医用超高分子量聚对二氧环己酮的制备方法及用途
阅读说明：本技术 医用超高分子量聚对二氧环己酮的制备方法及用途 (Preparation method and application of medical ultra-high molecular weight poly-p-dioxanone ) 是由 曹利敏 李鑫 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了医用超高分子量聚对二氧环己酮的制备方法,包括如下步骤：1)纯化对二氧环己酮；2)聚合反应：反应釜加热并向其内冲入惰性气体,加入步骤1)所制备的纯化后的对二氧环己酮,同时加入催化剂和醇类起始剂进行反应；3)反应结束后取出物料并将其粉碎；4)将粉碎后的物料在真空条件下加热,以除去未反应的对二氧环己酮,最后制得聚对二氧环己酮。由该制备方法制备的高分子量聚对二氧环己酮能够满足医用要求,分子量能够达到30万以上到200万,使用经FDA认可的催化剂辛酸亚锡,生产量级可以到几十公斤级。(The invention discloses a preparation method of medical ultra-high molecular weight poly-p-dioxanone, which comprises the following steps: 1) purifying p-dioxanone; 2) polymerization reaction: heating a reaction kettle, filling inert gas into the reaction kettle, adding the purified p-dioxanone prepared in the step 1), and simultaneously adding a catalyst and an alcohol initiator for reaction; 3) taking out the materials after the reaction is finished and crushing the materials; 4) and heating the crushed material under a vacuum condition to remove unreacted p-dioxanone, and finally preparing the p-dioxanone. The high molecular weight poly (p-dioxanone) prepared by the preparation method can meet medical requirements, the molecular weight can reach more than 30 ten thousand to 200 ten thousand, and the production level can reach dozens of kilograms by using a FDA approved catalyst stannous octoate.)
技术领域
本发明涉及医用材料制造技术领域，更具体地说，它涉及医用超高分子量聚对二氧环己酮的制备方法及用途。
背景技术
聚对二氧环己酮(PPDO)由于其分子链上含有特有的醚键，在具有很高的强度的同时拥有非常好的柔韧性，可完全生物降解、生物相容性好、生物可吸收，体内降解为乙醛酸，可通过尿液排出体外，也可进一步降解为甘氨酸，对人体无毒害作用。PPDO在医疗领域具有广大的应用市场。
PPDO制备医疗器械产品需要具有较高的分子量才能获得较好的力学强度，目前的制备方法获得的PPDO分子量偏低。PPDO主要通过对二氧环己酮开环聚合制备，目前研究主要集中扩链、筛选不同的催化剂、提高单体纯度的方法从而获得较高的转化率和较高的分子量。
扩连方法：CN101096415A使用扩链方法提高聚合物分子量，扩链方法对分子量低于10万的聚合物具有明显效果，对高分子量聚合物效果不显著，并且分子链中引入扩链分子，规整性被破坏，后期制备的医疗器械产品结晶度偏低，力学性能也不能满足要求。
