CN110563695B - 一种乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法，该制备方法包含：第一阶段S1，原料的脱水，第二阶段S2，以生成乙交酯和丙交酯的混合物，其中，S1中、将羟基乙酸与乳酸按照预设比例加入至第一反应容器中，搅拌后通过加热装置升温至融化，使用抽真空装置抽真空直至升温至第一预设温度，保持抽真空至第一预设时间T1，S2中、向第一反应容器中加入催化剂在搅拌的同时升温至第二预设温度，基于抽真空装置抽真空至不再有馏分蒸出。合成乙交酯的反应物料中添加可生成丙交酯的乳酸，经脱水，解聚反应生成乙交酯和丙交酯混合物，而生成的丙交酯不影响聚乙丙交酯的合成，给后续运用带来便利，同时可以极大减弱反应过程中的炭化现象。

Description

一种乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法

技术领域

本发明涉及一种易降解聚合物单体，具体的涉及一种乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法。

背景技术

在众多生物降解材料中,以聚乳酸、聚乙醇酸及其共聚物为代表的聚酯材料因其易被自然界中的多种微生物或动植物体内酶分解代谢,最终形成二氧化碳和水,而成为近来生物降解材料的热点，被广泛应用于生物医学领域,如手术缝合线、骨科固定、组织修复材料及药物控制释放体系等。

然而,无论是聚乙交酯还是聚乳酸,都存在一些不足之处。聚乳酸均聚物因为具有较高的结晶度导致结构紧密而拉伸性能不好，与其他可降解聚合物相比,在自然条件下,聚乳酸的降解速率相当慢。而聚乙交酯柔性差,作为手术缝合线会给人体组织造成损伤，在体内的强度下降快,尤其是在短时间内强度衰减快，且熔点高,给熔融纺丝造成一定困难。由丙交酯和乙交酯按一定配比共聚得到的一种新型高聚物材料,它兼有两种均聚物材料的优势,同时又弥补了两种材料的不足。

在乙交酯和丙交酯的开环共聚合中，为了获得高分子量的共聚物，必须使用高纯度的单体。通常，乙交酯的制备一般是通过两步法进行的，首先是生成分子链相对较短的羟基乙酸低聚物，然后在减压条件下生成环状乙交酯。一般地，因为解聚生产乙交酯的反应温度较高，反应过程中受传热不均的影响，物料炭化较严重，生成物纯度较低，制备环状酯的产率也较低，迄今为止，已经采用各种方法来提高这些环状单酯的产率和纯度。

美国专利US5091544A揭示一种通过采用通入惰性气流增加反应界面来促使低聚物迅速向环状单体的转化，并采用不溶于水的非极性溶剂从气流中回收环状单体。但由于环状二聚体的生成速率较慢，这种方法仍然难以降低生产成本。美国专利US4727163A揭示一种采用加热羟基乙酸与耐高温聚醚的共聚物制备环状酯的方法，虽然耐高温聚醚能够通过多次加入羟基乙酸共聚而被再利用，但需要消耗大量的多元聚醚，同时在高温下聚合物会有很多副反应发生，例如异构化、高聚物的炭化，导致反应釜难以清理。

美国专利US5830991A揭示一种添加高沸点极性有机溶剂到聚羟基乙酸低聚物中以降低反应体系粘度和解聚反应温度，US6891048B2揭示一种聚羟基乙酸低聚物和极性有机溶剂同时加入解聚体系并同时引起二价或多价阳离子形式的硫酸盐或者有机酸盐稳定剂来防止副反应的发生，但导致了乙交酯粗产物因混有此种溶剂而难以纯化。

以上方法中，通过添加比乙交酯饱和蒸气压小的物质来达到提高乙交酯转化率的方法，所得到的单体粗产物都因混有较多杂质，从而难以纯化。同时，额外加入的物质蒸馏时需要吸收大量的热，增大了能源消耗。

发明内容

发明要解决的课题

本发明是鉴于上述现有技术中存在的课题而做出的，目的在于提供一种乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法，旨在制备时降低炭化现象。

用于解决课题的方法

本申请发明者为了实现上述目的而反复进行了深入研究，结果发现，在合成乙交酯的反应物料中添加可生成丙交酯的乳酸，经脱水，解聚反应生成乙交酯和丙交酯混合物，而生成的丙交酯不影响聚乙丙交酯的合成，从而完成了本发明。

基于上述问题，本申请提出如下技术方案：

一种乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包含：第一阶段S1，原料的脱水，第二阶段S2，以生成乙交酯和丙交酯的混合物，其中，S1中、将羟基乙酸与乳酸按比例加入至第一反应容器中，通过加热装置加热第一反应容器使其内的羟基乙酸、乳酸至融化，在加热的同时基于抽真空装置抽真空直至第一反应容器升温至第一预设温度，抽真空装置运作至第一预设时间T1，S2、向第一反应容器中加入催化剂，通过加热装置加热第一反应容器直至升温至第二预设温度，抽真空装置运作直至不再有馏分蒸出，停止反应。

