可降解聚氨酯丙烯酸酯生物材料的制备及其表征

以端羟基聚丙交酯(PLLA)为软段,六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为硬段聚合得到端基为双键的低聚物,再在UV照射下固化得到可生物降解的聚氨酯丙烯酸酯(PUA)生物组织工程材料.PLLA由1,4-丁二醇引发L-丙交酯(L-LA)开环得到.PLLA和低聚物的组成结构用NMR和GPC进行了表征.对固化聚合物PUA的热性能(DSC和TGA)、力学性能(DMA和拉伸)和亲水性(接触角和溶胀)的研究表明增加PLLA软段会增加材料的Tg,但降低材料的亲水性和交联度.PLLA500-HDI的拉伸强度为6.7 MPa,可以满足生物材料的力学性能要求.通过体外降解实验,发现增加PUA材料的软段,降解速率下降.降解16周后,PLLA500-HDI降解最快,失重15.8%,而PLLA2000-HDI的降解速率最慢,失重5.5%,可能与其微相分离的结构有关.红外(ATR)分析表明降解的PUA膜中N—H的伸缩吸收峰(3364 cm-1)变宽和C O吸收峰变尖锐,说明主链中酯键和氨基甲酸酯键都发生了水解.热失重(TGA)曲线上PLLA500-HDI和PLLA1000-HDI降解后的PUA材料热稳定性下降,而PLLA2000-HDI变化不大.此外,在SEM图中发现降解的PLLA500-HDI膜表面出现裂纹和孔洞,PLLA2000-HDI材料表面也形成相分离结构.细胞实验说明材料支持细胞的黏附,有较好的生物相容性,具有应用于组织工程的潜力.     

含异山梨醇的全生物基PBS嵌段共聚酯的制备及性能

采用熔融扩链法制备了高分子量的全生物基聚丁二酸丁二醇酯(PBS)-聚丁二酸异山梨醇酯嵌段共聚酯.GPC测试结果表明,该嵌段共聚酯在较高的异山梨醇(Is)含量时仍具有较高的分子量,其M_n介于3.5×10~4~7.0×10~4之间.采用TGA和DSC对嵌段共聚酯的热稳定性和结晶性能进行了研究,结果表明嵌段共聚酯保持了PBS优异的热稳定性和结晶性能,即使异山梨醇含量达60 mol%,其熔点较PBS仅下降2 K.采用DMA分析了嵌段共聚酯的玻璃化转变温度T_g,发现随着异山梨醇含量的增加,其T_g随之升高,当Is含量为60mol%时,嵌段共聚酯的T_g高达68℃,并且共聚酯的2个链段具有很好的相容性.力学性能测试结果表明,异山梨醇的引入可使PBS的力学性能得到明显地提高和调控,随着异山梨醇含量的增加,嵌段共聚酯的拉伸强度先增加后降低,断裂伸长率约是PBS的2倍,其中,当异山梨醇含量达60 mol%时,嵌段共聚酯的屈服强度由PBS的35.0 MPa增至43.0 MPa.     

由脂肪族二酰胺二醇合成聚酯酰胺及表征

利用脂肪族二元酸酯与乙醇胺反应容易获得的对称二酰胺二醇,经缩聚合成聚酯酰胺预聚体,并针对端羧基和端羟基同时扩链来提高分子量,获得可生物降解的聚酯酰胺.首先将N,N′-二(2-羟乙基)草酰胺(HEOA)或N,N′-二(2-羟乙基)己二酰胺(HEHA)与己二酸和丁二醇缩聚,制备同时带有端羧基及端羟基的脂肪族聚酯酰胺预聚体,通过1,4-双(2-噁唑啉)苯及己二酰双己内酰胺混合扩链剂扩链,获得高分子量脂肪族聚酯酰胺,并通过红外、1H-NMR、DSC及TGA对其结构和热性能进行了表征.结果表明,预聚体在制备过程发生了一定的酯-酰胺交换反应;扩链后聚合物的熔点、熔融焓和热稳定性有所下降;但热稳定性仍接近或略高于聚己二酸丁二酯.     

