合成樹脂及塑料，2005, 22(3): 10研究與開發(fā)CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS乳酸構(gòu)型對(duì)直接合成聚乳酸-聚乙二醇的影響汪朝陽1.2趙耀明1*王方 1.3(1.華南理工大學(xué)材料學(xué)院,廣東廣州, 510640; 2. 華南師范大學(xué)化學(xué)系,廣東廣州, 510631;3.震德塑料機(jī)械廠有限公司技術(shù)中心,廣東順德, 528300)摘要:直接以左旋乳酸(L-LA)單體和數(shù)均分子量為1 000的聚乙二醇(PEG)為原料,通過直接熔融共聚法,合成了聚乳酸-聚乙二醇(.-PLEG)。適宜的工藝條件為:以Sn0為催化劑[m (Sn0)/m(L-LA)為0.005],在165C.70Pa下反應(yīng)10h。用特性黏數(shù)([]).凝膠穆透色譜(GPC)、差示掃描量熱法x射線衍射、接觸角測試等手段對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)表征。L-PLEG的[m]最高可達(dá)0.205 6 dUg; GPC測定其重均分子量(M)為15 600;相對(duì)分子質(zhì)量分布為1.30。與以外消旋乳酸(D,L _LA)與PEG熔融共聚合成的D,L-PILEC相比，[切]和M.較小,而玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔融溫度、結(jié)晶度較高。關(guān)鍵詞:聚乳酸-聚乙二醇左旋乳酸熔融共聚合相對(duì)分子質(zhì)量 親水性能中圈分類號(hào): TQ 325.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B文章編號(hào): 1002-1396(2005 )03-00-04親水性增強(qiáng)的聚乳酸(PLA)類改性生物降解為棕黃色固體。經(jīng)溶解、沉淀提純和真空干燥后，材料聚乳酸-聚乙二醇(PLEG)是理想的藥物緩釋所得產(chǎn)品為白色粉末。載體之-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視4.9。LA直接熔融均PLEG的特性黏數(shù)([n])測試參考文獻(xiàn)[5]進(jìn)聚合成PLA時(shí),雖然左旋乳酸(L-LA)昂貴,但通行。PLEG相對(duì)分子質(zhì)量及其分布采用美國?？色@得相對(duì)分子質(zhì)量較高的產(chǎn)物6.7。因此,本研Waters公司生產(chǎn)的515 HPLC型凝膠滲透色譜儀究在前期以外消旋乳酸(D,L-LA)與PEG熔融共測定,以四氫呋喃為溶劑、聚苯乙烯為標(biāo)樣,流速聚合成D,L-PLEG的基礎(chǔ)上四,將L-LA與PEG直.1mL/min、35C的條件下測定。聚合物熱性能采接熔融共聚合成L-PLEG,探討了不同乳酸構(gòu)型用德國Netzsch公司生產(chǎn)的DSC204C型熱分析對(duì)PLEG相對(duì)分子質(zhì)量的影響。儀測定,聚合物試樣5~15mg,升溫速率10C/min,載氣為氮?dú)?流量20mL/min)。聚合物結(jié)晶性能采1實(shí)驗(yàn)部分用日本Rigaku公司生產(chǎn)的D/Max-1200X型衍射1.1 原料儀測定，Cu靶，K源, a射線，單色器濾波,波L-LA,分析純,日本和光純藥工業(yè)株式會(huì)社長為0.154 nm,積分角(20)為20*~60* ,步進(jìn)掃描產(chǎn)品。D,L-LA, 分析純，廣州化學(xué)試劑廠產(chǎn)品。(Q2θ)為0.1°, 每步5s。聚合物表面接觸角采用PEG ,數(shù)均分子量(M,)為1 000,化學(xué)純;SnO,分析德國Dataphysics公司生產(chǎn)的0CA 15型表面接純,均為上?；瘜W(xué)試劑采購供應(yīng)站。SnCl2,分析.觸角分析儀測定，測試范圍0°~180°(誤差在0.1°純,廣州市東紅化工廠產(chǎn)品。