[发明专利]一种用于乙交酯开环聚合反应的无金属无毒性催化剂及其应用方法

说明书

本发明涉及高分子聚合领域，公开了一种用于乙交酯开环聚合反应的无金属无毒性催化剂及其应用方法，本发明的催化剂为六甲基乙醇酸胍，不含金属，具有高效、无毒性的特点。本发明采用直接合成法，以乙交酯为原料，六甲基乙醇酸胍为催化剂，在较低反应温度下进行聚合。该开环聚合工艺简单、聚合流程短，获得的产物不含金属化合物，可有效避免生物毒性等可能存在的安全隐患，可应用于手术缝合线等生物医用高分子材料。

技术领域

本发明涉及高分子聚合领域，尤其涉及一种用于乙交酯开环聚合反应的无金属无毒性催化剂及其应用方法。

背景技术

自塑料问世以来，大量的塑料涌现到我们的生活中，每年有超过3亿吨的塑料垃圾流入到环境中，并且预测到2050年塑料垃圾将会达到120亿吨。目前，很多地区都在严格的实施“禁塑令”，来减少塑料垃圾的排放量。因此，以发展环保、生物可降解著称的生物基高分子材料势在必行。

聚乙醇酸(PGA)作为生物可降解材料中的一类，在医用高分子材料的开发以及研究中具有十分重要的位置，可应用于手术缝合线、骨骼固定以及修复、人造皮肤血管、药物释放等许多领域。PGA早在20世纪30年代就由Carother等成功制备。但是这在当时并没有引起人们的关注，主要是由于PGA对于水十分敏感，在环境中不易稳定存在。1962年，Cyanamid公司使用PGA成功制备了人工合成的可吸收手术缝合线。随后，杜邦公司通过使用氧化锡(Sb₂O₃)催化乙交酯开环聚合的方法制备出了分子量达50000的PGA。Niewenhuis等使用辛酸亚锡(Sn(Oct)₂)催化乙交酯开环聚合制备分子量达220000的高分子量PGA。吴羽化工公布的专利公开报道了使用SnCl₄·6.5H₂O催化乙交酯开环聚合制备分子量达150000的高分子量PGA。锡类化合物是公认的适用于催化乙交酯开环聚合的催化剂，但是锡类化合物具有细胞毒性，目前很多医用高分子材料的研究者们都在致力于除去材料中的锡，但是这一过程十分困难。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于乙交酯开环聚合反应的无金属无毒性催化剂及其应用方法，本发明的催化剂为六甲基乙醇酸胍，不含金属，具有高效、无毒性的特点，将六甲基乙醇酸胍用于催化乙交酯开环聚合可制备医用的聚乙醇酸，可以有效避免生物毒性等可能存在的安全隐患。

本发明的具体技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种用于乙交酯开环聚合反应的无金属无毒性催化剂，所述催化剂为六甲基乙醇酸胍，分子结构如下：

本发明的催化剂六甲基乙醇酸胍其自身不含金属，毒性低，将其用于催化乙交酯开环聚合可制备医用的聚乙醇酸，可以有效避免生物毒性等可能存在的安全隐患。

此外，本发明催化剂催化乙交酯开环聚合的催化机理属于配位聚合反应，以下为六甲基乙醇酸胍催化乙交酯开环聚合反应的机理：

通过与肌酐乳酸胍在相同的反应条件下对比，发现六甲基乙醇酸胍的催化乙交酯开环聚合的反应活性较高。由于催化剂的空间位阻大，可以有效控制反应的酯交换反应的发生，从而制得分子量分布较窄的聚乙醇酸。

进一步地，所述六甲基乙醇酸胍催化剂的制备方法包括以下步骤：于反应容器中，将六甲基胍溶解于水中得到六甲基胍溶液，在搅拌条件下向溶液中滴加乙醇酸水溶液，升温反应；然后在室温条件下，向反应完成的溶液中加入乙醇溶液，将未反应完全的乙醇酸固体除去，然后将溶剂除去，获得六甲基乙醇酸胍。

作为优选，反应温度为60-90℃，反应时间为5-10h。

作为优选，所述六甲基胍和乙醇酸的质量比为1∶1.3。