新型催化剂：CN110643024A制备的聚合物分子量比其他催化剂制备的分子量有了明显提升，但仍然在30万以下，且使用催化剂比例较高，聚合物中金属含量超标不能满足医用要求。CN1597729A，通过筛选催化剂制备了高分子量的 PPDO，但制备量级是几克不能工业化生产，并且他们用的催化剂不易获得且使用的是对人体有害的金属元素，不能达到医用要求。
提高单体纯度：通过精馏的方式提高单体的纯度，由于杂质性能和单体太过相近，精馏很难获得高纯度的单体US5717059；另一种是利用溶剂重结晶，这种方法的产率较低，造成很大程度的单体浪费，再就是溶剂残留很难除干净，可能对医疗器械应用产生不良的影响。
高粘度聚合物出料：气压出料，由于物料没有流动性，仅能出出料口正上边的物料，边缘物料无法正常出料；螺杆式反应：残留量较大，且同样需要助力往前推进物料。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明旨在解决目前缺失的，能够满足医用要求，分子量能够达到30万以上到200万的高分子量聚对二氧环己酮的制备方法，使用经FDA认可的催化剂辛酸亚锡，生产量级可以到几十公斤级。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：医用超高分子量聚对二氧环己酮的制备方法，包括如下步骤：
1)纯化对二氧环己酮；
2)聚合反应：反应釜加热并向其内冲入惰性气体，加入步骤1)所制备的纯化后的对二氧环己酮，同时加入催化剂和醇类起始剂进行反应；
3)反应结束后取出物料并将其粉碎；
4)将粉碎后的物料在真空条件下加热，以除去未反应的对二氧环己酮，最后制得聚对二氧环己酮。
作为优选，在步骤1)中，通过无溶剂结晶法纯化对二氧环己酮。
作为优选，在步骤1)中，将对二氧环己酮加热使其变为液体，并在0～30℃条件下结晶，结晶完成后倒出未结晶部分，进而得到纯化后的对二氧环己酮。
作为优选，在步骤2)中，所述催化剂包括辛酸亚锡，所述醇类起始剂包括碳原子数大于六的单醇或二醇。
作为优选，在步骤2)中，反应釜内的反应物首先在80～160℃条件下反应 4～48小时，然后在60～120℃条件下反应4～48小时。
作为优选，对二氧环己酮与辛酸亚锡的质量比为2000:1-20000:1；对二氧环己酮与醇类起始剂的质量比为4000:1-30000:1。
作为优选，在步骤3)中，反应结束后，通过柱塞式出料方式推出物料。
作为优选，在步骤3)中，物料被推出后，通过液氮进行冷却。
作为优选，在步骤4)中，真空条件下的加热温度为40～100℃。
上述所述的制备方法制备的超高分子量聚对二氧环己酮在医疗领域中的用途。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、使用高纯度对二氧环己酮单体，以生物安全性较高的辛酸亚锡为催化剂，获得了超高分子量聚对二氧环己酮，满足医疗器械机械强度对材料的要求；
2、无溶剂结晶，单体纯化后的纯度较高，且避免了溶剂残留，制备的聚合物生物相容性更高；
3、一锅法分步聚合，改善了之前先把反应物反应达到一定粘度，然后再转移到另外容器中可能引入空气和水气，导致反应效果不佳；
4、柱塞式出料方式保证了高粘度物料在较低温度下出料，出料完全，且防止分子量高温下热降解；
5、液氮冷却保证物料出料后快速冷却，有效防止聚合物热降解。
具体实施方式
本实施例公开了医用超高分子量聚对二氧环己酮的制备方法，包括如下步骤：
1)纯化对二氧环己酮；
作为优选，通过无溶剂结晶法纯化对二氧环己酮。具体的，将对二氧环己酮加热使其变为液体，并在0～30℃条件下结晶，结晶完成后倒出未结晶部分，进而得到纯化后的对二氧环己酮；使用高纯度单体，以生物安全性较高的辛酸亚锡为催化剂，获得了超高分子量聚对二氧环己酮，满足医疗器械机械强度对材料的要求；无溶剂结晶，单体纯化后的纯度较高，且避免了溶剂残留，制备的聚合物生物相容性更高；
2)聚合反应：反应釜加热并向其内冲入惰性气体，加入步骤1)所制备的纯化后的对二氧环己酮，同时加入催化剂和醇类起始剂进行反应；催化剂包括辛酸亚锡，醇类起始剂包括碳原子数大于六的单醇或二醇；对二氧环己酮与辛酸亚锡的质量比为2000:1-20000:1；对二氧环己酮与醇类起始剂的质量比为 4000:1-30000:1；
