CN112940234A - 一种高纯度聚乙丙交酯的制备方法 - Google Patents

一种高纯度聚乙丙交酯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高纯度聚乙丙交酯的制备方法，包括如下步骤：(1)在100～200℃下，向聚乙丙交酯中加入1‑5倍单体质量的极性非质子性溶剂，待聚合物完全溶解后，降温出料；所述聚乙丙交酯采用开环聚合法合成；(2)向步骤(1)所得聚合物溶液中加入0.5‑2倍体积的卤代烃稀释，将上述溶液沉析入醇类溶剂中，得到悬浊液，再将悬浊液加入到大量烷烃中，直至大量颗粒沉淀析出，过滤并干燥，得到高纯度聚乙丙交酯粉末。本发明通过采用多种有机溶剂按照一定比例冲析的方法，制得高纯度聚乙丙交酯，产品中乙交酯含量低于0.66％，锡元素含量低于69ppm，其它重金属含量低于10ppm。

Description

一种高纯度聚乙丙交酯的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高纯度聚乙丙交酯的制备方法，尤其是高GA比例聚乙丙交酯(PGLA)的制备方法。
背景技术
近几十年来，生物可降解高分子材料在医用领域发展迅速，聚乙交酯(PGA)和聚丙交酯(PLA)及聚乙丙交酯(PGLA)由于具有优良的生物降解特性和组织相容性，成为了最早一类被广泛应用的合成生物可降解高分子医用材料，聚乙丙交酯作为一种脂肪族聚酯，主要应用在可吸收手术缝合线、骨钉、组织修复、整形外科、药物控释制剂等领域。
聚乙丙交酯的合成方法有直接缩聚法和开环聚合法，直接缩聚难以得到高分子量产物，开环聚合法是目前广泛采用的制备方法，不同种类的催化剂均可以实现产物的高分子量，锡类催化剂最为常见。反应装置有釜式反应器、管式反应器、双螺杆反应器等。多种反应装置出现的原因是PGLA(以GA:LA＝9:1为例)重均分子量达到10万以上时，质地坚硬容易固化在反应釜中，通常体系温度需要达到240℃以上才能将其熔融，这一过程往往又出现聚合物黄变及降解。其中，GA(Glycolide)-乙交酯，LA(Lactide)-丙交酯。
聚乙丙交酯用于熔融纺丝，其中乙交酯和丙交酯单体的残留影响纤维的强度，为了达到可吸收手术缝合线的要求，需要开发共聚物提纯方法除去过量的锡和未完全反应的单体。辛酸亚锡是该聚合反应的常见催化剂，现有产品中锡元素含量通常大于200ppm，产物中重金属锡元素残留过多不利于其在体内的应用。乙交酯与丙交酯的比例不同导致共聚物的化学性质也不同，聚乙交酯(PGA)可采用二甲基亚砜重结晶的方法提纯，当GA:LA＝9:1时，共聚物虽然热溶于二甲基亚砜，但常温下不析出，无法实现重结晶。聚合后期共聚物在反应釜内固化，质地坚硬，难以取出，这也是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是聚乙丙交酯在反应釜中固化难以取出的问题，使用极性非质子性溶剂热溶的方法可将物料排出。
本发明所要解决的技术问题之二是共聚产物中重金属锡元素及未反应的乙丙交酯需要去除，按照一定比例和顺序使用溶液沉析法可解决该问题。
本发明涉及一种聚乙丙交酯的制备及纯化方法，主要解决高GA比例共聚物的提纯问题，当GA:LA大于5:5时，共聚物室温下难溶于各类常见有机溶剂，仅溶解于六氟异丙醇或四氯乙烷，该类溶剂毒性大且价格昂贵不利于生产。本发明通过采用多种有机溶剂按照一定比例冲析的方法，得到了高纯度聚乙丙交酯。
本发明采用的技术方案如下：
一种高纯度聚乙丙交酯的制备方法，包括如下步骤：
(1)在100～200℃下，向聚乙丙交酯中加入1-5倍单体质量的极性非质子性溶剂，待聚合物完全溶解后，降温出料；所述聚乙丙交酯采用开环聚合法合成；
(2)向步骤(1)所得聚合物溶液中加入0.5-2倍体积的卤代烃稀释，将上述溶液沉析入醇类溶剂中，得到悬浊液，再将悬浊液加入到大量烷烃中，直至大量颗粒沉淀析出，过滤并干燥，得到高纯度聚乙丙交酯粉末。
优选地，步骤(1)所述极性非质子性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、环丁砜、二甲基亚砜中的一种或两种以上。
优选地，步骤(1)所述极性非质子性溶剂的添加量为单体质量的3.0～3.5倍。
优选地，步骤(2)所述卤代烃为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯乙烷中的一种或两种以上。
优选地，步骤(2)所述卤代烃的用量为聚合物溶液体积的1～1.5倍；醇类溶剂的用量为卤代烃体积的1.5～2.5倍，更优选2倍；烷烃的用量为卤代烃体积的8倍以上。
优选地，步骤(2)所述烷烃为正己烷、环己烷、石油醚中的一种或两种以上。
