CN111116881B - 一种dl-聚乳酸-聚乙二醇-dl-聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种DL‑聚乳酸‑聚乙二醇‑DL‑聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制备方法，具体步骤如下：S1、添加溶剂：将原料聚乙二醇与溶剂混合并溶解；S2、共沸除水并精确控制剩余少量溶剂；S3、向原料聚乙二醇和剩余溶剂中，加入原料丙交酯和催化剂辛酸亚锡，加热并搅拌，得到生成物；S4、对生成物先减压蒸馏除去溶剂，再以良溶剂溶解稀释，并在不良溶剂中剧烈搅拌沉淀，倾去母液，重复1～2次，得到最终沉淀物；S5、最终沉淀物干燥后，即得所需产物。本发明的制备方法能够解决原料DL‑丙交酯升华凝华、导致产物不稳定的问题，且缩短反应时间、减少锡金属催化剂用量，使得整个制备流程简单方便，易于操作，耗时短，催化剂残留低，节约能耗。

Description

一种DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制 备方法
技术领域
本发明涉及聚合物制备技术领域，具体为一种DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制备方法。
背景技术
DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物是一种可植入、可降解的生物医用高分子材料，其在人体内最终降解成二氧化碳和水。一定范围内的分子量组成(具体指DL-聚乳酸链段和聚乙二醇链段的分子量及其比例)和序列(具体指DL-聚乳酸中D型和L型单体在聚合物链段中的排列次序)的DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物在水中可形成溶液并发生温敏凝胶化。此溶液在升高温度时，可逐渐发生从溶液到凝胶再到沉淀的转变过程。该种温敏水凝胶在医疗器械、医药辅料、组织工程等领域有广泛的用途。
现有方案通过化学合成得到这种一定范围内的分子量组成和序列的可成胶的DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物，制备方法是本体聚合法和溶液聚合法。具体的讲，是以聚乙二醇为引发剂，以DL-丙交酯为原料，在异辛酸亚锡的催化下加热反应得到。
本体聚合法虽然能制备得到所需的聚合物，但存在以下问题和缺陷：1.为保证产物分子量及分布稳定、减少副产物，原料聚乙二醇需进行除水，本体聚合的除水方法为需要加热熔融后以真空泵长时间抽高真空(<1kPa)实现，且因无溶剂稀释，体系粘度很大，需要用搅拌桨机械搅拌，这对设备的密封性和运转稳定性有很大的要求；2.加热并抽高真空时反应原料DL-丙交酯易升华并凝华在反应器上方，使得原料有损失，反应物的量不易控制，导致产物不稳定，且产物易被凝华的原料污染，使单体残留量高；3.体系粘度大，无溶剂稀释，需用油浴加热使体系受热均匀，由于油浴升降温度很慢，并且无法在较高温度反应，反应时间长，整个操作流程繁琐，耗时长，且产物色泽往往不佳。
溶液聚合法虽然同样可以得到所需的聚合物，但需要催化剂的用量较大才能得到一定序列、可溶解并成胶的聚合物，如果催化剂的用量较小，所得产物通常不能溶解于水，也不能形成水凝胶。而催化剂用量过大不利于降低催化剂的残留，容易造成产物锡含量超标，影响医疗领域使用。同时，溶剂聚合法由于大量有机溶剂的存在，体系较稀，使得反应时间通常较长，如大于60小时等，不利于生产和节约能耗，且需过夜生产，不利于降低安全生产风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。能够解决原料DL-丙交酯升华凝华问题且缩短反应时间、减少催化剂用量的制备方法，使得整个制备流程简单方便，易于操作，耗时短，催化剂残留低，节约能耗。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制备方法，具体步骤如下：
S1、添加溶剂：在干燥的反应器中加入一定质量的聚乙二醇，再加入体积为聚乙二醇质量1～10倍的溶剂，形成均一相体系；
S2、共沸除水：对混合溶剂进行共沸蒸馏除水，蒸馏至剩余溶剂体积为聚乙二醇质量的0.1～1.3倍时，停止蒸馏；
S3、搅拌加热：向剩余溶剂中，加入质量为2～3倍于聚乙二醇质量的原料丙交酯，加入摩尔数为聚乙二醇摩尔数0.2％～2％的催化剂辛酸亚锡，置换惰性气体，加热搅拌，反应温度为130～210℃，反应时间为1～4小时，得到生成物；
S4、溶解稀释和沉淀：对生成物先减压蒸馏除去溶剂，再以体积为反应物总质量0.5～2.0倍的良溶剂溶解稀释，并在体积为良溶剂体积5～20倍的不良溶剂中剧烈搅拌沉淀，后静置，倾去母液，对沉淀物重复进行前述的溶解稀释和沉淀过程1～2次，所用良溶剂和不良溶剂的体积同前，得到最终沉淀物；
S5、保压干燥：将最终沉淀物置于60℃真空干燥箱中，保压干燥48小时，即得所需产物。
