阅读说明：本技术 一种生物降解热塑性聚酯弹性材料及其制备方法 (Biodegradable thermoplastic polyester elastic material and preparation method thereof ) 是由 贾亚听 何创龙 隋晓锋 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种生物降解热塑性聚酯弹性材料及其制备方法。该方法包括：将癸二酸与聚乙二醇混合,搅拌,真空条件下酯化反应,加入催化剂,真空条件下预缩合反应,将得到的预聚物继续反应,纯化。该方法采用的反应单体比较简单,无毒无刺激,生物安全性好,在生物医学中应用广泛,所得到的材料具有良好的生物相容性和生物降解性。(The invention relates to a biodegradable thermoplastic polyester elastic material and a preparation method thereof. The method comprises the following steps: mixing sebacic acid and polyethylene glycol, stirring, carrying out esterification reaction under a vacuum condition, adding a catalyst, carrying out pre-condensation reaction under the vacuum condition, continuously reacting the obtained prepolymer, and purifying. The reaction monomer adopted by the method is simple, non-toxic and non-irritant, has good biological safety, is widely applied in biomedicine, and the obtained material has good biocompatibility and biodegradability.)

一种生物降解热塑性聚酯弹性材料及其制备方法

技术领域

本发明属于生物降解高分子材料及其制备领域，特别涉及一种生物降解热塑性聚酯弹性材料及其制备方法。

背景技术

生物降解高分子材料在生物医学中有重要意义，其在组织工程、药物释放、生物传感等领域中有广泛应用。生物降解聚酯是最常见的一类生物降解高分子材料，它们包括热塑性和热固性两大类。热塑性生物降解聚酯如聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯以及它们的共聚物等，具有良好的加工性能和较高的力学强度，已经在手术缝合线、骨折内固定、组织工程、药物缓释等领域有成功应用，但它们因为结晶度高、模量高、弹性差、降解缓慢，并不适合在软组织工程方面应用。聚癸二酸丙三醇酯与聚柠檬酸聚乙二醇酯，以及其衍生聚合物，是研究较多的几种热固性生物降解聚酯材料，它们具有良好的弹性和降解性，更适于在软组织工程如心肌、血管、神经导管等方面应用，但其制备条件苛刻，材料需要固化，并且固化后的材料发生了交联，既不溶于任何溶剂，也不能进行二次熔融加工，使其在实际应用中受到极大限制。热塑弹性体是高分子材料中一类比较特殊的材料，它的特点在于将热塑性材料的可加工性与热固性材料的高弹性结合起来，使其同时具有可塑性和高弹性的优点。目前，生物降解高分子材料中关于热塑性弹性体的报道较少，开发生物降解的热塑性弹性材料对于促进生物医学领域中许多问题的解决有重要意义。

癸二酸与聚乙二醇是制备生物降解高分子材料中常用的两种反应单体，直接由癸二酸与聚乙二醇为原料制备的生物降解材料也已报道了多种。如将聚乙二醇双羧基化，再与癸二酸反应得到聚(癸二酸-聚乙二醇)酸酐(化学试剂,2007,29(3):161-163)；聚癸二酸酐与聚乙二醇反应得到聚癸二酸酐-聚乙二醇嵌段共聚物(离子交换与吸附,2008,24(3):246-253)；或者由癸二酰氯与聚乙二醇进行溶液聚合得到PEG-SA聚酯(Polymer,2006,47:3760-3766)。这些材料主要是利用聚乙二醇的高亲水性来改善聚酸酐类材料的亲水性，或组成亲水-疏水嵌段共聚物形成具有一定吸水保水功能的水凝胶，其采用的聚乙二醇分子量较高(Mn≥400)。该类材料主要作为功能性材料，用于构建药物控释载体或水凝胶，无法作为结构性材料使用，更不具有热塑性弹性体的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种生物降解热塑性聚酯弹性材料及其制备方法，以填补现有技术的空白。

本发明提供一种生物降解热塑性聚酯弹性材料，由癸二酸与聚乙二醇在催化剂下熔融缩聚，通过分子之间羟基与羧基的反应，脱水缩合聚合，纯化得到。

所述聚酯弹性材料为高分子量线性聚(癸二酸-聚乙二醇)酯，所述聚(癸二酸-聚乙二醇)酯的结构式为：

其中n≥50，m＝2～8。

所述聚酯弹性材料数均分子量(Mn)可以达到13×10⁴g·mol^-1以上，多分散性指数(Mw/Mn)在1.2-4之间。

所述聚乙二醇分子量为100-400g·mol^-1。

所述催化剂为辛酸亚锡、氯化亚锡、辛酸亚锡/对甲苯磺酸、氯化亚锡/对甲苯磺酸中一种。

所述聚合反应温度为120℃-280℃，压力低于3325Pa，反应时间为4-50小时。

本发明还提供一种生物降解热塑性聚酯弹性材料的制备方法，包括：

将癸二酸与聚乙二醇以摩尔比为0.99:1-1.10:1混合，搅拌，真空条件下酯化反应，加入催化剂，真空条件下预缩合反应，将得到的预聚物继续反应，纯化，得到生物降解热塑性聚酯弹性材料。