脂肪族聚酯及共聚酯的生物降解性研究

以酯交换法或直接缩聚法合成了一系列脂肪族聚酯，经二异氰酸酯(HDI)扩链得到含氨酯键的聚酯及共聚酯，用DSC、X射线衍射等分析表征了聚酯及共聚物的结构和性能。用土埋试验、CO2释放试验和黑曲霉降解试验着重研究了这些聚合物的生物降解性，详细讨论了聚酯结构、组成及聚酯分子量对生物降解性的影响。     

PET类共聚酯的玻璃化转变

用DSC,IR和DLI(解偏振光法)等方法研究了聚(对苯二甲酸/间苯二甲酸)乙二醇酯[P(ET/EI)]和聚对苯二甲酸(乙二醇/丁二醇)酯[P(ET/BT)]系列共聚酯的玻璃化转变.结果表明,共聚酯的玻璃化转变是玻璃态有序结构解序后的一种转变.随ET链段含量的减少,两系列共聚酯的玻璃化转变在DSC中均表现出由拐折渐变为峰形,这是由于需要维持构象转变的ET链段在数量上的减少所致.玻璃态共聚酯的有序结构与分子链末端的游离羟基有关,游离羟基与羰基形成氢键是PET及可结晶共聚酯在结晶时必须经历的一个过程,而不能结晶的共聚酯(IPA30)则因该氢键的形成导致其玻璃化转变的消失.     

三臂支化PLLA-PDLA嵌段共聚物的合成及立构复合结晶行为

以三羟甲基乙烷为起始剂, 开环聚合L-丙交酯(LLA), 合成三臂支化左旋聚乳酸(PLLA)预聚物. 采用端基活化技术对预聚物进行端羟基活化, 再与D-丙交酯(DLA)进行开环聚合, 合成了不同分子量的三臂支化左旋聚乳酸-右旋聚乳酸(PLLA-PDLA)嵌段共聚物. 采用核磁共振谱和凝胶渗透色谱等对样品的结构和分子量进行测试, 结果表明,合成的嵌段共聚物链结构具有链段立构规整度和高分子量的特点; 通过调节DLA单体与PLLA预聚物的投料比, 可实现对PLLA-PDLA嵌段共聚物的序列结构调控. 差示扫描量热仪和广角X 射线衍射结果表明, 三臂支化PLLA-PDLA嵌段共聚物的异构体分子间生成立构复合晶体, 其熔点高于200℃; 共聚物的嵌段序列结构对材料的凝聚态转变行为有很大的影响.     

聚对苯二甲酸二甲酯/聚2,5-呋喃二甲酸二甲酯嵌段聚酯的合成与表征

以生物基单体2,5-呋喃二甲酸、乙二醇为原料合成聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)。采用熔融酯交换法以PEF聚酯部分取代聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),制备了系列PET-b-PEF嵌段共聚酯。通过核磁共振仪(NMR)、差示扫描量热仪(DSC)、热失重仪(TGA)、X射线衍射仪(XRD)等技术手段表征了共聚酯的结构和性能。结果表明,该系列共聚酯的玻璃化转变温度(Tg)在75.8~80.3℃之间,且随着PEF链段质量分数的增加,PET-b-PEF嵌段共聚酯的Tg先降低后升高,结晶度和熔融温度逐渐降低。当PEF链段含量高于15%时,共聚酯没有结晶峰。该系列共聚酯具有良好的热稳定性,起始分解温度在392.2~407.9℃之间,与所制备的PET起始分解温度403.3℃接近。且当共聚酯中PEF链段含量低于15%时,起始分解温度均在407℃左右,优于PET的热稳定性。     

双端羟基预聚物扩链制备高分子量聚对二氧环己酮

以1,4-丁二醇(BD)为引发剂, 辛酸亚锡为催化剂, 引发对二氧环己酮(PDO)开环聚合, 得到双端羟基型聚对二氧环己酮预聚物, 再以六亚甲基二异氰酸酯(HDI)为扩链剂制备高分子量的聚对二氧环己酮. 采用核磁共振谱对预聚物和扩链产物的结构进行了确认, 并详细考察了各种因素对扩链反应的影响. 研究结果表明, 加入适量的HDI, 于150 ℃反应60 min, 扩链效率在预聚物基础上可提高52倍, 而扩链产物的粘均分子量可达到25.7×104 g/mol.     

