[发明专利]脂肪族聚己二酸丁二酯材料降解性能的调控方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物降解高分子材料降解性能的调控方法，特别涉及脂肪族聚己二酸丁二酯(PBA)材料降解性能的调控方法。

技术背景

由于生物降解高分子材料具有良好的生物相容性以及在人体内、土壤和海水中能被体液、酶和微生物分解的特性，所以在医学及环保领域有着重要的应用前景。为了满足实际使用中对高分子材料降解性能的多样化要求，必须根据应用的要求来有效地调控高分子材料的降解速率。

当前人们主要采用两种方法来调控高分子材料的降解性能。一种是通过改变高分子材料的化学结构和组成来调控降解性能，比如采用共聚的方法制备的脂肪族聚酯，聚(丁二酸丁二酯-co-己二酸丁二酯)(PBSA)的共聚物，通过调节两种组分的含量，达到调控降解速率的目的。但是，通过改变化学结构和组成来调节降解速率的方法，由于涉及到复杂的生产工艺和反应条件，因而这种调控方法较为复杂。

另一种方法是通过改变加工条件和热处理条件来改变高分子材料的物理结构，如结晶度、晶体尺寸等，而这些结构的变化对高分子降解性能有很大的影响，从而得到具有不同降解速率的高分子材料。这是一种非常便捷的方法，得到了广泛的应用。

许多脂肪族聚酯具有多晶现象，但多晶结构对高分子材料降解性能的影响，却没有引起人们的重视。多晶现象是指某一特定高分子，由于结晶条件或热处理条件的不同，具有两种或两种以上的晶体结构。我们在研究中发现，不同晶型的样品降解速率不同。例如，聚己二酸丁二酯(PBA)有两种晶型，β晶体是热力学亚稳的晶型，高温退火处理后可以转变为热力学稳定的α晶体，但α晶体却具有比β晶体更快的降解速率(Gan，Z.；Kuwabara，K.；Abe，H.；Iwata，T.；Doi，Y.The role of polymorphic crystal structure and morphology inenzymatic degradation of melt-crystallized poly(butylene adipate)films.PolymDegrad Stab 2005；87：191～9.)。因此，我们设想，对于具有多晶结构的脂肪族聚酯，通过改变加工工艺和热处理条件来调节各种晶型的含量，是调控高分子材料降解性能的一种新思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种脂肪族聚酯材料降解性能的调控方法，尤其是脂肪族聚己二酸丁二酯降解性能的调控方法。在不改变高分子材料化学结构的基础上，通过调节高分子多晶的相对含量来调控材料的降解速率，此法克服了通过化学方法调控高分子材料降解速率的工艺复杂性以及通过改变结晶度和晶体尺寸调控降解速率的局限性，丰富了调控高分子材料降解性能的物理方法，扩大了高分子材料的应用领域。

本发明的脂肪族聚己二酸丁二酯材料降解性能的调控方法是通过控制聚己二酸丁二酯(PBA)的等温结晶的温度、或通过控制非等温结晶的降温速率、或通过控制退火时间三种方法，调控聚己二酸丁二酯材料中α晶体和β晶体结构的相对含量，从而调控聚己二酸丁二酯材料的降解速率。

本发明的通过控制聚己二酸丁二酯的等温结晶的温度，得到具有α晶体和β晶体结构且相对含量不同的聚酯样品，实现聚己二酸丁二酯材料降解性能的调控方法为：

将聚己二酸丁二酯在70～80℃下充分熔融，采用大于或等于200℃/min的降温速率降温至某一处于27～31℃范围内的温度，恒温至少1小时，制备α晶体和β晶体共存的材料，所得同时含有α晶体和β晶体结构的聚酯材料的降解速率依赖于两种晶型的相对含量。

在温度为27～31℃范围内，α晶体的含量随着温度的升高由0升高到80％。

所述的降温速率优选为200℃/min～300℃/min。

将聚合物熔融，以大于或等于200℃/min的降温速率降温至某一温度范围，恒温至少1小时，制备具有不同相对含量和结构的多晶样品，实现降解速率的调控。

本发明的通过控制聚己二酸丁二酯的非等温结晶的降温速率，得到具有α晶体和β晶体结构且相对含量不同的聚酯样品，实现聚己二酸丁二酯材料降解性能的调控方法为：

将聚己二酸丁二酯在70～80℃下充分熔融，然后采用降温速率为8～30℃/min范围内的降温速率冷却聚己二酸丁二酯至室温，得到的聚酯材料含有α晶体和β晶体两种晶型，聚己二酸丁二酯降解速率随两种晶型含量的不同而变化。

在降温速率为8～30℃/min范围内，α晶体的含量随着降温速率的减小由10％升高到60％。