优选的，该S2之后还包含：将蒸出的馏分使用乙酸乙酯和异丙醇重结晶，在常温下真空干燥获得固体的乙交酯和丙交酯的混合物。

优选的，该S2中，催化剂包含异辛酸亚锡，其质量选取介于0.7g～1.36g。

优选的，该异辛酸亚锡选取1.05g。

优选的，该S1中，羟基乙酸与乳酸的质量比介于1:0.2～5。

优选的，该羟基乙酸与乳酸的质量比为1:0.5、1:1、1:2、1:5中的一种。

优选的，该S1中所述第一预设温度介于200℃～230℃/min，所述加热装置的升温速度介于1℃/min～5℃/min。

优选的，该第一预设温度为200℃，所述加热装置的升温速度为2℃/min。

优选的，该S1中，所述抽真空装置包含第一抽真空装置、第二抽真空装置，所述第一抽真空装置运行t1时间后切换至启用第二抽真空装置运行t2时间。

优选的，该S2中，运行第二抽真空装置。

相对于现有技术中的方案，本申请的优点：

本发明在合成乙交酯的反应物料中添加可生成丙交酯的乳酸，经脱水，解聚反应生成乙交酯和丙交酯混合物，而生成的丙交酯不影响聚乙丙交酯的合成，给后续运用带来便利，同时可以极大减弱反应过程中的炭化现象。

附图说明

图1为合成乙交酯单体的合成路线，

图2为本申请实施方式的乙丙交酯的合成方法示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例：

本申请的制备机理，合成生物降解聚合物：聚乙丙交酯，需要聚合单体包含乙交酯、丙交酯。制备乙交酯时，生成乙交酯的解聚温度较高(240～260℃)，在反应过程中容易有炭化现象的发生，而相比于制备乙交酯，生成(制备)丙交酯的解聚温度较低(200～230℃)。基于此，从而产生了本申请提出一种合成乙交酯的方法，该方法在生成(合成)乙交酯的反应物中混入一定比例的可以生成丙交酯的聚乳酸低聚物。通过这样的实施方式，生成的丙交酯可以增大乙交酯的反应界面，使生成乙交酯的反应加速进行，从而减小炭化；其次，生成的产物中含有的是乙交酯和丙交酯，对于合成聚乙丙交酯聚合物而言，丙交酯不需要除去；再次，乙交酯和丙交酯性质相似，提纯无需更改工艺(降低对制备设备的改进要求)；最后，反应无副反应发生，可以降低能源的消耗。

如图1所示为合成乙交酯单体的合成路线，其合成一般是通过两步法进行的，首先是生成分子链相对较短的羟基乙(醇)酸低聚物，然后在减压及催化剂的条件下生成环状乙交酯。

在一实施方式中，在合成乙交酯的反应物料中添加一定比例的乳酸，该乳酸可生成丙交酯，而生成的丙交酯不影响聚乙丙交酯的合成。接下来通过如图2所示的制备示意图，来描述申请提出的实施例方式，

如图2所示为本申请实施方式的制备示意图，其包含加热装置1、第一反应容器(三口烧瓶)2、烧杯3、第二反应容器(两口烧瓶)4、回收装置(圆底烧瓶)5、抽真空装置6，制备时将待反应的原料放入第一反应容器内，利用加热装置加热第一反应容器升温至第一预设温度，其内的原料融化，再通过抽真空装置抽真空第一预设时间(T1)，以实现对原料的脱水即第一阶段S1。向第一反应容器内投加催化剂(如，通过催化剂投加装置向第一反应容器内投加催化剂)，继续升温至第二预设温度，利用抽真空装置持续抽真空(极限真空度0.5Pa)抽真空，至不再有馏分蒸出。即第二阶段S2，以生成乙交酯和丙交酯的混合物。较佳的，在加热的同时利用搅拌装置(如，磁力搅拌器)搅拌原料。较佳的，抽真空装置包含，第一抽真空装置，第二抽真空装置。在脱水阶段，先启用第一抽真空装置一段时间(如，1H,具体视应用场景)后，切换至启用第二抽真空装置运行t2时间(如，2H,具体视应用场景)后进行乙交酯和丙交酯混合物的制备阶段，在此阶段维持第二抽真空装置运行。第一抽真空装置的极限真空度3300Pa，第二抽真空装置的极限真空度0.5Pa。烧杯3用以冷却第二反应容器4，回收装置5应以进一步回收经冷凝的反应物。

实施例：乙交酯和丙交酯混合单体的合成

1、原料的脱水：将m1质量羟基乙酸和m2质量乳酸加入到三口烧瓶中，开启磁力搅拌器，升温至融化，利用第一抽真空装置(循环水真空泵，极限真空度3300Pa抽真空，升温至第一预设温度(如，200℃，较佳的，升温速度1℃/min～5℃/min，本实施中，选用2℃/min)，继续抽真空1小时，然后把第一抽真空装置切换至第二抽真空装置(机械真空泵，极限真空度0.5Pa)抽真空2小时；

