聚乙醇酸的应用领域及性能优势

背景及概述^[1-2]

进入21世纪以来，生物可降解材料成为研究热点。在各类合成的生物降解材料中，脂肪族类聚酯，特别是聚乙醇酸（PGA），由于具备优良的力学性能和生物可降解性能，在组织工程支架、药物缓释载体、阻隔材料等诸多领域得到应用。聚乙醇酸它来源于α-羟基酸，即乙醇酸。乙醇酸是正常人体在新陈代谢过程中产生的，乙醇酸的聚合物就是聚乙醇酸(Polyglycolicacido，PGA)。聚乙醇酸是结晶型的聚合物，结晶度为46～52%，密度为1.5～1.64g/cm3，玻璃化转变温度为36℃左右，熔点约为224℃，高分子量聚乙醇酸力学性能良好。因聚乙醇酸是致密结晶聚合物，除六氟异丙醇以外，几乎不溶于所有的有机溶剂。PGA的合成通常采用二步开环法，即先将乙醇酸制成乙交酯，再由乙交酯开环制成PGA，另一种被报道的方法是熔融/固相缩聚法，即先在熔融状态下制备低聚物，再将低聚物打碎后进行固相缩聚，通过这种方法制备了高相对分子质量的PGA。上述的两种方法中种方法工艺路线长，对乙交酯纯度要求高，成本较高，而第二种方法在步反应和第二步反应之间由于低聚物需要粉碎处理，在工业上难以连续生产且制得的产品颜色较深此外，还有一些被报道的方法，如氯乙酸合成法，即以氯乙酸为原料在三乙胺的作用下，采用溶液缩聚法合成聚乙醇酸，该方法工艺路线简单，但无法得到高相对分子质量的聚合物，且原料氯乙酸有很强的渗透腐蚀性，不利于实验的操作。

应用^[2-3]

乙醇酸（又称聚羟基乙酸或聚乙交酯，是聚羟基脂肪酸酯中最简单的线性聚乙醇酸，聚乙醇酸最初的原料是乙醇酸，广泛存在于自然界，尤其甘蔗、甜菜以及未成熟的葡萄汁内。因其分离提纯难度大，目前工业上都是通过有机合成的方法得至。聚乙醇酸是一种热塑性线性聚乙醇酸，具有一定的可加工性能，能用通用的设备挤出、注射、纺丝、吹塑。聚乙醇酸是一种具有良好生物降解性和生物相容性的合成高分子材料，与传统的性能稳定的高分子材料，例如塑料、橡胶等不同，聚乙醇酸作为材料在使用到一定时间后逐渐降解，并最终变成对人体、动植物和自然环境无害的水和氮气。聚乙醇酸的应用主要表现在生物医学和生态学两个方面。

1）聚乙醇酸的生物医学应用主要表现在医用缝合线、药物控释载体、骨折固定材料、组织工程支架、缝合补强材料。如一种耐拉伸载药聚乙醇酸手术缝合线的制备方法，其特征在于：将装载药物的中空二氧化硅亚微米球分散在耐拉伸聚乙醇酸的水溶液中，通过使用纺丝方法将装载药物的中空二氧化硅亚微米球包埋在耐拉伸聚乙醇酸纤维中制成耐拉伸载药聚乙醇酸手术缝合线；其中所述耐拉伸聚乙醇酸的制备步骤包括：1)将乙醇酸为原料，在真空条件下进行脱水精制，得到乙醇酸低聚物；2)将步骤1)得到的乙醇酸低聚物与催化剂混合，加入反应容器中，在真空条件下，加热反应，得到聚乙醇酸中间产物；3)在步骤2)中的反应容器中加入扩链剂TDI，在真空条件下，加热反应，得到高分子量聚乙醇酸。

2）聚乙醇酸在生态学上的应用是作为对环境有益的完全可生物降解性塑料取代在塑料工业中广泛应用的生物稳定的通用塑料。聚乙醇酸主要用作缓释体系，控制除草剂的释放速度。使用聚乙醇酸塑料农用薄膜最明显的优点是不会像目前大量使用的聚乙烯和聚氯乙烯那样造成环境污染，这种薄膜在使用几年后可自动降解，不会污染土地和水源。聚乙醇酸塑料还可用作林业木材、水产用材和土壤、沙漠绿化的保水材料。聚乙醇酸与聚乳酸等其他生物降解性塑料相比，其为拉伸强度、拉伸率、弯曲强度、弯曲弹性率、硬度、挠性、耐热性等非常优秀的结晶性树脂，属于拥有能够匹敌或者超越通用阻气性树脂的阻气性的生物降解性塑料。聚乙醇酸利用挤出成型而可以成形为薄膜或薄片。

制备^[1]

聚乙醇酸制备如：以乙醇酸为原料，MOA-3为分散剂，按10mL/g聚乙醇酸的比例取所需体积的甲基硅油，加入一定量的催化剂，加热到190℃，缓慢减压至20kPa，并加速搅拌，转速达400r/min，反应1h，继续减压至4kPa，反应1h后，基本无水生成，减压至真空，体系压强为200Pa，继续反应数十个小时。所得的聚合物经石油醚多次浸泡除去表面的硅油，之后真空干燥保存。反应的机理为先生成聚合度较低的低聚物，然后经过长时间的聚合反应，生成高聚物，具体反应如图所示。

主要参考资料

[1]悬浮聚合法制备聚乙醇酸的工艺

[2]CN201711337979.1一种聚乙醇酸纤维的制造方法

[3]CN201610743019.4一种耐拉伸载药聚乙醇酸手术缝合线的制备方法