CN104629026B - 一种生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料，其特征在于，其制备方法包括：将乳酸、聚乙二醇和癸二酸混合，在一定温度和氮气保护下搅拌直到癸二酸完全溶解；将催化剂加入到反应体系中，反应得到乳酸、聚乙二醇和癸二酸无规共聚形成的两端带有羧基的线性链段，在其中加入丙三醇，继续反应得到未交联的枝化的聚酯预聚物；将所得到的聚酯预聚物置于模具中，固化，得到具有交联网络结构的生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料。本发明提供的交联聚酯材料具有良好的生物相容性、生物降解性以及良好的机械强度和高弹性，通过调节单体组成比例和反应条件，材料的性能可以在很大范围内发生变化以满足不同生物医学应用的需要。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料合成领域，具体涉及一种生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料及其制备方法。
背景技术
生物医用高分子材料对于挽救生命、救治伤残、提高人类生活质量具有重要意义。聚酯是一类非常重要的医用高分子材料。目前，应用较普遍的聚酯材料一般是由单一单体或结构类似的不同单体共聚得到的热塑性材料，这些材料结晶度高、力学强度高，可以满足很多生物医学应用的需要，如聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物等聚酯材料已经在手术缝合线、骨折内固定、组织工程、药物缓释等许多生物医学领域得到广泛的应用。但由于有较高的结晶度，这些材料一般脆性大、降解缓慢，不适合在软组织工程方面应用。
Wang等(Nat.Biotechnol.2002，20：602-606.)用癸二酸与丙三醇反应制得了一种具有良好生物相容性和生物降解性的弹性体，聚癸二酸丙三醇酯，受到人们的广泛关注，其在软组织工程如心肌、血管、神经导管、角膜、鼓膜等方面有很大的应用前景。但其强度低、吸水性差等特点使其在生物医学应用上的实用性受到很大的限制。中国专利(CN201210072741.1)公开了一种高弹性聚乳酸基共聚物，将具有一定聚合度的聚癸二酸丙三醇酯与L-丙交酯反应，通过聚癸二酸丙三醇酯分子链上带有的羟基引发L-丙交酯聚合，形成聚乳酸基的枝化共聚物。然而，迄今尚没有一种非常理想的生物弹性体能满足生物医学领域对弹性体材料的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料及其制备方法，具体为乳酸、聚乙二醇、癸二酸与丙三醇共聚，形成具有交联网络结构的聚酯材料。本发明的交联聚酯材料有良好生物相容性、生物降解性以及良好的机械强度和高弹性。
为了达到上述目的，本发明提供了一种生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料，其特征在于，其制备方法包括：
第一步：将乳酸、聚乙二醇和癸二酸混合，在一定温度和氮气保护下搅拌直到癸二酸完全溶解；
第二步：将催化剂加入到反应体系中，在温度为120-220℃、压力不大于3325Pa的条件下反应6h-10天得到乳酸、聚乙二醇和癸二酸无规共聚形成的两端带有羧基的线性链段，在其中加入丙三醇，所述的线性链段与丙三醇在温度为120-220℃、压力不大于常压的条件下继续反应6h-10天得到未交联的枝化的聚酯预聚物；
第三步：将所得到的聚酯预聚物置于模具中，固化，得到具有交联网络结构的生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料。
上述线性链段的结构式为：
其中n≥0，m＝0～50。
所述的线性链段与未交联的枝化预聚物在常温下为无色透明的粘稠液体，可溶于四氢呋喃、丙酮、三氯甲烷、二氯甲烷等多种有机溶剂。
优选地，所述第一步中的乳酸和聚乙二醇在混合之前分别进行脱水处理。
优选地，所述第一步中的乳酸为外消旋乳酸、左旋乳酸和右旋乳酸中的任一种，但考虑到生物相容性问题，选择左旋乳酸最好。
优选地，所述的第一步中的聚乙二醇的分子量为200-2000g·mol-1。