2、解聚：向烧瓶中加入(异辛酸亚锡)催化剂，升温至第二预设温度(如，260℃)，基于第二抽真空装置(机械真空泵，极限真空度0.5Pa)抽真空至不再有馏分蒸出。分别称量烧瓶中固体质量和所得到的的馏分质量；较佳的，催化剂为异辛酸亚锡，其质量选取介于0.7g～1.36g，本实施方式中，选取异辛酸亚锡1.05g。在解聚阶段维持搅拌。

在一实施方式中，在解聚步骤后还包含：

3、提纯：将蒸出的馏分使用乙酸乙酯和异丙醇重结晶，在常温下真空环境中干燥获得所得乙交酯和丙交酯的混合物(固体)。

上述实施方式中，通过添加乳酸，其在加热情况下会发生脱水缩合反应，抽真空把生成的水去除，会促进反应的进行，生成低分子量的聚乳酸低聚物，生成的聚乳酸低聚物在催化剂作用下，受热会发生裂解反应，生成丙交酯，抽真空可以使生成的丙交酯从低聚物中分离出来，所以收集真空挥发组分即可得到丙交酯。其反应式如公式1所示，

对比实施例：乙交酯的合成

1、原料的脱水：将300g羟基乙酸加入到三口烧瓶中，开启磁力搅拌器，升温至融化，使用循环水真空泵抽真空，同时在1小时缓慢升温至200℃，继续抽真空1小时，然后把循环水真空泵改用机械真空泵抽真空2小时；

2、解聚：在搅拌条件下，向烧瓶中加入异辛酸亚锡催化剂，升温至260℃，机械泵抽真空至不再有馏分蒸出，停止反应，分别称量烧瓶中炭化固体质量和所得到的的馏分质量；较佳的，异辛酸亚锡催化剂的选取介于0.7g～1.36g，本实施方式中，选取优选1.05g。

3、提纯：将蒸出的馏分使用乙酸乙酯和异丙醇重结晶三次，常温下真空干燥所得固体，称重。

表1

通过表1可看出本申请提出的实施例方式与对比实施例相比极大减弱反应过程中的炭化现象,所加羟基乙酸和乳酸比例介于1:0.2～5，如，羟基乙酸和乳酸比例为1:0.5、1:1、1:2、1:5。使用500mL的三口烧瓶。在其他的实施方式中对三口烧瓶的容量不作限制。

在其他的实施方式中，加热装置1、第一反应容器2、冷却装置(烧杯)3、两口烧瓶(也称第二反应容器)4、回收装置(圆底烧瓶)5、抽真空装置6等可替换为具有同等功能的实施形式，在此不作限定。

上述实施方式中，提出的聚乙丙交酯共聚物中单体乙交酯和丙交酯的制备方法，极大减弱反应过程中的炭化现象。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡如本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法，其特征在于，

所述制备方法包含：

第一阶段S1，原料的脱水，

第二阶段S2，以生成乙交酯和丙交酯的混合物，其中，

S1中、将羟基乙酸与乳酸按比例加入至第一反应容器中，通过加热装置加热第一反应容器使其内的羟基乙酸、乳酸至融化，在加热的同时基于抽真空装置抽真空直至第一反应容器升温至第一预设温度，抽真空装置运作至第一预设时间T1，

S2、向第一反应容器中加入催化剂，所述催化剂为异辛酸亚锡，其质量选取介于0.7g～1.36g，

通过加热装置加热第一反应容器直至升温至第二预设温度，抽真空装置运作直至不再有馏分蒸出。

2.如权利要求1所述的乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法，其特征在于，所述S2之后还包含：

将蒸出的馏分使用乙酸乙酯和异丙醇重结晶，在常温下真空干燥获得固体的乙交酯和丙交酯的混合物。

3.如权利要求1所述的乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法，其特征在于，所述异辛酸亚锡选取1.05g。

4.如权利要求1所述的乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法，其特征在于，所述S1中，羟基乙酸与乳酸的质量比介于1:0.2～5。

5.如权利要求4所述的乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法，其特征在于，羟基乙酸与乳酸的质量比为1:0.5、1:1、1:2、1:5中的一种。

6.如权利要求1所述的乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法，其特征在于，所述S1中所述第一预设温度介于200℃～230℃/min，所述加热装置的升温速度介于1℃/min～5℃/min。

7.如权利要求6所述的乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法，其特征在于，所述第一预设温度为200℃，所述加热装置的升温速度为2℃/min。

8.如权利要求1所述的乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述抽真空装置包含第一抽真空装置、第二抽真空装置，所述第一抽真空装置运行T1时间后切换至启用第二抽真空装置运行t2时间。

9.如权利要求8所述的乙交酯和丙交酯的混合物的制备方法，其特征在于，所述S2中，运行第二抽真空装置。

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