中国组织工程研究与临床康复与 73眷 25筋 2009 06—18出版 JournalofClinicalRehabilitative TissueEngineeringResearch June 182009 Vo/.13,No.25 溶液直接缩聚法合成聚乳酸的特点木★ 梁博 Synthesis of polylacticacid using solution polymerization method Liang Bo Materials Science& E gineering,College—Abstract:Polylactic acid has a good biocompatibility,biodegradability and bio-absorbabilitythus it is widely used as the drug delayed release,surgical suture line and internal ifxation of bone fractureThe article discussed the development of direct solution 750021.Ningxia Hui Autonomous Region,China Liang BoW,Master, Materials Science& 匕nglneenng College,Noah University for Ethnics Yinohuan 750021. Ningxia Huj Autonomous Region, China SuppoSed by:Ihe Foundation of North University for Ethnics Materials Science& Engineering.No 2007Y039+ Received:2009—03—23 p恻: 。。。-∞一 奔擘鹜奎差莘 染,因此它广泛用作药物缓释、手术缝合线及 譬, 回謦自鎏 骨折内固定等生物医用高分子材料,也用作环 750021 梁 博★,女, 1980年生, 维吾尔自治区奎 屯市人,汉族, 2005年四川大学 毕业,硕士,讲师, 主要从事医用高 分子材料方面的 研究 Jbscu⑥126.com 北方民族大学校 内 课 题 (2007Y039) 中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:1673—8225 (2009)25·0491 6-03 收稿日期:2009—03.23 修回日期:2009—04-26 (20090301 004/WJY H) 4916 polymerization for the synthesis of polylactic acid in recent years;in additionprinciple of direct solution polymerization and influence factors for relative molecular mass were also investigated.It is very vital significance to research direct synthesis of polylactic acid.1 he lnfluence factors for relative molecular mass were carefully studied during solution polymerization in order to modify direcf synthesis technology of polylactic acid and obtain high—relative molecular mass polylactic acid Liang B_Synthesis of polylacticacid using solution polymerization methodZhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2009;13(25):4916—4918. 【http://www.crter.ca http://en zglckf.com】 摘要:聚乳酸具有良好的生物相容性、生物降解性和生物可吸收性,它被广 泛用作药物缓释、手术缝合线及骨折内固定 等生物医用高分子材料。文章探讨了近年来国内外研究溶液直接缩聚法合成聚乳酸的进展情况,概述了乳酸溶液直接缩聚 的原理,研究了溶液聚合中影响聚乳酸相对分子质量的因素。