聚碳酸酯二醇

聚碳酸酯二醇（共5篇）

聚碳酸酯二醇 篇1

0前言

聚碳酸酯二醇是分子内有多个碳酸酯基、分子两端带有羟基的聚合物, 可用来合成新一代聚碳酸酯型聚氨酯。聚碳酸酯二醇合成方法已经成熟, 而且合成的产品分子质量分布比较窄, 结构规整, 制备的低黏度聚氨酯材料适合于生产高性能聚氨酯弹性体。其分子链中含有大量的—O—CO—O—结构, 区别于目前聚氨酯防水涂料工业所采用的聚酯 (—O—CO—) 和聚醚 (—O—) 结构, 由此会给聚碳酸酯型聚氨酯带来优良的力学性能、耐热性、粘接性和耐磨性。而且其分子结构中不含能水解的酯键, 使其具有优良的耐水性能。所以, 聚碳酸酯二醇是生产高性能聚氨酯防水材料的优良原料[1]。本文以聚碳酸酯二醇为主要原料, 制备高性能防水涂料。

单组份聚氨酯防水涂料由于其优异的防水效果、稳定的物理、化学性能以及施工方便等因素, 这几年已经成为仅次于SBS改性沥青防水卷材的第二大类防水材料。而将聚碳酸酯二醇引入单组份聚氨酯防水材料的开发与研究工作少有报道, 且市场上此类产品也不多见。由于聚碳酸酯二醇价格较高, 适合制备高性能防水涂料, 高性能主要体现在力学强度、 耐热性和耐候性方面。

1实验

本实验采用单因素实验方法, 按照单组份聚氨酯防水涂料常用配比, 根据GB/T 19250—2003《聚氨酯防水涂料》的实验方法进行测试。

1.1主要原料和实验仪器

聚醚多元醇220、330N:工业级, 上海高桥;聚碳酸酯二醇 (PCDL) :T5651, 工业级, 旭化成株式会社;二苯基甲烷二异氰酸酯 (MDI) :工业品, 烟台万华;扩链剂[m (MOCA) ∶m (1, 4丁二醇) =2∶1];轻质碳酸钙:1200目, 北京博宇;溶剂[m (甲苯) ∶ m (醋酸乙酯) ∶m (醋酸丁酯) =1∶1∶1];增塑剂:邻苯二甲酸二辛脂, 科兴化工;底漆:实验室自制。

阿克隆耐磨仪:江都开源。

1.2制备工艺

将聚醚多元醇、聚碳酸酯二醇、扩链剂、轻质碳酸钙、增塑剂、催化剂、消泡剂和偶联剂等按一定比例置于四口烧瓶中, 升温, 在105~115 ℃范围内真空3 h。降温至60 ℃, 加入MDI和溶剂, 搅拌5 min后升温至80 ℃, 再保温3 h后降温出料。 n (NCO) /n (OH+NH2) =2.0~2.1。样品在标准条件下放置24 h后, 涂膜厚1.5~1.8 mm, 放入标准条件下养护7 d后, 进行力学性能测试。

2实验结果与分析

2.1实验结果

体系中聚醚含量占总含量的30%, 其中5%为聚醚多元醇330N, 其余25%为聚醚多元醇220和聚碳酸酯二醇的混合物, 聚碳酸酯二醇 (PCDL) 含量对涂膜性能的影响见图1~图6。

图 2 断裂伸长率与 PCDL 含量的关系

由图1、图2可以看出, 随着PCDL逐步替代聚醚220 (PCDL含量0、5%、10%、15%、20%、25%) , 涂膜的拉伸强度逐步提高, 断裂伸长率逐步降低。拉伸强度从2.64 MPa提高到11.5 MPa, 而断裂伸长率从876%降低到325%。当PCDL含量大于10%后, 拉伸强度增长放缓, 由之前的56%下降到最终的13%。而断裂伸长率的下降幅度呈现出低-高-低的趋势, 分别为7%-24%-13%。

由图3可以看出, 随着PCDL逐步替代聚醚220, 涂膜与水泥块的粘接强度 (涂1道底漆) 与拉伸强度变化趋势类似, 呈现出逐步提高的趋势, 粘接强度从1.3 MPa上升到3.7 MPa, 但当PCDL含量大于15%时, 增长速率降低到3%。

耐磨性测试采用的是阿克隆耐磨仪, 其基本原理是:取单位体积的膜块, 在固定砂轮转动的情况下, 以单位时间内磨去膜块质量的多少来确定涂膜的耐磨性。

由图4可以看出, 随着PCDL逐步替代聚醚220, 膜块损失的质量逐渐减小, 当PCDL含量小于10%时, 耐磨性逐步提高, 当PCDL大于10%时耐磨性保持稳定, 质量损失为恒量。

由图5可以看出, 随着PCDL逐步替代聚醚220, 撕裂强度的变化趋势与拉伸强度的变化趋势几乎相同。撕裂强度变化率的拐点也是从PCDL含量为10%开始, 即当PCDL含量小于10%时变化的斜率为75%, 而当PCDL含量大于10%时变化的斜率为8%左右。

耐老化性测试是在荧光紫外灯下照射1000 h后测其拉伸强度, 如图6所示。随着PCDL逐步替代聚醚220, 老化后的拉伸强度逐步提高, PCDL含量大于15%之后, 拉伸强度基本保持不变。但是与未老化的拉伸强度相比, PCDL含量大于15%时, 其拉伸强度下降较大。PCDL含量为20%时, 下降18%; PCDL含量为25%时, 下降25%。

由图1~图6可以看出, 拉伸强度为4~12 MPa, 断裂伸长率200%~800%, 撕裂强度14~60 N/mm, 粘接强度1.0~4.0 MPa。而PCDL含量在10%~15%时, 其综合性能最佳, 拉伸强度为7.0~8.5 MPa, 断裂伸长率600%~400%, 撕裂强度40~50 N/mm, 粘接强度2.4~3.0 MPa, 耐磨性0.25~0.20 g。紫外老化后的拉伸强度为6.0~8.0 MPa, 得到了性能优异的高强度单组份聚氨酯防水涂料产品。

2.2实验结果分析

Piotr Kro和Gao C等[2,3]论述了聚氨酯弹性体树脂中软段和硬段之间的氢键效应所表现出来的结晶情况, 如图7所示。

从图7可以看出, 结晶分为3种情况, 一是全部由软段组成的区域;二是由软段和硬段相间组成的区域;三是完全由硬段组成的区域。根据软段和硬段的种类和温度等因素, 三相可以相互转化。

采用单因素实验, 即固定三官能度聚醚、扩链剂、溶剂和粉料的用量, 以同等分子质量的聚碳酸酯二醇替代聚醚220。 这样做的目的是固定体系中的NCO%含量, 即固定了聚氨酯大分子中的氨基甲酸酯键和取代脲键, 其中, MDI中NCO与聚醚多元醇和扩链剂1, 4丁二醇反应所形成的化学键为氨基甲酸酯键, MDI中NCO与扩链剂中的MOCA和空气中的水分反应所形成的化学键为脲键。也就是说, 采用等量的氢键和脲键来考察2种化学键与不同含量的聚碳酸酯二醇中的羰基形成的氢键效应, 用拉伸强度等6种性能指标来表征。