优选地，步骤(2)所述烷烃为正己烷、环己烷、石油醚中的一种或两种以上。
优选地，步骤(1)所述反应体系的温度为120～130℃。
优选地，步骤(1)所述聚乙丙交酯的合成方法：将乙交酯(GA)、L-丙交酯(LA)、锡类催化剂和分子量控制剂混合搅拌，在惰性气氛中，升温至120±10℃，待反应液完全熔融后，升温至200±10℃进行聚合反应，反应时间4±1小时。所述GA:LA大于5:5。
优选地，步骤(1)所述分子量控制剂为月桂醇、1,4-丁二醇中的一种或两种；所述锡类催化剂为辛酸亚锡、氯化亚锡中的一种或两种；步骤(2)的醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或两种以上。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)聚乙丙交酯聚合后期共聚物在反应釜内固化，本发明的极性非质子性溶剂可将其热溶解，本发明使用的溶液沉析法可得到白色松散粉末，过滤干燥后经纺丝加工，得到符合国家标准的可吸收缝合线。
(2)本发明通过采用多种有机溶剂按照一定比例冲析的方法，制得高纯度聚乙丙交酯，产品中乙交酯含量低于0.66％，锡元素含量低于69ppm，其它重金属含量低于10ppm。
附图说明
图1为PGLA910的核磁谱图。
图2为PGLA910和PGLA730的TGA结果。
图3为PGLA910和PGLA730的DSC结果。
图4为PGLA910粉末。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
本发明中聚乙丙交酯中锡元素的测定方法：
取样品粉末100mg分散于1mL电子级硝酸中，经超声硝解，再用Milli-Q超纯水定容至100mL，0.22微米耐酸滤膜过滤后，使用离子色谱ICP-MS测定其锡元素含量。
本发明中聚乙丙交酯中残留单体含量的测定方法：
取样品粉末500mg分散于2mL二氯甲烷中，25℃下超声1小时，经0.22微米有机系滤膜过滤后，用气相色谱法测定其含量。
实施例1
将180g乙交酯、24.8g L-丙交酯、辛酸亚锡0.140g、月桂醇0.047g加入到带有机械搅拌的1000mL三颈瓶中，置换氮气三次后，升温至120℃，待反应液完全熔融后，升温至200℃，4小时后溶液固化，搅拌停止，将体系降温至130℃，加入N,N-二甲基甲酰胺600mL，完全溶解后降至室温，加入600mL二氯甲烷稀释，再加入1200mL乙醇稀释，将该混合溶液滴加至10L石油醚中，大量颗粒析出，过滤后60℃真空干燥48小时，得到白色粉末PGLA910。用气相色谱法测定粉末中乙交酯含量0.52％，离子色谱法测定产品中锡元素含量47ppm，其它重金属含量低于10ppm。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：极性非质子性溶剂为二甲基亚砜。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：溶解温度为160℃。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：卤代烃为四氯乙烷。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：卤代烃用量为1200mL。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于：烷烃为正己烷。
实施例7
本实施例与实施例1的不同之处在于：烷烃用量为5L。
实施例8
本实施例与实施例1的不同之处在于：醇类稀释剂为异丙醇。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于：不使用烷烃稀释，直接过滤。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于：反应液固化后直接破瓶取出产物，导致产物中含玻璃碎屑。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处在于：反应液固化后升温至240℃取料，产物变黑。
实施例9
将180g乙交酯、24.8g L-丙交酯、辛酸亚锡0.140g、1,4-丁二醇0.047g加入到带有机械搅拌的1000mL三颈瓶中，置换氮气三次后，升温至120℃，待反应液完全熔融后，升温至200℃，4小时后溶液固化，搅拌停止，将体系降温至130℃，加入二甲基亚砜600mL，完全溶解后降至室温，加入600mL二氯甲烷稀释，再加入1200mL甲醇稀释，将该混合溶液滴加至10L环己烷中，大量颗粒析出，过滤后60℃真空干燥48小时，用气相色谱法测定粉末中乙交酯含量0.40％，离子色谱法测定产品中锡元素含量42ppm，其它重金属含量低于10ppm。
