淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物及其制备方法和用途

摘要

本发明公开的淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物具有如下结构：其中n为1-50。本发明还公开了该共聚物的制备方法和其用途。由于本发明采用的淀粉醋酸酯具有较好的溶解性，可使接枝反应在均相体系中进行，因而大大提高了聚对二氧环己酮接枝效率，使该接枝共聚物不仅具有优异的生物相容性和生物可降解性，而且还具有良好的亲水、疏水和加工性能，生产成本低，可在制成药物装载微球、胶束和组织修复材料，薄膜、片材、板材、管材、发泡材料、粘合剂、涂饰剂、无纺布等方面作为可降解材料使用。

权利要求

1.淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物，该接枝共聚物具有如下结构：

其中淀粉醋酸酯的取代度为1.5-2.9，分子量为15000-100000，n为1-50；核磁谱图显示δ＝4.18ppm处有标记为a的碳原子上所连氢原子的特征峰，δ＝3.80ppm及δ＝

4.35ppm处则分别有标记为b、c碳原子上所连氢原子的特征三重峰，δ＝1.95ppm及δ＝

2.09ppm处有淀粉醋酸酯上甲基的特征峰；该接枝共聚物能溶解于二氯甲烷，二氧六环，二甲基亚砜。

2.一种制备权利要求1所述的淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物的方法，该方法是将1-40份淀粉醋酸酯与60-99份对二氧环己酮单体，在惰性气体保护下，于60-90℃下恒温0.5-1小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.0001-0.1的催化剂，再于温度60-120℃下搅拌反应8-48小时，冷却后获接枝粗产物，将得到粗产物纯化处理以去除未反应的对二氧环己酮单体及聚对二氧环己酮均聚物，并干燥即得最终产物，或将1-90份淀粉醋酸酯先溶于溶剂中，再加入10-99份对二氧环己酮单体混合均匀，在60-90℃下恒温0.5-1小时，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.0001-0.1的催化剂，再于温度60-120℃下搅拌反应8-48小时，冷却后获接枝粗产物，将得到粗产物纯化处理以去除未反应的淀粉醋酸酯，对二氧环己酮单体及聚对二氧环己酮低聚物，并干燥即得最终产物，以上方法中所用的淀粉醋酸酯的取代度为1.5-2.9，分子量为15000-100000，所用份数均为重量份。

3.根据权利要求2所述的淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物的制备方法，该方法中所用的催化剂为路易斯酸式催化剂Al、Ti、Zn、Zr、Sn盐中的任一种，或金属烷基化合物M(R)X、金属烷氧基化合物M(RO)X中的任一种，式中X＝1-3，R＝C1-C8烷基，M＝Al、Ti、Zn、Zr、Sn离子。

4.根据权利要求2或3所述的淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物的制备方法，该方法中所用的溶剂为二甲亚砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的任一种。

5.根据权利要求1所述的淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物在制成药物装载微球、胶束和组织修复材料，薄膜、片材、板材、管材、发泡材料、粘合剂、涂饰剂和无纺布可降解材料方面的应用。

说明书

淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物及其制备方法和

用途

技术领域

[0001] 本发明属于淀粉醋酸酯和聚对二氧环己酮接枝改性技术领域，具体涉及一种淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物及其制备方法和用途。该共聚物可作为降解材料，医用材料、环境友好材料。

背景技术

[0002] 可生物降解聚合物材料在近几十年发展迅速，它不仅拓宽了高分子功能材料应用领域，同时也带动了医疗技术的进步。脂肪族聚酯由于其主链大都由脂肪族单元通过易水解的酯键连接而成，其不仅具有良好机械性能，还具有良好的生物降解性，因此是目前研究最成熟、应用最广泛的可完全生物降解的一类高聚物。

