乳酸构型对直接合成聚乳酸-聚乙二醇的影响

合成树脂及塑料，2005, 22(3): 10研究与开发CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS乳酸构型对直接合成聚乳酸-聚乙二醇的影响汪朝阳1.2赵耀明1*王方 1.3(1.华南理工大学材料学院,广东广州, 510640; 2. 华南师范大学化学系,广东广州, 510631;3.震德塑料机械厂有限公司技术中心,广东顺德, 528300)摘要:直接以左旋乳酸(L-LA)单体和数均分子量为1 000的聚乙二醇(PEG)为原料,通过直接熔融共聚法,合成了聚乳酸-聚乙二醇(.-PLEG)。适宜的工艺条件为:以Sn0为催化剂[m (Sn0)/m(L-LA)为0.005],在165C.70Pa下反应10h。用特性黏数([]).凝胶穆透色谱(GPC)、差示扫描量热法x射线衍射、接触角测试等手段对其进行系统表征。L-PLEG的[m]最高可达0.205 6 dUg; GPC测定其重均分子量(M)为15 600;相对分子质量分布为1.30。与以外消旋乳酸(D,L _LA)与PEG熔融共聚合成的D,L-PILEC相比，[切]和M.较小,而玻璃化转变温度、熔融温度、结晶度较高。关键词:聚乳酸-聚乙二醇左旋乳酸熔融共聚合相对分子质量 亲水性能中圈分类号: TQ 325.9文献标识码: B文章编号: 1002-1396(2005 )03-00-04亲水性增强的聚乳酸(PLA)类改性生物降解为棕黄色固体。经溶解、沉淀提纯和真空干燥后，材料聚乳酸-聚乙二醇(PLEG)是理想的药物缓释所得产品为白色粉末。载体之-一1-31,采用乳酸(LA)和聚乙二醇(PEG)直1.3聚合物表征接合成的研究正日益受到重视4.9。LA直接熔融均PLEG的特性黏数([n])测试参考文献[5]进聚合成PLA时,虽然左旋乳酸(L-LA)昂贵,但通行。PLEG相对分子质量及其分布采用美国常可获得相对分子质量较高的产物6.7。因此,本研Waters公司生产的515 HPLC型凝胶渗透色谱仪究在前期以外消旋乳酸(D,L-LA)与PEG熔融共测定,以四氢呋喃为溶剂、聚苯乙烯为标样,流速聚合成D,L-PLEG的基础上四,将L-LA与PEG直.1mL/min、35C的条件下测定。聚合物热性能采接熔融共聚合成L-PLEG,探讨了不同乳酸构型用德国Netzsch公司生产的DSC204C型热分析对PLEG相对分子质量的影响。仪测定,聚合物试样5~15mg,升温速率10C/min,载气为氮气(流量20mL/min)。聚合物结晶性能采1实验部分用日本Rigaku公司生产的D/Max-1200X型衍射1.1 原料仪测定，Cu靶，K源, a射线，单色器滤波,波L-LA,分析纯,日本和光纯药工业株式会社长为0.154 nm,积分角(20)为20*~60* ,步进扫描产品。D,L-LA, 分析纯，广州化学试剂厂产品。(Q2θ)为0.1°, 每步5s。聚合物表面接触角采用PEG ,数均分子量(M,)为1 000,化学纯;SnO,分析德国Dataphysics公司生产的0CA 15型表面接纯,均为上海化学试剂采购供应站。SnCl2,分析.触角分析仪测定，测试范围0°~180°(误差在0.1°纯,广州市东红化工厂产品。对甲苯磺酸(TSA), .分析纯,汕头市光华化学厂产品。收稿日期: 2004-12-22; 修回日期: 2005-01-22。1.2 PLEG 的合成凹作者简介:汪朝阳,1970 年生,博士,副教授,主要从事生物隆智材料与有切▲由市而的研空气工作。E-mail:以L-LA(或D,L-LA)和PEG为原料[m(LA)/中国煤化工m(PEG)为9],经除水处理后,加入催化剂(催化剂:Y片C N M H G(020885)。与LA的质量比为0.005)，在70 Pa、165 C下熔*通讯联系人。联系电话:(020)87113644; E -mail;融聚合一定时间。反应结束时,PLEG粗产物一般psymzhao@scut.edu.cn。第3期汪朝阳等.乳酸构型对直接合成聚乳酸-聚乙二醇的影响.11.范围内)。将聚合物试样溶于氯仿中,在载玻片上2结果与讨论流延成膜。将载玻片水平放在接触角分析仪平台2.1不同催 化剂对L-PLEG合成的影响上,用微量注射计将二次蒸馏水滴在试样膜上,然参考文献[5],本实验选取多种催化剂,分别考后迅速观察接触角大小。察不同催化剂的催化效果(见表1)。