第六章 脂肪簇聚酯_聚酸酐_氨基酸类聚合物

在多羟基季戊四醇的存在下，可合成星形或高枝化聚乳酸的反应
6.1.4 脂肪族聚酯的应用
一、卫生医药方面的应用
由于脂肪族聚酯安全无毒，具有生物相容性和生物可吸收性等性能， 因此，首先是在卫生医药方面得以应用。其中，除幼儿尿布、妇女卫生 用品等之外，主要有以下几方面应用。
① 医用材料。主要包括成骨材料及敷料和医用缝合线等。 由于脂肪族聚酯具有良好的可加工性和力学强度，可加工成替
20世纪70年代以来，由于对环境问题的日益重视，所以利用脂肪 族聚酯容易水解的特性，开发脂肪族聚酯生物降解材料的研究得以广 泛开展。
表 6-1生物降解性脂肪族聚酯及其结构
大多数脂肪族聚酯的熔点都低于100℃，因此无法单独用作塑料制 品。通常情况下，只有使聚酯的熔点提高到高于100℃，经加工成型 后得到的塑料制品才具有使用价值。
（１）酯交换反应 酯交换反应以二元酸二甲酯或二乙酯与等物质量的 二元醇，在催化剂存在下，经高温、高真空度脱甲醇或乙醇，得到聚酯
（２）直接酯化-脱二元醇反应 该方法是先在较低的反应温度下 将二元酸与过量的二元醇进行酯化，形成有端羟基的预聚物，然后 在高温、高真空度和催化剂存在的条件下脱除二元醇，从而得到聚 酯。以乙二酸和乙二醇的聚合反应为例，其反应历程如下
脂肪族聚酯的可生物降解性除了与聚酯的结晶度有关外，一般认为存 在以下趋势：
① 支链的存在将有利于生物降解 ② 在一定程度下配链间的亚甲基越多越易生物降解 ③ 苯环族与芳香族则会降低其生物降解性。 许多试验已经证实：脂肪族聚酯不仅本身与人体相容性非常好、无毒， 而且在体内可降解，根据急、慢性及长期动物临床试验结果表明降解产物 也是安全的。
一、 开环聚合
开环聚合法所得聚酯相对分子质量较高，相对分子质量可达到几十 万。
对于内酯及交酯类化合物的开环聚合，根据活性中心的形式不同通 常可分为：
阳离子聚合 阴离子聚合 配位聚合
在聚合过程中，活性中心与单体作用进行增长反应的同时不可避免 地存在着副反应，活性中心会与增长链内的酯键反应，从而形成环状齐 聚物，如二聚体、三聚体等 （分子内酯交换）；或者是增长链与不同 聚合物链中的酯键作用，发生分子间酯交换。这些副反应都会使聚合物 相对分子质量分布变宽。配位开环聚合的活性中心较普通阴离子聚合 （如烷氧负离子）的活性低，能够抑制分子内及分子间的酯交换，能有 效克服聚合物相对分子质量分布变宽，因此交酯及内酯类开环聚合目前 多采用配位型引发剂。
③ 组织工程。 所谓组织工程是运用可吸收材料做成多孔立体支架，让大量细
胞渗入并能持续释放生长因子，促使组织再生和器官重建，以解决 人体器官移植以及直接采用人工器官所无法解决的问题。
二、农业方面
主要用于缓释农药和肥料，不仅可以达到低毒长效之目的，而且不污 染环境。此外还可制成鱼网、钓鱼器具、生物可降解地膜以及便于移植用 的一次性容器。据说用非织造布压制的容器的保土、透气性都非常好。
三、生物降解塑料与纤维
由于脂肪族聚酯具有生物可降解性以及力学性能的可调节性，使其在 工程材料领域也开始崭露头角。其中包括食品包装、餐具等。随着这一类 高分子的生产成本的进一步降低，脂肪族聚酯全面替代目前乙烯类、芳香 族聚酯类产品的可能性将是不言而喻的。
6.2 聚酸酐
6.6.1 聚酸酐的发展史
1909年，Bucher和Slade等首次合成了聚对苯甲酸酐（PTA）和聚 间苯二甲酸酸酐（PIPA），由于这类芳香族聚酸酐熔点太高,溶解性 极低,因而没有得到应用。
合Hale Waihona Puke 酸酐的单体三、活性端基聚酸酐
以上所述几种聚酸酐端基不能再发生反应,但带有活性端基的聚酸酐 能进一步共聚生成嵌段共聚物,或者能直接和药物发生化学反应结合在一 起。聚酸酐的活性端基一般为轻基、酞氯基等,刘利平等〔采用熔融缩聚 法制备端基官能化的聚癸二酸酐,并对它进行了结构表征。
四、交联聚酸酐