所述搅拌为：在氮气保护、120-160℃下搅拌到癸二酸完全溶解。

所述酯化反应的工艺参数为：反应温度为120-180℃，压力为0.1-4000Pa，反应时间为0.5-8小时。

所述催化剂为可催化聚酯聚合的任意一种或几种；优选锡类催化剂；进一步优选，辛酸亚锡、氯化亚锡、辛酸亚锡/对甲苯磺酸、氯化亚锡/对甲苯磺酸中一种，对甲苯磺酸的摩尔量与辛酸亚锡或氯化亚锡的摩尔量相等，辛酸亚锡或氯化亚锡的摩尔量为反应体系中羟基或羧基摩尔量的0.0005-0.02倍(优选0.001-0.02倍)。

所述预缩合反应的工艺参数为：反应温度为120-180℃，压力为0.1-3000Pa，反应时间为2-20小时。

所述继续反应的工艺参数为：反应温度为180-280℃，压力低于3000Pa，反应时间为1-20小时。

所述纯化方法为：先将聚酯初产物溶于良溶剂中，搅拌使聚酯溶解，得到聚合物溶液，然后将该聚合物溶液滴入不良溶剂中，产生沉淀即为纯化产物；该纯化步骤可以进行多次；良溶剂与不良溶剂可以任意组合。

所述良溶剂为四氢呋喃、丙酮、三氯甲烷、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、1,4-二氧六环、六氟异丙醇中的任意一种。

所述不良溶剂为水、甲醇、乙醇、***、石油醚中的任意一种。

所述聚酯初产物与良溶剂的质量体积比为5％-30％，良溶剂与不良溶剂的体积比为1:2-1:10。

所述纯化次数为1-5次。

本发明还提供一种生物降解热塑性聚酯弹性材料的应用。

本发明中聚合反应是由癸二酸与聚乙二醇直接熔融缩聚，反应体系中除单体与催化剂外，无任何其他成分。合成反应结束后得到的产物是初产物，其分子量分布较宽，经过一定的纯化步骤可以得到相对分子量更高的产物。

本发明中生物降解热塑性聚酯弹性材料分子链是线性的，该材料可溶于多种有机溶剂，如四氢呋喃、丙酮、三氯甲烷、二氯甲烷、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环、六氟异丙醇等，不溶于水、甲醇、乙醇、***等。该材料在常温下为半结晶性固体状，其玻璃化温度低于0℃，材料在常温下处于高弹态，弹性模量在0.01-2MPa，断裂伸长率超过1700％。该聚酯材料具有良好的溶解性能、加工性能、力学强度、高弹性，以及良好的生物相容性、生物降解性和热塑性。

有益效果

(1)本发明采用的反应单体比较简单，无毒无刺激，生物安全性好，在生物医学中应用广泛，所得到的材料具有良好的生物相容性和生物降解性。

(2)本发明中热塑性聚酯弹性材料具有良好的溶解性、加工性能和高弹性，其弹性模量与人体软组织相匹配，可以满足许多生物医学应用的需要。

附图说明

图1是实施例1所得材料的红外光谱图；

图2是实施例1所得材料的核磁共振氢谱(¹H-NMR)图；

图3是实施例1所得材料的单轴拉伸应力-应变曲线图；

图4是实施例1所得材料的循环拉伸应力-应变曲线图；

图5是实施例1所得材料与对比例1所得材料的单轴拉伸应力-应变曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)将0.05mol癸二酸(国药，AR)与0.05mol聚乙二醇-200(沃凯)一起加入250ml两口烧瓶中，140℃、氮气保护下搅拌0.5h，癸二酸完全溶解后，体系形成澄清透明的液体；

(2)140℃，将反应体系压力降为3000Pa，搅拌反应6h；

(3)将0.0001mol辛酸亚锡和0.0001mol对甲苯磺酸一起加入到反应体系中，160℃、3000Pa反应6h；

(4)将温度在4h之内缓慢升至260℃，然后压力降至100Pa，继续反应8h，得到高分子量的聚酯弹性材料初产物；

(5)将得到的聚酯初产物溶于四氢呋喃，得到10％(w/v)聚合物溶液，将该溶液逐滴加入甲醇中，四氢呋喃与甲醇体积比为1:4，产生沉淀；重复纯化3次，将最后一次得到的沉淀真空干燥2天，即得纯化的聚酯弹性材料。

