研究与开发 合成树脂及塑料,2011,28(4):18 CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLAS nCS 生物相容性聚酯共聚物PBS-b-PEG的合成与性能 周晓明.揣成智 (天津科技大学材料科学与化学工程学院,天津300457) 摘要: 以l,4一丁二酸、l,4一丁二醇和聚乙二醇(PEG)为主要原料进行熔融缩聚,制备了不同PEG含量的 PEG-聚丁二酸丁二酯(PBS)嵌段共聚物(PBS..b PEG)。核磁共振和凝胶渗透色谱分析表明:合成的PBS-..b-PEG结构 明确。通过差示扫描量热仪、广角x射线衍射仪、偏光显微镜、原子力显微镜和接触角分析仪研究了共聚物的热性 能、结晶性能和亲水性。结果表明:PBS.b.PEG与PBS的晶体结构同为单斜晶系,但不同含量的亲水性PEG链段引 入PBS分子链段中降低了聚合物的熔融温度和结晶度;PBS—b—PEG在等温结晶过程中呈现明显的环带球晶形态: 通过与PEG共聚合显著改善了PBS的亲水性,材料的水接触角由65。降为35。 关键词: 聚丁二酸丁二酯聚乙二醇环带球晶水接触角 中图分类号:TG 324 文献标识码: B 文章编号: 1002—1396(2011)04—0018—04 与聚乳酸、聚3一羟基丁酸酯相比,聚丁二酸 物的合成、结构及结晶形态。 丁二酯(PBS)价格低廉且综合性能良好,能与多种 助剂和材料改性聚合,具有广阔的应用前景[1-sl。 1实验部分 其优良的生物相容性、生物可吸收性,较好的力学 1.1试剂 和可加工性,日渐成为一种重要的生物医用高分 1,4一丁二酸(SA),上海科丰化学试剂有限公 子材料。PBS的疏水性影响细胞在其上的吸附和 司生产;1,4一丁二醇(BD),天津市化学试剂厂生 生长,了其在组织工程阎领域的应用。聚乙二 产;PEG1500, 为1.5x10。,成都市科龙化工试剂 醇(PEG)具有优良的生物相容性和血液相容性, 厂生产;对甲基苯磺酸(FISA),SnC1 ,均为天津市 以及良好的亲水性和柔软性,在体内能溶于组织 北方天医化学试剂厂生产。 液中被机体迅速排出体外而不产生任何毒副作 1.2 PBS-b—PEG的合成 用,无抗原性及免疫原性,已得到美国食品和药物 按比例称取SA,BD,PEG,加人到带搅拌的 管理局批准。韩伟等同将PEG[数均分子量 )为 250 mL四颈圆底烧瓶中,将烧瓶放于油浴中,在 1.0 ̄10z]同PBS共聚合,赋予聚合物良好的亲水 N:保护下加热至140℃反应。反应2 h后,将定 性和柔韧性,PEG的引入使聚合物的结晶度降低, 量的催化剂(PTSA+SnC1 )在N 保护下加入反应 断裂伸长率大幅提高。本工作通过调节嵌段聚酯 器中。然后升温至220 oC,在低于40 Pa的真空下 共聚物(PBS—b—PEG) ̄PEG组分含量,研究了共聚 聚合4 h,得到白色产物。反应式见式(1)。 HOOC--(CH2) 一c。。H+HO—H2C--(CH2)2-CH2—0H+H+o—CH2CH2 ̄n。“ 22面0 ̄C, 4h SA BD PEG 厂 ] 厂 ] ’t。一i一 2一i一。一 土t0一i--(CH2 —i+∞H2CH2 ‘ ) 1.3性能测试 量分布 n)用美国Agilent公司生产的Agilent PBS—b PEG的分子结构用美国加里安Varain 公司生产的500 MHz超导傅里叶变换液体核磁 共振谱仪表征。以氘代氯仿为溶剂,四甲基硅氧 收稿13期:2011-02—14;修回日期:2011-05—08。 烷为内标,实验温度27℃,谱宽5 000 Hz,采样 作者简介: 周晓明,1974年生,博士,2006年毕业于吉林 大学高分子化学与物理专业,现主要从事功能聚合物的 时间1.7 S。 研究。E-mail:xiaomingzhou@tust.edu.cn;联系电话:(022) 聚合物的 ,重均分子量(MO及相对分子质 60601204。 第4期 周晓明等.生物相容性聚酯共聚物PBS—b—PEG的合成与性能 l9 1100型凝胶渗透色谱仪测定。流动相为氯仿,流 速为1.0 mL/min,温度35 cC,聚苯乙烯为标样。 聚合物的熔融温度采用日本岛津公司生产的 TA一60S型差示扫描量热仪测定。N’流速200 mL/ min,升温范围20~200℃,升温速率20 ̄C/min。 聚合物的晶体结构采用日本理学公司生产的 D/MAX一2500型X射线衍射仪分析。衍射角(2 ) 为10。~80。,扫描速率为8(。)/arin。 试样经热压成膜后在200℃热台上熔融1O min,然后快速降温到设定温度等温结晶,在日本 Olympus公司生产的BX51型偏光显微镜上观察。 聚合物晶体表面形貌用日本电子公司生产的 JSPM一5200型原子力显微镜观察。tapping模式扫 描,针尖为Rtespw型硅针尖,弹性系数40 N/m,将 5~l0 L的试样溶液滴在基底表面,吸附10 min 左右。等温结晶后观察。 聚合物薄膜的水接触角采用承德试验机有限 公司生产的JY一150型接触角测定仪测试。 2结果与讨论 2.1共聚物的结构表征 由表1可知:PBS—b—PEG中PEG含量越高,共 聚合越困难,产物相对分子质量越低:通过合理控 制反应物投料比和反应条件,可以制备不同PEG 含量的高相对分子质量PBS—b—PEG。 表1 PBS .PEG的相对分子质量及其分布 Tab.1 Relative molecular mass and its distributiOH 0f PBS _PEG copolymers 从图l可以看出:化学位移为2.6处是SA的 一亚甲基质子的共振吸收峰;化学位移为4.1,1.7 处分别是BD的 一亚甲基质子和B一亚甲基质子 共振吸收峰。化学位移为3.6处是PEG的 一亚甲 基质子共振吸收峰。