聚酸酐的力学不稳定性以及降解太快等性能限制了它的应用性,开 发具有良好降解性、机械性能和生物相容性的材料可广泛用于骨科,如 作为骨临时替代材料。但一般聚酸酐比较脆,缺乏所必须的抗压强度,为 了克服这些缺陷开发了交联聚酸酐。
6.2.4 聚酸酐的稳定性
聚酸酐含有易水解的酸酐键,在空气中久置,发生水解。因此,聚酸酐 的剂型加工应在短时间内完成,聚酸酐原料及成型后的聚酸酐控释制剂 应干燥密封低温保存。
聚酸酐在剂型加工和存放过程中,药物和聚酸酐是否发生化学反应 也是聚酸醉控释剂型稳定性必须考虑的因素。与聚酯相比,聚酸酐具有 更易水解等不稳定性,但是聚酸酐具有酸酐不可替代的表面溶蚀降解特 性以及作为局部植入制剂的良好药物控释性能,完全能保证聚酸酐控释 制剂在加工、运输和储存过程中的稳定性、药物疗效和用药安全性。
聚酸酐的降解过程是指聚合物链的断裂过程。 在生物体内外的降解为酸酐键的随机、非酶性水解,体外降解特征 为接近表面溶蚀和本体溶蚀。 接近表面溶蚀特性是可生物降解材料使药物以相对持续恒定速度释 放的重要条件。
总之，聚酸醉的降解速率与结构有着密切的关系,一般来讲,脂肪族聚 酸酐的降解比其他种类的聚酸酐要快,而芳香族相对要慢,这也是脂肪族 聚酸酐没有被广泛应用的原因。
6.1.3 脂肪族聚酯的合成
可生物降解脂肪族聚酯实际上是具有以下结构单元的均聚物和共聚物：
H [OC(R)H-(CH2)-CO] m H
其中Ｒ＝Ｈ、CH3、C2H5、 C4H9、 COOH
目前，其主要合成方法有开环聚合和缩聚方法 缩合聚合法指具有不同官能团如羟基、羧基的单体之间通过 脱水酯化得到聚酯的过程 开环聚合法主要包括交酯类和各种内酯类的开环聚合。
脂肪族聚酯主要用作可吸收骨折内固定材料、外科手术缝合线、 药物缓释体系、组织工程支架材料等可降解与吸收的生物医用材料； 在农业上用作可控制除草剂、农药等的释放速度的缓释体系；此外， 还可成为可生物降解的纤维织物、包装材料等。
6.1.2 脂肪族聚酯的结构 与性能的关系
脂肪族聚酯的性能与其分子组成、结构、相对分子质量、链的取向 度以及立体规整性密切有关。这些性能非常重要，因为它们直接反映材 料的有序结构，影响其力学性能，归纳如下。
陆雯等采用甲基丙烯酸酐或甲基丙烯酞氯与无毒二元酸反应合成了 混合酸酐-甲基丙烯酸酐化癸二酸（MSA）和甲基丙烯酸酐化的1,6-二对 （梭基苯氧基）己烷(MCPH)。然后,把MSA和MCPH在紫外光照射下生成高 度交联的聚酸酐网络,通过改变与的共聚比例,可以将该网络的降解时间 控制在4-70d之间。
6.2.3 聚酸酐的降解
如,目前医学上广泛应用的是聚酸酐P(CPP-SA),它的释药速率可通过 调节共聚物中的CPP和SA的比例来调节。但其降解不完全是线性的因为 脂肪族聚酸酐的降解快一些,而芳香酸酐降解慢得多
Domb 等开发了一类新的聚芳香脂肪酸酐，其单体一端是芳香 梭酸,一端是脂肪梭酸，该类聚合物在几天到几个月的降解中呈现 零级降解动力学。
①不断排除小分子物质。但在缩聚反应的过程中，特别是在反应的后 期，温度往往超过200℃，脱羧、热降解、热氧化等副反应的发生将是 不可避免的，这样就会影响相对分子质量的提高。 ②使聚合物参与扩链反应。人们通常利用扩链剂的活性基因与聚酯的 端羟基或端羧基反应，从而达到提高聚酯相对分子质量的目的。
端羟基聚酯的扩链
为了降低芳香族聚酸酐的结晶倾向,使共聚物熔点在易于加工成型 的范围,Yoda将这两类单体二元酸按一定比例进行共聚,大大降低了芳香 聚酸酐主链结构的规律性,并合成出一系列聚酸酐,包括脂肪族、芳香族、 含硫醚类、杂环族、聚酞胺酸酐等。它们具有良好的成纤、成膜性能。 但因为水解不稳定而没有商业化。
80年代初Langer川利用聚酸酐的不稳定性,开发出可生物降解的高 分子材料,成功地用于药物控制释放领域,使聚酸酐研究与应用进入了新 的阶段。
（３）二元酸与环状碳酸二元醇酯反应 在催化剂存在下将二元酸与 等摩尔的环状碳酸由进行酯化反应，脱除CO2 后可得到单乙二醇酯， 进一步在高温、高真空度下温水得到聚酯
三、扩链反应
