專利名稱：一種可生物降解交替聚酰胺酯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料合成領(lǐng)域，涉及一種可生物降解交替聚酰胺酯及其制備方法，其產(chǎn)品主要用于環(huán)境友好材料和生物醫(yī)用材料。
背景技術(shù)：
聚酰胺酯是一種新型的可生物降解高分子材料，酰胺鏈段分子間氫鍵的存在使聚酰胺酯在分子量較低時(shí)材料也具有較高的熱力學(xué)性能和強(qiáng)度，同時(shí)酯鍵的存在又賦予材料良好的生物降解性能。聚酰胺酯的這種性能使它具有廣泛的應(yīng)用前景。
Y.Tokiwa將聚己內(nèi)酯和聚酰胺PA-6、PA-6、PA-612、PA-612、PA-11、PA-12以無(wú)水醋酸鋅作催化劑，在高溫、氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行酯-酰胺鍵的交換反應(yīng)而得到聚酰胺酯共聚物。隨著酯-酰胺鍵交換反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，聚合物的無(wú)規(guī)度增大，這種大分子反應(yīng)法制得的酯-酰胺鍵的交換反應(yīng)性能不穩(wěn)定，重現(xiàn)性差。
中國(guó)發(fā)明專利99115200.X、00112700.4及00112699.7分別報(bào)道塑性可生物降解嵌段聚酰胺酯及其共聚物的制備方法，在酸堿條件及生物環(huán)境都可實(shí)現(xiàn)降解，但這些聚合方法都采用高溫聚合方法，難以克服酯-酰胺交換等副反應(yīng)，且在聚酰胺酯的制備過(guò)程中，都使用有毒性的二異氰酸酯化合物，使其應(yīng)用范圍得到限制。
中國(guó)發(fā)明專利9812899.7報(bào)道一種含乳酸的聚酰胺酯共聚物，但這些聚酰胺酯的合成都較為復(fù)雜，且難以克服酯交換等副反應(yīng)的發(fā)生，致使這些聚合物或共聚物出現(xiàn)較深的顏色變化。Han Mo Jeong等發(fā)表在Polymer雜志上的(1998，39(2)459-465)“熱塑性聚酰胺酯彈性體的相結(jié)構(gòu)和性質(zhì)”論文報(bào)道一種羧基封端的聚己二酸丁二醇酯和己二酸為原料，用環(huán)丁砜為溶劑，在200℃與1，6-己二異氰酸酯反應(yīng)，制備出聚酰胺酯彈性體，但該類聚酰胺酯不能生物降解。劉孝波發(fā)表在世界科技研究與發(fā)展雜志上的(2000，22(1)66-71)“可生物降解聚酯酰胺及其共聚物的研究進(jìn)展”論文報(bào)道利用乙醇酸、1，12-十二碳烷基二胺、ε-己內(nèi)酯和己二胺得到兩種酰胺二元醇單體，再進(jìn)一步與二元酸進(jìn)行熔融共縮聚反應(yīng)，通過(guò)調(diào)節(jié)兩種酰胺二元醇的比例，可以得到一系列性能不同、降解速度各異的聚酰胺酯共聚物，但反應(yīng)仍需要經(jīng)過(guò)中間體階段。
美國(guó)專利US P4343931和US P4529793報(bào)道了羥乙酸和脂肪族二元胺反應(yīng)合成酰胺二元醇，研究了生物降解性與吸收性；研究了酰胺二元醇與脂肪二元酸的衍生物制備可生物降解和可生物吸收的聚酰胺酯，詳細(xì)表征其結(jié)構(gòu)和性能，并制備可用于醫(yī)用外科手術(shù)縫合線及其應(yīng)用于可生物降解的人工骨折內(nèi)固定裝置系統(tǒng)。但這些結(jié)構(gòu)的聚酰胺酯是半結(jié)晶性高分子聚合物，對(duì)生物降解速度難以調(diào)節(jié)和控制，以至于帶來(lái)另外的副作用，且成本較高的原因也使該類聚合物無(wú)法廣泛使用環(huán)境保護(hù)材料領(lǐng)域。