开展聚乳酸直接合成方法的研究,具有非常重要的意义,期 望能通过对溶液聚合中影响聚乳酸相对分子质量的因素进行研究,改进聚乳酸的直接合成工艺,通过直接合成法得到较高 相对分子质量的聚乳酸。 关键词:聚乳酸:生物降解;直接缩聚;溶液聚合 doi:1 0.3969/j issn 1 673—8225 2009 25 029 梁博.溶液直接缩聚法合成聚乳酸的特点[J】l中国组织工程研究与临床康复,2009,13(25):4916—4918 [http://www.crter org http://cnzglckf com] 0引言 2 目的 聚乳酸具有良好的生物相容性、生物降解 文章对聚乳酸溶液直接缩聚法进行归纳, 性和生物可吸收性。它在自然界中的微生物、 以期能为国内开展聚乳酸的溶液直接缩聚合成 水、酸、碱等的作用下能完全分解,最终产物 研究起到推动作用。 是CO2和H2O,对人体无害无毒,对环境也无污 3资料和方法 保高分子材料 1-9J。 3.1 文献检索 检索人相关内容:第一作者。 1 学术背景 检索文献时限:1990 01/2008—12。 检索数据库:Springer全文电子期刊 聚乳酸通常采用二步法合成【ⅢJ,即先将乳 (http:/,sp ringe lib.tsinghua.edu.cn);中国期干lj全 酸单体经脱水环化合成丙交酯,然后丙交酯再 文数据库(http://www.cnki.net o 开环聚合得到聚乳酸。二步法生产工艺冗长, 检索关键词:中文检索词为“聚乳酸、溶液聚合、 操作复杂,特别在丙交酯精制过程中需要多次 降解”;英文检索词为“polylactic acid,solution 重结晶,耗费了大量的溶剂,降低了产品的回 polymerization,degradation”。 收率,导致价格昂贵,了聚乳酸的工业化 检索文献类型:研究原著、综述。 生产。近年来,由乳酸溶液直接缩聚合成聚乳 索文献量:共检索到60篇相关文献。 酸的方法引起了人们的关注。关于溶液直接缩 3.2检索方法 聚法合成聚乳酸的研究国外早有报道[11_他],近 纳入标准:①选取针对性强,相关度高的文 年来国内也开始进行这方面的研究【13_’ 。 献。②对同一领域的文献选择近期发表或发表 |SSN 1673-8225 CN 21—153g/R coDEN:zLKHAH 梁搏溶液直接缩聚法台或聚乳酸的特点 在权威杂志的文献。 排除标准:重复研究类文章。 文献选择:初检得到文献60篇,纳入31篇文献进一 步研究。其中有关国内外聚乳酸合成制备、加工及应用 研究9篇 】,关于聚乳酸合成的研究背景10篇 ,溶 剂对产物相对分子质量的影响4篇 引,催化剂对产物 相对分子质量的影响6篇 ],反应温度对产物相对分 子质量的影响2篇 ’, 团,反应时间对产物相对分子质量 的影响3篇[21,30-31】。 4文献证据综合提炼 4.1 聚乳酸溶液直接缩聚的原理 乳酸的直接缩合是制 备聚乳酸的简单方法。利用乳酸的活性,通过加热,乳 酸分子问发生脱水缩合反应,可直接合成相对分子质量 较高的聚乳酸。 聚乳酸直接聚合的反应方程式如下所示: 4.2影响溶液聚合法的主要因素 溶剂对产物相对分子质量的影响:与熔融聚合方法不同 的是,溶液聚合采用了可以与水形成共沸物的溶剂,因 此,溶剂的选择是关键因素。Ajioka ̄ 叫研究了不同溶 剂对聚合速率的影响,发现随着溶剂沸点的升高,聚合 速率越大,因此溶液聚合大多采用沸点较高的溶剂,如 二甲苯、二苯醚、苯甲醚等。 赵耀明 以二苯醚为溶剂,研究了不同溶剂比例 对聚合物相对分子质量的影响,认为溶剂二苯醚与乳酸 的体积比为4时,产物的相对分子质量达到最大。当溶 剂量不足时,共沸回流不充分,水分不能有效地带出; 溶剂量过多时,体系的乳酸浓度太低,反应速率下降, 定时间内得不到高相对分子质量的产物。王征等 采用二苯醚作溶剂,SnCI22H2O催化,反应30 h,由DL一 乳酸共沸精馏脱水制得低相对分子质量的消旋聚乳酸。 Akutsu 采用二氯甲烷为溶剂,利用二环己烷碳 偶氮14一二甲烷基吡啶,经过24 h室温直接缩聚,得到 相对分子质量为15 400# ̄聚合物,产率为94%。 Ajioka-?[-2 ̄ 采用二苯醚作溶剂,锡粉催化,经分子 筛共沸回流反应40 h,可使聚乳酸的相对分子质量达到 300 000。 催化剂对产物相对分子质量的影响:催化剂的加入可 以降低乳酸聚合反应的活化能,推动体系向缩聚反应方 向进行。