PEG标志峰的存在表明PBS 同PEG化学键合作用形成,因为在共聚物纯化过 程中未发生反应的PEG会溶于水中而被除去。 2.2广角X射线衍射(WAXD)分析 PBS薄膜在100℃等温结晶30 min后的 WAXD谱图(见图2)中,在2 为19.6。,21.9。,22.7。 处出现三个强的衍射峰,分别对应PBS的 晶型 化学位移 图1 PBS—b—PEG的核磁共振氢谱 Fig.1 H—NMR spectrum of the PBS—b—PEG copolymer 注:n(PBS)/n(PEG)=95:5。 的(020),(021),(110)晶面,属单斜晶系。PBS—b—PEG 中PEG链段的引入未改变PBS的晶体结构,在 2 相同位置出现三个相同的衍射峰,同属单斜晶 系。这表明PBS—b—PEG在结晶过程中,低含量的 PEG链段处在非结晶区,未参加共聚物结晶过程 中分子链段的规整排列(见图3)。随着共聚物中 PEG链段含量的增加,衍射峰强度降低,熔融温度 和结晶度下降(见表2)。 2 0/(。) 图2 PBS及PBS—b—PEG共聚物的WAXD谱图 Fig.2 WAXD patterns of PBS and PBS—b—PEG copolymers U\‘r 。 一 一J 一 ./。 图3 PBS b PEG链段结晶排列模型 Fig.3 Permutation models for lamellar crystals of PBS--b--PEG copolymers 表2 PBS及PBS .PEG共聚物的等温熔融结晶性能 Tab.2 Is0nlennal melting-crystallizability of PBS and PBS 一PEG copolymers 合成树脂及塑料 20l1年第28卷 2.3偏光显微镜(PLM)分析 光球晶结构。这表明PBS—b—PEG中PEG链段的 从图4可以看出:在80℃等温结晶30 min 后,PBS呈现明显的球晶形态,球晶尺寸在35 引入提高了聚合物分子链段的运动能力,有利 于环带球晶的形成.且增加PEG含量有利于形 p,m左右;PBS—b—PEG球晶形态发生明显变化.图 4b及图4c中观察到明显的环带球晶图像.且随 着共聚物中PEG含量的增加,环带球晶的尺寸 由40 IAm增大到50 pum左右:图4d没有观察到 成规整晶体,增大球晶尺寸:同时,由于n(PBS)/ n(PEG1为90:10时PBS.b—PEG共聚物相对分 子质量较低,在80℃等温结晶过程中,聚合物 分子链段运动能力大.更倾向于形成较大尺寸的 环带球晶的图像,但形成了约90 txm的十字消 晶体结构 b n(PBS)/n(PEG)=95:5 图4 PBS及PBS-6-PEG的PLM照片fX2o0) F/g.4 PLM photos of PgS and PBS—b—PEG copolymers d n(PBS)/n(PEG)=90:10 2.4原子力显微镜(AFM)分析 1.84 m。随着结晶温度的提高,环带的宽度有 从图5可看到:PBS—b.PEG共聚物环带球 所增大。有研究报道,环带球晶存在靶状和螺 旋状形貌,只有在一定的结晶温度范围内才能 形成环带球品,且环带的带宽随着结晶温度的 晶的表面由周期性高低起伏的环状结构组成. 其凸凹起伏的环带与球晶在PLM下的明暗交 替相对应,两个凸起环带间的距离分别为1.73, 升高而变宽。 a 80℃ b 90℃ 图5 PBS—b—PEG在不同温度等温结晶30 min后的AFM照片 Fig.5 AFM images of the PBS—b・PEG copolymer crystallized at different temperature for 30 min 注:n(PBS)/n(PE G)=95:5。 2.5共聚物的亲水性 确的PBS—b—PEG。 PBS的水接触角为65。,而n(PBS)/n(PEG)分 别为95:5。93:7时,共聚物膜的水接触角分别 为48。,35。。由此看出,随着PEG含量的增加, 共聚物膜的水接触角逐渐减小.说明亲水性不断 增强。PEG的加入增加了共聚物膜的亲水性,有 b)改变聚合条件及单体配比可控制共聚物相 对分子质量和熔融温度。 c)PEG的引入未改变PBS的晶体结构,共聚 物在一定条件下等温结晶,可观察到环带球晶 形貌 望应用于生物医用材料领域。当n(PBS)&(PEG)增 加到90:10时。共聚物膜较脆,不能测定水接触 d)PBS—b—PEG膜的亲水性能得到改善,有望应 用于生物医用材料领域 4参考文献 角,因此,共聚中PEG的用量不能过高。 3结论 [1]Li Haiyan,Ca。Amin,Cha“g Jiang,et a1.Invitr。evaluati。n of a)利用PEG与PBS的共聚合,合成了结构明 bi。degradable p。ly(buty1ene succinate)as a 。 。1 bi0mat。ria1 第4期 周晓明等.生物相容性聚酯共聚物PBS.b.PEG的合成与性能 21 [JI.Macromolecular Bioscience,2005,5(5):433—440. [2】 Gan Zhilua,Abe H,Kurokawa K,et a1.Solid—state microstru ctures,thermal prope ̄ies and crystallization of biodegradable 进展叨.塑料,2009,38(1):38—40. [5]左秀霞,王晓青,石峰晖,等.聚丁二酸丁二醇酯在生物材料 领域的研究进展[JJ.