优选地，所述的第一步中的聚乙二醇的摩尔量为第二步中丙三醇摩尔量的0-1倍，不包含0倍。
优选地，所述的第一步中的乳酸的摩尔量为第二步中的丙三醇的摩尔量的0-30倍，不包含0倍。
优选地，所述的第一步中的使癸二酸溶解的温度为120-140℃。
优选地，所述的第二步中所用的催化剂为可催化乳酸聚合的任意一种或几种。
优选地，所述的第二步中所用的催化剂为锡类催化剂。
更优选地，所述的锡类催化剂为辛酸亚锡、氯化亚锡、辛酸亚锡和对甲苯磺酸，或氯化亚锡和对甲苯磺酸。
更优选地，所用对甲苯磺酸的摩尔量与辛酸亚锡或氯化亚锡的摩尔量相等，辛酸亚锡或氯化亚锡的摩尔量为反应体系中乳酸与聚乙二醇摩尔量之和的0.0001-0.005倍。
优选地，所述的第二步中加入的丙三醇与第一步所加入的聚乙二醇的摩尔量之和等于第一步所加入的癸二酸的摩尔量。
优选地，所述的第三步中的固化反应的压力低于1000Pa，固化温度为100-200℃，固化时间为10h-7天。
本发明提出的交联聚酯材料，先由乳酸、聚乙二醇、癸二酸在一定温度一定压力和催化剂条件下无规共聚，通过分子之间脱水缩合聚合形成以酯键键合的两端带有羧基的线性链段，再由该线性链段与丙三醇反应得到未交联的枝化预聚物，未交联的枝化预聚物进一步在高温低压条件下固化交联得到具有三维网络结构的交联共聚物，其中丙三醇为化学交联点。固化后的交联共聚物不熔融，也不溶于任何溶剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的交联聚酯弹性体材料采用的共聚单体全部具有高度的体内安全性，可在体内被吸收代谢，这使得材料具有良好的生物相容性，各共聚单体之间全部以酯键键合使得材料具有良好的生物降解性，以及良好的机械强度和高弹性。
(2)本发明提供的交联聚酯材料具有良好的机械强度和高弹性，通过调节共聚单体组成比例和反应条件，材料的性能可以在很大范围内发生变化以满足不同生物医学应用的需要。
附图说明
图1是实施例1所得线性链段和预聚物的红外光谱图；
图2是实施例1所得线性链段的核磁共振氢谱(1H-NMR)图；
图3是实施例1所得预聚物在180℃、133Pa条件下分别固化12h和18h所得材料的拉伸应力-应变曲线图，测试温度为20℃，拉伸速率为50mm/min；
图4是实施例2所得预聚物在150℃、133Pa条件下分别固化24h、48h和72h所得材料的拉伸应力-应变曲线图，测试温度为20℃，拉伸速率为50mm/min。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料，其制备方法为：
(1)将脱水后的1.6mol左旋乳酸、0.05mol脱水后的聚乙二醇-600与0.15mol癸二酸一起加入单口烧瓶中混合，在120℃、氮气保护下搅拌1h至癸二酸完全溶解，体系形成澄清透明的液体；
(2)将0.0017mol辛酸亚锡和0.0017mol对甲苯磺酸一起加入到反应体系中，保持反应体系压力为3325Pa，使反应温度在8h内由120℃缓慢升至180℃，保持温度为180℃反应8h；然后将压力缓慢降至1.3Pa，保持温度为180℃，反应6h，得到乳酸、聚乙二醇-600、癸二酸无规共聚形成的两端带有羧基的线性链段；在其中加入0.1mol丙三醇，在氮气保护下在180℃、常压反应2h，然后在180℃、压力为3325Pa的条件下反应6h，再将压力缓慢降至1.3Pa，保持温度为180℃，反应2h，得到未交联的枝化的聚酯预聚物；
(3)将上述聚酯预聚物置于聚四氟乙烯模具中，在180℃、133Pa条件下分别固化12h和18h得到交联的聚酯弹性体材料。
如图1所示，为实施例1所得的线性链段和预聚物的红外光谱图；图2是实施例1所得线性链段的核磁共振氢谱(1H-NMR)图。
如图3所示，是实施例1所得预聚物在180℃、133Pa条件下分别固化12h和18h所得材料的拉伸应力-应变曲线图，测试温度为20℃，拉伸速率为50mm/min。
实施例2
一种生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料，其制备方法为：
(1)将脱水后的1.2mol左旋乳酸、0.05mol脱水后的聚乙二醇-600与0.15mol癸二酸一起加入单口烧瓶中混合，在120℃、氮气保护下搅拌1h，至癸二酸完全溶解，体系形成澄清透明的液体；
