1前言

聚乳酸( PLA) 是一种具有优良的生物相容性和可生物降解的聚合物, 经FDA 批准可用作医用手术缝合线和注射用微胶囊、微球及埋植剂等制剂的材料。PLA 在体内代谢最终产物是CO₂ 和H₂O, 中间产物乳酸也是体内正常糖代谢的产物, 所以不会在重要器官聚集。早在50 年代就开始了PLA 的合成及应用研究, 70 年代开始合成高分子量的具有旋光性的D 或L 型PLA, 并用于药物制剂和外科等方面的研究, 同时为克服PLA 单靠分子量及分布来调节降解速度的局限, 开始合成以PLA 为主的各类共聚物。进入80 年代以来, 随着PLA 及共聚物的应用领域, 特别是在生物医学工程领域的不断扩大, 对其合成机理、不同结构及组成的共聚物的合成及应用研究日益深入, 相继有相关综述报道^[1] 。近年来, 随着PLA 及其共聚物在骨科材料及药物控释制剂等方面的产品开发及性能要求, 在超高分子量PDLLA 的制备, 具有特定组成和结构、降解速度可控的PLA 及共聚物的合成, 新型高效无毒的稀土催化剂的机理研究, 以及在抗癌化疗用药、多肽、疫苗制剂上的应用等方面又有新的进展。

2.常见的制备法

1 PLA 合成

1.1 直接缩聚法

在脱水剂的存在下, 乳酸分子中的羟基和羧基受热脱水, 直接缩聚成低聚物, 然后继续升温, 低相对分子质量的PLA 扩链成更高相对分子质量的PLA。它主要有溶液缩聚法和熔融缩聚( 本体聚合)法。其主要问题是游离乳酸、水、低聚物和丙交酯间的平衡状态, 反应副产物在粘性熔融物中难以去除,难以使反应向正方向进行, 所得聚合物相对分子质量一般较低, 且聚合温度高于180℃ , 通常导致产物带色。三井化学公司采用连续共沸除水溶液缩聚法制得了相对分子质量达30万的PLA^[2] , 它主要有3 个特点: 控制聚合动力学、有效脱水和抑制解聚。该法的聚合在高沸点有机溶剂中进行, 从含有有机溶剂的恒组分混合物形态的反应体系中蒸馏出水。在温和条件下从反应混合物中脱水是获得高相对分子质量聚合物的关键。返回体系中的溶剂必须脱水, 含水量小于50%在130℃ 下聚合20～40h, 收率为80%～85%。用二苯醚作溶剂, 在150℃下聚合15 h, 收率高达94% 。溶剂和催化剂是控制动力学、有效脱水和生成高相对分子质量聚合物的重要因素。研究发现, 随溶剂沸点变高, 即使温度控制在130℃ 聚合速率也变快, 脱水更有效。锡化合物是获得高相对分子质量(gt;10万)PLA 最有效的催化剂。

严冰等^[3] 研究了以乳酸为原料在联苯醚中共沸脱水直接缩聚合成PLA 的方法, 确定了最佳工艺条件: 锡粉0.29% ,n(聚苯醚)/n (乳酸)为4130 ℃,4kPa,反应40h, 0.3nm 分子筛脱水。日本制钢所开发的熔融缩聚工艺采用2 步连续工艺配合使用间歇型搅拌反应器和一个互相啮合的双螺杆挤出机。首先在高真空和高温下制备相对分子质量大于2 000 的预聚物, 然后预聚物直接送到互相啮合的正转双螺杆挤出机, 相对分子质量上升到约15万, 从熔融聚合物中除去游离水和副产物。二氯化锡是获得高相对分子质量聚合物的有效催化剂。抑制分解和获得高相对分子质量聚合物的关键因素之一是将丙交酯、乳酸和低相对分子质量聚合物返回到熔融PLA中。

Sung 等^[4] 考察了不同催化剂体系对熔融缩聚反应的影响, 提出用锡的氧化物和氯化物作催化剂能有效提高聚合物的相对分子质量。反应温度控制在比PLA 熔点温度稍高即180 ℃进行缩聚。提出反应体系极性对催化剂活性有影响, 通过加入热稳定性好且不易挥发的质子酸作催化剂, 明显提高了产物的重均相对分子质量。可以在较短的时间内得到重均相对分子质量10 万以上的PLA。Hiltunen 等^[5] 研究了不同催化剂和反应条件对熔融聚合法合成低相对分子质量PLA 的影响。其重均相对分子质量从3600到32600 不等。汪朝阳等^[6] 以L-乳酸为原料, 选择氯化亚锡为催化剂, 用量0.5% (质量) ,在180℃ 和70 Pa 下反应10h, 可得到较高相对分子质量的PLA。

1.2 丙交酯开环聚合法

开环聚合法是工业化生产高相对分子质量PLA的唯一方法。