从图1~图6可以看出, 随着PCDL逐步替代聚醚220, 力学强度、耐磨性和耐老化性逐步提高。由于羰基的不断引入, 其吸引氢原子形成氢键的能力大于醚键吸引氢原子的能力。 因此, 当PCDL含量从0开始逐步增加, 软段区域中的羰基吸引未形成氢键的氢原子使氢键数目不断增加, 导致软段的区域不断减小, 形成新的软硬段结合区域, 而由于软硬段结合区域不断增加, 导致新的硬段区域生成。这样, 宏观表现为力学强度的不断增加, 耐磨性和耐老化性提高。而断裂伸长率由于软段减少, 形成新的氢键, 导致体系自由移动性降低, 宏观表现为断裂伸长率的不断下降。由于体系中氨基甲酸酯和取代脲键的数量是固定值, 即体系提供的氢原子为固定值, 所以当PCDL含量达到15%以上时, 没有新的氢键生成, 只是随着软段中羰基数目的增加, 导致体系平衡从软段区域向软硬段区移动, 软硬段向硬段移动。宏观表现为3种力学强度的增加, 耐磨性和耐老化性提高, 断裂伸长率的不断下降, 而其变化幅度减少。

3结论

聚碳酸酯二醇因其结构中含有大量羰基, 能够有效地形成氢键, 因此, 可以制备各种高性能的聚氨酯产品, 具有高强度、弹性、耐磨性、耐水性和高耐候性。

聚碳酸酯二醇能够在聚氨酯防水涂料中使用, 所制备的单组份高强聚氨酯防水涂料, 拉伸强度可达4~12 MPa, 断裂伸长率200%~800%, 粘接强度1.0~4.0 MPa。

摘要：以聚碳酸酯二醇和聚醚多元醇为主要原料, 一步法合成单组份高强聚氨酯防水涂料。研究表明, 随着聚碳酸酯二醇用量的增加, 其拉伸强度、撕裂强度、耐磨性、耐紫外老化性能以及与水泥块的粘接性能均得到不同程度的提高, 但断裂伸长率降低。涂膜经检测, 其拉伸强度为412 MPa, 断裂伸长率200%800%, 撕裂强度1460 N/mm, 粘接强度1.04.0 MPa。

关键词：聚碳酸酯二醇,聚氨酯,防水涂料

参考文献

[1]耿志忠, 王新锋, 李红英.聚碳酸酯二醇及其在聚氨酯防水涂料中的应用[J].新型建筑材料, 2013 (10) :83-86.

[2]Piotr Kro.Synthesis methods, chemical structures and phase structures of linear polyurethanes, properties and applications of linear polyurethanes in polyurethane elastomers, copolymers and ionomers[J].Progress in Materials Science, 2007, 52:915-1015.

[3]Gao C, Yan D, Tang W.Hyperbranched polymers made from A2-and BB02-type monomers, 3.Polyaddition of Nmethyl-1, 3-propanediamine to divinyl sulfone[J].Macromol.Chem.Phys., 2001, 202:2623-2629.

聚碳酸酯二醇 篇2

聚碳酸酯二醇是分子内含有多个碳酸酯基、分子两端带有羟基的聚合物, 其结构通式如式 (1) 所示, 可用来合成新一代聚碳酸酯型聚氨酯。

聚碳酸酯二醇的合成方法已经成熟, 而且合成的产品分子质量分布较窄, 结构规整, 可制备的低黏度聚氨酯材料适合于生产高性能聚氨酯弹性体[1]。由于其分子链中含有大量的—OCOO—结构, 区别于现在聚氨酯防水涂料工业所采用的聚酯 (—OCO—) 和聚醚 (—O—) 结构, 能够最大程度地在聚氨酯软硬段及其结合部中形成氢键结构, 郭锦棠[2]用红外光谱证明了聚碳酸酯型聚氨酯体系软段中绝大多数羰基都参与了氢键的形成。由此将会给聚碳酸酯型聚氨酯带来优良的力学性能、耐热性、耐氧化性和耐磨性。而且其分子结构中不含能水解的酯键, 使其具有优良的耐水性能。可以看出, 聚碳酸酯型聚氨酯的出现很好地结合了前述2类材料所合成聚氨酯的优点而避免了可能出现的耐水解性和耐热性的不足。所以聚碳酸酯二醇是生产高性能聚氨酯防水材料的优良原料, 良好的性能使聚碳酸酯二醇在聚氨酯防水材料的市场上具有较广阔的应用前景。

1 聚碳酸酯二醇制备方法

聚碳酸酯二醇的合成方法包括光气法和非光气法2种, 非光气法又包括开环共聚法、二氧化碳环氧化物调节共聚法和酯交换法等[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23]。

1.1 光气法

首先是以光气 (COCl2) 和小分子二元醇反应生成二氯化甲酸酯, 然后再用二氯化甲酸酯与二元醇进行扩链反应, 制得聚碳酸酯二元醇。光气法由于使用的光气有剧毒, 对环境污染较大, 而且对生产设备有严重的腐蚀性, 设备维护费用很高。

1.2 开环共聚法

是通过催化具有环状物质如环状碳酸酯和环氧树脂等, 与小分子醇的开环聚合而得到聚碳酸酯二醇。环状碳酸酯一般为六元环或者六元以上, 经催化可合成分子质量较高的聚碳酸酯二醇。但合成环状碳酸酯需要使用光气, 对环境有污染。与光气法相比, 合成路线变得更复杂, 没有市场前景。而使用环氧化物在催化剂的作用下与二氧化碳进行共聚反应合成的聚碳酸酯二醇, 分子质量和吸收率较低, 产物中存在大量催化剂。此种合成方法还停留在实验室阶段, 需要做大量工作才能实现工业化。

1.3 酯交换法

小分子二元醇与有机碳酸酯在催化剂存在下, 通过缩聚反应获得聚碳酸酯二元醇。从合成的原料来看, 酯交换法较为环保。而且反应条件较为温和, 但对催化剂要求较高。而缩聚阶段可以用真空度来清除生成的小分子醇类。

综合来看, 光气法来源于聚碳酸酯的原始合成路线。无论从环境保护还是设备维护来讲, 都是不适用的;而开环共聚法的思路还停留在实验室阶段;酯交换法原料来源环保, 已经实现工业化生产, 材料质量有保证, 而且反应条件较为成熟, 突出的问题是催化剂使用和效率问题。因此, 无论从环保角度还是经济角度, 酯交换法是目前合成聚碳酸酯二醇理想的技术路线。