對(duì)甲苯磺酸(TSA), .分析純,汕頭市光華化學(xué)廠產(chǎn)品。收稿日期: 2004-12-22; 修回日期: 2005-01-22。1.2 PLEG 的合成凹作者簡介:汪朝陽,1970 年生,博士,副教授,主要從事生物隆智材料與有切▲由市而的研空氣工作。E-mail:以L-LA(或D,L-LA)和PEG為原料[m(LA)/中國煤化工m(PEG)為9],經(jīng)除水處理后,加入催化劑(催化劑:Y片C N M H G(020885)。與LA的質(zhì)量比為0.005)，在70 Pa、165 C下熔*通訊聯(lián)系人。聯(lián)系電話:(020)87113644; E -mail;融聚合一定時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束時(shí),PLEG粗產(chǎn)物一般psymzhao@scut.edu.cn。第3期汪朝陽等.乳酸構(gòu)型對(duì)直接合成聚乳酸-聚乙二醇的影響.11.范圍內(nèi))。將聚合物試樣溶于氯仿中,在載玻片上2結(jié)果與討論流延成膜。將載玻片水平放在接觸角分析儀平臺(tái)2.1不同催 化劑對(duì)L-PLEG合成的影響上,用微量注射計(jì)將二次蒸餾水滴在試樣膜上,然參考文獻(xiàn)[5],本實(shí)驗(yàn)選取多種催化劑,分別考后迅速觀察接觸角大小。察不同催化劑的催化效果(見表1)。表1不同催化劑對(duì) L-LA與PEG熔融共聚的影響Tab.1 Infuence of catalyst's variety on melt copolymerization of L-LA and PEG催化劑聚合過程催化劑狀態(tài)產(chǎn)物[nV(dL.g")Sn分散不好,結(jié)塊棕紅色半透明固體分散較好,完全不溶棕紅色不透明固體0.205 6SnO2分散一般,易沉積黃褐色半透明固體SnC2分散很好.全溶TSA分散很好,全溶由表1可以看出，雖然反應(yīng)完成時(shí)粗產(chǎn)物的表2聚合時(shí)間對(duì)L-PLEG的[n]的影響外觀狀況差不多，且SnCI2.TSA在聚合過程中分Tab.2 Influence of polymerization time on intrinsicviscosity [n] of L-PLEG散性和溶解性也很好同，但由于產(chǎn)品相對(duì)分子質(zhì)量反應(yīng)時(shí)間/h[nV(dL.g*)較小。同樣提純后,僅SnO得到較多的純品,而其他催化劑得到共聚產(chǎn)物太少，以致無法測量其紅黃色透明固體0.186 4[n]。因此,在本實(shí)驗(yàn)中SnO的效果較其他催化劑80.193 710棕紅色不透明周體更理想。120.199 52.2聚合 時(shí)間對(duì)L-PLEG合成的影響150.182 6.參考前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇SnO為催化劑,固定m(L-LA )/m(PEG)為9,m (SnO)/m(L-LA)為2.3凝 膠滲透色譜(GPC)測試分析0.005,在165 C.70 Pa條件下反應(yīng),考察不同聚由表3可見,L-LA所得PLEG的M.較低。一合時(shí)間對(duì)PEG(M。為1 000)和 L-LA熔融共聚合般地,L-LA參與均聚合時(shí)，產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量的影響。較高1.7,但此處用于共聚合時(shí)效果不理想,這種現(xiàn)由表2可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長,共象可能與不同構(gòu)型乳酸的熔融共聚機(jī)理不同有聚物的[n] 逐漸增大,10 h時(shí)達(dá)到最大;隨后若關(guān)。在反應(yīng)初期,由于L-LA易于自聚,且齊聚物繼續(xù)反應(yīng),時(shí)間越長,[m]反而越小。