聚乙二醇(PEG)是線性水溶性聚醚高分子，毒性、免疫原性和抗原性都很低，雖然是非生物降解材料，但當(dāng)分子量Mw＜10000時(shí)易被排出體外，已經(jīng)被美國(guó)食品和藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)可在體內(nèi)使用。PEG分子鏈柔順性好，在水溶液中分子鏈高度伸展，流體力學(xué)體積大，是一種良好的材料表面親水性修飾試劑。考慮到PEG優(yōu)異的親水性及對(duì)聚合物的可調(diào)控降解特性，本發(fā)明通過(guò)在二羧酸單體里引入PEG組分，再與二元胺反應(yīng)制備聚酰胺酯聚合物，其優(yōu)異的力學(xué)性能和可調(diào)控的降解特性，可在環(huán)境友好材料和生物醫(yī)用材料得到應(yīng)用。此類聚合物的制備尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有良好的親水性、生物可降解性和加工成型特性的交替聚酰胺酯及其制備方法。
本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種可生物降解交替聚酰胺酯，分子式為 其中n為3-25，m為20-40；R1為 -(CH2)2-或-CH＝CH-；
R2為 -(CH2)4-、-(CH2)6-、-(CH2)8-、-(CH2)10-或 -(CH2)12-。
該聚酰胺酯在70℃、pH為12的模擬生理鹽水中可完全降解，其分子量為20000-150000，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在-10℃至34℃，接觸角為31.3°～73.2°。制成的薄膜的拉伸強(qiáng)度在15-37MPa，斷裂伸長(zhǎng)率在300％-800％。
可生物降解交替聚酰胺酯的制備方法，包括如下步驟和工藝條件(1)將酸酐和PEG按二比一的摩爾量加入到氯仿中，在1-5聚乙二醇摩爾當(dāng)量吡啶存在條件下，于40-85℃溫度下，反應(yīng)6-24小時(shí)，獲得二酯二羧酸化合物；聚乙二醇(PEG)分子量?jī)?yōu)選為150-2000。
(2)在0-25℃溫度條件下，向二酯二羧酸化合物中滴加2-10摩爾當(dāng)量的SOCl2后，反應(yīng)1-10小時(shí)，然后在室溫下，高真空去除系統(tǒng)中的氯化氫和二氧化硫廢氣及過(guò)剩的SOCl2，制得二酯二酰氯化合物；(3)將二酯二酰氯化合物溶于有機(jī)溶劑后，與等摩爾量二元胺的堿性水溶液混合，于0-25℃溫度條件下，通過(guò)界面縮聚反應(yīng)5-120分鐘，所得粗產(chǎn)物，經(jīng)提純后，真空干燥，制得可生物降解交替聚酰胺酯。有機(jī)溶劑為鹵代烷烴溶劑或者烷基芳香烴溶劑。鹵代烷烴溶劑包括氯仿、二氯甲烷、四氯化碳、1，2-二氯乙烷、二溴甲烷、三溴甲烷或碘甲烷；烷基芳香烴包括苯、甲苯、二甲苯、鄰二甲苯或者三甲苯。
本發(fā)明原理酸酐與PEG醇解制得二酯二羧酸化合物，與SOCl2反應(yīng)制得二酯二酰氯，二酯二酰氯與二元胺通過(guò)界面縮聚得到可降解聚酰胺酯共聚物。該反應(yīng)過(guò)程簡(jiǎn)單有效，反應(yīng)可定量進(jìn)行，可以在很大程度上調(diào)整產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性能。其反應(yīng)式為 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)選用酸酐、二元胺及聚乙二醇(PEG)為成分制備聚酰胺酯聚合物，產(chǎn)物具有良好的親水性、生物降解性和加工成型特性。
(2)采用聚乙二醇PEG為共聚組分，可以方便地調(diào)節(jié)產(chǎn)物的降解速率和表面親疏水性，還有利于與生物活性物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、細(xì)胞等黏附，在組織工程中更有應(yīng)用前景。
(3)原料來(lái)源豐富、成本低及產(chǎn)品價(jià)格低于可生物降解的聚乳酸、聚己內(nèi)酯，由于具有較佳的性能和較低的價(jià)格，易于推廣應(yīng)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
(4)采用界面縮聚方法制備聚酰胺酯，具有快捷、簡(jiǎn)便、高效的特點(diǎn)，并可以克服酯-酯鍵交換反應(yīng)、酯-酰胺鍵交換反應(yīng)等副反應(yīng)的發(fā)生。