实施例10
将140g乙交酯、74.4g L-丙交酯、氯化亚锡0.140g、月桂醇0.047g加入到带有机械搅拌的1000mL三颈瓶中，置换氮气三次后，升温至120℃，待反应液完全熔融后，升温至180℃，4小时后溶液固化，搅拌停止，将体系降温至120℃，加入二甲基亚砜500mL，完全溶解后降至室温，加入600mL氯仿稀释，再加入1200mL甲醇稀释，将该混合溶液滴加至10L环己烷中，大量颗粒析出，过滤后60℃真空干燥48小时，得到PGLA730。用气相色谱法测定粉末中乙交酯含量0.45％，离子色谱法测定产品中锡元素含量45ppm，其它重金属含量低于10ppm。
表1各实施例产品效果
Figure BDA0002921101120000051
实施例11
取实施例1得到的PGLA910(GA:LA＝9:1)和实施例10得到的PGLA730(GA:LA＝7:3)，分别用离子色谱法测试纯化前后产品中重金属残留，效果对比详见下表2。结果表明纯化方法对残留锡元素去除效果明显。
表2为PGLA910和PGLA730 ICP-MS纯化结果
Figure BDA0002921101120000052
核磁结果表明PGLA910结构正确，GA与LA比例与投料比相符(图1)。
TGA结果只有一个失重区间，表明聚合物为共聚物，且分解温度大于250℃，单体残留量低(图2)。
DSC结果表明PGLA910升温曲线中包含冷结晶峰，熔融峰209℃。PGLA730无熔融峰(图3)。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高纯度聚乙丙交酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在100～200℃下，向聚乙丙交酯中加入1-5倍单体质量的极性非质子性溶剂，待聚合物完全溶解后，降温出料；所述聚乙丙交酯采用开环聚合法合成；
(2)向步骤(1)所得聚合物溶液中加入0.5-2倍体积的卤代烃稀释，将上述溶液沉析入醇类溶剂中，得到悬浊液，再将悬浊液加入到大量烷烃中，直至大量颗粒沉淀析出，过滤并干燥，得到高纯度聚乙丙交酯粉末。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述极性非质子性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、环丁砜、二甲基亚砜中的一种或两种以上。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述极性非质子性溶剂的添加量为单体质量的3.0～3.5倍。
4.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述卤代烃为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯乙烷中的一种或两种以上。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述卤代烃的用量为聚合物溶液体积的1～1.5倍；醇类溶剂的用量为卤代烃体积的1.5～2.5倍；烷烃的用量为卤代烃体积的8倍以上。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述烷烃为正己烷、环己烷、石油醚中的一种或两种以上。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述烷烃为正己烷、环己烷、石油醚中的一种或两种以上。
8.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述反应体系的温度为120～130℃。
9.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述聚乙丙交酯的合成方法：将乙交酯、L-丙交酯、锡类催化剂和分子量控制剂混合搅拌，在惰性气氛中，升温至120±10℃，待反应液完全熔融后，升温至200±10℃进行聚合反应，反应时间4±1小时。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述分子量控制剂为月桂醇、1,4-丁二醇中的一种或两种；所述锡类催化剂为辛酸亚锡、氯化亚锡中的一种或两种；步骤(2)的醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或两种以上。
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