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聚己内酯是什么材料?有何特性?

发布日期:2024/1/31 9:58:22

#高分子聚合物

聚己内酯(简称PCL)是一种半结晶型聚合物,是化学合成的生物降解性高分子材料,其结构重复单元上有5个非极性亚甲基—CH2淀粉等物质共混,可制得完全生物降解材料。

聚己内酯

特性

生物相容性

在体内与生物细胞相容性很好,细胞可在其基架上正常生长,并可降解成CO2和H2O。

生物降解性

在土壤和水环境中,6-12月可完全分解成CO2和H2O。

良好相容性

可和PE、PP、ABS、AS、PC、PVAC、PVB、PVE、PA、天然橡胶等很好地互容。

良好溶剂溶解性

在芳香化合物、酮类和极性溶剂中很好地溶解。不溶于正己烷。

高结晶性和低熔点性

Tg为-60°C,非常柔软,具有极大的伸展性;其熔点为60-63°C,可在低温成型。

合成

PCL可通过6-羟己酸(6-hydroxyhexanoate)缩聚反应或者由己内酯单体、起始剂(二醇、二胺和醇胺类)、催化剂(钛酸四丁酯、钛酸四异丙脂、辛酸亚锡等)经开环聚合(ring-opening polymerization,ROP)制备,其中ROP可控性好,可细分为阳离子(cationic)、阴离子(anionic)、配位-插入(coordinationinsertion)以及活化单体(activated monomer)开环聚合。

阳离子 ROP 中,引发剂分子使单体带正电荷,SN2取代另一个单体羰基氧而开环,开环后末端单体再次带正电,促进反应进行。阳离子开环聚合在PCL外其他材料中产生了不少重要工业产品,如聚甲醛、聚四氢呋喃等,但阳离子ROP可控性差,产物聚合度低。阴离子ROP通过阴离子催化剂攻击己内酯羰基酰氧键,使带负电荷末端进一步引发单体开环形成链增长,但阴离子聚合过程中末端容易回咬,造成较多酯交换以及环化,增大产物分散性。配位-插入ROP本质上亦是阴离子ROP,催化剂金属通过配位单体形成醇盐而开环,此种方法引发以及催化己内酯ROP过程中,分子间以及分子内酯交换为基本副反应,主要发生于聚合后期,拓宽分散性、降低可控性。活化单体ROP通过质子化单体羧基氧,使其相邻碳更易受亲核攻击而开环。ROP方法各不相同,实际应用过程中需综合考虑引发剂化学性质、聚合度及应用范畴等,根据不同要求适当选择。

降解

PCL作为可生物降解聚合物,广泛应用于生物医学领域,其降解主要由主链酯键水解所引起,可被温度、pH、酶、自由基等因素催化,在环境中主要通过真 菌、细菌和藻类等微生物作用缓慢降解,而水解、氧化、酶促、pH催化等也会促进其降解。由于酯基结构易被微生物或酶分解最终产物为CO2和H2O,所以聚己内酯容易进行回收,对环境污染问题得到合适的控制。降解初期PCL分子量下降,宏观结构分解形成较小聚合物片段,可被细胞或微生物完全代谢,其端基羟基促进末端降解,使聚合度线性下降。炎症所产生自由基亦可夺取PCL的氢,导致其链断裂而加速降解。热致PCL降解则通过端基分解、随机断链以及自由基介导断裂等作用协同促进分解。此外,酯酶以及脂肪酶也可能通过酶促水解参与PCL降解过程。

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