由于存在着逆方向的解聚反应，缩聚反应平衡常数较低。控制化学 反应向正方向进行，从而获得所需相对分子质量的聚酯，在反应过程中 可采取两种方法：
第六章 典型的合成类生物可降解材料
对白色污染，世界各国对此都研究了不少对策： ①现有合成高分子的回收再利用； ②从天然动植物中提取可生物降解的高分子，并与现有合成高分子共混 或者直接利用； ③合成具有丰富原料、可生物降解的新材料。
尽管目前前两项措施已取得了很大进展，但诸如回收技术的解决、 再生产品的质量、天然提取高分子及其共混材料的性能以及残留的污染 物质对环境可能的影响等仍是很大的障碍,可生物降解的新材料将成为未
代金属材料的钢片、钢针、螺钉定物，甚至纺成纤维后再编织成可吸收 缝合线供体内手术使用。由从而保证其在伤口愈合后被完全吸收，免除 二次手术。
② 药物基质。生物相容性和可吸收材料用于药物主要基于两方面的 作用，即包裹和载体作用。
脂肪族聚酯往往与极性活性物具有很好的相容性，可以设计制 成球、微胶囊甚至纳米球和胶囊，被称为药物运载 。
脂肪族聚酸酐包括聚癸二酸酐,聚己二酸酐,聚十二酸酐（PDA）,聚富 马酸酐(PFA)等。其结构如下
由于这些聚酸酐易水解,一般与芳香酸酐共聚后应用
二、聚芳香脂肪酸酐
芳香族聚酸酐中结晶度高的溶解性差,熔点一般在200℃以上,降解 较慢,要降解数年。因此难以制成微球或膜。相比无规型芳香族聚酸酐 的结晶度低，易容,降解速度相对快。降解速率可通过其脂肪族和芳香 族在共聚物中的比例调节。
（１）相对分子质量的影响 脂肪族聚酯的许多物理性质，例如强度 等通常可以用下式表示：
Ｐ＝Ｐ0－Ｋ／Ｍn Ｋ是常数，Ｐ0 为Ｍn 趋于无穷时的物理性质
（２）共聚的影响 共聚是脂肪族聚酯改性的重要手段，特别对其熔点 （Tm）和水解性能影响更甚。
如：Ｐ［ＭＡ—ＧＡ］的Ｔm 随ＧＡ比例的增加而降低。而其水解速率则 随ＧＡ比例的增加而大大加快。 （３）退火的影响 改变退火与结晶化条件会直接影响材料的有序结构。 （４）分子链取向的影响 分子链取向有利于聚酯材料的力学强度。
二、 缩聚法
脂肪族聚酯的合成大部分可通过缩合聚合法制得，可生物降解的聚酯 也不例外。
通常情况下，由于缩聚反应的反应温度较高，为避免脱羧等副反应， 常采用如下方法：①酯交换反应；②直接酯化-脱二元醇反应；③二元酸 与环状碳酸二元醇酯的缩合反应。即使如此，缩聚法制得的聚酯相对分 子质量还是比较低，为了得到性能良好的聚酯材料，必须进一步提高聚 合物相对分子质量。因此，人们还常常通过扩链反应来提高聚合物相对 分子质量。
来的研究重点！
6.1 脂肪族聚酯
6.1.1 脂肪族聚酯的简介
Carothers等早在20世纪20年代就以脂肪族二元酸和二元醇 缩聚得到了聚酯，并由此提出了缩聚基本理论。近几年，美、 日、德、法、意、韩等国从生态环境和可持续发展的战略高度 出发，采用生物合成、基因工程法和化学合成法等大力研制降 解聚合物，以生产新的适合环境要求的产品、原料或研制可取 代现有不适合环境要求的新材料。但是由直接酯化缩聚法不易 得到高相对分子质量的聚酯，加上脂肪族聚酯本身熔点较低， 耐水性和力学性能较差，因而主要用作醇酸树脂和聚氨酯的组 分。
6.6.2 聚酸酐的分类
聚酸酐是单体通过酸酐键相连的聚合物,酸酐键具有水不稳定性,能 水解成二元酸单体。现在为止被报道的聚酸酐已经几百种以上了。
目前,已经被广泛应用的主要有脂肪族聚酸酐、芳香族聚酸酐、聚酞 酸酐、杂环族聚酸酐、聚氨酷酸酐、聚酞胺酸酐及可交联聚酸酐等等。
一、脂肪族酸酐
脂肪族聚酸酐能溶于一般有机溶剂,如氯代烃等。低熔点,结晶度较高, 力学性能不是很好,降解速度较快,能在几天内降解完全。
30年代，Hill和 Carothers等合成了一系列脂肪聚酸酐，想用于 纺织行业,但酸酐键的水解不稳定性,未获成功。
50年代后期 Conix 在芳香酸酐的主链上引入次甲基单元和醚键, 得到具有结晶性、熔点比较高、成纤成膜性能优良的芳香聚酸酐。 但脂肪族的低熔点和芳香族酸酐的高熔点,限制了它们的应用性