当催化剂用量过多时,由于乳酸容易形成短链 |sSN 1 673—8225 CN 21.1 539/R coDEN:zLKHAH WWW.CRTER.org 分子,也得不到高相对分子质量的预聚物产物;当催化 剂用量不足时,在一定的反应时间下,反应不充分,也 不能得到较高相对分子质量的预聚物产物。另外,其催 化反应向合成聚合物方向进行的同时,也促进了聚合物 的热降解。 Ajioka ̄[ 。, 研究了使用不同类型的催化剂,得到 了不同相对分子质量的聚合物。其中使用锡类及锡类化 合物时都能够得到较高相对分子质量的聚合物,其相对 分子质量均超过20万。 汪朝阳等 纠研究认为,SnCI2对乳酸熔融聚合的催 化效果最佳,原因是SnCI2在反应体系中具有良好的溶 解性,分散均匀,催化效果好。同时,SnCI2的合适用 量为质量分数0.5%。 王征 , 。 研究了几种催化剂对聚合反应的影响, 以锡类为催化剂,产物的产率可高达96.4%,但得到的 聚合物相对分子质量比较低。他首次将聚合反应与精馏 集成,在反应装置上安装精馏塔,以达到进一步脱除小 分子水分的目的,结果使反应产率和产物相对分子质量 均有较大的提高。还研究了用Y-AI2O3负载催化剂,得到 聚合物在产率上明显提高,但相对分子质量分散度也变 宽了。 赵凌冲等 研究了用稀土氧化物直接法催化合成 聚乳酸。结果表明稀土氧化物均有催化直接合成聚乳酸 的效果,且易与产物分离,其中Y203的催化性能比其 他稀土氧化物效果更好。 美国长岛大学 ̄Wang等 驯采用直接法共聚制备低 相对分子质量的乙醇酸和乳酸齐聚物,以三氧化二锑为 催化剂,通过本体合成,可制得相对分子质量以895- 1 368的聚合物,产品可用作药物快速释放剂。 Mai等【29 研究了催化体系及反应条件对L L酸熔融 缩聚的影响,当用SnCI2用量0.5%(质量分数),180℃, 1O h,70 Pa,相对分子质量约11 000。 反应温度对产物相对分子质量的影响:乳酸的缩聚反应 是放热反应,升高温度不利于生成高摩尔质量的聚乳 酸;但由于反应的热效应不大,升温对平衡常数的影响 不大。随温度的升高,反应体系黏度下降,有利于副产 物水的排出;特别是反应后期,由于体系黏度增加,水 的排出更加困难,升温会使反应右移,对提高乳酸的摩 尔质量有利。 聚乳酸溶液聚合的温度比熔融聚合要低一些,文献 报道的温度均在130 ̄160℃的范围内。赵耀明等 研 究发现,以二苯醚为溶剂共沸回流的缩聚反应,温度在 130℃时产物相对分子质量达到最大。 王征等 剀研究乳酸直接聚合时,也发现随着反应温 度的升高,聚合物的产率和相对分子质量均有明显增 加,但当温度达到16O℃时,聚合物相对分子质量有下 4917 www.CRTER.org 降趋势,且产物颜色也明显加深。因此,认为溶液聚合 反应温度应控制在140-160℃的范围内。 反应时间对产物相对分子质量的影响:增加反应时间, 有利于体系脱水完全,反应充分进行,使聚乳酸的摩尔 质量达到最大;但过多延长反应时间,会使聚乳酸降解、 氧化严重,反而造成聚乳酸摩尔质量降低、产物变色。 郑敦胜等 对反应时间对产物相对分子质量的影 响进行了研究。辛酸亚锡用量0.5份、温度175℃、真 空度30 Pa、通N2的条件下,观察聚合时间对聚乳酸摩 尔质量的影响,反应时间控制在12 h左右,结果发现聚 乳酸的摩尔质量最高。 陈佑宁等 ”把乳酸单体和甲苯按1/2加入三颈烧瓶 中,以辛酸亚锡作为催化剂,反应温度为170℃,并改 变反应时间进行了对比,实验结果表明,在聚乳酸的合 成中,单体中含有的有机杂质容易炭化,以及单官能团 物质的存在,也严重影响到相对分子质量的提高。因此 反应时间不易过长,一般应控制在24 h左右。并且在 20-24 h之间其增长速率最快,此时采取有效的除水方 法可望提高聚乳酸相对分子质量。 5结论 聚乳酸的直接合成是相对于间接开环法发展起来 的,它比间接法有许多优点,有利于聚乳酸的工业化应 用。目前,只有日本真正实现了聚乳酸直接合成的工业 化生产,得到的产物相对分子质量达到3O万以上。国内 开展这方面的研究比较晚,报道的文献多数集中在传统 工艺的探索,且得到产物相对分子质量均不高,这对于 聚乳酸的实际应用是很大的。因此,开展聚乳酸直 接合成方法的研究,具有非常重要的意义。期望能通过 对溶液聚合中影响聚乳酸相对分子质量的因素进行研 究,改进聚乳酸的直接合成工艺,通过直接合成法得到 较高相对分子质量的聚乳酸。 6参考文献 Donald G.A literature review of poly(1actic acid)J Poly Envi 2001:9(2):63—84. 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