(2)将0.0013mol辛酸亚锡和0.0013mol对甲苯磺酸一起加入到反应体系中，保持反应体系压力为3325Pa，使反应温度在8h内由120℃缓慢升至180℃，保持温度为180℃反应8h；然后将压力缓慢降至1.3Pa，保持温度为180℃，反应6h，得到乳酸、聚乙二醇-600、癸二酸无规共聚形成的两端带有羧基的线性链段；在其中加入0.1mol丙三醇，在氮气保护下在180℃、常压反应2h，然后在180℃、压力为3325Pa反应6h，再将压力缓慢降至1.3Pa，保持温度为180℃，反应2h，得到未交联的枝化的聚酯预聚物；
(3)将上述聚酯预聚物置于聚四氟乙烯模具中，在150℃、133Pa条件下分别固化24h、48h和72h得到交联的聚酯弹性体材料。
如图4所示，是实施例2所得预聚物在150℃、133Pa条件下分别固化24h、48h和72h所得材料的拉伸应力-应变曲线图，测试温度为20℃，拉伸速率为50mm/min。
Claims (10)
1.一种生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料，其特征在于，其制备方法包括：
第一步：将乳酸、聚乙二醇和癸二酸混合，在一定温度和氮气保护下搅拌直到癸二酸完全溶解；
第二步：将催化剂加入到反应体系中，在温度为120-220℃、压力不大于3325Pa的条件下反应6h-10天得到乳酸、聚乙二醇和癸二酸无规共聚形成的两端带有羧基的线性链段，在其中加入丙三醇，所述的线性链段与丙三醇在温度为120-220℃、压力不大于常压的条件下继续反应6h-10天得到未交联的枝化的聚酯预聚物；
第三步：将所得到的聚酯预聚物置于模具中，固化，得到具有交联网络结构的生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料。
2.如权利要求1所述的生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料，其特征在于，所述第一步中的乳酸和聚乙二醇在混合之前分别进行脱水处理。
3.如权利要求1所述的生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料，其特征在于，所述第一步中的乳酸为外消旋乳酸、左旋乳酸和右旋乳酸中的任一种。
4.如权利要求1所述的生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料，其特征在于，所述的第一步中的聚乙二醇的分子量为200-2000g·mol-1。
5.如权利要求1所述的生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料，其特征在于，所述的第一步中的聚乙二醇的摩尔量为第二步中丙三醇摩尔量的0-1倍，不包含0倍。
6.如权利要求1所述的生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料，其特征在于，所述的第一步中的乳酸的摩尔量为第二步中的丙三醇的摩尔量的0-30倍，不包含0倍。
7.如权利要求1所述的生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料，其特征在于，所述的第一步中的使癸二酸溶解的温度为120-140℃。
8.如权利要求1所述的生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料，其特征在于，所述的第二步中所用的催化剂为锡类催化剂。
9.如权利要求1所述的生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料，其特征在于，所述的第二步中加入的丙三醇与第一步所加入的聚乙二醇的摩尔量之和等于第一步所加入的癸二酸的摩尔量。
10.如权利要求1所述的生物医用多元共聚交联聚酯弹性体材料，其特征在于，所述的第三步中的固化反应的压力低于1000Pa，固化温度为100-200℃，固化时间为10h-7天。
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