2 市场情况

目前, 市场销售较多的聚碳酸酯二醇为日本旭化成公司的产品, 据旭化成公司増淵徹夫在2006年所做的报告《聚碳酸酯二醇的特性以及应用》可以看出, 其使用的是酯交换法合成聚碳酸酯二醇。其合成方式有2种, 一种是单聚法, 即使用1, 6-已二醇与碳酸酯进行酯交换;另一种方法是共聚法, 使用1, 6-已二醇与其它小分子二元醇进行复配, 如1, 4-丁二醇、1, 5-戊二醇等, 然后再与碳酸酯进行酯交换。而使用共聚法生产的聚碳酸酯二元醇为液体状态, 更适合使用。市场上几种聚碳酸酯二醇的性能对比见表1。

聚碳酸酯二醇合成的聚氨酯涂料产品广泛应用于汽车涂料、木工涂料、塑料用涂料等领域。

3 用聚碳酸酯二醇制备单组份聚氨酯防水涂料

单组份聚氨酯防水涂料由于其优异的防水效果, 稳定的物理、化学性能以及施工方便等因素, 这几年已经成为仅次于SBS改性沥青防水卷材的第二大类防水材料。将聚碳酸酯二醇引入单组份聚氨酯防水材料, 这方面的开发与研究工作少有报道, 且市场上此类产品也不多见。由于聚碳酸酯二醇的价格较高, 适合制备高性能防水涂料, 高性能主要体现在力学性能、耐热性和耐候性。

本实验采用单因子实验方法, 按照单组份聚氨酯防水涂料常用配比, 根据GB/T 19250—2003《聚氨酯防水涂料》进行测试。

3.1 实验部分

3.1.1 主要原料

聚醚多元醇220、330N, 工业级, 上海高桥;聚碳酸酯二醇T5651, 工业级, 旭化成株式会社;甲苯二异氰酸酯 (TDI) , 工业品, 德国Bayer;扩链剂, 自制;轻质碳酸钙, 800目, 北京博宇;溶剂[m (甲苯) ∶m (醋酸乙酯) ∶m (醋酸丁酯) =1∶1∶1];增塑剂:邻苯二甲酸二辛脂, 科兴化工。

3.1.2 聚氨酯防水涂料的制备

将聚醚多元醇、聚碳酸酯二醇、TDI扩链剂、轻质碳酸钙、增塑剂、催化剂、消泡剂和偶联剂等按一定比例置于四口烧瓶中, 升高温度, 在105~115℃内真空3 h, 降温至60℃, 加入TDI和溶剂, 搅拌5 min后升温至80℃, 保温3 h后降温出料。样品在标准条件下放置24 h后, 涂膜1.5~1.8 mm厚, 放入标准条件下养护7 d后, 进行力学性能测式。

3.1.3 实验主要原料配比 (见表2)

质量份

3.2 实验结果与分析

从表2可以看出, 单因子实验中, 采用聚碳酸酯二醇来逐步替代聚醚220, TDI的用量根据NCO/OH比来细微调整。实验结果见表3。

试样A是实验室常用配比, 其性能完全符合GB/T 19250—2003中单组份聚氨酯防水涂料指标要求。试样B~试样F是将聚醚220按5%的阶梯逐步由聚碳酸酯二醇进行替代。

从表3可以看出, 随着聚碳酸酯二醇含量的增加, 拉伸强度由3.07 MPa最高提高到6.12 MPa, 提高了近100%, 试样F的拉伸强度比试样D (6.12 MPa) 反而降低了1.6 MPa;而断裂伸长率则由515%降低到237%, 降低了100%以上。潮湿界面粘接强度由0.72 MPa最高提高到1.16 MPa, 提高了61.1%。其它指标除了试样F的表干时间和实干时间有所缩短外, 其它指标基本没有改变。最显著的效果是加入了聚碳酸酯二醇后拉伸强度保持率较纯聚醚有了明显的提高, 均值提高了10%。而人工气候老化最大值提高了近20%。

这些结果的产生均是由于使用了聚碳酸酯二醇后, 在聚氨酯树脂软段中的羰基与硬段中的氢形成氢键的结果。聚碳酸酯二醇使用量越大, 氢键体系网络越密集, 拉伸强度的值越大, 断裂延伸率越小。当氢键网络体系到达极限时形成桶状结构, 导致试样F出现拉伸强度不升反降的结果。而当体系受到各种气候影响时, 聚碳酸酯二醇形成的氢键受到不同程度的破坏, 当恢复到原始状态时, 羰基比醚键能够形成较多的氢键, 提高强度。

从上述试样D和试样F的实验结果来看, 使用上述单组份聚氨酯配比体系, 采用聚碳酸酯与聚醚多元醇共混的方式制备单组份聚氨酯防水涂料, 能得到性价比较高的单组份聚氨酯防水涂料。

4 结论

聚碳酸酯二醇因其结构中含有大量羰基, 分子质量分布较窄, 可以制备高性能的聚氨酯防水涂料产品, 具有弹性、耐磨性、耐水性和高耐候性。

酯交换法是合成聚碳酸酯二醇的发展方向, 合成过程具有低污染性, 经济性, 工艺简单, 生产的产品黏度较低, 适合在涂料工业中使用。

实验证明, 聚碳酸酯二醇能够在聚氨酯防水涂料中使用, 与普通聚醚多元醇复配使用可以得到性价比较高的单组份聚氨酯防水涂料。

摘要：分析了聚碳酸酯二醇应用在聚氨酯材料中所具有的性能与特点, 论述了聚碳酸酯二醇的制备方法, 并用一步法合成聚碳酸酯型单组份聚氨酯防水材料。

聚碳酸酯二醇 篇3

关键词：固载硅钨酸,离子交换树脂,催化合成,乙二醇硬脂酸单酯

乙二醇脂及酸酯类非离子表面活性剂, 具有毒性低、生物降解性好、原料丰富、价格低、加工简便等优点, 已在纺织、化妆、食品、塑料、造纸、木材等领域广泛应用[1]。在化妆品生产中, 乙二醇硬脂酸酯是一种重要的添加剂, 能使化妆品产生珠光效果, 不仅能增加产品的美感和吸引力, 还有遮光作用, 从而避免因阳光照射而产生变质[2]。硬脂酸与乙二醇的酯化反应, 已报道的催化剂有浓硫酸、对甲苯磺酸、正磷酸、硅钨酸等酸性催化剂和金属氧化物等, 但这些催化剂所要求的合成反应温度较高, 导致产品颜色加深, 不仅影响产品外观 [3], 同时产生大量的废水对环境造成严重的污染。D72型树脂是强酸性阳离子树脂, 由于本身具有酸性, 在许多的有机合成反应中可作为固体酸催化剂;也由于它具有不溶解性及化学稳定性, 耐热, 具有优良的机械强度, 本身存有活性基团, 可使溶液中的离子自由地透入树脂分子的结构中[4], 故常作为固载型催化剂的载体。本文研究用D72阳离子交换树脂为载体, 固载硅钨酸, 增强其的酸性, 制备成固体超强酸, 用以催化合成乙二醇硬脂酸酯。结果表明, 该方法具有催化剂活性高、产率大、后处理简单、催化剂可重复使用等优点。