聚对二氧环己酮/聚乙二醇多嵌段共聚物的合成与表征

首先合成双端羟基的聚对二氧环己酮预聚物(PPDO)和双端羧基的聚乙二醇预聚物(PEG),然后以丁二酸酐/二环己基碳二亚胺(DCC)将PPDO与PEG偶联共聚,得到PPDO/PEG多嵌段共聚物.通过1H-NMR和GPC表征了聚合物的结构和分子量.采用差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)研究了共聚物的结晶性能和热稳定性.用透析法制备了共聚物纳米粒子,并用动态光散射(DLS)表征了共聚物纳米粒子的粒径及分散度,结果表明,随着共聚物亲水链段PEG含量的增加,其纳米粒子更易形成,粒子粒径随共聚物分子量增大而增大.     

溶剂诱导的聚乳酸/聚乳酸衍生物共结晶行为

通过溶液浇铸法制备不同组分的左旋聚乳酸(PLLA)和聚(L-2-羟基-3-甲基丁酸)(PL-2H3MB)共混物。运用差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)、广角X射线衍射(WAXD)和热重分析仪(TGA)分析共混物的结晶、熔融行为和热稳定性。通过观察到DSC加热曲线中新的熔融峰判断PLLA和PL-2H3MB共晶的形成,共晶显著提高PLLA起始结晶温度和WAXD曲线中特征衍射峰的变化,证实了溶液浇铸共混物中的共结晶现象。同时,共混物中PL-2H3MB和PLLA还表现出优于单组分PLLA和PL-2H3MB的热稳定性。PLLA和PL-2H3MB的共结晶行为可能为调控PLLA的热稳定性、力学性能以及降解性能提供了一种新的潜在方法。     

聚碳酸1,2-丙二酯/聚琥珀酸丁二酯/邻苯二甲酸二烯丙酯共混体系的研究

采用熔融共混的方法制备了聚碳酸1,2-丙二酯(PPC)/聚琥珀酸丁二酯(PBS)共混物和PPC/PBS/DAOP(邻苯二甲酸二烯丙酯)增塑共混物,对共混物的相容性、热性能、结晶性和物理机械性能进行了初步研究.研究结果表明PPC/PBS共混物为不相容体系,PPC对PBS的结晶度影响很小;PBS的加入提高了共混物的起始热分解温度(Td-5%),当共混物中PBS含量从10%增加到90%时,共混物的Td-5%可分别增加15℃到59℃.DAOP对PPC/PBS共混物有增塑作用,当PPC/PBS/DAOP的比例从30/70/0变化到30/70/30时,共混物玻璃化转变温度(Tg)下降了36.9℃.与PPC/PBS共混物相比,组成优化的DAOP增塑共混物PPC/PBS/DAOP(PPC/PBS/DAOP=30/70/5)的断裂伸长率和断裂能最大可提高31倍和34倍,分别达到655.1%和3.4 J/mm2,因此引入DAOP尽管使共混材料的热稳定性有所下降,但拓宽了PPC/PBS共混材料的使用温度窗口.     

生物可降解共聚物聚丁二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)的序列结构及结晶性研究

制备了高分子量的聚丁二酸丁二醇酯,并通过与对苯二甲酸二甲酯的无规共聚调节其生物可降解性及力学性能,得到了具有优良机械性能和不同生物降解速度的一系列共聚物,并对共聚物序列结构、热力学性能、结晶性进行了研究.结果表明,该共聚物为无规共聚物,PBS和PBT分别结晶.共聚物的结晶熔点符合无规共聚物的Flory方程.     