表1不同催化剂对 L-LA与PEG熔融共聚的影响Tab.1 Infuence of catalyst's variety on melt copolymerization of L-LA and PEG催化剂聚合过程催化剂状态产物[nV(dL.g")Sn分散不好,结块棕红色半透明固体分散较好,完全不溶棕红色不透明固体0.205 6SnO2分散一般,易沉积黄褐色半透明固体SnC2分散很好.全溶TSA分散很好,全溶由表1可以看出，虽然反应完成时粗产物的表2聚合时间对L-PLEG的[n]的影响外观状况差不多，且SnCI2.TSA在聚合过程中分Tab.2 Influence of polymerization time on intrinsicviscosity [n] of L-PLEG散性和溶解性也很好同，但由于产品相对分子质量反应时间/h[nV(dL.g*)较小。同样提纯后,仅SnO得到较多的纯品,而其他催化剂得到共聚产物太少，以致无法测量其红黄色透明固体0.186 4[n]。因此,在本实验中SnO的效果较其他催化剂80.193 710棕红色不透明周体更理想。120.199 52.2聚合 时间对L-PLEG合成的影响150.182 6.参考前面的实验结果，选择SnO为催化剂,固定m(L-LA )/m(PEG)为9,m (SnO)/m(L-LA)为2.3凝 胶渗透色谱(GPC)测试分析0.005,在165 C.70 Pa条件下反应,考察不同聚由表3可见,L-LA所得PLEG的M.较低。一合时间对PEG(M。为1 000)和 L-LA熔融共聚合般地,L-LA参与均聚合时，产物的相对分子质量的影响。较高1.7,但此处用于共聚合时效果不理想,这种现由表2可以看出，随着反应时间的延长,共象可能与不同构型乳酸的熔融共聚机理不同有聚物的[n] 逐渐增大,10 h时达到最大;随后若关。在反应初期,由于L-LA易于自聚,且齐聚物继续反应,时间越长,[m]反而越小。这是因为反应聚左旋乳酸链段结构比聚外消旋乳酸更规整,链体系较长时间处于高温下，热降解等副反应加段长度也一致,从而使其与柔性PEG链段继续结剧,甚至超过聚合速率。因此,最佳的反应时间为合的能力减弱,妨碍共聚合,导致其[n].M.不如10h。.D,L-型产物,但相对分子质量分布(MJM,)要小。表3不同构型 LA合成的PLEG的GPC测试结果对比Tab.3 Comparison in GPC data of PLEG synthesized from L-LA and D,L-LA respectively原料构型聚合时间/h[nW(dL.g')GPC保留时间/minMMJM,L-LA26.415 6001.30D,L-LA0.336 224.835 3001.460.400924.641 7001.54180.368 224.735 500反应条件: 165 C, 70 Pa,m(SnO)/m(L-LA)为0.005。另外,GPC测试表明,LA不同构型时PLEG物的重要标志。因此，虽然构型不同，但LA和保留时间接近,而且它们的GPC流出曲线上都仅.PE中国煤化工都是共聚物，不是出现一个对称的单峰图,MJM,也都小于2.00。GPC各IYHCNMHG物。流出曲线呈单峰和GPC测定的M.JM。小于2.002.4热性能对比是判断由不同单体(原料)生成的高分子材料共聚由表4可以看出，与均聚物PLA对比可知,..12.合成树脂及塑料2005年第22卷.无论是L-PLEG还是D,L--PLEG,其玻璃化转变温显要大。由图1看出,L-PLEG明显有一个结晶峰,度(T,)明显要低,这是因为PLEG中引入了柔性其结晶温度(T)为101.0 C,而D,L-PLEG却不曾PEG链段的缘故。L-PLEG 的T熔融温度(T_)、出现。这些都表明,L-PLEG的结晶度明显比D,L-熔融热(AH)也比D,L-PLEG的高,特别是AH明PLEG高。表4 L-PLEG 与D,L-PLEG的差示扫描热法(DSC)测试结果对比Tab. 4 Comparison in DSC curves of L-PLEG and D,L-PLEG聚合物试样[nV(dL.g")T/C .T./CAH/(J.g") .L-PLEG0.205 633.6101.0135.419.44D,L-PLEG0.368 233.1130.41.82L-PLAn0.346 250.0134.0D,L-PLAMI0.230 254.6 .120.0表5不同构型LA的PLEG接触角测试结果LPLEGTab.5 Contact angles of PLEG prepared fromL-LA and D,L-LA respectively’Vr接触角/<°) .L-PLEG .64.1D,LPLBGD.L-PLEC63.7PDLLA6.T68.701260温度/心C .3结论图1 L-PLEG 与D,L-PLEG的DSC谱图Fig. 