[0003] 聚对二氧环己酮(PPDO)是一种具有优异的生物相容性和生物可降解性的脂肪族聚酯，已被成功应用于制造外科缝合线、骨板和组织修复材料，如螺钉、钩、片和钳等外科器具，其在自然环境中的生物降解性目前已被人证实(Nishida，H.；Kinno，M.；Ikeda，A.；Tokiwa，Y.Polym.Degrad.Stab.2000，68，205-217)。但是聚对二氧环己酮在体内降解不连续，不具有亲水性，并且与大分子药物的相容性差，这就限制了它在一些生物医用材料中的应用，如制备药物/生物大分子的控制释放微球等。其次，聚对二氧环己酮的原料和合成成本昂贵，限制了其作为普通塑料制品的应用。

[0004] 为了克服这些缺点，人们开始尝试将聚对二氧环己酮与价格低廉、来源广泛、易生物降解的淀粉进行共聚，共混来得到性能更佳的新型材料。目前已有文献报道合成了淀粉/聚对二氧环己酮接枝共聚物。如Wang用本体聚合方法使对二氧环己酮在淀粉骨架上的开环接枝聚合获得(，X.L.；Yang，K.K.；Wang，Y.Z.；Zhou，Z.X.；Jin，Y.D.；Wu，B.J Polym Sci Part A：Polym Chem 2004，42，3417-3422)。但由于淀粉上羟基的反应活性低，与PPDO进行接枝共聚困难，因此接枝效率较低，给应用上也带来了一定的局限性。又如He用偶联的方法将PPDO接枝到淀粉的大分子链上(He，R.；Wang，X.L.；Wang，Y.Z.；Yang，K.K.；Zeng，J.B.；Ding，S.D.Carbohydrate Polymers 2006，65，28-34)。这类接枝方法虽然能得到了较长的接枝侧链，但反应过程复杂，并且该反应过程中使用了有毒的异氰酸酯作为偶联剂，因此限制了该材料在医用领域的应用。

[0005] 此外，由于原淀粉和聚对二氧环己酮都存在在常用有机溶剂中(例如氯仿，二甲亚砜等)溶解性差的缺点，即便通过接枝反应得到的共聚物在有机溶剂中的溶解性仍然很不理想，这就限制了共聚物通过微球，胶束，静电纺丝等方法制备新型医用材料的进一步应用。

发明内容

[0006] 本发明的目的之一是针对现有技术的不足，提供一种新的淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物。

[0007] 本发明的目的之二是提供制备上述淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物的方法。

[0008] 本发明的再一目的是提供淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物在多个领域里作为可降解材料的应用。

[0009] 本发明提供的淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物具有如下结构：

[0010]

[0011] 其中n为1-50；核磁谱图显示δ＝4.18ppm处有标记为a的碳原子上所连氢原子的特征峰，δ＝3.80ppm及δ＝4.35ppm处则分别有标记为b、c碳原子上所连氢原子的特征三重峰，δ＝1.95ppm及δ＝2.09ppm处有淀粉醋酸酯上甲基的特征峰；该接枝共聚物能溶解于二氯甲烷，二氧六环，二甲基亚砜。其中在二氯甲烷的溶解可达到100mg/ml，在二氧六环的溶解可达到30mg/ml，在二甲基亚砜的溶解可达到40mg/ml。

[0012] 本发明提供的制备上述淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物的方法，该方法是将1-40份淀粉醋酸酯与60-99份对二氧环己酮单体，在惰性气体保护下，于60-90℃下恒温0.5-1小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.0001-0.1的催化剂，再于温度60-120℃下搅拌反应8-48小时，冷却后获接枝粗产物，将得到粗产物纯化处理以去除未反应的对二氧环己酮单体及聚对二氧环己酮均聚物，并干燥即得最终产物。或将1-90份淀粉醋酸酯先溶于溶剂中，再加入10-99份对二氧环己酮单体混合均匀，在60-90℃下恒温0.5-1小时，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.0001-0.1的催化剂，再于温度60-120℃下搅拌反应8-48小时，冷却后获接枝粗产物，将得到粗产物纯化处理以去除未反应的对二氧环己酮单体及聚对二氧环己酮均聚物，并干燥即得最终产物。