Williamson法合成两亲性聚醚砜酮-聚乙二醇接枝共聚物

含二氮杂萘酮结构的聚醚砜酮(PPESK)是一种新型的耐热可溶解工程塑料,其玻璃化温度高达263~305℃,可用来制造耐高温气体分离、超滤和纳滤膜,表现出优异的综合性能[1~4].然而,膜材料本身的疏水特性使PPESK膜在过滤操作中易遭受膜污染,导致膜性能下降,对膜材料进行亲水化改性以抑     

聚丁二酸丁二醇酯与氯醚弹性体协同增韧改性聚乳酸多元共混体系

以来源于可再生资源聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和氯醚橡胶(ECO)作为聚乳酸(PLA)的增韧改性剂,通过熔融共混的方法制备了PLA/PBS/ECO三元共混体系。动态力学分析和扫描电子显微镜结果表明,ECO促进了PBS和PLA之间的相容性。力学性能测试表明,ECO与PBS可实现对聚乳酸基体的协同增韧: PLA/PBS/ECO(70/20/10)显示出最优的拉伸性能,断裂伸长率高达270%;PLA/PBS/ECO(70/10/20)的冲击强度提高至23.7 kJ/m²,是纯聚乳酸的12倍。结合形态结构和冲击断面形貌分析表明ECO的存在可起到增容/增韧双重作用, 与柔性PBS产生良好的协同效应,有效改善聚乳酸材料的韧性。我们的研究表明,构造PLA-柔性生物聚酯和生物基弹性体多元共混体系是一种获得高性能生物基材料简单高效的手段。     

末端为磷酰胆碱基团的聚丁二酸丁二醇酯的酶促降解和热性能

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为参照, 研究了酯酶Lipase AY30对亲水磷酰胆碱(PC)基团改性的聚丁二酸丁二醇酯(PBS-PC)的生物降解性能的影响. 结果显示, 在酯酶Lipase AY30作用下, 21 d后PBS的质量损失仅为1.9%, 而PBS-PC的质量损失了9.7%. 相同条件下扣除各自水解引起的质量损失(PBS 1.4%和PBS-PC 6.5%)后, PC亲水基团的引入对聚合物的降解起到了促进作用. 示差扫描量热(DSC)研究结果表明, 改性后的聚合物熔融温度和熔融焓降低, 玻璃化转变温度升高, 表明PC端基的引入降低了PBS的结晶能力, 非晶相结构的增多对聚合物降解有促进作用. 因此PBS-PC有望作为一种新的具有良好生物降解性和生物相容性的高分子材料, 应用于药物控释、基因治疗及组织工程等生物医用材料领域.     

Synthesis and characterization of biodegradable aliphatic copolyesters with poly(ethylene oxide) soft segments

A series of multiblock poly(ether-ester)s based on poly(butylene succinate) (PBS) as the hard segments and hydrophilic poly(ethylene oxide) (PEO) as the soft segments was synthesized with the aim of developing degradable polymers which could combine the mechanical properties of high performance elastomers with those of flexible plastics. The aliphatic poly(ether-ester)s were synthesized by the catalyzed two-step transesterification reaction of dimethyl succinate, 1,4-butanediol and α,ω-hydroxyl terminated poly(ethylene oxide) (PEO, = 1000 g/mol) in bulk. The content of soft PEO segments in the polymer chains was varied from about 10 to 50 mass%. The effect of the introduction of the soft PEO segments on the structure, thermal and physical properties, as well as on the biodegradation properties was investigated. The composition and structure of these aliphatic segmented copolyesters were determined by ¹H NMR spectroscopy. The molecular weights of the polyesters were verified by gel permeation chromatography (GPC), as well as by viscometry of dilute solutions and polymer melts. The thermal properties were investigated using differential scanning calorimetry (DSC). The degree of crystallinity was determined by means of DSC and wide-angle X-ray scattering. A depression of melting temperature and a reduction of crystallinity of the hard segments with increasing content of PEO segments were observed. Biodegradation of the synthesized copolyesters, estimated in enzymatic degradation tests in phosphate buffer solution with Candida rugosa lipase at 37 °C was compared with hydrolytic degradation in the buffer solution. The weight losses of the samples were in the range from 2 to 10 mass%. GPC analysis confirmed that there were significant changes in molecular weight of copolyesters with higher content of PEO segments, up to 40% of initial values. This leads to conclusion that degradation mechanism of the poly(ether-ester)s based on PEO segments occurs through bulk degradation in addition to surface erosion.     

