一种二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物，以脂肪族聚酯链段和二氧戊环‑脂肪族环酯的无规共聚链段为重复单元，结构通式如下式(Ⅰ)，式中，Y选自脂肪族环酯开环形成的产物，m选自1～500，n选自1～500，x选自1～30；脂肪族环酯选自内酯、交酯、环碳酸酯中的至少一种；制备工艺包括：以二氧戊环与脂肪族环酯为单体，以稀土催化剂和环氧引发剂作为共催化体系，经两仪聚合制备得到。本发明专利技术公开的二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物具有优异的形状记忆性能、生物相容性和生物可降解性，且具有两亲性，可以在水溶液中组装为纳米粒子。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物及其制备方法和应用
本专利技术涉及嵌段共聚物的
，尤其涉及一种二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物及其制备方法和应用。
技术介绍
脂肪族聚酯是一类生物可降解、生物可相容的聚酯材料，由脂肪族环酯单体经均聚制备得到，具有良好的药物耐受性、溶解性，能够长期保持力学性能，广泛应用在植入器械、药物释放、伤口敷料等领域。例如，聚-ε-己内酯、聚丙交酯和聚(2,2-二甲基三亚甲基环碳酸酯)等均聚物具有高结晶度和亲油性，存在降解速率慢、机械性能差、亲水性差、细胞粘附性差等问题，在组织工程方面的应用因此受到限制。应用其他单体与脂肪族环酯单体共聚能够调节聚合物的物理化学性能(PolymerReview2017,58,164-207)。目前常用偶联剂法合成多嵌段共聚物，例如α,ω-双羟基聚酯或聚醚前驱体与二异氰酸酯及其类似物偶联剂反应，形成酰胺连接点，合成多嵌段共聚物。但多步操作、偶联剂片段残留在聚合物中改变原聚合物结构与性质、聚合物与前驱体嵌段分离困难等问题限制该方法的应用。本申请的专利技术人于2014年首次提出了两仪聚合的概念，两仪聚合是一种全新的开环聚合方法，在引发剂两端分别引发可控活性的阳离子和阴离子开环聚合，反应末期，阴、阳离子链末端间自发发生偶联反应，从连锁聚合变为逐步聚合，从单体直接出发，一步合成多嵌段聚合物。并以此聚合方法首次制备得到了ε-己内酯和四氢呋喃的多嵌段聚合物(Macromolecules2014,47,2219-2225)。但该多嵌段共聚物是亲油聚合物，并且不具备形状记忆性能，这限制了其在生物工程、药物等领域中的进一步应用。聚二氧戊环的主链上交替分布着乙二醇和缩甲醛单元，乙二醇单元为聚合物提供良好的水溶性，对温度敏感；缩甲醛单元在弱酸性条件下可降解(Macromolecules1994,27,3963-3972)。因此，聚二氧戊环作为温度和pH敏感的水溶性聚合物，广泛应用于构筑功能化凝胶、纳米粒子和药物传输载体等领域。但在本申请的专利技术人前期的研究中发现，聚二氧戊环的制备中存在着链末端的缩甲醛单元解聚，释放甲醛的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术首次公开了一种二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物，以脂肪族聚酯链段和二氧戊环-脂肪族环酯的无规共聚链段为重复单元，该多嵌段共聚物具有优异的形状记忆性能、生物相容性和生物可降解性，且具有两亲性，可以在水溶液中组装为纳米粒子。具体技术方案如下：一种二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物，以脂肪族聚酯链段和二氧戊环-脂肪族环酯的无规共聚链段为重复单元，结构通式如下式(Ⅰ)：式中，Y选自脂肪族环酯开环形成的产物，m选自1～500，n选自1～500，x选自1～30；所述脂肪族环酯选自内酯、交酯、环碳酸酯中的至少一种；所述内酯的结构通式如下式(1)，所述交酯的结构通式如下式(2)，所述环碳酸酯的结构通式如下式(3)：式中：R1～R16独立地选自氢原子、碳数为1～5的烷基或芳基，n1为0～3，n2为0～3。本专利技术公开了一种结构新颖的多嵌段共聚物，仅以脂肪族聚酯链段和二氧戊环-脂肪族环酯的无规共聚链段为重复单元，不含额外的偶联剂片段，从而保持原聚合物的结构和性质，与偶联剂法合成的多嵌段聚合物的结构和性质完全不同。Y选自脂肪族环酯开环形成的产物，以脂肪族环酯为结构通式为式(1)的内酯为例，Y的结构式为优选的，所述脂肪族环酯选自ε-己内酯、δ-戊内酯、乙交酯、丙交酯、2,2-二甲基三亚甲基环碳酸酯中的至少一种。经试验发现，采用上述优选的脂肪族环酯制备得到的多嵌段共聚物，均具有形状记忆性能，其形状记忆形变温度在0～80℃。当脂肪族环酯选自ε-己内酯时，制备的多嵌段共聚物的结构通式如下式(Ⅰ-1)：当脂肪族环酯选自δ-戊内酯时，制备的多嵌段共聚物的结构通式如下式(Ⅰ-2)：当脂肪族环酯选自乙交酯时，制备的多嵌段共聚物的结构通式如下式(Ⅰ-3)：当脂肪族环酯选自丙交酯时，制备的多嵌段共聚物的结构通式如下式(Ⅰ-4)：当脂肪族环酯选自2,2-二甲基三亚甲基环碳酸酯时，制备的多嵌段共聚物的结构通式如下式(Ⅰ-5)：进一步优选，所述多嵌段共聚物中，m选自1～120，n选自1～60，x选自1～10；再优选，m选自8～60，n选自2～30，x选自1～10。优选参数下的多嵌段共聚物，其形状记忆形变温度为30℃～40℃，接近人体体温，且回复率高，有望在人造血管、血管支架、人造心脏瓣膜等生物组织工程领域得到应用。优选的，所述多嵌段共聚物的数均分子量为10～500kg/mol。本专利技术还公开了所述二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物的制备方法，包括：以二氧戊环与脂肪族环酯为单体，以稀土催化剂和环氧引发剂作为共催化体系，经两仪聚合制备得到。本专利技术首次以二氧戊环为作为单体，采用稀土催化剂和环氧引发剂为共催化体系，同时引发二氧戊环与脂肪族环酯的阳离子开环共聚合和环酯的配位阴离子聚合，反应末期自发发生阴、阳离子端的扩链反应，一步从单体出发，直接合成聚酯聚醚多嵌段共聚物；二氧戊环引入温度和pH敏感的水溶性链段，合成两亲性多嵌段共聚物；多嵌段结构表现出多个熔点，赋予了产物优异的形状记忆性能；共聚物由聚酯均聚链段和二氧戊环与环酯的无规共聚链段作为交替嵌段，重复的硬-软嵌段结构赋予共聚物优异的弹性和相分离性质。此外，经试验发现，通过该共聚制备工艺，还意外解决了二氧戊环共聚时链末端解聚问题。分析其原因是二氧戊环与脂肪族环酯共聚端基偶联成多嵌段产物时，起到了封端聚二氧戊环的作用。本专利技术的制备工艺中，对于脂肪族环酯的种类没有特殊要求。具体可选自内酯、交酯、环碳酸酯中的至少一种；所述内酯的结构通式如上式(1)，所述交酯的结构通式如上式(2)，所述环碳酸酯的结构通式如上式(3)。如，当R1～R6为氢原子，n1为2的内酯是δ-戊内酯；R1～R6为氢原子，n1为3的内酯是ε-己内酯；R7～R10为氢原子的交酯是乙交酯；R7、R9为氢原子，R8、R10为甲基的交酯是丙交酯；n2为1，R11～R16为氢原子的环碳酸酯是三亚甲基环碳酸酯；n2为1，R11～R14为氢原子，R15、R16为甲基的环碳酸酯是2,2-二甲基三亚甲基环碳酸酯。为获得具有形状记忆功能的多嵌段共聚物，优选的，所述脂肪族环酯选自ε-己内酯、δ-戊内酯、乙交酯、丙交酯、2,2-二甲基三亚甲基环碳酸酯中的至少一种。本制备工艺中，所述稀土催化剂的结构式为LnA3，式中，Ln代表稀土元素，为镧系元素、Sc、Y中的至少一种；A选自烷氧基、苯氧基、苯甲酸基、硼氢根、三氟甲磺酸根、苯磺酸根、羧酸根、卤素中的至少一种，或者是上述任一基团的带有烷基或芳基取代基的衍生物；经试验发现，本制备工艺中，稀土催化剂中Ln的种类选择尤为重要，优选的，所述Ln选自铥(Tm)或铒(Er)。相对于镥(Lu)和钪(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物，其特征在于，以脂肪族聚酯链段和二氧戊环-脂肪族环酯的无规共聚链段为重复单元，结构通式如下式(Ⅰ)：/n

