一种采用电子加速器制备聚乳酸辐射接枝共聚物的方法

摘要

本发明公开了一种采用电子加速器制备聚乳酸辐射接枝共聚物的方法，先将亲水性乙烯基单体除去阻聚剂后，溶解在甲醇或者含甲醇的复合有机溶剂中，再将聚乳酸浸泡在亲水性乙烯基单体的甲醇溶液中,在氮气或真空气氛下采用电子加速器进行辐射接枝，最后将辐照接枝后的聚乳酸经水或乙醇洗涤以除去未反应单体和均聚物，真空干燥后得到聚乳酸接枝共聚物；本发明采用电子加速器对聚乳酸进行接枝改性，电子加速器可以精确的控制穿透厚度，严格控制接枝密度，避免了采用射线辐射接枝改性时，射线穿透力强，穿透深度大，容易对材料的本体性能造成影响，同时难以得到精确吸收剂量下恒定的接枝率，具有工艺简单、操作方便以及安全环保等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种辐射接枝共聚物的制备方法，具体涉及的是一种采用电子加速器辐射接枝亲水性乙烯基单体于聚乳酸上，制备改性聚乳酸材料的方法，属生物医用材料领域。

背景技术

聚乳酸(PLA)是经美国食品医药局（FDA）批准可用于人体的可降解聚酯类材料。其不仅具有优良的机械强度，化学稳定性，还具备可吸收性及环境可降解性，且其降解产物能够参与人体的三羧酸循环，并最终以CO₂和H₂O的形式排出体外，不会对人体造成危害，可用作医用手术缝合线、注射用微胶囊、微球及埋植剂和支架材料等。但由于大量酯键的存在使其表面能低、疏水、不利于细胞粘附，其降解产物会引起局部PH值过低产生一些温和的炎症反应，同时PLA在人体内降解吸收速率慢且降解速率不可控，使其应用受到限制。因此对PLA进行本体及表面改性，改善其亲水性，控制其降解速度，以适应不同组织工程的需要已成为研究热点。

目前，改善PLA亲水性的方法主要有共聚、接枝、官能化等。根据文献报道，采用亲水性单体对PLA进行接枝共聚改性主要集中在以下两方面：（1）自由基共聚法，如刘健等人采用端基官能化的PLA与NVP进行共聚制备PLA-PVP（2）本体开环嵌段共聚合法，李雪盛辛酸亚锡为催化剂，D，L-丙交酯和丙烯酸羟乙酯开环嵌段共聚合法制备了PLA-g-PHEA共聚物。以上两种均为化学聚合法，存在反应过程复杂、接枝共聚物分子量低、接枝共聚物接枝率难控制、接枝共聚物纯化工艺复杂等缺点。采用辐射接枝法对PLA进行改性则可以克服上述缺点。

采用辐射法对PLA进行改性的方法主要有两种，一种是采用伽马射线辐射接枝改性PLA ,如中国专利ZL200910059240.8报道了采用⁶⁰Co-γ射线辐射接枝制备聚乳酸与聚乙烯基吡咯烷酮( Poly-N-vinylpyrrolidone，PVP)共聚物的方法，但⁶⁰Co-γ射线辐射对材料的穿透力强，穿透深度大，容易对材料的本体性能造成影响，使聚乳酸材料的力学性能损失较大；并且由于接枝率的变化严重影响降解速率的改变，因此需要精确控制接枝共聚物的接枝率，⁶⁰Co-γ射线辐射由于屏蔽或源衰减等原因难以得到精确吸收剂量下恒定的接枝率，对工业化制备接枝共聚物带来不便。

另一种是采用加速器对PLA进行辐射交联，以提高PLA的力学性能，如中国专利ZL200710051000.4报道了采用电子束辐射改性聚乳酸的方法，其通过在聚乳酸中加入填料和交联剂的方法调整聚乳酸或聚乳酸共聚物复合材料的力学性能，得到了拉伸强度为15-64Mpa，断裂伸长率为6-105%的材料。该发明虽然是利用电子束辐照交联聚乳酸，提高了聚乳酸和其共聚物的力学强度，与本发明涉及的接枝共聚物的制备方法和目的不同。

发明内容

 本发明的目的在于针对上述技术不足，提供一种采用电子加速器辐射接枝制备聚乳酸辐射接枝共聚物的方法，本发明可以通过精确的辐照剂量来严格控制接枝密度，避免了采用射线辐射接枝改性时、射线穿透力强、穿透深度大、容易对材料的本体性能造成影响、同时难以得到精确吸收剂量下恒定的接枝率等缺点。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种采用电子加速器制备聚乳酸辐射接枝共聚物的方法，其特征在于：具体步骤如下：