1 实 验

1.1 试剂和仪器

硬脂酸、乙二醇、环己烷、硅钨酸均为分析纯;阳离子交换树脂 (广大公司购买) ;Bruker EQUINOX55红外光谱仪、显微熔点仪。

1.2 催化剂制备

取出经过预先处理的树脂, 浸泡在10%硅钨酸溶液中 (注意干燥的树脂吸水性强, 硅钨酸溶液以浸没过树脂为宜) , 浸泡24h, 然后水洗至中性, 在55℃下的烘箱内烘干24h, 冷却后得固载型催化剂, 放入干燥器备用。

1.3 乙二醇硬脂酸酯的合成

在装有温度计、分水器、回流冷凝管的三口烧瓶中依次加入实验所需要的硬脂酸、乙二醇、催化剂、带水剂, 混合均匀, 加热, 待物料熔化后开动搅拌器, 控制反应温度在回流状态, 回流分水。反应结束后, 将回流分水装置该为减压蒸馏装置, 回收过量带水剂和乙二醇, 然后将浓缩液注人冰水中, 搅拌至完全析出, 抽滤, 水洗, 得白色固体, 干燥至恒重。测产品的酸值和熔点。

2 结果与讨论

2.1 产品分析

通过以上方法测得的乙二醇硬脂酸酯为白色蜡状固体, 产品熔点52.8℃～55.0℃, 产品的酸值为5.6 (mgKOH/g) 。IR (cm-1) 显示, 在3461 cm-1出现振动峰, 是引入了O-H所致, 2956 cm-1和2846 cm-1出现明显的-CH3 和-CH2-的振动峰, 在1740 cm-1出现酯羰基C=O的吸收峰, 在1180 cm-1出现酯的C-O吸收峰, 这些特征说明产物为乙二醇硬脂酸单酯。

2.2 离子交换树脂的选择

在醇:酸摩尔比为3.5:1, 以不同种类的离子交换树脂作为催化剂, 用量为酸质量20%, 以15mL环己烷为带水剂, 反应温度控制为回流温度, 反应时间4h, 考察离子交换树脂类型对酸转化率的影响, 所得的结果如表1所示。

可以看出, 用D72树脂作为催化剂, 酸的转化率比较高的, 产品的颜色比较浅, 减少后处理的工序, 故采用泡酸D72离子交换树脂作为固载型催化剂的载体。

2.3 催化剂用量对酸的转化率影响

在醇:酸摩尔比3.5:1, 以15mL环己烷为带水剂, 回流反应4h, 考察不同催化剂的量 (占酸的质量百分比) 对酸的转化率的影响, 结果见表2。

表2表明, 随着催化剂用量的增加, 产品收率提高, 但超过25% 时收率已明显下降, 所以较理想的催化剂用量为硬脂酸质量的25%。

2.4 醇酸摩尔比对酸的转化率的影响

在催化剂用量为25%, 回流反应4h, 以15mL环己烷为带水剂, 考察在不同摩尔比下对酸的转化率的影响, 结果见表3。

由表3可看出增加乙二醇和硬脂酸物质的量比的确有利于提高产率, 当乙二醇和硬脂酸物质的量的比为3.0:1时, 酸的转化率最高, 但进一步增加硬脂酸和乙二醇的物质的量比会导致反应温度升高, 温度难以控制, 而且当醇酸摩尔比继续增大, 会减低酸和催化剂在体系中的含量, 导致产物收率下降。综上所述, 最佳乙二醇和硬脂酸物质的量比为3.0:1。

2.5 反应时间对酸的转化率影响

醇︰酸摩尔比为3.0:1, 催化剂用量为25%, 15mL环己烷为带水剂, 考察不同时间对酸转化率的影响, 结果见表4。

表4表明, 随着反应时间的增加, 酸的转化率明显提高, 当反应时间为4.5h后, 随着反应时间的增加, 酸的转化率变化不大, 考虑反应时间过长, 产品颜色加深, 能耗增加, 因此最佳的反应时间为270min。

2.6 不同带水剂对酸的转化率的影响

酯化反应是一种可逆反应, 并且使用的醇酸及产品的沸点都比水高, 所以在反应过程中, 可不断地将生成的水排出反应体系而加快反应进程, 提高反应的转化率。通过使用不同的带水剂来考察其对酸的转化率的影响。

醇:酸摩尔比为3.0:1, 催化剂用量为25%, 回流反应4.5h, 分别考察用15mL的甲苯、环己烷、石油醚作为带水剂进行酯化反应, 考察不同的催化剂对酸的转化率的影响, 结果见表5。

从表5可以看出, 三种带水剂的带水效果以环己烷最高, 可能由于酯化反应中加入的带水剂可调节体系的反应温度, 使反应在一定温度范围内进行, 以保证产品的质量。因为用环己烷做带水剂的产品颜色为白色, 酸的转化率较高, 且其毒性较小, 所以选择环己烷为带水剂。

2.7 带水剂用量对酸的转化率的影响

醇:酸摩尔比为3.0:1, 催化剂用量为25%, 回流反应4.5h小时, 考察不同量的环己烷做带水剂进行酯化反应对酸的转化率的影响, 结果见表6。

从表6可以看出, 随着带水剂环己烷用量的增加, 酸的转化率增大, 带水剂环己烷用量为10mL时, 酸的转化率达到最大。带水剂环己烷用量过多或过少均对反应均不利。带水剂的量太少, 不能将反应生成的水全部带出, 而且会使整个反应体系的反应温度升高, 所得产品的颜色可能会加深, 影响其外观及使用;带水剂用量过多, 将会降低反应原料和催化剂的含量, 会使酸的转化率降低, 且后处理过程中消耗热量多。

2.8 催化剂的重复利用

每次反应后, 抽滤完的滤饼 (催化剂) 拿出来烘干, 然后再加入原料即可进行下一轮的反应。取硬脂酸10g, 固定醇酸摩尔比为3.0:1, 催化剂用量为酸总量的25%, 环己烷10mL, 加热搅拌4.5h, 考察催化剂重复使用性能, 结果见表7。

从表7看出, 负载硅钨酸的D72树脂催化剂在催化合成乙二醇硬脂酸酯重复使用四次后酸的转化率已下降明显, 可能的原因是因为D72树脂的耐磨性较差, 使用的次数越多, 其受损的越大, 催化剂的作用下降。但从表4也说明负载后的催化剂具有重复利用价值。

3 结 论

(1) 考察了各因素对酯化反应的影响, 确定了最佳催化合成条件为:乙二醇和硬脂酸的摩尔比为3.0:1, 催化剂用量为硬脂酸质量25%, 反应时间为4.5h, 带水剂为环己烷用量为10mL, 酸的转化率可达94%以上。

(2) D72树脂负载硅钨酸是催化合成乙二醇硬脂酸酯的良好催化剂, 催化活性高, 酸的转化率也高, 反应条件温和便于操作, 对设备腐蚀小, 污染少, 发展前景好。目前离子交换树脂是一种颇有工业开发前途的酯化反应催化剂。

参考文献

[1]徐光年, 谢红璐.乙二醇硬脂酸酯的合成的新方法[J].安徽化工, 2005, (4) :34-35.