這是因?yàn)榉磻?yīng)聚左旋乳酸鏈段結(jié)構(gòu)比聚外消旋乳酸更規(guī)整,鏈體系較長時(shí)間處于高溫下，熱降解等副反應(yīng)加段長度也一致,從而使其與柔性PEG鏈段繼續(xù)結(jié)劇,甚至超過聚合速率。因此,最佳的反應(yīng)時(shí)間為合的能力減弱,妨礙共聚合,導(dǎo)致其[n].M.不如10h。.D,L-型產(chǎn)物,但相對(duì)分子質(zhì)量分布(MJM,)要小。表3不同構(gòu)型 LA合成的PLEG的GPC測試結(jié)果對(duì)比Tab.3 Comparison in GPC data of PLEG synthesized from L-LA and D,L-LA respectively原料構(gòu)型聚合時(shí)間/h[nW(dL.g')GPC保留時(shí)間/minMMJM,L-LA26.415 6001.30D,L-LA0.336 224.835 3001.460.400924.641 7001.54180.368 224.735 500反應(yīng)條件: 165 C, 70 Pa,m(SnO)/m(L-LA)為0.005。另外,GPC測試表明,LA不同構(gòu)型時(shí)PLEG物的重要標(biāo)志。因此，雖然構(gòu)型不同，但LA和保留時(shí)間接近,而且它們的GPC流出曲線上都僅.PE中國煤化工都是共聚物，不是出現(xiàn)一個(gè)對(duì)稱的單峰圖,MJM,也都小于2.00。GPC各IYHCNMHG物。流出曲線呈單峰和GPC測定的M.JM。小于2.002.4熱性能對(duì)比是判斷由不同單體(原料)生成的高分子材料共聚由表4可以看出，與均聚物PLA對(duì)比可知,..12.合成樹脂及塑料2005年第22卷.無論是L-PLEG還是D,L--PLEG,其玻璃化轉(zhuǎn)變溫顯要大。由圖1看出,L-PLEG明顯有一個(gè)結(jié)晶峰,度(T,)明顯要低,這是因?yàn)镻LEG中引入了柔性其結(jié)晶溫度(T)為101.0 C,而D,L-PLEG卻不曾PEG鏈段的緣故。L-PLEG 的T熔融溫度(T_)、出現(xiàn)。這些都表明,L-PLEG的結(jié)晶度明顯比D,L-熔融熱(AH)也比D,L-PLEG的高,特別是AH明PLEG高。表4 L-PLEG 與D,L-PLEG的差示掃描熱法(DSC)測試結(jié)果對(duì)比Tab. 4 Comparison in DSC curves of L-PLEG and D,L-PLEG聚合物試樣[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不同構(gòu)型LA的PLEG接觸角測試結(jié)果LPLEGTab.5 Contact angles of PLEG prepared fromL-LA and D,L-LA respectively’Vr接觸角/<°) .L-PLEG .64.1D,LPLBGD.L-PLEC63.7PDLLA6.T68.701260溫度/心C .3結(jié)論圖1 L-PLEG 與D,L-PLEG的DSC譜圖Fig. 1 DSC thermograms of L-PLEG and D,L-PLEGa)以L-LA和M。為1000的PEG為原料[m(L-LA)/m (PEG)為9],通過熔融共聚法合成2.5 X 射線衍射分析L-PLEG，適宜的工藝條件為:以SnO為催化劑由圖2可見,PLEG基本都在20為16.6°、[m(SnO)/m(L-LA)為 0.005],在165 C、70 Pa下熔19.0°、22.3°處出現(xiàn)晶面衍射峰。LA構(gòu)型不同時(shí),融共聚10 h,L-PLEG的[n] 最高達(dá)0.205 6 dUg。L-PLEG衍射強(qiáng)度比D,L-PLEG高,這和L-PLECb) GPC測試表明,L-PLEG的[m]最高時(shí),M。的AH比D,L-PLEG明顯高相互印證。為15 600，M.JM。 為1.30。與相同合成條件下的D,L-PLEG相比,L-PLEG的[]、M.