3)反应结束后取出物料并将其粉碎；
4)将粉碎后的物料在真空条件下加热，加热温度为40～100℃，以除去未反应的对二氧环己酮，最后制得聚对二氧环己酮。
在一些实施方式中，在步骤2)中，反应釜内的反应物首先在80～160℃条件下反应4～48小时，然后在60～120℃条件下反应4～48小时。一锅法分步聚合，改善了之前先把反应物反应达到一定粘度，然后再转移到另外容器中可能引入空气水气，导致反应效果不佳。
在一些实施方式中，在步骤3)中，反应结束后，通过柱塞式出料方式推出物料，柱塞式出料方式保证了高粘度物料较低温度下出料，出料完全，且防止分子量高温下热降解；进一步的，物料被推出后，通过液氮进行冷却。液氮冷却保证物料出料后快速冷却，有效防止聚合物热降解。
上述所述的制备方法制备的超高分子量聚对二氧环己酮在医疗领域中的用途。
具体实施例
实施例1：
单体纯化：将对二氧环己酮单体加热至完全变为液体，然后在15℃条件下结晶24小时，倒出未结晶部分；
聚合：将反应釜加热到130℃，抽冲氮气，使反应釜内为惰性气氛，加入纯化后的单体2000g，辛酸亚锡0.786g，十二醇0.365g反应4小时，然后提升搅拌杆，在80℃条件下继续反应24小时。
出料：将搅拌叶转变为柱塞模式，将物料推出后液氮冷却；
粉碎：用粉碎机将物料粉碎成小颗粒；
除单体：将粉碎后的物料放在真空容器中，60℃条件下去除单体；
结果：制备的聚合物分子量为78万。
实施例2：
单体纯化：将对二氧环己酮单体加热至完全变为液体，然后在23℃条件下结晶48小时，倒出未结晶部分；
聚合：将反应釜加热到120℃，抽冲氮气，使反应釜内为惰性气氛，加入纯化后的单体2000g，辛酸亚锡0.524g，十二醇0.243g反应6小时，然后提升搅拌杆，在80℃条件下继续反应24小时；
出料：将搅拌叶转变为柱塞模式，将物料推出后液氮冷却；
粉碎：用粉碎机将物料粉碎成小颗粒；
除单体：将粉碎后的物料放在真空容器中，60℃条件下去除单体；
结果：制备的聚合物分子量为95万。
实施例3：
单体纯化：将对二氧环己酮单体加热至完全变为液体，然后在15℃条件下结晶24小时，倒出未结晶部分；
聚合：将反应釜加热到130℃，抽冲氮气，使反应釜内为惰性气氛，加入纯化后的单体2000g，辛酸亚锡0.786g，十二醇0.365g反应4小时，然后提升搅拌杆，在80℃条件下继续反应24小时；
出料：将物料温度提高到140℃提高流动性，然后往反应釜中加压到1MPa，将物料推出后冰箱冷却；
粉碎：用粉碎机将物料粉碎成小颗粒；
除单体：将粉碎后的物料放在真空容器中，60℃条件下去除单体；
结果：制备的聚合物分子量为38万。
实施例4：
单体纯化：将对二氧环己酮单体加热至完全变为液体，然后在12℃条件下结晶24小时，倒出未结晶部分；
聚合：将反应釜加热到120℃，抽冲氮气，使反应釜内为惰性气氛，加入纯化后的单体2000g，辛酸亚锡0.524g，十四醇0.243g反应8小时，然后提升搅拌杆，在80℃条件下继续反应24小时；
出料：将搅拌叶转变为柱塞模式，将物料推出后液氮冷却；
粉碎：用粉碎机将物料粉碎成小颗粒；
除单体：将粉碎后的物料放在真空容器中，60℃条件下去除单体；
结果：制备的聚合物分子量为145万。
实施例5：
单体纯化：将对二氧环己酮单体加热至完全变为液体，然后在15℃条件下结晶24小时，倒出未结晶部分；
聚合：将反应釜加热到130℃，抽冲氮气，使反应釜内为惰性气氛，加入纯化后的单体2000g，辛酸亚锡0.786g，己二醇0.185g反应6小时，然后提升搅拌杆，在80℃条件下继续反应24小时。
出料：将搅拌叶转变为柱塞模式，将物料推出后液氮冷却；
粉碎：用粉碎机将物料粉碎成小颗粒；
除单体：将粉碎后的物料放在真空容器中，60℃条件下去除单体；
结果：制备的聚合物分子量为88万。
本具体实施例中的指定方向仅仅是为了便于表述各部件之间位置关系以及相互配合的关系。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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