引发剂、辛酸亚锡（Sn(Oct)₂）为催化剂，引发e-己内酯（e-CL）的开环聚合得到聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯两亲性嵌段共聚物（PVP-b-PCL），该法制备工艺简单，操作易行，产率高。

发明内容

本发明的最终目的在于为了提高嵌段共聚物的产率，改善PCL的亲水性和降解性，提供的一种聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯嵌段共聚物及其制备方法。

本发明的总体构思如下：先通过自由基聚合制备末端带有羟基的亲水嵌段PVP-OH，再以PVP-OH为大分子引发剂对e-己内酯进行开环聚合得到两嵌段PVP-b-PCL共聚物。在PVP-OH的合成方法上，通过采用对单体、引发剂及产物溶解性好的溶剂（二甲基甲酰胺）来提高其产率和末端功能化程度。

本发明的具体内容如下：

一种聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯嵌段共聚物，其结构式为：

Figure 2011100943774100002DEST_PATH_IMAGE001

其中，R为S或C(CH₃)₂O，x=27~90，y=26~88。嵌段共聚物的数均分子量为6000~20000，分子量分布系数为1.5~1.7。

上述聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯嵌段共聚物的制备方法包括以下步骤：

（1）在惰性气体保护和无水条件下，将亲水单体N-乙烯基吡咯烷酮、引发剂偶氮二异丁腈、链转移剂巯基乙醇或异丙氧基乙醇溶解于溶剂二甲基甲酰胺或乙醇中，其中，引发剂：链转移剂：单体N-乙烯基吡咯烷酮的摩尔比为1：1：36~120；单体N-乙烯基吡咯烷酮浓度为0.2~0.7 g/mL。在60~100℃下反应6~24小时，将反应溶液加入到相当于其体积10倍的0℃冷乙醚中沉淀，真空干燥得到大分子引发剂；

（2）在真空和无水条件下，将疏水单体e-己内酯、催化剂辛酸亚锡与步骤（1）的大分子引发剂溶解于溶剂二甲基甲酰胺中，其中，大分子引发剂：催化剂：单体e-己内酯的摩尔比为2：1：80~320，单体e-己内酯在溶剂二甲基甲酰胺中的浓度为0.15~0.50g/mL。在100~150℃下反应12~36小时，将溶液加入到相当于其体积10倍的0℃冷乙醚中沉淀，真空干燥得到聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯嵌段共聚物。

所述步骤（1）中惰性气体是氩气。

所述步骤（1）中大分子引发剂为端羟基聚乙烯基吡咯烷酮，其结构式如下：

其中R为S或C(CH₃)₂O，x=27~90，数均分子量为3000~10000，分子量分布系数为1.5~1.8。

嵌段共聚物的分子量及分子量分布系数用Waters 1515型胶渗透色谱仪（GPC）测定（柱温35℃，以单分散聚苯乙烯为标样，THF为流动相）。

本发明的有益效果：

采用本发明所提供的制备方法得到的聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯嵌段共聚物的数均分子量为6000~20000，大分子引发剂收率为70~90%，嵌段共聚物收率为60~80%。该嵌段共聚物可广泛应用于组织工程的人体支架、长期药物释放系统、生物粘合剂等领域。该方法制备工艺简单，操作易行，产率高。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的内容，下面结合具体实施实例作进一步说明。在实施例中单体、催化剂及引发剂使用的缩写对照如下：

名称	缩写	名称	缩写
				乙烯基吡咯烷酮	NVP	二甲基甲酰胺	DMF
e-己内酯	e-CL	异丙氧基乙醇	IPE
				偶氮二异丁腈	AIBN	辛酸亚锡	Sn(Oct)₂
巯基乙醇	MCE

实施例1

（1）PVP-OH大分子引发剂合成：将 AIBN加入到反应瓶中，用橡皮塞密封后抽真空-通氩气三次，依次用注射器将NVP、MCE、DMF加入反应瓶中，加料摩尔比为AIBN：MCE：NVP= 1：1：40，NVP在溶剂DMF中的浓度为0.5g/mL 。再用液氮冷冻-抽气-升温循环三次，最后在氩气保护下置于80℃油浴中反应12小时。产物冷却后，逐滴加入到10倍体积的冷乙醚中沉淀，过滤后，置于真空燥箱中干燥至恒重得到大分子引发剂。产率为89%，数均分子量M _n=3600，分子量分布系数PDI=1.53。

（2）两嵌段PVP-b-PCL合成：将大分子引发剂加入溶剂DMF中，抽真空-通氩气三次后，加入e-CL和Sn(Oct)₂，加料摩尔比为PVP-OH：Sn(Oct)₂：e-CL =2：1：90，e-CL在溶剂DMF中的浓度为0.3 g/mL。用液氮冷冻-抽气-升温循环三次，使反应体系处于真空状态，置于130℃油浴中反应24小时。将产物混合液逐滴加入到10倍体积的冷乙醚中沉淀，过滤后干燥至恒重得到聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯两亲性嵌段共聚物。产率为76%，M _n=6700，PDI=1.57。

实施例2

（1）PVP-OH大分子引发剂合成：将 AIBN加入到反应瓶中，用橡皮塞密封后抽真空-通氩气三次，依次用注射器将NVP、MCE、乙醇加入反应瓶中，加料摩尔比为AIBN：MCE：NVP= 1：1：75，NVP在乙醇中的浓度为0.3g/mL。再用液氮冷冻-抽气-升温循环三次，最后在氩气保护下置于100℃油浴中反应10小时。产物冷却后，逐滴加入到10倍体积的冷乙醚中沉淀，过滤后，真空干燥至恒重得到大分子引发剂。产物收率为75%，M _n=6400，PDI=1.72。