A、将亲水性乙烯基单体采用蒸馏法除去阻聚剂，蒸馏时的真空度为-0.065---—-0.098兆帕，然后将除去阻聚剂后的乙烯基单体按照0.1-0.7:1的质量比溶解在甲醇或者含甲醇的复合有机溶剂中，配制成乙烯基单体溶液；

所述亲水性乙烯基单体选自N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸羟乙酯或丙烯酰胺。

所述亲水性乙烯基单体为丙烯酸羟乙酯或丙烯酰胺时，在配制成的乙烯基单体溶液中添加有还原性金属盐阻聚剂。

所述还原性金属盐阻聚剂选自FeSO₄、NH₄FeSO₄、FeCl₃、Cu（NO₃）₂、或CuCl₂中的一种或一种以上，其添加量按照阻聚剂：乙烯基单体溶液的质量比为0.001:1-0.05:1进行添加。

所述甲醇复合有机溶剂由溶剂A：溶剂B按照质量比为99.5：0.5-0.5：99.5进行配制。

所述溶剂A为甲醇，溶剂B为水、乙醇、丙酮、氯仿或四氢呋喃中的一种或一种以上的任意比例的混合物。

所述亲水性乙烯基单体在甲醇溶剂或甲醇复合溶剂中的质量百分比浓度为10%-70%。

所述乙烯基单体溶液中还可添加有机酸或无机酸如：盐酸、硫酸、磷酸或乙酸来调节，调节后的乙烯基单体溶液的酸浓度范围是0-5摩尔/升。

B、将聚乳酸浸泡在乙烯基单体溶液中,在氮气或真空条件下进行辐射接枝；

所述辐照源为电子加速器，其速流为2-6毫安。

所述辐射接枝所需吸收剂量为0.5-50kGy。

C、将辐照接枝后的聚乳酸用水冲洗表面后，在室温下，将其置于甲醇中浸泡2-48小时后，再置于乙醇中浸泡2-12小时，然后放置于温度30-50℃、真空度-0.050 — -0.095兆帕的真空烘箱中干燥至恒重，得到聚乳酸的接枝共聚物。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、本发明采用电子加速器对聚乳酸进行接枝改性，电子加速器可以通过精确的辐照剂量来严格控制接枝密度，避免了采用射线辐射接枝改性时，射线穿透力强、穿透深度大、容易对材料的本体性能造成影响、同时难以得到精确吸收剂量下恒定的接枝率等缺点，并且制备的材料具有良好的的表面亲水性和降解速率。

2、本发明在亲水性乙烯基单体选自丙烯酸羟乙酯或丙烯酰胺时，在配制成的乙烯基单体溶液中添加有还原性金属盐阻聚剂，其添加量按照阻聚剂：乙烯基单体溶液的质量比为0.001:1-0.05:1，与不添加阻聚剂相比，添加阻聚剂后，更加有利共聚物的接枝，使接枝效率显著提高。

3、可以直接对聚乳酸进行改性，而无需如化学接枝法必须首先对聚乳酸进行官能化处理，从而大大简化了改性工艺步骤，且接枝效率显著提高。

4、由于电子束辐射法利用的是高能射线直接引发接枝反应，不需要添加催化剂，与化学接枝法相比更加安全环保。

5、改性共聚物的吸水性和降解率可以方便的通过接枝率来进行调节。

具体实施方式：

实施例1

将N-乙烯基吡咯烷酮减压蒸馏除去阻聚剂，真空度为-0.095MPa，将除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮密封置于干燥器中，备用。

量取6ml除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮，将其溶解于14ml甲醇中，加入0.056ml的乙酸配成溶液。量取N-乙烯基吡咯烷酮的乙酸甲醇溶液11ml，倒入细胞培养瓶中，再称取0.2004g聚乳酸平整地放入细胞培养瓶，并使之完全浸泡在N-乙烯基吡咯烷酮的乙酸甲醇溶液中。抽真空、充氮气反复操作5次，最后充氮气封管。封管样品送加速器辐照，加速器的速流为2毫安，吸收剂量为2kGy。

将辐照后的样品取出，用蒸馏水清洗样品表面后，室温浸泡在甲醇中48小时，以除去未反应单体和均聚物，最后在温度38℃、真空度-0.095兆帕的真空烘箱中干燥至恒重。得到接枝共聚物0.2009g。接枝共聚物的接枝率为0.25%、分子量为2.4×10⁵、吸水率为0.44%。