作为本发明进一步的方案，所述步骤S1～S4中体积的单位为mL，质量的单位为g。
作为本发明进一步的方案，所述步骤S1中的溶剂采用甲苯、二甲苯、乙苯、异丙苯或苯甲醚。
作为本发明进一步的方案，所述步骤S4中的良溶剂采用乙酸甲酯、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿或四氢呋喃。
作为本发明进一步的方案，所述步骤S4中的不良溶剂采用甲基叔丁基醚、乙醚、石油醚、正己烷、甲醇或乙醇。
作为本发明进一步的方案，所述DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的分子式为：H(C3H4O2)nO(C2H4O)m(C3H4O2)nH，其中，m＝11～46，n＝7～42，平均分子量为1500～8000，聚乙二醇段为500～2000，单侧聚乳酸段为500～3000。
作为本发明进一步的方案，所述步骤S3中的惰性气体采用氮气或氩气。
作为本发明进一步的方案，所述步骤S3中的搅拌加热设备采用磁力搅拌电加热套或磁力搅拌油浴。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的制备方法虽在反应中使用到溶剂，但不属于一般溶液聚合法，使用的溶剂量明显少于常规的溶液聚合，这是本发明的重要特点和技术关键。本发明的制备方法同制备具有相同组成的DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的本体聚合法、常规溶液聚合法不同。常规溶液聚合法所制备的上述嵌段聚合物在催化剂用量较少的情况下(常规溶液聚合法催化剂用量通常为本发明制备方法的3倍或以上)，不具备适宜的溶解性能和凝胶化性能，而本发明的方法可在催化剂用量较少的情况下，使制备出的上述嵌段聚合物具有适宜的溶解性能和凝胶化性能。本发明的制备方法采用加入溶剂共沸除水，除水后的剩余溶剂同时作为反应溶剂使用，解决了原料聚乙二醇的除水必须长时间抽高真空的问题。因反应体系内有溶剂存在，体系粘度相对较低，可以使用磁力搅拌代替机械搅拌桨，减少对设备密封性的要求。同时，因有溶剂存在，反应时冷凝回流的过程易于控制体系的反应温度的稳定，且溶剂沸点较高，溶剂量又较少，使反应可以在较高的温度下进行，可以显著缩短反应时间，提高收率，同时催化剂用量可明显减少，产物色泽也更洁白。
本发明的制备方法，可以使整个操作流程简明、方便、快捷流畅，以节约人工和能耗，使该产物的合成工艺能在一天内完成，避免过夜生产，降低出现安全事故的可能性。此外，本发明的制备方法，优选采用的反应和后处理溶剂异丙苯、苯甲醚，乙酸甲酯和甲基叔丁基醚均属于“化学药物有机溶剂残留量研究技术指导原则”规定的第三类溶剂，二甲苯和乙苯虽属于上述指导原则中的第二类溶剂，但允许残留量在第二类溶剂中的值却相对较高，并且，后处理溶剂乙酸甲酯和甲基叔丁基醚的沸点较低(均在60℃以下)，在加热真空干燥时易于挥发，有利于降低溶剂残留。
附图说明
图1为DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的结构式。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，图1为DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的结构式，DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的分子式为：H(C3H4O2)nO(C2H4O)m(C3H4O2)nH，其中，m＝11～46，n＝7～42，平均分子量为1500～8000，聚乙二醇段为500～2000，单侧聚乳酸段为500～3000。
实施例1：
一种DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制备方法，请具体步骤如下：
S1、添加溶剂：在干燥的反应器中加入一定质量的聚乙二醇(分子量为1450)，再加入体积为聚乙二醇质量6倍(mL/g)的溶剂二甲苯，形成均一相体系；
S2、共沸除水：对混合溶剂进行共沸蒸馏除水，蒸馏至剩余溶剂体积为聚乙二醇质量的1.5倍(mL/g)时，停止蒸馏；
S3、搅拌加热：向剩余溶剂中，加入质量为2.3倍于聚乙二醇质量的原料丙交酯，加入摩尔数为聚乙二醇摩尔数2％的催化剂辛酸亚锡，置换氮气后，以磁力搅拌电加热套加热并搅拌，反应温度为170℃，反应时间为4小时，得到生成物；
S4、溶解稀释和沉淀：对生成物先减压蒸馏除去溶剂，再以体积为反应物总质量1.2倍(mL/g)的乙酸甲酯溶解稀释，并在体积为乙酸甲酯体积20倍(mL/mL)的甲基叔丁基醚中剧烈搅拌沉淀，后静置，倾去母液，对沉淀物重复进行前述的溶解稀释和沉淀过程2次，所用良溶剂乙酸甲酯和不良溶剂甲基叔丁基醚的体积同前，得到最终沉淀物；
S5、保压干燥：将最终沉淀物置于60℃真空干燥箱中，保压干燥48小时，即得所需产物。