（2）两嵌段PVP-b-PCL合成：将大分子引发剂加入溶剂DMF中，抽真空-通氩气三次后，加入e-CL和Sn(Oct)₂，加料摩尔比为PVP-OH：Sn(Oct)₂：e-CL =2：1：120，e-CL在溶剂DMF中的浓度为0.2 g/mL。用液氮冷冻-抽气-升温循环三次，使反应体系处于真空状态，置于150℃油浴中反应15小时。将产物混合液逐滴加入到10倍体积的冷乙醚中沉淀，过滤后真空干燥至恒重得到聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯两亲性嵌段共聚物。产率为63%，M _n=11300，PDI=1.70。

实施例3

（1）PVP-OH大分子引发剂合成：将 AIBN加入反应瓶中，用橡皮塞密封后抽真空-通氩气三次，依次用注射器将NVP、IPE、乙醇加入反应瓶中，加料摩尔比为AIBN：IPE：NVP= 1：1：86，NVP在溶剂DMF中的浓度为0.2g/mL。再用液氮冷冻-抽气-升温循环三次，最后在氩气保护下置于80℃油浴中反应12小时。产物冷却后，逐滴加入到10倍体积的冷乙醚中沉淀，过滤后，真空干燥至恒重得到大分子引发剂。产率为81%，M _n=8100，PDI=1.68。

（2）两嵌段PVP-b-PCL合成：将大分子引发剂加入溶剂DMF中，抽真空-通氩气三次后，加入e-CL和Sn(Oct)₂，加料摩尔比为PVP-OH：Sn(Oct)₂：e-CL =2：1：220，e-CL在溶剂DMF中的浓度为0.2 g/mL。用液氮冷冻-抽气-升温循环三次，使反应体系处于真空状态，置于130℃油浴中反应24小时。将产物混合液逐滴加入到10倍体积的冷乙醚中沉淀，过滤后干燥至恒重得到聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯两亲性嵌段共聚物。产率为73%，M _n=16100，PDI=1.69。

实施例4

（1）PVP-OH大分子引发剂合成：将 AIBN加入反应瓶中，用橡皮塞密封后抽真空-通氩气三次，依次用注射器将NVP、MCE、DMF加入反应瓶中，加料摩尔比为AIBN：IPE：NVP= 1：1：55，NVP在溶剂DMF中的浓度为0.6 g/mL。再用液氮冷冻-抽气-升温循环三次，最后在氩气保护下置于80℃油浴中反应12小时。产物冷却后，逐滴加入到10倍体积的冷乙醚中沉淀，过滤后，真空干燥至恒重得到大分子引发剂。产物收率为83%，M _n=5100，PDI=1.57。

（2）两嵌段PVP-b-PCL合成：将大分子引发剂加入溶剂DMF中，抽真空-通氩气三次后，加入e-CL和Sn(Oct)₂，加料摩尔比为PVP-OH：Sn(Oct)₂：e-CL =2：1：290，e-CL在溶剂DMF中的浓度为0.4 g/mL。用液氮冷冻-抽气-升温循环三次，使反应体系处于真空状态，置于110℃油浴中反应36小时。将产物混合液逐滴加入到10倍体积的冷乙醚中沉淀，真空干燥至恒重得到嵌段共聚物。产物收率为74%，M _n=16800，PDI=1.63。

Claims

1.一种聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯嵌段共聚物，其特征在于所述嵌段共聚物结构式如下：

其中，R为S或C(CH₃)₂O，x=27~90，y=26~88；嵌段共聚物的平均分子量为6000~20000，分子量分布系数为1.5~1.7。

2.权利要求1所述的聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯嵌段共聚物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）在惰性气体保护和无水条件下，将亲水单体N-乙烯基吡咯烷酮、引发剂偶氮二异丁腈、链转移剂巯基乙醇或异丙氧基乙醇溶解于溶剂二甲基甲酰胺或乙醇中，其中，引发剂︰链转移剂︰单体N-乙烯基吡咯烷酮的摩尔比为1︰1︰36~120；单体N-乙烯基吡咯烷酮浓度为0.2~0.7 g/mL；在60~100℃下反应6~24小时，将反应溶液加入到相当于其体积10倍的0℃冷乙醚中沉淀，真空干燥得到大分子引发剂；

（2）在真空和无水条件下，将疏水单体e-己内酯、催化剂辛酸亚锡与步骤（1）的大分子引发剂溶解于溶剂二甲基甲酰胺中，其中，大分子引发剂︰催化剂︰单体e-己内酯的摩尔比为2︰1︰80~320，单体e-己内酯在溶剂二甲基甲酰胺中的浓度为0.15~0.50 g/mL，在100~150℃下反应12~36小时，将溶液加入到相当于其体积10倍的0℃冷乙醚中沉淀，真空干燥得到聚乙烯基吡咯烷酮-b-聚己内酯嵌段共聚物。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中惰性气体是氩气。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中大分子引发剂为端羟基聚乙烯基吡咯烷酮，其结构式如下：

其中R为S或C(CH₃)₂O，x=27~90，平均分子量为3000~10000，分子量分布系数为1.5~1.8。