[2]余琼, 尹红, 陈志容.乙二醇硬脂酸型珠光剂的合成与应用研究进展[J].化学品科学2005, 28 (4) :21-23.

[3]徐群, 孙贵友, 孙芳.合成硬脂酸乙二醇酯用的催化剂[J].石油化工, 1994, (4) :48-50.

聚碳酸酯二醇 篇4

一缩二乙二醇双甲基丙烯酸酯是重要的精细化学品,属于聚醚型单体[1],广泛用于交联剂、紫外光固化、光敏固化剂、橡胶、树脂改性剂、涂料、塑料糊等方面[2]。该材料通常采用直接酯化法合成,但利用此方法要引进带水剂,后处理麻烦、副反应多、污染环境。

采用酯交换合成一缩二乙二醇双甲基丙烯酸酯在传统酯交换反应中使用碱作催化剂,虽然催化效率很高,但反应结束后催化剂与产物分离困难,且有大量废酸、碱液排出而污染环境[3,4]。

硫酸钙晶须是半水、无水、死烧硫酸钙纤维状单晶体,同其它短纤维相比,硫酸钙晶须有极高的机械强度,可应用于增强塑料、橡胶、胶粘剂、摩擦材料、环境工程等行业和领域[5,6,7,8,9,10,11,12]。本实验首次以硫酸钙晶须为催化剂,酯交换合成一缩二乙二醇双甲基丙烯酸酯。

1 实验

1.1 原料和仪器

甲基丙烯酸甲酯(分析纯),上海诚心化工有限公司;一缩二乙二醇(分析纯),上海试一化学试剂有限公司;硫酸钙晶须,自制;氮氧自由基 (纯度大于99%),无锡市富安化工厂;半水硫酸钙(分析纯),国药集团化学试剂有限公司;无水硫酸钙(分析纯),国药集团化学试剂有限公司;氧化钙(化学纯),国药集团化学试剂有限公司;浓硫酸(优级纯)。

色质联用仪,Aglent6890N,Aglent5973N;W-O恒温油水浴锅,上海申顺生物科技有限公司;DHT型搅拌恒温加热套,山东鄄城市永兴仪器厂;JJ-1精密增力电力搅拌器,常州国华电器有限公司;ZX-8型旋片式真空泵,沈阳真空泵厂;JA5003N电子天平,上海精密科学仪器有限公司;SSX-550扫描电子显微镜,日本岛津公司;D/max RB X射线衍射仪,日本理学电机株式会社。

1.2 硫酸钙晶须的制备

氧化钙与水混合,在超声波下处理20min熟化得到石灰乳;移入结晶器内,按一定比例滴加稀硫酸, 110℃保温30min,沉淀、过滤、洗涤、干燥即为硫酸钙晶须。

1.3 一缩二乙二醇双甲基丙烯酸酯的合成

取一定量的一缩二乙二醇和甲基丙烯酸甲酯加入到带有温度计、分馏头、冷凝管、电动搅拌器的四口瓶中,加入适量的硫酸钙晶须、阻聚剂后,控制一定的反应温度。以出甲醇量接近理论值为终点,停止反应。降温,并减压蒸馏残留的甲基丙烯酸甲酯,继续减压蒸馏,得到精制产品一缩二乙二醇双甲基丙烯酸酯。

2 结果与讨论

2.1 催化剂对反应的影响

固定反应温度为回流温度、n(甲基丙烯酸甲酯)∶n(一缩二乙二醇)=3.5∶1、反应时间为不再生成甲醇为终点、阻聚剂用量为一缩二乙二醇的0.10%(质量分数),分别以硫酸钙晶须、半水和无水硫酸钙为催化剂,考察催化剂用量。反应结束后,减压蒸馏得精制产品,计算收率。以硫酸钙晶须为催化剂的实验结果见表1。

由于硫酸钙晶须松散密度小,当加入量过高时,产品易夹杂其间难以过滤出来,造成收率降低。因此,加入量为一缩二乙二醇的3%(质量分数)时,收率最高。

以半水和无水硫酸钙为催化剂,加入量为一缩二乙二醇的1%～20%(质量分数),均没有甲醇及产品生成,回流温度较高,因长时间受热,26h后原料聚合报废。

2.2 甲基丙烯酸甲酯与一缩二乙二醇物质的量比的影响

甲基丙烯酸甲酯与一缩二乙二醇的物质的量比理论值为2∶1,但由于酯交换反应的平衡常数比较小,若按此比例,酯交换反应进行得很不完全,而且在此反应中,甲基丙烯酸甲酯除了作为反应物以外,还与甲醇形成共沸物,排除体系外。为了提高产品收率,通常是甲基丙烯酸甲酯过量。

固定反应温度为回流温度,催化剂硫酸钙晶须用量为一缩二乙二醇的3%(质量分数)。阻聚剂为0.1%,甲醇不再出现为终点,考察甲基丙烯酸甲酯与一缩二乙二醇的物质的量比对收率的影响,实验结果见表2。

随着甲基丙烯酸甲酯物质的量的增加,收率提高,有利于反应进行,当甲基丙烯酸甲酯过量到某值后,收率趋于稳定。继续增加甲基丙烯酸甲酯,由于它含有碳碳双键,易聚合,反而影响反应进行。由实验得出,甲基丙烯酸甲酯与一缩二乙二醇的最佳物质的量比为3.5∶1。

2.3 阻聚剂对反应的影响

当使用阻聚剂对苯二酚、对苯二醌时,反应中甲基丙烯酸甲酯很容易聚合,使反应无法进行,因此选择氮氧自由基为阻聚剂。氮氧自由基可表示为>N-O·,其阻聚原理可能是按以下机理进行:

偶合反应:

歧化反应:

>N-O·自由基作为自由基捕捉体,不但不与单体产生活性链,还能有效捕捉活性链上的自由基,生成的RON<是分子,稳定性显然比自由基AO·的高得多,从而起到了阻聚作用[4]。

固定反应温度为回流温度、n(甲基丙烯酸甲酯)∶n(一缩二乙二醇)=3.5∶1、催化剂用量为一缩二乙二醇的3%(质量分数),甲醇不再出现为终点,改变阻聚剂用量,实验结果见表3。

氮氧自由基阻聚剂颜色为红色,当阻聚剂加入量大于0.1%时,产品明显带有颜色;当阻聚剂加入量小于0.1%时,阻聚效果差。所以阻聚剂最优加入量为一缩二乙二醇的0.1%(质量分数)。

2.4 硫酸钙晶须结构的表征

电镜分折表明实验室自制的硫酸钙晶须的直径为0.2～4.0μm、长度为35～150μm(如图1所示);X射线衍射分析表明,产品中无水硫酸钙相的含量为74%,半水硫酸钙的含量为26%(如图2所示)。