[0013] 以上所用份数均为重量份。

[0014] 上述方法中所用的淀粉醋酸酯的取代度为1.5-2.8，分子量为15000-100000。

[0015] 上述方法中所用的催化剂为路易斯酸式催化剂Al、Ti、Zn、Zr、Sn盐中的任一种，或金属烷基化合物M(R)X、金属烷氧基化合物M(RO)X中的任一种，式中X＝1-3，R＝C1-C8烷基，M＝Al、Ti、Zn、Zr、Sn离子。

[0016] 上述方法中所用的溶剂为二甲亚砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的任一种。

[0017] 本发明提供的淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物可在制成药物装载微球、胶束和组织修复材料，薄膜、片材、板材、管材、发泡材料、粘合剂、涂饰剂和无纺布可降解材料方面获得应用。

[0018] 本发明具有以下优点：

[0019] 1、由于本发明采用的淀粉醋酸酯具有较好的溶解性，可使接枝反应在均相体系中进行，因而大大提高了聚对二氧环己酮接枝效率，使该接枝共聚物不仅具有优异的生物相容性和生物可降解性，而且还具有良好的亲水、疏水和加工性能。

[0020] 2、由于本发明提供的共聚物中引入了淀粉醋酸酯链段，因而改善了聚对二氧环己酮的加工性能。

[0021] 3、由于本发明提供的共聚物引入了比对二氧环己酮价格大为低廉的淀粉醋酸酯，因而使获得的接枝共聚物生产成本大大降低，使之作为普通塑料制品的原料成为可能。

[0022] 4、由于本发明提供的本体制备方法不仅合成过程简单，而且无需使用溶剂，因而既绿色环保，生产成本又低。

[0023] 5、本发明提供的淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物在常用的有机溶剂中有较好的溶解性能，不仅可满足微球，胶束制备，静电纺丝等技术的要求，在制成药物装载微球、胶束和无纺布作为可降解材料使用，而且还可在组织修复材料，薄膜、片材、板材、管材、发泡材料、粘合剂、涂饰剂等方面作为可降解材料使用，因而大大拓展了聚对二氧环己酮的应用范围。

附图说明

[0024] 图1为本发明提供淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物的核磁谱图；

[0025] 图2为用本发明提供淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物制备的微球的扫描电镜图。

具体实施方式

[0026] 下面给出实施例以对本发明做进一步描述，需指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员根据本发明的上述内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

[0027] 另外，还需说明的是以下各实施例所用物料份数均为重量份，所得产率，接枝率和接枝效率是将产品在真空下干燥至恒重，并按以下公式计算而得：

[0028]

[0029] 式中Y为产率，G为接枝率，GE为接枝效率，ma为抽提后的样品质量(克)，mb为抽提前的样品质量(克)，ms为添加淀粉的质量(克)。

[0030] 实施例1

[0031] 在惰性气体保护下，将取代度为1.5，分子量为50000的淀粉醋酸酯5份和新蒸馏的对二氧环己酮单体95份，在60℃下恒温溶解0.5小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.001的辛酸亚锡催化剂，再于温度60℃下搅拌反应48小时，冷却后获接枝粗产物；将所得的粗产物丙酮抽提，再用三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤干燥后得纯化物。该纯化物的接枝率为1160.3％，接枝效率为84.9％，产率为86.2％，通过熔点仪测得其熔点为108-114℃。

[0032] 实施例2

[0033] 在惰性气体保护下，将取代度为1.9，分子量为40000的淀粉醋酸酯15份和新蒸馏的对二氧环己酮单体85份，在70℃下恒温溶解1小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.0001的二乙基锌催化剂，再于温度120℃下搅拌反应12小时，冷却后获接枝粗产物；将所得的粗产物丙酮抽提，再用三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤干燥后得纯化物。该纯化物的接枝率为486.0％，接枝效率为85.3％，产率为90.6％，通过熔点仪测得其熔点为108-110℃。

