乳酸(Lactic Acid,LA)的直接缩合是作为早期制备PLA的简单方法,但一般只能得到低聚物(数均分子质量小于5000,分子质量分布指数约2.0),而且聚合温度高于180℃时,通常导致产物带色。到目前为止,PLA主要是通过LA的开环聚合制得。依据引发剂的不同,LA的开环聚合可分为正离子聚合、负离子聚合和配位聚合。目前,聚乳酸以乳酸或其衍生物乳酸酯为原料(最常见的是采用左旋乳酸为原料),通过化学合成得到聚合物。高力学性能的聚乳酸是指旋光纯度高的聚左旋乳酸(PLLA),单体为L-乳酸。合成工艺大致可以分为间接合成法和直接合成法。直接合成法,也被称作一步聚合法,是利用乳酸直接脱水缩合反应合成聚乳酸。直接合成法的优点是操作简单,成本低。缺点是乳酸纯度要求高,反应时间长,反应温度控制严格。
LA正离子开环聚合是烷氧键断开,每次增长是在手性碳上,因此外消旋不可避免,而且随聚合温度的升高而增加。另外,能引发LA正离子聚合的引发剂不多,而且难以得到高相对分子质量的PLA;不能用来制得现在使用较多的PLGA(聚乳酸-羟基乙酸共聚物)。LA负离子开环聚合的合适引发剂是仲丁或叔丁基锂和碱金属烷氧化物;较弱的碱如苯甲酸钾、硬脂酸钾只能在120℃以上进行本体聚合。LA负离子开环聚合比正离子聚合的速度快得多,引发和链增长涉及烷氧负离子向酰氧键的进攻,尽管该步不会导致外消旋,但烷氧负离子能使单体脱质子化,从而导致部分外消旋化,而且使聚合物相对分子质量受到限制。高相对分子质量的PLA能通过丁基锂和伯醇(如苯甲醇、PEG的单甲基醚等)原位反应生成的引发体系来实现。
PLA由乳酸聚合得到,由于乳酸是手性分子,因而对应的PLA分为聚左旋乳酸(PLLA)、聚右旋乳酸(PDLA)和消旋乳酸共聚物(PDLLA)。PDLLA是无定形聚合物,降解较快,主要用于生物医用材料:聚左旋乳酸是半结晶性聚合物,力学性能好,降解可控,可广泛应用于前述的各个领域,是更有发展前途的高分子材料。
在开环聚合中,LA的配位开环聚合更显重要,引发剂常为辛酸亚锡或异丙醇铝或双金属4-氧桥烷氧化合物([(n-C4H 90)2·A10]2Zn)等。Zhang和Wyss等(1992)专门研究了辛酸亚锡引发DL-LA聚合中产物相对分子质量的影响因子,认为要制得高相对分子质量的PDLLA,条件一为单体的高纯度,相对条件二为高真空封管聚合。当真空度由100 mmHg上升到0.05 mmHg时,产物相对分子质量提高了10倍。另外,Hyon等(1997)也研究了辛酸亚锡引发LLA本体聚合制备不同相对分子质量PLLA的条件。目前,聚乳酸的合成主要有两种方法,即直接缩聚法和丙交酯开环聚合法。(www.daowen.com)
直接缩聚法:该方法的弊端是水作为产物难以从体系中排除,从而使目标产物产量较低,难以满足实际要求。另外,在反应后期,聚合物可能会降解成丙交酯,从而限制聚乳酸产量的提高。整个反应过程中最重要的是及时去除水并抑制聚合物的降解。近年来,聚乳酸直接缩聚合成的方法主要有熔融聚合和溶液聚合两种。
丙交酯开环聚合法:首要任务是获得丙交酯,在其精制提纯后,用引发剂催化开环可得高相对分子质量聚合物。将提纯干燥后的丙交酯和催化剂SnC12混合均匀,加热熔化后抽真空至1 kPa,于160℃反应8 h,可得到聚乳酸产物。丙交酯的开环聚合反应受到诸多因素的影响,主要有单体纯度、催化剂的浓度及聚合真空度、温度和时间,最主要的是催化剂的选择和丙交酯的纯化。
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