2.5 一缩二乙二醇双甲基丙烯酸酯结构的表征

图3为产物的色质联用谱图。从图3可以看出,一缩二乙二醇双甲基丙烯酸酯的纯度能达到97%以上。

3 结论

(1)甲基丙烯酸甲酯与一缩二乙二醇酯交换合成一缩二乙二醇双甲基丙烯酸酯的优化工艺条件为:n(甲基丙烯酸甲酯)∶n(一缩二乙二醇)=3.5∶1,反应温度为回流温度,硫酸钙晶须、阻聚剂氮氧自由基加入量分别为一缩二乙二醇的3%、0.1%(质量分数)。

(2)在优化条件下合成的一缩二乙二醇双甲基丙烯酸酯的收率大于96.3%,纯度达97%。

(3)硫酸钙晶须对合成一缩二乙二醇双甲基丙烯酸酯具有高效催化作用,硫酸钙晶须作为酯交换反应催化剂,具有无腐蚀、价格低廉、产品质量好、色泽浅、副反应少、反应条件比较缓和等优点。因此开发硫酸钙晶须在化工领域的应用具有广阔的市场前景。

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聚碳酸酯二醇 篇5

随着科技的发展,癌症的有效治疗依然是一个巨大挑战。许多研究对癌症进行靶向治疗,相对于传统给药虽然取得了一定进展,但为了进一步优化载体的载药量、细胞的黏附和吸收、药物的生物半衰期等,同时为了克服容易引起的癌细胞的多药耐药性等,研究者添加了TPGS来有效优化纳米粒子。

聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯(D-α-tocopheryl poly ethylene glycol 1000succinate,TPGS)是一种维生素E的水溶性衍生物,由疏水性维生素E、亲水性聚乙二醇上的羟基分别与琥珀酸上的羰基酯化而成,因此TPGS是一种具有两亲性的生物可降解材料。其分子结构式见图1。

现在对于TPGS在高分子药物释放体系中的研究运用已十分广泛。TPGS可以与其他聚合物通过化学键连接得到新的聚合物作为药物载体,也可与其他聚合物直接物理混合配制纳米粒子包埋药物,还可单独使用来运载药物。相比于未添加TPGS的纳米粒子,添加后得到的纳米粒子可大大优化其各方面的性质,从而大大提高治疗效果。TPGS可以作为增溶剂[1]、乳化剂[2,3,4,5]、疏水性药物的生物利用度增强剂[6]、P糖蛋白的抑制剂[7,8]、药物载体,相比于不添加TPGS的高分子药物释放体系显著提高了药物的包埋率、载药量、细胞粘附与吸收[9],延长药物在体内血液中的半衰期[10]等。研究发现,癌细胞之所以会出现多药耐药性,最主要是因为癌细胞的细胞膜上有大量的P糖蛋白会对抗癌药物进行外排,而P糖蛋白是一种ATP依赖性通道蛋白[8],TPGS可以通过影响ATP酶的构象和活性来抑制P糖蛋白作用[7,8],所以也就可以增强抗癌药物的口服[11,12]。

一些研究者将TPGS与其他聚合物通过化学反应合成新的聚合物来作为高分子药物载体,从而改善了已有聚合物的一些性质;一些研究者将TPGS直接与其他聚合物物理混合配制成更加优化的纳米粒子;还有一些研究者对TPGS进行化学修饰,直接将修饰后的TPGS作为药物的运输载体。

1 TPGS与聚合物物理混合使用作为高分子药物载体

1.1 TPGS起乳化作用对纳米粒子表面进行修饰

许多研究用TPGS对已有纳米粒子表面进行修饰,改善了纳米粒子的性质。Zhao等[3]和Wang等[13]都将TPGS作为一种高效乳化剂对PLGA形成的混合纳米粒子表面进行修饰,以制成抗癌药物紫杉醇的口服制剂(见图2)。 被TPGS包裹的纳米粒子的粒度在200~300nm之间,包埋率可以高达80.9%。在相同浓度2.5mg/mL时,用人类MCF-7细胞(人乳腺癌细胞系)做体外细胞实验显示,该混合纳米粒子包埋紫杉醇24h、48h和72h时的治疗效果分别是泰素(紫杉醇注射液)的1.28倍、1.38倍和1.12 倍。Feng等[14]用不同链长的TPGS来包裹PLGA,发现当TPGS的链长不同时,制成的混合纳米粒子对药物的靶向运输不同。TPGS的分子链长是由分子链中的PEG链长决定的。TPGS1000(分子中PEG的相对分子质量为1000)的链长不足以避免体内网状内皮系统(RES)和蛋白质的吸附,没有足够的血药循环时间。而使用TPGS2k(分子中PEG的相对分子质量为2000)时可以有效避免这些不足。 虽然在PLGA中添加TPGS后可以改善纳米粒子的性质,甚至可以达到口服的效果,但为了进一步促进纳米粒子的口服效果,Li等[2]和Zhao等[4]在TPGS乳化PLGA纳米粒子后,添加了蒙脱土(Mont-morillonite,MMT,在此仅作为一种解毒剂,治疗因药物引起的一些副作用),从而达到更加良好的治疗效果。

Gaucher等[15]用TPGS乳化聚乙二醇-二硬脂酰磷脂酰乙醇胺(1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-methoxy(poly(ethylene glycol),PEG-DSPE)后得到混合纳米粒子,其可以穿越胃肠道粘膜,而且可以大大改善血药的半衰期及纳米粒子的药物包埋率等。与此类似,Muthu等[16]用TPGS乳化DSPE-MPEG-2000(DSPE-MPEG中MPEG链段相对分子质量为2000),发现表面的PEG链阻止了血浆蛋白吸附囊泡,从而阻止了囊泡在血管中的聚集,表现出更长的循环时间。

Wang等[17]以TPGS乳化聚 α-氰基丙烯酸丁酯(Poly(butylcyanoacrylate,PBCA),Kulkarni等[18]将TPGS附着在聚苯乙烯(Polystyrene,PS)纳米粒子表面,Shieh等[5]以TPGS乳化卟啉聚乳酸(4-armed porphyrin-poly(L-lactide),PPLA)。他们同样都使用物理混合配制成混合纳米粒子,均从各方面改善了单纯聚合物形成的纳米粒子的各种理化性质,促进了纳米粒子的药理学性能。