[0034] 实施例3

[0035] 在惰性气体保护下，将取代度为2.0，分子量为35000的淀粉醋酸酯40份和新蒸馏的对二氧环己酮单体60份，在90℃下恒温溶解0.5小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.001的三乙基铝催化剂，再于温度100℃下搅拌反应48小时，冷却后获接枝粗产物；将所得的粗产物丙酮抽提，再用三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤干燥后得纯化物。该纯化物的接枝率为91.8％，接枝效率为81.5％，产率为83.5％，通过熔点仪测得其熔点为102-108℃。

[0036] 实施例4

[0037] 在惰性气体保护下，将取代度为2.4，分子量为100000的淀粉醋酸酯10份和新蒸馏的对二氧环己酮单体90份，在70℃下恒温溶解0.8小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.007的异丙醇铝催化剂，再于温度90℃下搅拌反应24小时，冷却后获接枝粗产物；将所得的粗产物丙酮抽提，再用三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤干燥后得纯化物。该纯化物的接枝率为663.3％，接枝效率为80.6％，产率为84.2％，通过熔点仪测得其熔点为100-110℃。

[0038] 实施例5

[0039] 在惰性气体保护下，将取代度为2.7，分子量为15000的淀粉醋酸酯20份和新蒸馏的对二氧环己酮单体80份，在90℃下恒温溶解0.5小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.1的四丁基钛催化剂，再于温度80℃下搅拌反应8小时，冷却后获接枝粗产物；将所得的粗产物丙酮抽提，再用三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤干燥后得纯化物。该纯化物的接枝率为308.4％，接枝效率为85.9％，产率为88.9％，通过熔点仪测得其熔点为103-112℃。

[0040] 实施例6

[0041] 在惰性气体保护下，将取代度为2.9，分子量为30000的淀粉醋酸酯10份和新蒸馏的对二氧环己酮单体90份，在80℃下恒温溶解0.7小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.01的异丙醇锆催化剂，再于温度70℃下搅拌反应36小时，冷却后获接枝粗产物；将所得的粗产物丙酮抽提，再用三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤干燥后得纯化物。该纯化物的接枝率为720.7％，接枝效率为82.7％，产率为88.4％，通过熔点仪测得其熔点为105-110℃。

[0042] 实施例7

[0043] 将取代度为1.5，分子量为50000的淀粉醋酸酯5份先完全溶于二甲基亚砜，再在惰性气体保护下，加入新蒸馏的对二氧环己酮单体95份混合均匀，在60℃下恒温溶解0.5小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.0001的三乙基铝催化剂，再于温度90℃下搅拌反应8小时，冷却后获接枝粗产物；将所得的粗产物丙酮抽提，再用三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤干燥后得纯化物。该纯化物的接枝率为1318.7％，接枝效率为87.7％，产率为93.1％，通过熔点仪测得其熔点为
105-113℃。

[0044] 实施例8

[0045] 将取代度为1.9，分子量为70000的淀粉醋酸酯30份先完全溶于二甲基甲酰胺，再在惰性气体保护下，加入新蒸馏的对二氧环己酮单体70份混合均匀，在80℃下恒温溶解0.7小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.0005的二乙基锌催化剂，再于温度80℃下搅拌反应24小时，冷却后获接枝粗产物；将所得的粗产物丙酮抽提，再用三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤干燥后得纯化物。该纯化物的接枝率为152.6％，接枝效率为83.4％，产率为87.5％，通过熔点仪测得其熔点为
102-110℃。

[0046] 实施例9

[0047] 将取代度为2.0，分子量为100000的淀粉醋酸酯20份先完全溶于二甲基亚砜，再在惰性气体保护下，加入新蒸馏的对二氧环己酮单体80份混合均匀，在90℃下恒温溶解1小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.0001的二乙基锌催化剂，再于温度120℃下搅拌反应36小时，冷却后获接枝粗产物；将所得的粗产物丙酮抽提，再用三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤干燥后得纯化物。该纯化物的接枝率为203.2％，接枝效率为80.1％，产率为87.7％，通过熔点仪测得其熔点为106-109℃。