图1表明：实施例1所得材料的红外光谱图，在1730cm^-1处有酯键C＝O的强烈伸缩振动峰，说明癸二酸与聚乙二醇-200之间发生了羟基与羧基的脱水缩合反应，生成了酯键，在3400cm^-1处关于羟基的宽吸收峰很弱，说明聚乙二醇-200中的羟基几乎完全被消耗掉了。

图2表明：实施例1所得材料的氢谱图中有癸二酸与聚乙二醇的特征峰，其中δ1.30、1.61和2.35ppm三个峰归属于癸二酸分子，δ3.67、3.70和4.23ppm三个峰归属于聚乙二醇-200，计算峰面积得聚乙二醇与癸二酸的摩尔比为1:1.02，与理论投料比一致。

图3表明：实施例1所得材料有很好的的力学性能，其弹性模量约为0.2MPa，与许多天然软组织的弹性模量接近，所得材料的断裂伸长率超过1700％，说明材料有很好的的弹性和韧性，不容易被拉断，远超过天然动脉和静脉血管的断裂伸长率(<500％)。(测试温度为室温，拉伸速率为10mm/min)

图4表明：实施例1所得材料有很好的弹性和回复能力，材料在被拉到应变为100％时，在撤除外力后材料能很快回复至接近原状，经过10次不间断100％应变的拉伸后，所得材料的形状仍能快速回复，说明所得材料是一种很好的弹性材料。(测试温度为室温，拉伸速率为10mm/min，应变范围为20-100％，循环次数为10次，停留时间为0s)

实施例2

(1)将0.05mol癸二酸(国药，AR)与0.05mol聚乙二醇-200(沃凯)一起加入250ml两口烧瓶中，140℃、氮气保护下搅拌0.5h，癸二酸完全溶解后，体系形成澄清透明的液体；

(2)140℃，将反应体系压力降为3325Pa，搅拌反应6h；

(3)将0.00025mol辛酸亚锡和0.00025mol对甲苯磺酸一起加入到反应体系中，180℃、3000Pa反应4h；

(4)将温度在4h之内缓慢升至260℃，然后压力降至100Pa，继续反应4h，得到高分子量的聚酯弹性材料初产物；

(5)将得到的聚酯初产物溶于四氢呋喃，得到10％(w/v)聚合物溶液，将该溶液逐滴加入甲醇中，四氢呋喃与甲醇体积比为1:4，产生沉淀；重复纯化3次，将最后一次得到的沉淀真空干燥2天，即得纯化的聚酯弹性材料。

实施例3

(1)将0.05mol癸二酸(国药，AR)与0.05mol聚乙二醇-200(沃凯)一起加入250ml两口烧瓶中，140℃、氮气保护下搅拌0.5h，癸二酸完全溶解后，体系形成澄清透明的液体；

(2)140℃，将反应体系压力降为3000Pa，搅拌反应6h；

(3)将0.001mol辛酸亚锡和0.001mol对甲苯磺酸一起加入到反应体系中，3000Pa下将温度由140℃在6h之内缓慢升至260℃，然后压力降至100Pa，继续反应1h，得到高分子量的聚酯弹性材料初产物；

(4)将得到的聚酯初产物溶于四氢呋喃，得到10％(w/v)聚合物溶液，将该溶液逐滴加入甲醇中，四氢呋喃与甲醇体积比为1:4，产生沉淀；重复纯化3次，将最后一次得到的沉淀真空干燥2天，即得纯化的聚酯弹性材料。

对比例1

(1)将0.05mol癸二酸(国药，AR)与0.05mol丙三醇(国药，AR)一起加入250ml单口烧瓶中，140℃、氮气保护下搅拌0.5h，癸二酸完全溶解后，体系形成澄清透明的液体；

(2)120℃，氮气保护下，搅拌反应24h；

(3)120℃，将压力降至3000Pa，搅拌反应48h，得到聚癸二酸丙三醇酯的预聚物；

(4)将第(3)步中得到的聚癸二酸丙三醇酯预聚物在120℃，100Pa压力下固化48h得到固化的聚癸二酸丙三醇酯弹性体。

图5表明：实施例1所得材料，作为一种热塑性材料，其弹性模量与对比例1所得热固性材料的弹性模量接近，但实施例1所得材料的断裂伸长率远大于对比例1中材料的断裂伸长率。