[发明专利]乳酸自催化熔融缩聚—肌酐催化固相缩聚联用法合成高分子量聚乳酸

说明书

技术领域

本发明属于生物降解材料技术领域，涉及采用生物质肌酐为催化剂由低分子量聚乳酸为原料经固相缩聚合成具有高分子量聚乳酸的工艺方法。

背景技术

聚乳酸是一种生物可降解材料，它可以在一定的生物化学环境下完全降解成二氧化碳和水。聚乳酸具有良好的生物相容性，能被人体完全吸收，且无毒副作用。近年来，随着医药及生物医学科学的迅猛发展，国内外对具有优良生物相容性和生物安全性的医用生物可降解性材料的需求在急剧增长。生物可降解性聚乳酸已在药物科学及生物医学工程方面取得许多重要的应用，例如：用作控释和靶向药物的载体、硬组织修复材料、生物组织工程中的生物活性物种支架材料等。当聚乳酸用作医用药用材料时要求聚合物应不含有任何毒性金属及其他有毒成分。目前商品化聚乳酸的生产主要采用1)辛酸亚锡催化丙交酯开环聚合法合成；2)氯化亚锡催化乳酸直接缩聚法合成。这两种方法虽然可以合成高分子量的聚合物，但聚合反应后所用锡盐催化剂不能彻底从聚合物中去除。国内外众多学者的研究工作证明金属锡化合物具有细胞毒性，因此用锡盐催化合成聚乳酸应用于人类医用药用领域存在一定的安全隐患。

发明内容：

本发明目的是克服现有技术存在的不足，提供一种L-乳酸自催化熔融缩聚-肌酐催化固相缩聚联用合成高分子量聚L-乳酸的工艺方法。

本发明提供了一种L-乳酸自催化熔融缩聚肌酐催化固相缩聚联用法合成高分子量聚L-乳酸的工艺方法，该方法采用了固定床式真空-惰性气体联用固相缩聚反应器，以及在70-160℃范围内程控升温及在10-0.1torr范围内阶梯式提高真空度相结合的操作方法，从而使聚合反应时间大大缩短(由M_w为0.8-1.3×10⁴的聚L-乳酸合成得到M_w为15.0×10⁴的聚L-乳酸的聚合反应时间仅需100小时)、所合成的聚L-乳酸具有高等规度(等规度大于95%)、产品分子量分布窄(PDI＜2.3)、产品色泽雪白。

本发明所述的L-乳酸自催化熔融缩聚-肌酐催化固相缩聚联用合成高分子量聚L-乳酸的工艺方法，是在不添加催化剂的条件下，利用L-乳酸自催化熔融缩聚得到的重均分子量M_w为0.8×10⁴-1.3×10⁴的低分子量聚L-乳酸(LMW-PLLA)为原料；再采用肌酐(CR)为催化剂、固定床式真空-惰性气体联用型固相缩聚反应器，并结合程控升温及阶梯式提高真空度的操作方法进行固相缩聚合成重均分子量M_w为3.0×10⁴-15.0×10⁴、等规度＞95%的高分子量聚L-乳酸(PLLA)；具体步骤如下：

合成路线

合成操作步骤：

步骤1：自催化熔融缩聚

在反应器中加入质量分数90%、光学纯度99.5%的L-乳酸水溶液，不添加任何催化剂，用惰性气体置换反应器中空气三次，在常压及惰性气体氛下加热至130-160℃脱水1-6h；

然后将反应器真空度提高到100torr，在130-160℃继续反应1-6h；

再将反应器真空度提高到30torr，在130-160℃继续反应1-6h；

最后将反应器减压至10torr，升温至160-200℃反应20-30h，得到M_w为0.8×10⁴-1.3×10⁴的LMW-PLLA；

步骤2：肌酐催化固相缩聚

将步骤1合成的LMW-PLLA，在熔融状态及惰性气体保护的条件下加入肌酐，加入量为LMW-PLLA质量的0.005%-0.5%，冷却、研磨得到60-100目的粉末；

将LMW-PLLA粉末加入到图1所示结构的固定床式真空—惰性气体联用反应器中，升高真空度并且调节惰性气体流量使反应器内真空度在0.25-4h内从10torr升至0.1torr，同时温度也在0.25-4h内从70℃升至130℃，然后在130℃和0.1torr条件下继续反应0.25-1h(使总反应时间在0.5-5h)；

然后维持0.1torr不变，将反应器温度在2.5-80h内从130℃升至160℃，继续反应2.5-15h(总反应时间5-95h)，最终得到重均分子量M_w为3.0×10⁴-15.0×10⁴、等规度＞95%的聚L-乳酸。