所需产物经凝胶渗透色谱(GPC，后同)和核磁共振波谱(NMR，后同)表征，确定其结构、分子量、分子量分布等多项物理参数。
结果：1HNMR(CDCl3)：1.52～1.58(聚乳酸段CH3)，3.64(聚乙二醇段CH2)，5.12～5.22(聚乳酸段CH)，Mn，NMR＝4734g/mol；
GPC：Mn，GPC＝4417g/mol，多分散性D＝1.25。
实施例2：
一种DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制备方法，请具体步骤如下：
S1、混合溶剂：在干燥的反应器中加入一定质量的聚乙二醇(分子量为1450)，再加入体积为聚乙二醇质量5倍(mL/g)的溶剂二甲苯，形成均一相体系；
S2、共沸除水：对混合溶剂进行共沸蒸馏除水，蒸馏至剩余溶剂体积为聚乙二醇质量的1倍(mL/g)时，停止蒸馏；
S3、搅拌加热：向剩余溶剂中，加入质量为2.2倍于聚乙二醇质量的原料丙交酯，加入摩尔数为聚乙二醇摩尔数2％的催化剂辛酸亚锡，置换氮气后，以磁力搅拌电加热套加热并搅拌，反应温度为160℃，反应时间为3小时，得到生成物；
S4、溶解稀释和沉淀：对生成物先减压蒸馏除去溶剂，再以体积为反应物总质量0.7倍(mL/g)的乙酸甲酯溶解稀释，并在体积为乙酸甲酯体积10倍(mL/mL)的甲基叔丁基醚中剧烈搅拌沉淀，后静置，倾去母液，对沉淀物重复进行前述的溶解稀释和沉淀过程2次，所用良溶剂乙酸甲酯和不良溶剂甲基叔丁基醚的体积同前，得到最终沉淀物；
S5、保压干燥：将最终沉淀物置于60℃真空干燥箱中，保压干燥48小时，即得所需产物。
所需产物经凝胶渗透色谱(GPC，后同)和核磁共振波谱(NMR，后同)表征，确定其结构、分子量、分子量分布等多项物理参数。
结果：1HNMR(CDCl3)：1.52～1.58(聚乳酸段CH3)，3.64(聚乙二醇段CH2)，5.12～5.22(聚乳酸段CH)，Mn，NMR＝4460g/mol；
GPC：Mn，GPC＝4844g/mol，多分散性D＝1.27。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
S1、添加溶剂：在干燥的反应器中加入一定质量的原料聚乙二醇，再加入体积为聚乙二醇质量1～10倍的溶剂，形成均一相体系；
S2、共沸除水：对混合溶剂进行共沸蒸馏除水，蒸馏至剩余溶剂体积为聚乙二醇质量的0.1～1.3倍时，停止蒸馏；
S3、加热反应：向剩余溶剂中，加入质量为2～3倍于聚乙二醇质量的原料丙交酯，加入摩尔数为聚乙二醇摩尔数0.2%～2%的催化剂辛酸亚锡，置换惰性气体，搅拌加热，反应温度为130～210℃，反应时间为1～4小时，得到生成物；
S4、溶解稀释和沉淀：对生成物先减压蒸馏除去溶剂，再以体积为反应物总质量0.5～2.0倍的良溶剂溶解稀释，并在体积为良溶剂体积5～20倍的不良溶剂中剧烈搅拌沉淀，后静置，倾去母液，对沉淀物重复进行前述的溶解稀释和沉淀过程1～2次，所用良溶剂和不良溶剂的体积同前，得到最终沉淀物；
S5、保压干燥：将最终沉淀物置于60℃真空干燥箱中，保压干燥48小时，即得所需产物；
所述步骤S1～S4中体积的单位为mL，质量的单位为g。
2.根据权利要求1所述的一种DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的溶剂采用甲苯、二甲苯、乙苯、异丙苯或苯甲醚中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制备方法，其特征在于：所述步骤S4中的良溶剂采用乙酸甲酯、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿或四氢呋喃。
4.根据权利要求1所述的一种DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制备方法，其特征在于：所述步骤S4中的不良溶剂采用甲基叔丁基醚、乙醚、石油醚、正己烷、甲醇或乙醇。
5.根据权利要求1所述的一种DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制备方法，其特征在于：所述DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的分子式为：H(C3H4O2)nO(C2H4O)m(C3H4O2)nH，其中，m=11～46，n=7～42。
6.根据权利要求1所述的一种DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的惰性气体采用氮气或氩气。
7.根据权利要求1所述的一种DL-聚乳酸-聚乙二醇-DL-聚乳酸嵌段共聚物的少溶剂制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的搅拌加热设备采用磁力搅拌电加热套或磁力搅拌油浴。
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