[0048] 实施例10

[0049] 将取代度为2.3，分子量为60000的淀粉醋酸酯30份先完全溶于二甲基乙酰胺，再在惰性气体保护下，加入新蒸馏的对二氧环己酮单体70份混合均匀，在80℃下恒温溶解0.8小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.1的四丁基钛催化剂，再于温度60℃下搅拌反应36小时，冷却后获接枝粗产物；将所得的粗产物丙酮抽提，再用三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤干燥后得纯化物。该纯化物的接枝率为137.3％，接枝效率为83.7％，产率为85.2％，通过熔点仪测得其熔点为103-110℃。

[0050] 实施例11

[0051] 将取代度为2.5，分子量为30000的淀粉醋酸酯50份先完全溶于二甲基亚砜，再在惰性气体保护下，加入新蒸馏的对二氧环己酮单体50份混合均匀，在90℃下恒温溶解1小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.008的异丙醇铝催化剂，再于温度100℃下搅拌反应48小时，冷却后获接枝粗产物；将所得的粗产物丙酮抽提，再用三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤干燥后得纯化物。该纯化物的接枝率为49.1％，接枝效率为72.9％，产率为74.3％，通过熔点仪测得其熔点为108-114℃。

[0052] 实施例12

[0053] 将取代度为2.9，分子量为15000的淀粉醋酸酯40份先完全溶于二甲基亚砜，再在惰性气体保护下，加入新蒸馏的对二氧环己酮单体60份混合均匀，在90℃下恒温溶解1小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.005的三乙基铝催化剂，再于温度120℃下搅拌反应48小时，冷却后获接枝粗产物；将所得的粗产物丙酮抽提，再用三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤干燥后得纯化物。该纯化物的接枝率为102.9％，接枝效率为85.4％，产率为90.6％，通过熔点仪测得其熔点为
105-112℃。

[0054] 实施例13

[0055] 将取代度为2.5，分子量为30000的淀粉醋酸酯70份先完全溶于二甲基甲酰胺，再在惰性气体保护下，加入新蒸馏的对二氧环己酮单体30份混合均匀，在80℃下恒温溶解0.8小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.003的二乙基锌催化剂，再于温度120℃下搅拌反应48小时，冷却后获接枝粗产物；将所得的粗产物丙酮抽提，再用三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤干燥后得纯化物。该纯化物的接枝率为17.4％，接枝效率为64.3％，产率为69.6％，通过熔点仪测得其熔点为
101-112℃。

[0056] 实施例14

[0057] 将取代度为2.5，分子量为30000的淀粉醋酸酯90份先完全溶于二甲基亚砜，再在惰性气体保护下，加入新蒸馏的对二氧环己酮单体10份混合均匀，在90℃下恒温溶解1小时，使淀粉醋酸酯完全溶解于对二氧环己酮单体中，然后加入按与对二氧环己酮的摩尔比为0.007的三乙基铝催化剂，再于温度120℃下搅拌反应48小时，冷却后获接枝粗产物；将所得的粗产物丙酮抽提，再用三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤干燥后得纯化物。该纯化物的接枝率为8.5％，接枝效率为32.7％，产率为41.8％，通过熔点仪测得其熔点为101-112℃。

[0058] 应用例1

[0059] 将实施例2制备的淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物200mg溶于5mL三氯甲烷中，得到的溶液倾入100mL含有0.5％聚乙烯醇作为分散剂的水中，混合液经高剪切乳化机(8000rpm)均化5min，以形成高度分散的O/W体系，然后在35℃下，搅拌挥发溶剂4个小时即得固体微球。固体微球用蒸馏水洗涤三次，真空冷冻干燥。制得的固体微球的平均粒径为13.81μm，其扫描电镜照片见图2。

[0060] 应用例2

[0061] 将实施例10制备的淀粉醋酸酯/聚对二氧环己酮接枝共聚物200mg溶于5mL三氯甲烷中，得到的溶液倾入100mL含有0.5％聚乙烯醇作为分散剂的水中，混合液经高剪切乳化机(8000rpm)均化5min，以形成高度分散的O/W体系，然后在35℃下，搅拌挥发溶剂4个小时即得固体微球。固体微球用蒸馏水洗涤三次，真空冷冻干燥。制得的固体微球平均粒径为8.62μm。