多晶型乙交酯及其特性和应用研究

摘要

聚羟基乙酸(PGA)是一种具有优异的生物可降解性和生物相容性的脂肪族聚酯。由于其代谢产物无毒，可通过排泄系统排出体外，因而广泛应用于医用高分子材料中，在手术缝合线、缝合补强材料、骨折固定材料、药物控制释放系统、人造皮肤及血管、组织工程等领域占据重要地位。
　　乙交酯开环聚合法是制备PGA的常用方法，为获得高分子量PGA，所用的乙交酯单体必须是高纯度且具有良好的能量状态。目前已经确定乙交酯至少存在α、β两种晶型。本文以乙交酯多晶型现象为研究对象，进行α、β两种晶型的制备工艺、晶体结构、稳定性及应用研究，探索乙交酯的晶型选择对PGA合成工艺和产品质量的影响，主要研究内容如下:
　　1、改进了乙交酯的合成及结晶工艺，通过改进实验装置，优化合成工艺参数和采用溶剂比例梯度减小的方式分步改变溶质/溶剂比例进行乙交酯的多次重结晶的技术方案，使得反应条件易控制、溶剂用量减少，乙交酯粗产品收率提高至75.6％，单次重结晶回收率提高至90％以上，适合大规模工业化生产。
　　2、制备得到了乙交酯α晶型和β晶型，并采用粉末X射线衍射技术(PXRD)、单晶X射线衍射技术(SCXRD)、差示扫描量热分析技术(DSC)和红外光谱技术(IR)等进行了结构表征。晶体结构分析表明，α晶型属于正交晶系，空间群Pbca，晶胞参数a=5.2451(6)(A)，b=7.4507(11)(A)，c=11.7934(13)(A)，晶胞体积V=460.88(10)(A)3，晶胞内分子数Z=4。β晶型属于单斜晶系，空间群P121/n1，晶胞参数a=6.7181(10)(A)，b=14.9875(18)(A)，c=9.6478(17)(A)，β=98.958(15)°，晶胞体积V=959.6(2)(A)3，晶胞内分子数Z=8。α晶型的对称性高于β晶型，晶面数少于β晶型。
　　3、考察了α晶型和β晶型的稳定性关系及转晶条件。研究表明，当温度高于42℃时，β晶型会逐渐转化为α晶型，即高温下α晶型的稳定性优于β晶型。通过控制结晶温度和改变结晶溶剂，α晶型和β晶型可以相互转化。
　　4、探索了同质异象对PGA合成工艺和产品质量的影响。β晶型在空气中易吸水水解成线型二聚体。当线型二聚体在乙交酯中的质量分数达到5-20％时，就可发生聚合反应，无需添加任何催化剂，而α晶型则不具备这种性质。因此，乙交酯的晶型选择对于PGA合成至关重要。如果以β晶型为原料，就不需要添加任何的引发剂和催化剂，大大降低了其他物质残留对于人体危害的风险。
　　5、以乙交酯为聚合单体，通过开环聚合制备得到高分子量PGA，考察了催化剂用量和聚合反应时间对PGA特性黏度系数的影响。

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摘要

缩写

符号清单

1 绪论

1．1 立题依据

1．2 乙交酯及其应用

1．3 聚羟基乙酸概述

1．4 同质多晶现象概述

1．4．1 多晶型分类

1．4．2 晶型鉴别及分析技术

1．4．3 晶型对化合物性质的影响

1．4．4 固体化合物的晶型转变途径

1．5 本文研究内容及目标

2 乙交酯合成与纯化

2．1 引言

2．2 试剂与仪器

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 乙交酯的制备

2．3．1 实验装置改进

2．3．2 乙交酯的合成

2．4 结果与讨论

2．4．1 聚合温度对乙交酯收率的影响

2．4．2 催化剂用量对乙交酯收率的影响

2．4．3 解聚温度对乙交酯收率的影响

2．4．4 升温速率对乙交酯收率的影响

2．5 纯化工艺研究

2．5．1 乙交酯收率和纯度的影响因素

2．6 乙交酯的结构表征

2．6．1 核磁共振氢谱分析

2．6．2 核磁共振碳谱分析

2．7 本章小结

3 多晶型的制备及表征

3．1 引言

3．2 试剂及仪器

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．3 多晶型制备

3．3．1 乙交酯α晶型及其单晶的制备

3．3．2 乙交酯β晶型及其单晶的制备

3．4 表征方法与结果

3．4．1 红外光谱分析

3．4．2 热分析

3．4．3 显微分析

3．4．5 单晶X-射线衍射分析

3．5 本章小结

4 乙交酯应用研究

4．1 羟基乙酸线型二聚体的制备

4．2 聚羟基乙酸(PGA)的制备

4．2．1 试剂与仪器

4．2．2 乙交酯的聚合

4．2．3 特性黏度测试

4．2．4 结果与讨论

4．3 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简介及在读期间所取得的科研成果