反而較小,這說明使用L-LA未達(dá)到使PLEG相對(duì)分子質(zhì)量增大的目的。c)不同構(gòu)型LA進(jìn)行熔融共聚合時(shí), X射線衍射表明所得PLEG大致都在20為16.6° 、19.0° .22.3°處出現(xiàn)晶面衍射峰,接觸角測試顯示它們的親水性能也都得到改善。1020 3o5060d)與D,L-PLEC相比, L-PLEG具有較高的2010)結(jié)晶度、T。和Tm，特別是DSC譜圖存在明顯的結(jié)圖2. L.-PLEG 與D,L-PLEG的X射線術(shù)射諧圖晶峰。Fig 2 X-ray dfraction patterns of L-PLEG and D,L-PLEG2.6不同LA構(gòu)型對(duì)PLEG親水性能的影響由表5可以看出,不論LA構(gòu)型如何，與未共Ruan G ,Feng S S. Preparation and characterization of poly(lactic聚改性的常用藥物緩釋材料PDLLA61相比,所.cid |中國煤化工cid) (PLA-PEG- -PLA)nicr i_axel [I. Biomaterials,測共聚物PLEG的接觸角普遍減小，即其親水性00MHCNM H G'增強(qiáng)。但和D,L-PLEC相比,L-PLEG的親水性沒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期汪朝陽等.乳酸構(gòu)型對(duì)直接合成聚乳酸-聚乙二醇的影響. 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, 汪朝陽，趙耀明.聚乙二醇改性聚乳酸類材料的合成and its application in dnug delivery[J]. J Appl Polym Sci, 2004,及應(yīng)用[I]合成樹脂及塑料, 2003, 20(6): 58~6191(4):2 143-2 1504 HuhK M，Bae Y H. Synthesis and characterization of poly7汪朝陽,趙耀明，鄭綠茵等.生物降解材料聚乳酸的直接法(ethyene glyco)/poly (L-lactic acid) alternating multiblock合成與表征[I化學(xué)與生物工程, 2004, 21(3): 15~17copolymers [J]. Polymer, 1999, 40(22): 6 147~6 1558熊成東，程玲妹，徐若璞等.丙交酯與聚四亞甲基醚二醇共汪朝陽，王方,趙耀明等.熔融聚合法直接合成生物降解材聚的研究[JI功能高分子學(xué)報(bào)，1991, 4(2): 133-138料PLEG [J].功能高分子學(xué)報(bào)，2004, 17(1); 30-34(編輯: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年我國工程塑料需求量將達(dá)1.67 Mt近年來我國工程塑料需求增長較快。2004年,目前,我國工程塑料生產(chǎn)規(guī)模小、品種少、產(chǎn)五大工程塑料的市場需求量達(dá)到0.95 Mt。其中尼量低,自給率不到40%,性能也有待提高。預(yù)計(jì)到龍(PA)0.20 Mt,聚碳酸酯(PC)達(dá)0.46 Mt ,聚甲2010年我國工程塑料生產(chǎn)能力將達(dá)到390 kt,產(chǎn)醛(POM)0.14 Mt,聚酯(包括PET和PBT)達(dá)85量達(dá)到237kt,市場占有率將達(dá)到43.2%。其中kt,改性聚苯醚(mPPO)達(dá)30kt。預(yù)計(jì)2005年我PA、PBT 2種工程塑料的生產(chǎn)能力將分別達(dá)到國工程塑料的市場總需求量將繼續(xù)增長，達(dá)到130中國煤化工達(dá)到95 kt/a和321.67 Mt。其中PA將達(dá)0.40 Mt,PC為0.78 Mt，kt/ IMHCNMHGPOM0.25Mt,聚酯為0.18Mt,mPPO達(dá)60kt。(鄭寧來)