1 DSC thermograms of L-PLEG and D,L-PLEGa)以L-LA和M。为1000的PEG为原料[m(L-LA)/m (PEG)为9],通过熔融共聚法合成2.5 X 射线衍射分析L-PLEG，适宜的工艺条件为:以SnO为催化剂由图2可见,PLEG基本都在20为16.6°、[m(SnO)/m(L-LA)为 0.005],在165 C、70 Pa下熔19.0°、22.3°处出现晶面衍射峰。LA构型不同时,融共聚10 h,L-PLEG的[n] 最高达0.205 6 dUg。L-PLEG衍射强度比D,L-PLEG高,这和L-PLECb) GPC测试表明,L-PLEG的[m]最高时,M。的AH比D,L-PLEG明显高相互印证。为15 600，M.JM。 为1.30。与相同合成条件下的D,L-PLEG相比,L-PLEG的[]、M.反而较小,这说明使用L-LA未达到使PLEG相对分子质量增大的目的。c)不同构型LA进行熔融共聚合时, X射线衍射表明所得PLEG大致都在20为16.6° 、19.0° .22.3°处出现晶面衍射峰,接触角测试显示它们的亲水性能也都得到改善。1020 3o5060d)与D,L-PLEC相比, L-PLEG具有较高的2010)结晶度、T。和Tm，特别是DSC谱图存在明显的结图2. L.-PLEG 与D,L-PLEG的X射线術射谐图晶峰。Fig 2 X-ray dfraction patterns of L-PLEG and D,L-PLEG2.6不同LA构型对PLEG亲水性能的影响由表5可以看出,不论LA构型如何，与未共Ruan G ,Feng S S. Preparation and characterization of poly(lactic聚改性的常用药物缓释材料PDLLA61相比,所.cid |中国煤化工cid) (PLA-PEG- -PLA)nicr i_axel [I. Biomaterials,测共聚物PLEG的接触角普遍减小，即其亲水性00MHCNM H G'增强。但和D,L-PLEC相比,L-PLEG的亲水性没2 Miura H,Onishi H ,Sasatsu M ,et al.Antiumor characteristics of有改善。methoxypolyethylene gycol-poly(D, L- lactie acid) nanoparticles第3期汪朝阳等.乳酸构型对直接合成聚乳酸-聚乙二醇的影响. 13.containing camptothecin (小Journal of Controlled Release,6 Zhao Yaoming, Wang Zhaoyang，Wang Fang, et al. Direct2004, 97(1): 101-113synthesis of poly (D,L- lactic acid) via melt polycondensation3王方, 汪朝阳，赵耀明.聚乙二醇改性聚乳酸类材料的合成and its application in dnug delivery[J]. J Appl Polym Sci, 2004,及应用[I]合成树脂及塑料, 2003, 20(6): 58~6191(4):2 143-2 1504 HuhK M，Bae Y H. Synthesis and characterization of poly7汪朝阳,赵耀明，郑绿茵等.生物降解材料聚乳酸的直接法(ethyene glyco)/poly (L-lactic acid) alternating multiblock合成与表征[I化学与生物工程, 2004, 21(3): 15~17copolymers [J]. Polymer, 1999, 40(22): 6 147~6 1558熊成东，程玲妹，徐若璞等.丙交酯与聚四亚甲基醚二醇共汪朝阳，王方,赵耀明等.熔融聚合法直接合成生物降解材聚的研究[JI功能高分子学报，1991, 4(2): 133-138料PLEG [J].