中国塑料,2007,21(7):6-9. [6】 Seal B L,Otero T C,Panitch A.Polymeric bionmterials for tissue and organ regenration叨.Materials Science and Engi— poly(butylenes succinate)and its copolymer[J].Biomacro— molecules,2001,2(2):605-613. [3】Nikolic M S,Diionlagic J.Synthesis and characterization of bio degradable poly(butylene succinate-CO-butylene adipate)s[J]. Polym Degrad Stab,2001,74(2):263—270. neering,200l,34(4/5):147-230. [7]韩伟,张敏,宋洁,等.对生物可降解聚丁二酸丁二醇酯共聚 改性的研究『J].塑料,2008,37(6):87—89. [4]张昌辉,寇莹,翟文举.PBS及其共聚酯生物降解性能的研究 (编辑:李静辉) Synthesis and properties of biocompatible polyester copolymer PBS-b-PEG Zhou Xiaoming,Chuai Chengzhi .(College of Materials Science and Chemical Engineering,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China) Abstract:A series of polyester block copolymers(PBS—b—PEG)with different polyethylene glycol(PEG) contents were synthesized via melt—polycondensation from 1,4一succinic acid(SA),1,4一butanediol(1,4一BD)and PEG as main reactants.The analyses of nuclear magnetic resonance(1H—NMR1 and gel permeation chromatography (GPC)show that the PBS—b—PEG copolymers SO prepared have definite structure.The thermal properties, crystallizability and hydrophilicity of the copolymers were studied by means of differential scanning calorimeter(DSC),wide—angle X—ray diffractometer(WAXD),polarized light microscope(PLM),atomic force microscope(AFM)and contact angle instrument.The results indicate that both PBS—b—PEG copolymers and poly(butylene succinate)(PBS)possess the crystal stuctrure belonged to monoclinic system.But introducing different amounts of PEG chain segment into PBS molecular chain lowers the melt temperature and crystallinity of the copolymers.The PBS—b—PEG copolymers exhibit distinct ring-banded spherulites morphology during isothermal crystallization process.The hydrophilicity of PBS improves significantly via copolymerization with PEG and the water contact angle of the materials decreases from 65。to 35。. Key words:poly(butylene succinate);polyethylene glycol;ring—banded spherulite;water contact angle ,,,''''’,'l'll'’l,,l- ,’’ ,',,,,,',',,,',',,',l,l',l'l,,,,,,,l,',’',,',''’'l,'l'll 热压成型透明PP 2010年l2月31日.中国石油天然气股份有 限公司f简称中国石油1大庆化工研究中心研究开 据了解,目前市场还没有热压成型透明PP专用树 脂的生产 发的热压成型透明聚丙烯fPP)制备技术在中国石 油大庆石化分公司化工三厂100 kt/a的PP装置 上进行了工业化应用,成功生产出60 t热压成型 透明PP 近年来,国内一次性饮水杯、牛奶杯和雪糕杯 等薄壁透明容器用量逐年增加。生产厂商多使用 均聚PPf如T30S)Y ̄.N透明成核剂来提高制品透 明性,以满足用户使用要求。这种做法存在产品质 量不稳定、制备的水杯透明性波动较大以及壁厚 不均匀等缺点。为满足市场需求,大庆化工研究中 心通过产品分子结构设计以及透明复合助剂配方 优化。成功开发了热压成型透明PP制备技术 (郑宁来) 新产品各项性能均达到技术指标要求.标志 着一种新型透明PP专用树脂开发成功。利用该技 术制备的热压成型透明PP具有透明性高、加工成 型速度快等优点,可广泛应用于热压成型一次性 水杯f如肯德基用杯、可乐杯等薄壁容器)的生产。