圖1為實(shí)施例1制備的交替聚酰胺酯的氫譜圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。經(jīng)過(guò)研究和試驗(yàn)，發(fā)明人開發(fā)許多成功的實(shí)例，下面列舉部分具體實(shí)施例，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。
實(shí)施例1在20mmol吡啶存在條件下，將40mmol鄰苯二甲酸酐加入到150mL含20mmol PEG400氯仿溶液中，于40℃反應(yīng)6小時(shí)，獲得二酯二羧酸化合物，在10℃下向該化合物滴加120mmol的SOCl2后，維持該溫度反應(yīng)1小時(shí)，并在室溫下用3小時(shí)高真空去除系統(tǒng)中的氯化氫和二氧化硫廢氣及過(guò)剩的SOCl2，獲得二酯二酰氯化合物。將40mmol的二酯二酰氯溶于200mL四氯化碳，40mmol的1，6-己二胺溶于200mL含80mmol NaOH的水溶液，于0℃將兩溶液混合攪拌5分鐘，得交替聚酰胺酯，純化后其氫譜如圖1所示，圖中7.50-7.78ppm(a)歸屬為苯環(huán)上氫的化學(xué)位移，7.43ppm(e)歸屬為酰胺鍵上氫的化學(xué)位移，4.41ppm(b)歸屬為酯鍵相連的亞甲基氫的化學(xué)位移，說(shuō)明聚合物中存在聚乙二醇單元，3.57-3.73ppm(c，d，f)歸屬為酰胺鍵相連的亞甲基氫和聚乙二醇主鏈上亞甲基氫的化學(xué)位移，1.36，1.65(g)歸屬為1，6己二胺單元中剩余亞甲基氫的化學(xué)位移，上述化學(xué)位移的歸屬與目標(biāo)聚合物的結(jié)構(gòu)相符，說(shuō)明已成功地合成了該聚合物。該聚酰胺酯分子量27000，產(chǎn)率53％，接觸角為48.2°，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在19.4℃，薄膜的拉伸強(qiáng)度在23MPa，斷裂伸長(zhǎng)率在420％。在70℃pH＝12的模擬生理鹽水中完全降解的時(shí)間為59小時(shí)。
實(shí)施例2在20mmol吡啶存在條件下，將40mmol丁二酸酐加入到150mL含20mmol PEG600氯仿溶液中，于60℃反應(yīng)6小時(shí)，獲得二酯二羧酸化合物，在10℃下向該化合物滴加160mmol的SOCl2后，維持該溫度反應(yīng)3小時(shí)，并在室溫下用3小時(shí)高真空去除系統(tǒng)中的氯化氫和二氧化硫廢氣及過(guò)剩的SOCl2，獲得二酯二酰氯化合物。將40mmol的二酯二酰氯溶于200mL二氯甲烷，40mmol的1，6-己二胺溶于200mL含80mmol NaOH的水溶液，于0℃將兩溶液混合攪拌10分鐘，所得產(chǎn)物經(jīng)純化后，分子量35000，產(chǎn)率56％，接觸角為51.2°，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在-3.4℃，薄膜的拉伸強(qiáng)度在18MPa，斷裂伸長(zhǎng)率在550％。在70℃pH＝12的模擬生理鹽水中完全降解的時(shí)間為46小時(shí)。
實(shí)施例3
在40mmol吡啶存在條件下，將40mmol鄰苯二甲酸酐加入到150mL含20mmolPEG150氯仿溶液中，于60℃反應(yīng)8小時(shí)，獲得二酯二羧酸化合物，在0℃下向該化合物滴加40mmol的SOCl2后，維持該溫度反應(yīng)3小時(shí)，并在室溫下用3小時(shí)高真空去除系統(tǒng)中的氯化氫和二氧化硫廢氣及過(guò)剩的SOCl2，獲得二酯二酰氯化合物。將40mmol的二酯二酰氯溶于200mL三溴甲烷，40mmol的1，8-辛二胺溶于200mL含80mmol NaOH的水溶液，于10℃將兩溶液混合攪拌15分鐘，所得產(chǎn)物經(jīng)純化后分子量29000，產(chǎn)率52％，接觸角為54.2°，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在-1.6℃，薄膜的拉伸強(qiáng)度在21MPa，斷裂伸長(zhǎng)率在480％。在70℃pH＝12的模擬生理鹽水中完全降解的時(shí)間為52小時(shí)。