【技术特征摘要】
1.一种二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物，其特征在于，以脂肪族聚酯链段和二氧戊环-脂肪族环酯的无规共聚链段为重复单元，结构通式如下式(Ⅰ)：



式中，Y选自脂肪族环酯开环形成的产物，m选自1～500，n选自1～500，x选自1～30；
所述脂肪族环酯选自内酯、交酯、环碳酸酯中的至少一种；
所述内酯的结构通式如下式(1)，所述交酯的结构通式如下式(2)，所述环碳酸酯的结构通式如下式(3)：



式中：R1～R16独立地选自氢原子、碳数为1～5的烷基或芳基，n1为0～3，n2为0～3。


2.根据权利要求1所述的二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物，其特征在于，所述脂肪族环酯选自ε-己内酯、δ-戊内酯、乙交酯、丙交酯、2,2-二甲基三亚甲基环碳酸酯中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物，其特征在于，所述多嵌段共聚物中，m选自1～120，n选自1～60，x选自1～10。


4.根据权利要求1所述的二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物，其特征在于，所述多嵌段共聚物的数均分子量为10～500kg/mol。


5.一种根据权利要求1～4任一权利要求所述的二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物的制备方法，其特征在于，包括：
以二氧戊环与脂肪族环酯为单体，以稀土催化剂和环氧引发剂作为共催化体系，经两仪聚合制备得到。


6.根据权利要求5所述的二氧戊环与脂肪族环酯的多嵌段共聚物的制备方法，其特征在于：
所述脂肪族环酯选自内酯、交酯、环碳酸酯中的至少一种，所述内酯的结构通式如上式(1)，所述交酯的结构通式如上式(2)，所述环碳酸酯的结构通式如上式(3)；
所述稀土催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌君，邱欢，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33