按照中华人民共和国医药行业标准YY/T 0474-2004进行测试，降解温度为70℃，时间168小时，该接枝共聚物的失重率为5.5%。

实施例2

将N-乙烯基吡咯烷酮减压蒸馏除去阻聚剂，真空度为-0.095MPa，将除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮密封置于干燥器中，备用。

量取6ml除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮，将其溶解于14ml甲醇中，加入0.056ml的乙酸配成溶液。量取N-乙烯基吡咯烷酮的乙酸甲醇溶液11ml，倒入细胞培养瓶中，再称取0.2222g聚乳酸平整地放入细胞培养瓶，并使之完全浸泡在N-乙烯基吡咯烷酮的乙酸甲醇溶液中。抽真空、充氮气反复操作5次，最后充氮气封管。封管样品送加速器辐照，加速器的速流为2毫安，吸收剂量为4kGy。

将辐照后的样品取出，用蒸馏水清洗样品表面后，室温浸泡在甲醇中48小时，以除去未反应单体和均聚物，最后在温度38℃、真空度-0.095兆帕的真空烘箱中干燥至恒重。得到接枝共聚物0.2229g。接枝共聚物的接枝率为0.32%、分子量为1.8×10⁵、吸水率为 0.78%。

按照中华人民共和国医药行业标准YY/T 0474-2004进行测试，降解温度为70℃，时间168小时，该接枝共聚物的失重率为8.2%。

实施例3

将N-乙烯基吡咯烷酮减压蒸馏除去阻聚剂，真空度为-0.095MPa，将除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮密封置于干燥器中，备用。

量取6ml除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮，将其溶解于14ml甲醇中配成溶液。量取N-乙烯基吡咯烷酮的甲醇溶液11ml，倒入细胞培养瓶中，再称取0.2084g聚乳酸平整地放入细胞培养瓶，并使之完全浸泡在N-乙烯基吡咯烷酮的乙酸甲醇溶液中。抽真空、充氮气反复操作5次，最后充氮气封管。封管样品送加速器辐照，加速器的速流为4毫安，吸收剂量为8kGy。

将辐照后的样品取出，用蒸馏水清洗样品表面后，室温浸泡在甲醇中48小时，以除去未反应单体和均聚物，最后在温度38℃、真空度-0.095兆帕的真空烘箱中干燥至恒重。得到接枝共聚物0.2110g。接枝共聚物的接枝率为1.25%、分子量为1.5×10⁵、吸水率为 2.48%。

按照中华人民共和国医药行业标准YY/T 0474-2004进行测试，降解温度为70℃，时间168小时，该接枝共聚物的失重率为12.7%。

实施例4

将N-乙烯基吡咯烷酮减压蒸馏除去阻聚剂，真空度为-0.095MPa，将除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮密封置于干燥器中，备用。

量取6ml除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮，将其溶解于10ml甲醇与4ml乙醇的混合溶剂中配成溶液。量取N-乙烯基吡咯烷酮的甲醇混合溶液11ml，倒入细胞培养瓶中，再称取0.1704g聚乳酸平整地放入细胞培养瓶，并使之完全浸泡在N-乙烯基吡咯烷酮的乙酸甲醇混合溶液中。抽真空、充氮气反复操作5次，最后充氮气封管。封管样品送加速器辐照，加速器的速流为4毫安，吸收剂量为12kGy。

将辐照后的样品取出，用蒸馏水清洗样品表面后，室温浸泡在甲醇中48小时，以除去未反应单体和均聚物，最后在温度38℃、真空度-0.095兆帕的真空烘箱中干燥至恒重。得到接枝共聚物0.1737g。接枝共聚物的接枝率为1.94%、分子量为7.5×10⁴、吸水率为 3.2%。

按照中华人民共和国医药行业标准YY/T 0474-2004进行测试，降解温度为70℃，时间168小时，该接枝共聚物的失重率为17.9%。

实施例5

将N-乙烯基吡咯烷酮减压蒸馏除去阻聚剂，真空度为-0.095MPa，将除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮密封置于干燥器中，备用。

量取6ml除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮，将其溶解于12ml甲醇与2ml水中配成溶液。量取N-乙烯基吡咯烷酮的甲醇混合溶液11ml，倒入细胞培养瓶中，再称取0.1709g聚乳酸平整地放入细胞培养瓶，并使之完全浸泡在N-乙烯基吡咯烷酮的甲醇混合溶液中。抽真空、充氮气反复操作5次，最后充氮气封管。封管样品送加速器辐照，加速器的速流为4毫安，吸收剂量为16kGy。