功能高分子学报，2004, 17(1); 30-34(编辑:宋玉春)Influence of lactic acid configuration on synthesis of polylacticacid- polyethylene glycol via direct melt copolymerizationWang Zhaoyang'2 Zhao Yaoming', W ang Fang'3(1. Instiute of Materials, South China University of Technology, Guangdong Guangzhou, 510640;2. Department of Chemistry, South China Normal University, Guangdong Cuangzhou, 510631;3. Technology Center, Zhende Plastie Machine Factory Co., Lid. Guangdong Shunde, 528300)AbstractA kind of biodegradable material poly (L -lactic acid) -polyethylene glycol (L -PLEG) was synthesizeddirectly via melt polycondensation process with taking L-lactic acid (L-LA) and polyethylene glycol (PEG)having number average relative molecular mass (M) 1 000 as raw materials. The appropriate process conditionsinvolved using SnO as catalyst, the mass ratio of SnO to L-LA being 0.005, reaction temperature 165 C,reaction pressure 70 Pa and reaction time 10 h. The copolymer L-PLEG was systematically characterized byintrinsic viscosity index ([n]), gel permeation chromatography (GPC), differential scanning calorimetry (DSC),X-ray diffraction patterm and contact angle measurement. The data indicate that L-PLEG has intrinsic viscosity[n] up to 0.205 6 dL/g, weight average molecular mass 15 600 (M) and relative molecular mass distribution1.30. The L-PLEG has a lower [n] and M but higher glass transition temperature, melting temperature andcrystallinity, compared with poly(D,L-lactic acid)- polyethylene glycol (D,L-PLEG)Key Words: polylactic acid - polyethylene glycol; L-lactic acid; direct melt polycondensation; relativemolecular mass; hydrophility2005年我国工程塑料需求量将达1.67 Mt近年来我国工程塑料需求增长较快。2004年,目前,我国工程塑料生产规模小、品种少、产五大工程塑料的市场需求量达到0.95 Mt。其中尼量低,自给率不到40%,性能也有待提高。预计到龙(PA)0.20 Mt,聚碳酸酯(PC)达0.46 Mt ,聚甲2010年我国工程塑料生产能力将达到390 kt,产醛(POM)0.14 Mt,聚酯(包括PET和PBT)达85量达到237kt,市场占有率将达到43.2%。其中kt,改性聚苯醚(mPPO)达30kt。预计2005年我PA、PBT 2种工程塑料的生产能力将分别达到国工程塑料的市场总需求量将继续增长，达到130中国煤化工达到95 kt/a和321.67 Mt。其中PA将达0.40 Mt,PC为0.78 Mt，kt/ IMHCNMHGPOM0.25Mt,聚酯为0.18Mt,mPPO达60kt。(郑宁来)