1.2 与聚合物混合形成混合纳米粒子胶束

上述仅仅只是用TPGS对纳米粒子表面进行修饰,一些研究者还将TPGS与聚合物混合后制成了混合纳米粒子胶束,纳米粒子不仅仅只是在纳米粒子的表面,而是均匀分布于纳米粒子的矩阵中。Shen等[19]将TPGS与普朗尼克P85-聚醚酰亚胺(Pluronic P85-low molecular weight polyethy-le-neimine,P85-PEI)均匀混合后,同时运载短发夹双链同序RNA(Twist shRNA)和紫杉醇来治疗乳腺癌细胞的转移和生长(见图3)。由于添加了TPGS,所以得到的混合纳米粒子具有良好的细胞粘附和细胞吸收。Mu等[20]将聚乙二醇-磷脂酰乙醇胺(Poly(ethylene glycol)-phosphatidyl ethanola-mine,PEG-PE)与TPGS混合制成了混合纳米粒子,并用它来运载喜树碱(Camptothecin,CPT),相较于未添加TPGS的PEG-PE纳米粒子,其具有高效和稳定的药物包埋。Zhao等[21]在含叶酸的聚乳酸-羟基乙酸共聚物-聚乙二醇(Poly(D,L-lac-tide-co-glycolide)-poly(ethylene glycol)-folate,PL-GA-PEG-FOL)中添加TPGS,同样制成了混合纳米粒子,几乎没有改变纳米粒子的粒径大小、表面电荷、药物包埋率,但是可以有效地提高细胞的粘附和摄取,而且可以逃过肾脏的排除和网状内皮系统的消除,加入了叶酸后还可以更深层次加强药物的渗透。

2 TPGS与聚合物化学聚合生成新聚合物作为高分子药物载体

2.1 PLA系列

当TPGS作为表面活性剂以物理混合形式附着在纳米粒子表面时,由于附着力较弱很容易脱落下来,因此一些研究者直接将TPGS与聚合物化学连接形成新的聚合物,研究表明可以增强高分子药物制剂中药物的溶解度、稳定性和渗透率(见图4)[22,23]。Zang等[10]将丙交酯与TPGS按质量比为98∶2、92∶8和88∶12混合进行开环聚合,合成了不同质量比的PLA-TPGS。 紫杉醇的包埋率分别为(53.1±5.7)%、(60.2±3.2)%、(51.8±4.9)%,相比较于他们之前研究的TPGS乳化的PLGA纳米粒子包埋率(54.7±6.8)%没有太大的变化,但PLA-TPGS表现出更高的体外细胞摄取和细胞毒性。在相同紫杉醇浓度(10mg/kg)下对SD大鼠进行体内给药,PLA-TPGS纳米

粒子的药物半衰期和血药浓度-时间曲线下面积(AUC)分别为商品药物泰素的27.4倍和1.6倍,相较于泰素一次性用药22h的有效浓度治疗时间,PLA-TPGS的有效浓度化疗时间在文献报道中第一次突破性地延长到了240h,并且血药浓度始终没超过最大耐受浓度。

Chee等[24]同样合成了PLA-TPGS,分别用0.03% 的TPGS和0.20%的聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)作乳化剂配制纳米粒子,发现0.03%的TPGS乳化效果更好。包埋多烯紫杉醇(Docetaxel,Doc)对比泰素帝(多烯紫杉醇注射液,Docetaxel Injection),用人乳腺癌细胞(MCF-7)做细胞实验,证明PLA-TPGS纳米粒子具有更高的细胞吸收和疗效,在相同浓度(10 mg/kg)的一次给药动物实验中,PLA-TPGS/Doc的药物有效治疗浓度时间可以达到360h,比泰素帝的治疗效果和副作用分别高3.44倍和低4.42倍。Gan等[25]通过沉淀法制得包埋多烯紫杉醇的PLA-TPGS的纳米胶束,离心后在制得的纳米球表面通过共轭结合上转铁蛋白制成具有靶向性的PLA-TPGS纳米粒子胶束,可跨越血脑屏障。对制得的纳米粒子进行了多方面的物理化学和药学性质表征。对比PLGA、裸露PLA-TPGS和临床药物泰素帝,分别装载香豆素6和多烯紫杉醇作为分子标记和治疗药物的结合转铁蛋白PLA-TPGS在细胞摄取和细胞毒性研究方面表现出巨大优势,培养24h后的半抑制浓度数据表明装载多烯紫杉醇的结合转铁蛋白PLA-TPGS的效率分别高出23.4%、16.9% 和229%。PLGA、裸露的PLA-TPGS、结合转铁蛋白PLA-TPGS的药物包埋率分别为(31.14±1.56)%、(79.77±2.59)%、(73.48±2.28)%,说明加入转铁蛋白并没有增大药物包埋率,药物包埋率的增加是由于加入了TPGS。

Mi等[23]将PLA-TPGS与端基被戊二酸羧基化的TPGS(TPGS-COOH)混合后制成混合纳米粒子,包埋多种类型药物(包埋多烯紫杉醇进行化学治疗、包埋氧化铁进行热疗、共轭连接人源化单克隆抗体赫塞汀进行生物治疗和靶向作用)形成MM纳米粒子进行综合治疗比单一治疗或双向治疗都具有更高的疗效。 将只包埋多烯紫杉醇的PLA-TPGS/TPGS-COOH/Doc纳米粒子、只共轭连接赫塞汀的PLA-TPGS/TPGS-COOH/Her纳米粒子、只包埋氧化铁(Fe3O4)的PLA-TPGS/TPGS-COOH/IOs纳米粒子按照质量比为1∶2∶7物理混合成总浓度为2.34 mg/mL的纳米粒子溶液,比纳米粒子浓度只有0.0011mg/mL的MM纳米粒子的治疗效果要弱2130倍。而且Mi等[26]还将TPGS与顺铂进行化学连接形成TPGS-顺铂前药,然后与PLA-TPGS/TPGS-COOH制成混合纳米粒子来包埋多烯紫杉醇,最后在纳米粒子表面共轭连接上具有生物靶向的赫塞汀形成混合靶向纳米粒子(HTCP纳米粒子,pH敏感性释放多烯紫杉醇、顺铂)来综合治疗人类表皮生长因子受体-2(High human epidermal growth factor receptor 2,HER2)过度表达的转移性乳腺癌。当混合纳米粒子中多烯紫杉醇与顺铂的比例为高、中、低3种情况时,分别用人乳腺癌细胞(SK-BR-3细胞,高HER2过表达)进行体外细胞实验,对比泰素帝和顺铂均表现出更高的治疗效果,且当混合纳米粒子中的多烯紫杉醇与顺铂的比例为高比例时的治疗效果最明显。 相较于NIH3T3细胞和MCF7细胞(低HER2过表达),在SK-BR-3细胞(高HER2过表达)中HTCP纳米粒子的靶向效率表现出更高的半抑制浓度(Half maximal inhibitory concentra-tion,IC50)。Feng等[6]在PLA-TPGS中加入MMT(Mont-morillonite,蒙脱土,在此仅作为一种解毒剂,治疗因药物引起的一些副作用)制成包埋多烯紫杉醇纳米粒子胶束PLA-TPGS/MMT/Doc,与纳米粒子胶束PLGA/ Doc、PLA-TPGS/Doc、PLGA/MMT/Doc共形成4种纳米粒子,对比多西他赛注射剂(Taxotere,泰帝素)3.59%的口服生物利用度,PLA-TPGS/MMT纳米粒子和PLA-TPGS纳米粒子的生物利用度分别为78%和91%,结果表明PLA-TPGS可以作为一种口服化疗的生物可降解的纳米粒子高分子材料。Prashant等[27]和Tan等[28]将PLA-TPGS包埋超顺磁氧化铁(Fe3O4)来作为核磁共振的造影剂。