将辐照后的样品取出，用蒸馏水清洗样品表面后，室温浸泡在甲醇中48小时，以除去未反应单体和均聚物，最后在温度38℃、真空度-0.095兆帕的真空烘箱中干燥至恒重。得到接枝共聚物0.1752g。接枝共聚物的接枝共聚物的接枝率为2.52%、分子量为6.1×10⁴、吸水率为 4.5%。

按照中华人民共和国医药行业标准YY/T 0474-2004进行测试，降解温度为70℃，时间168小时，该接枝共聚物的失重率为20.5%。

实施例6

将丙烯酸羟乙酯减压蒸馏除去阻聚剂，真空度为-0.095MPa，将除去阻聚剂的丙烯酸羟乙酯密封置于冰箱中，-4℃储存，备用。

量取3ml除去阻聚剂的丙烯酸羟乙酯，将其溶解于10ml甲醇和2ml乙醇中配成溶液。量取丙烯酸羟乙酯的甲醇混合溶液15ml，加入0.03克的FeSO4，倒入细胞培养瓶中，再称取0.1789g聚乳酸平整地放入细胞培养瓶，并使之完全浸泡在丙烯酸羟乙酯的甲醇混合溶液中。抽真空、充氮气反复操作5次，最后充氮气封管。封管样品送加速器辐照，加速器的速流为6毫安，吸收剂量为45kGy。

将辐照后的样品取出，用蒸馏水清洗样品表面后，室温浸泡在甲醇中48小时，以除去未反应单体和均聚物，最后在温度38℃、真空度-0.095兆帕的真空烘箱中干燥至恒重。得到接枝共聚物0.2137g。接枝共聚物的接枝率为19.45%、吸水率为8.3%。

按照中华人民共和国医药行业标准YY/T 0474-2004进行测试，降解温度为70℃，时间168小时，该接枝共聚物的失重率为13.5%。

实施例7

将丙烯酸羟乙酯减压蒸馏除去阻聚剂，真空度为-0.095MPa，将除去阻聚剂的丙烯酸羟乙酯密封置于冰箱中，-4℃储存，备用。

量取3ml除去阻聚剂的丙烯酸羟乙酯，将其溶解于12ml甲醇中配成溶液。量取丙烯酸羟乙酯的甲醇溶液15ml，加入0.03克的FeSO4，倒入细胞培养瓶中，再称取0.1848g聚乳酸平整地放入细胞培养瓶，并使之完全浸泡在丙烯酸羟乙酯的甲醇溶液中。抽真空、充氮气反复操作5次，最后充氮气封管。封管样品送加速器辐照，加速器的速流为4毫安，吸收剂量为15kGy。

将辐照后的样品取出，用蒸馏水清洗样品表面后，室温浸泡在甲醇中48小时，以除去未反应单体和均聚物，最后在温度38℃、真空度-0.095兆帕的真空烘箱中干燥至恒重。得到接枝共聚物0.1968g。接枝共聚物的接枝率为6.49%、吸水率为2.5%。

按照中华人民共和国医药行业标准YY/T 0474-2004进行测试，降解温度为70℃，时间168小时，该接枝共聚物的失重率为4.2%。

实施例8

将N-乙烯基吡咯烷酮减压蒸馏除去阻聚剂，真空度为-0.095MPa，将除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮密封置于干燥器中，备用。

量取6ml除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮，将其溶解于14ml甲醇，加入0.056ml的乙酸配成溶液。量取N-乙烯基吡咯烷酮的甲醇溶液16ml，注入输液袋中，再称取0.1689g聚乳酸平整地放入输液袋，并使之完全浸泡在N-乙烯基吡咯烷酮的乙酸甲醇溶液中。抽真空、充氮气反复操作5次，最后氮气条件下封袋。密封样品送加速器辐照，加速器的速流为4毫安，吸收剂量为6kGy。

将辐照后的样品取出，用蒸馏水清洗样品表面后，室温浸泡在甲醇中48小时，以除去未反应单体和均聚物，最后在温度38℃、真空度-0.095兆帕的真空烘箱中干燥至恒重。得到接枝共聚物0.1705g。接枝共聚物的接枝率为0.95%、分子量为1.6×10⁵、吸水率为2.15%。