實(shí)施例4在60mmol吡啶存在條件下，將40mmol鄰苯二甲酸酐加入到150mL含20mmol PEG600氯仿溶液中，于60℃反應(yīng)8小時(shí)，獲得二酯二羧酸化合物，在0℃下向該化合物滴加160mmol的SOCl2后，維持該溫度反應(yīng)4小時(shí)，并在室溫下用2小時(shí)高真空去除系統(tǒng)中的氯化氫和二氧化硫廢氣及過(guò)剩的SOCl2，獲得二酯二酰氯化合物。將40mmol的二酯二酰氯溶于200mL氯仿，40mmol的間苯二胺溶于200mL含80mmol NaOH的水溶液，于5℃將兩溶液混合攪拌15分鐘，所得產(chǎn)物經(jīng)純化后分子量63000，產(chǎn)率68％，接觸角為64.2°，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在31.3℃，薄膜的拉伸強(qiáng)度在35MPa，斷裂伸長(zhǎng)率在390％。在70℃pH＝12的模擬生理鹽水中完全降解的時(shí)間為71小時(shí)。
實(shí)施例5在20mmol吡啶存在條件下，將40mmol馬來(lái)酸酐加入到150mL含20mmol PEG800氯仿溶液中，于60℃反應(yīng)10小時(shí)，獲得二酯二羧酸化合物，在25℃下向該化合物滴加160mmol的SOCl2后，維持該溫度反應(yīng)8小時(shí)，并在室溫下用2小時(shí)高真空去除系統(tǒng)中的氯化氫和二氧化硫廢氣及過(guò)剩的SOCl2，獲得二酯二酰氯化合物。將40mmol的二酯二酰氯溶于200mL甲苯，40mmol的對(duì)苯二胺溶于200mL含80mmol NaOH的水溶液，于25℃將兩溶液混合攪拌30分鐘，所得產(chǎn)物經(jīng)純化后分子量71000，產(chǎn)率73％，接觸角為68.7°，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在24.8℃，薄膜的拉伸強(qiáng)度在27MPa，斷裂伸長(zhǎng)率在460％。在70℃pH＝12的模擬生理鹽水中完全降解的時(shí)間為63小時(shí)。
實(shí)施例6在20mmol吡啶存在條件下，將40mmol丁二甲酸酐加入到150mL含20mmol PEG1500氯仿溶液中，于60℃反應(yīng)12小時(shí)，獲得二酯二羧酸化合物，在0℃下向該化合物滴加200mmol的SOCl2后，維持該溫度反應(yīng)7小時(shí)，并在室溫下用3小時(shí)高真空去除系統(tǒng)中的氯化氫和二氧化硫廢氣及過(guò)剩的SOCl2，獲得二酯二酰氯化合物。將40mmol的二酯二酰氯溶于200mL二甲苯，40mmol的1，10-癸二胺溶于200mL含80mmol NaOH的水溶液，于10℃將兩溶液混合攪拌40分鐘，所得產(chǎn)物經(jīng)純化后分子量54000，產(chǎn)率75％，接觸角為56.2°，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在27.3℃，薄膜的拉伸強(qiáng)度在38MPa，斷裂伸長(zhǎng)率在450％。在70℃pH＝12的模擬生理鹽水中完全降解的時(shí)間為52小時(shí)。
實(shí)施例7在100mmol吡啶存在條件下，將40mmol鄰苯二甲酸酐加入到150mL含20mmolPEG2000氯仿溶液中，于85℃反應(yīng)24小時(shí)，獲得二酯二羧酸化合物，在10℃下向該化合物滴加200mmol的SOCl2后，維持該溫度反應(yīng)10小時(shí)，并在室溫下用2小時(shí)高真空去除系統(tǒng)中的氯化氫和二氧化硫廢氣及過(guò)剩的SOCl2，獲得二酯二酰氯化合物。將40mmol的二酯二酰氯溶于200mL二溴甲烷，40mmol的4，4’-二苯砜二胺溶于200mL含80mmol NaOH的水溶液，于15℃將兩溶液混合攪拌120分鐘，所得產(chǎn)物經(jīng)純化后分子量79000，產(chǎn)率73％，接觸角為73.2°，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在35.4℃，薄膜的拉伸強(qiáng)度在45MPa，斷裂伸長(zhǎng)率在410％。在70℃pH＝12的模擬生理鹽水中完全降解的時(shí)間為62小時(shí)。