生物基超韧聚乳酸复合材料的制备与性能

采用来源于可再生资源的聚醚酰胺弹性体（PEBA）增韧聚乳酸（PLA）制备超韧聚乳酸（PLA/PEBA-GMA）复合材料.为了提高PEBA与PLA之间的相容性,选择极性单体甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）、共接枝单体乙烯基吡咯烷酮（NVP）及引发剂过氧化二异丙苯（DCP）对PEBA进行接枝改性制备PEBA-GMA.研究了接枝单体组分的用量（m/g）对PLA/PEBA-GMA复合材料性能的影响.研究发现,随着接枝单体组分用量的提高,复合材料的缺口冲击强度逐渐增大,当接枝单体组分GMA,NVP和DCP的用量分别为2.5,2.5和0.25 g时,复合材料的冲击强度高达88.6 kJ/m²,断裂伸长率为164.1%.研究表明,在熔融共混过程中,聚乳酸的端基（—OH和—COOH）与PEBA-GMA上环氧基团发生反应,有效改善两相间的界面相容性,随着接枝单体组分比例的提高,分散相PEBA-GMA的粒子尺寸逐渐减小且分布均匀.     

聚丁二酸丁二醇酯的自成核结晶行为

利用差示扫描量热仪(DSC)研究了自成核对聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的结晶行为的影响. 研究结果表明, PBS的有效自成核温度处理区间为118～120 ℃. PBS经自成核处理后结晶温度提高, 可以在100~118 ℃温度区间内迅速结晶. 同时, 研究了自成核处理后样品在100～104 ℃范围内的等温结晶行为、动力学过程及熔融行为. 结果表明, 随着等温结晶温度的升高, 结晶速率变慢, 熔融曲线出现多重熔融峰. Hoffman-Weeks方程分析结果表明, 自成核处理对PBS的平衡熔点没有影响. Avrami等温结晶动力学方程适合分析自成核处理样品的等温结晶动力学过程, 获得其动力学参数K与n, 其中n值偏大的原因在于自成核的样品结晶生长点增多. 根据Arrhenius方程, 计算获得PBS自成核处理后等温结晶活化能为-286 kJ/mol.     

Chemical recycling of poly(lactic acid)-based polymer blends using environmentally benign catalysts

Typical poly(l-lactic acid) (PLLA)-based polymer blends, PLLA/polyethylene (PE) and PLLA/poly(butylene succinate) (PBS), were degraded into each repolymerizable oligomer using environmentally benign catalysts, clay catalysts and enzymes, with the objective of developing a selective chemical recycling process. Two routes to selective chemical recycling of PLLA/PE blend were tested. One is the direct separation of PLLA and PE first by their different solubilities in toluene, followed by the chemical recycling of PLLA using montmorillonite K5 (MK5). The other is the selective degradation of PLLA in the PLLA/PE blend by MK5 in a toluene solution at 100 °C for 1 h forming the LA oligomer with a molecular weight of M_n = 200-300 g/mol, which is the best M_n for repolymerization. Thus regenerated PLLA had a M_w of greater than 100,000 g/mol. The PE remained unchanged and was quantitatively recovered by the reprecipitation method for material recycling. In a similar procedure, chemical recycling of PLLA/PBS blend was also carried out and compared by two routes. One is the direct separation of PLLA and PBS by solubility in toluene. The other route is the sequential degradation of PLLA/PBS blend using a lipase first to degrade PBS into cyclic oligomer, which was then repolymerized to produce a PBS. Next, PLLA was degraded into repolymerizable LA oligomer by MK5. The former procedure was carried out using a single solvent; however, the latter required mixed solvents, which decreased the efficient recycling use of solvents.     

The crystallization behavior of biodegradable poly(butylene succinate) in the presence of organically modified clay with a wide range of loadings

The crystallization behavior of poly(butylene succinate)(PBS) nanocomposites with a wide range of contents of clays was revealed. It was of interest to find that the crystallization rate of PBS was accelerated obviously at relatively low contents of clays; while a retarded crystallization kinetics and a decreased crystallinity of PBS were found in the nanocomposites with higher clay contents. Two interplaying effects existed in the nanocomposites, i.e., a suppression effect of clays on nucleation and a templating effect of clays on crystal growth, were clarified to contribute to this intriguing crystallization behavior.