按照中华人民共和国医药行业标准YY/T 0474-2004进行测试，降解温度为70℃，时间168小时，该接枝共聚物的失重率为10.3%。

实施例9

将N-乙烯基吡咯烷酮减压蒸馏除去阻聚剂，真空度为-0.095MPa，将除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮密封置于干燥器中，备用。

量取6ml除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮，将其溶解于10ml甲醇和4ml的乙醇混合溶剂中配成溶液。量取N-乙烯基吡咯烷酮的甲醇混合溶液16ml，倒入细胞培养瓶中，再称取0.2112g聚乳酸平整地放入细胞培养瓶，并使之完全浸泡在N-乙烯基吡咯烷酮的乙酸甲醇混合溶液中。抽真空、充氮气反复操作5次，最后真空条件下封管。封管样品送加速器辐照，加速器的速流为4毫安，吸收剂量为6kGy。

将辐照后的样品取出，用蒸馏水清洗样品表面后，室温浸泡在甲醇中48小时，以除去未反应单体和均聚物，最后在温度38℃、真空度-0.095兆帕的真空烘箱中干燥至恒重。得到接枝共聚物0.2129g。接枝共聚物的接枝率为0.80%、分子量为1.6×10⁵、吸水率为1.82%。

按照中华人民共和国医药行业标准YY/T 0474-2004进行测试，降解温度为70℃，时间168小时，该接枝共聚物的失重率为9.1%。

实施例10

将N-乙烯基吡咯烷酮减压蒸馏除去阻聚剂，真空度为-0.095MPa，将除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮密封置于干燥器中，备用。

量取6ml除去阻聚剂的N-乙烯基吡咯烷酮，将其溶解于10ml甲醇和4ml的乙醇混合溶剂中配成溶液。量取N-乙烯基吡咯烷酮的甲醇混合溶液7.5ml，倒入细胞培养瓶中，再称取0.1351g聚乳酸平整地放入细胞培养瓶，并使之完全浸泡在N-乙烯基吡咯烷酮的乙酸甲醇混合溶液中。抽真空、充氮气反复操作5次，最后充氮气封管。封管样品送加速器辐照，加速器的速流为4毫安，吸收剂量为6kGy。

将辐照后的样品取出，用蒸馏水清洗样品表面后，室温浸泡在甲醇中48小时，以除去未反应单体和均聚物，最后在温度38℃、真空度-0.095兆帕的真空烘箱中干燥至恒重。得到接枝共聚物0.1356g。接枝共聚物的接枝率为0.37%、分子量为1.8×10⁵、吸水率为0.65%。

按照中华人民共和国医药行业标准YY/T 0474-2004进行测试，降解温度为70℃，时间168小时，该接枝共聚物的失重率为6.73%。

实施例11

将丙烯酰胺3g溶于12ml甲醇中，加入FeSO₄0.0438g，与聚乳酸膜0.1827g一起放入玻璃瓶中，使之完全浸泡在丙烯酰胺的甲醇混合溶液中。抽真空、充氮气反复操作5次，最后充氮气封管。封管样品送加速器辐照，加速器的速流为4毫安，吸收剂量为5kGy。

将辐照后的样品取出，用蒸馏水清洗样品表面后，室温浸泡在甲醇中48小时，以除去未反应单体和均聚物，最后在温度38℃、真空度-0.095兆帕的真空烘箱中干燥至恒重。得到接枝共聚物0.1876g。接枝共聚物的接枝率为2.7%、分子量为1.8×10⁵、吸水率为2.3%。

按照中华人民共和国医药行业标准YY/T 0474-2004进行测试，降解温度为70℃，时间168小时，该接枝共聚物的失重率为13.5%。

实施例12

将丙烯酰胺3g溶于12ml甲醇中，加入FeSO₄0.0438g，与聚乳酸膜0.2060g一起放入玻璃瓶中，使之完全浸泡在丙烯酰胺的甲醇混合溶液中。抽真空、充氮气反复操作5次，最后充氮气封管。封管样品送加速器辐照，加速器的速流为4毫安，吸收剂量为15kGy。

将辐照后的样品取出，用蒸馏水清洗样品表面后，室温浸泡在甲醇中48小时，以除去未反应单体和均聚物，最后在温度38℃、真空度-0.095兆帕的真空烘箱中干燥至恒重。得到接枝共聚物0.2186g。接枝共聚物的接枝率为6.1%、分子量为7.0×10⁴、吸水率为5.3%。

按照中华人民共和国医药行业标准YY/T 0474-2004进行测试，降解温度为70℃，时间168小时，该接枝共聚物的失重率为17.6%。