线形和星形聚L-丙交酯大分子单体的合成和反应

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生物降解性高分子材料是当今世界各国研究的热点课题。聚L-乳酸(PLLA)作为最主要的生物降解新材料,广泛应用于医疗、药学、包装、服装等领域。但是聚L-乳酸结构上疏水的特点和力学强度较低的缺点,限制了它的应用,需要通过交联或与其他单体共聚进行改性,才能进一步扩大其应用范围。本课题为提高聚L-乳酸的反应性,在聚L-乳酸分子结构中引入反应性基团方面进行了初步的探索,制备了一系列反应性线形和星形聚L-乳酸大分子单体,并进行了表征。 首先自行合成了研究工作所必需的原料和重要试剂,包括L-丙交酯、甲基丙烯酰氯和4-二甲氨基吡啶(DMAP)。 以辛酸亚锡为催化剂,分别以二甘醇、聚乙二醇、甲基丙烯酸羟乙酯为共引发剂(co-initiator)引发L-丙交酯开环聚合,分别得到含羟基和含双键的线形聚L-乳酸或嵌段共聚物。通过和甲基丙烯酰氯反应,在上述线形聚L-乳酸或嵌段共聚物链的末端引入双键,得到了链末端含双键的大分子单体。通过和丁二酸酐反应,得到末端为羧基的大分子单体。 同样以辛酸亚锡为催化剂,分别以甘油、三甲醇丙烷、季戊四醇、甘露醇和山梨醇等多羟基化合物引发L-丙交酯开环聚合,得到星形的聚L-乳酸。实验证实,通过调节多羟基化合物和L-丙交酯的配比,可以控制星形聚L-乳酸的分子量。发现反应时间对星形聚L-乳酸的分子量有一定的影响。随着聚合反应时间的增加,产物的分子量先是增加,后来趋于不变。过长的反应时间,会导致分子量下降。通过与甲基丙烯酰氯反应,在星形聚L-乳酸中也引入反应性双键。 聚 L-酸大分子单体结构中双键的存在经红外光谱图和高锰酸钾试验证实。并进一步用碘值方法测定了双键含量。对聚L-乳酸大分子单体的热学性能进行了初步的测定,发现以多羟基化合物为起始化合物的星形聚L-乳酸,其T<,g>接近于普通线形聚L-乳酸,但随着星臂数的增多,在分子量相近的条件下,结晶性和熔点降低。两端双键的PLLA-PEG—PLLA嵌段共聚物,由于分子链中引入柔性PEO,其T<,g>和T<,m>明显降低。 对部分聚L-乳酸大分子单体进行交联反应,包括与甲苯-2,4-二异氰酸酯交联固化、通过加入酰化剂DMAP进行交联固化和通过过氧化二苯甲酰(BPO)引发的交联固化。固化产物均不溶不熔。并且发现端基数对交联产物的性质有影响。溶解实验、凝胶含量测定表明,端基数目较多的大分子单体的交联产物有较高的凝胶含量,交联密度较大。热重分析、降解试验和拉伸试验表明,交联产物的耐热性和拉伸强度提高,降解速率减慢,其变化趋势和交联样品的凝胶含量有关。
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