由于TPGS-COOH位于PLA-TPGS与TPGS-COOH形成的混合纳米粒子表面,于是Jie Pan等[29]将叶酸-NH2上的氨基与位于混合纳米粒子表面的TPGS-COOH上的羧基共轭形成具有叶酸靶向的混合纳米粒子。在体外细胞试验中,对比MCF-7乳腺癌细胞(叶酸受体过度表达)与NIH-3T3 老鼠纤维原细胞(叶酸受体低表达),用叶酸靶向的混合纳米粒子包埋量子点,通过观察共聚焦激光扫描显微镜(Confocal laser scanning microscopy,CLSM)的持续成像发现,叶酸受体过表达的MCF-7乳腺癌细胞具有更高的细胞内摄。对于PLA-TPGS/TPGS-COOH混合纳米粒子的靶向效应影响因素,Zhao等[30]证明可以用两种方法来定量控制PLA-TPGS/TPGS-COOH混合纳米粒子抗癌药物的靶向效应,第一种是调节PLA-TPGS/TPGS-COOH的混合比例来较粗略地控制靶向效应,第二种是在结合靶向配体时调节配体的投料浓度来精确控制靶向效应。

Ma等[31]用ε-己交酯、乙交酯、TPGS通过开环聚合生成了一种新型无规共聚物PCL-PLA-TPGS,并通过包埋紫杉醇治疗宫颈癌。通过一种改良后的溶剂萃取、蒸发法制得纳米粒子胶束PCL-PLA-TPGS/Doc,相对于没有添加0.03%TPGS作为表面活性剂,添加后使得纳米粒子的包埋率从(21.00±5.73)%增加到(97.87±2.11)%,纳米粒子的粒径在200nm左右。相对于PCL/Doc纳米粒子第5天和第30天11.12% 和22.01%的药物释放率,PCL-PLA-TPGS/Doc纳米胶束第5天(21.38%)和第30天(45.29%)和表现出更快的药物释放速度。通过共聚焦激光扫描显微观察发现,包埋香豆素-6的纳米粒子可以被人类宫颈癌细胞内吞,原因是TPGS可以通过抑制P糖蛋白来增强细胞的内吞作用。

Tang等[32]用以胆酸为核心的星形嵌段共聚物CA-PLA-TPGS装载紫杉醇来治疗乳腺癌。对比PLGA/紫杉醇纳米粒子和线形PLA-TPGS/紫杉醇纳米粒子,星形CA-PLA-TPGS/PTX纳米粒子的平均粒径在120nm左右,稳定保存90天无变化,体内体外实验均表现出更高的治肿瘤效率。

2.2 PLGA系列

除了上述将TPGS与丙交酯(LA)聚合外,Ma等[33]用辛酸亚锡作催化剂,将丙交酯(LA)、乙交酯(GA)、TPGS开环聚合生成了一种新型生物可降解的无规共聚物PLGA-TPGS。将PLA-TPGS包埋Doc形成纳米粒子,该纳米粒子的粒度在250nm左右。相对于PLGA包埋Doc形成的纳米粒子,PLA-TPGS包埋Doc形成的纳米粒子具有更迅速的药物释放速度。在体外细胞实验中,用共聚焦激光扫描显微(CLSM)观察到PLGA-TPGS包埋香豆素-6形成具有荧光效应的纳米粒子可以被HeLa细胞(人宫颈癌细胞)摄取,包埋Doc形成的PLGA-TPGS/Doc纳米粒子对HeLa细胞具有明显的细胞毒性。 对于没有靶向性的PLGA-TPGS,Zhang等[34]用同样方法合成PLGA-TPGS后,与阿霉素(Doxorubicin,DOX)共轭生成DOX-PLGA-TPGS,然后将叶酸氨基化后的FOL-NH2与TPGS-NHS(被戊二酸、NHS分布处理后的TPGS)共轭生成TPGS-FOL,运用溶剂萃取/蒸发的方法配制成具有叶酸受体靶向效应的混合纳米粒子DOX-PLGA-TPGS/TPGS-FOL。X射线光电子能谱分析证明叶酸位于形成的混合纳米粒子表面,而药物阿霉素则滞留在纳米粒子的矩阵中。混合纳米粒子的粒度主要分布在350nm左右,在体外模拟药物释放试验中明显表现出两相模式。添加50%TPGS-FOL的DOX-PLGA-TPGS/TPGS-FOL混合纳米粒子对MCF-7细胞和大鼠神经胶质瘤细胞(C6细胞)的摄取量分别为未添加TPGS-FOL的DOX-PLGA-TPGS纳米粒子的1.5倍和1.7倍。在环境温度为37℃,药物浓度都为100μmol/L时,MCF-7 的细胞存活率,从没有添加TPGS-FOL纳米粒子的50.8%显著降低到添加50%TPGS-FOL混合纳米粒子的8.2%。

Zeng等[35]将甘露醇、丙交酯(LA)与乙交酯(GA)在用辛酸亚锡作催化剂的条件下,开环聚合制成星形聚合物M-PLGA,与CTPGS(TPGS、二甲基氨基吡啶与二氧六环反应制得)反应制得星形聚合物M-PLGA-TPGS。对于MCF-7细胞,星形M-PLGA-TPGS比多西他赛注射剂、PLGA纳米粒子和线形PLGA-TPGS纳米粒子表现出更高的细胞摄取和药物包埋率。Zeng等[36]用相同的方法又合成了以胆酸为核的星形聚合物CA-PLGA-b-TPGS,与星形聚合物M-PL-GA-TPGS表现出了相似的性质。

3 TPGS的单独运用

TPGS除了可以与其他聚合物联合运用来改善纳米粒子的各类性质外,一些研究者还发现,可以直接将TPGS或修饰后的TPGS单独用来作为高分子纳米级药物释放体系。

一些研究将TPGS与药物化合生成前药来作为药物制剂。将TPGS与顺铂制成的前药纳米粒子可以用于其他亲水性和疏水性药物的联合靶向运输,还可以起到神经保护的作用[26,37,38]。TPGS中的PEG链长不同时,可以得到不同种类的TPGS,如TPGS1k、TPGS2k和TPGS3350(TPGS中PEG的相对分子质量分别为1000、2000、3350)等分别与叶酸结合,可以进行协同化疗[39]。通过Siplk1-TPGS(SiRNA targe-ting human Plk1,Siplk1)与TPGS按不同比例混合,可以控制包埋的Siplk1与阿霉素的比例,从而达到针对性的治疗[40]。有些研究甚至将TPGS包埋超顺磁氧化铁的金属纳米粒子来进行医学核磁共振[41],还可以将TPGS直接用来服用,在临床上可以作为治疗维生素的缺乏症[42]。

4 展望