應(yīng)用實(shí)施例將5克由實(shí)施例5所得的聚酰胺酯聚合物溶于氯仿，制得10％的聚酰胺酯溶液，然后加入粒徑為100-300μm的NaCl顆粒10克，攪拌均勻后注入模具成型，將成型物在常溫下自然揮發(fā)后脫模，再在真空烘箱中抽真空24小時(shí)，以脫除成型物中殘余的氯仿，將成型物置入二次蒸餾水中72小時(shí)，其間每6小時(shí)更換一次水，隨后在室溫下干燥24小時(shí)，最后再真空干燥48小時(shí)，制得一種高孔隙率的組織工程支架。于25℃將支架浸泡于20mL去離子水中24小時(shí)，支架的吸水率為35％；于37℃將支架浸泡于pH為7.4的磷酸鹽緩沖溶液，48小時(shí)后支架質(zhì)量為其原始質(zhì)量的74％。表1為本發(fā)明的聚酰胺酯組織工程支架材料和聚乳酸組織工程支架的物理性能對(duì)照情況表。與現(xiàn)有技術(shù)中由聚乳酸加工而成的組織工程支架比，本發(fā)明的聚酰胺酯密度由0.099g/cm3提高到0.168g/cm3，孔隙率由88.0％提高到93.4％，壓縮強(qiáng)度由0.95 MPa提高到1.76MPa。
表1

權(quán)利要求
1.一種可生物降解交替聚酰胺酯，其特征在于，該交替聚酰胺酯的分子式為 其中n為3-25，m為20-40；R1為 -(CH2)2-或-CH＝CH-；R2為-(CH2)4-、-(CH2)6-、-(CH2)8-、-(CH2)10-或 -(CH2)12-。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可生物降解交替聚酰胺酯，其特征在于該聚酰胺酯在70℃、pH為12的模擬生理鹽水中可完全降解，其分子量為20000-150000，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在-10℃至34℃，接觸角為31.3°～73.2°。
3.權(quán)利要求1所述的可生物降解交替聚酰胺酯的制備方法，其特征在于包括如下步驟和工藝條件(1)將酸酐和PEG按二比一的摩爾量加入到氯仿中，在1-5聚乙二醇摩爾當(dāng)量吡啶存在條件下，于40-85℃溫度下，反應(yīng)6-24小時(shí)，獲得二酯二羧酸化合物；(2)在0-25℃溫度條件下，向二酯二羧酸化合物中滴加2-10摩爾當(dāng)量的SOCl2后，反應(yīng)1-10小時(shí)，然后在室溫下，高真空去除系統(tǒng)中的氯化氫和二氧化硫廢氣及過(guò)剩的SOCl2，制得二酯二酰氯化合物；(3)將二酯二酰氯化合物溶于有機(jī)溶劑后，與等摩爾量二元胺的堿性水溶液混合，于0-25℃溫度條件下，通過(guò)界面縮聚反應(yīng)5-120分鐘，所得粗產(chǎn)物，經(jīng)提純后，真空干燥，制得可生物降解交替聚酰胺酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可生物降解交替聚酰胺酯的制備方法，其特征在于所述的PEG分子量為150-2000。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可生物降解交替聚酰胺酯的制備方法，其特征在于所述的步驟(3)的有機(jī)溶劑為鹵代烷烴溶劑或者烷基芳香烴溶劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可生物降解交替聚酰胺酯的制備方法，其特征在于所述鹵代烷烴溶劑包括氯仿、二氯甲烷、四氯化碳、1，2-二氯乙烷、二溴甲烷、三溴甲烷或碘甲烷；所述烷基芳香烴包括苯、甲苯、二甲苯、鄰二甲苯或者三甲苯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可生物降解交替聚酰胺酯及其制備方法。該交替聚酰胺酯分子式如圖，其中n＝3－25，m＝20－40，該聚酰胺酯在70℃、pH為12的模擬生理鹽水中可完全降解，其分子量為20000－150000。制備時(shí)，先將酸酐與PEG醇解制得二酯二羧酸化合物，然后與SOCl
文檔編號(hào)C08G69/44GK101070382SQ200710027908
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月30日
發(fā)明者王迎軍, 汪凌云, 任力 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)