藥用高分子材料

1、藥用高分子材料教材：藥用高分子材料學(xué)鄭俊民主編 2008.2-2008.71四、縮聚反應(yīng) 縮聚反應(yīng)(condensation polymerization)-由含有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能度(degree of functionality )的單體分子間逐步縮合聚合形成聚合物，同時(shí)析出低分子副產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)，是合成聚合物的重要反應(yīng)之一。 1. 縮聚反應(yīng)定義2 線形縮聚 體型縮聚參與反應(yīng)的單體只含兩個(gè)官能團(tuán)（即雙官能團(tuán)單體），聚合產(chǎn)物分子鏈只會(huì)向兩個(gè)方向增長(zhǎng)，生成線形高分子。聚合產(chǎn)物分子鏈形態(tài)不是線形的，而是支化或交聯(lián)型的。聚合體系中必須含有帶兩個(gè)以上官能團(tuán)的單體，反應(yīng)中形成的大分子向三個(gè)方向增長(zhǎng)，得

2、到體型結(jié)構(gòu)的聚合物。2. 縮聚反應(yīng)分類按生成聚合物的結(jié)構(gòu)分類3分類：A.線型縮聚反應(yīng)：B.體型縮聚反應(yīng)：4以二元醇和二元酸合成聚酯為例二元醇和二元酸第一步反應(yīng)形成二聚體:(1). 線型縮聚的逐步特性三聚體三聚體四聚體2（一）線型縮聚反應(yīng)：1. 逐步聚合反應(yīng)的特點(diǎn)5 三聚體和四聚體可以相互反應(yīng)，也可自身反應(yīng)，也可與單體、二聚體反應(yīng)；含羥基的任何聚體和含羧基的任何聚體都可以進(jìn)行反應(yīng)，形成如下通式： 如此進(jìn)行下去，分子量隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，顯示出逐步的特征 n聚體 m聚體 (n + m)聚體 水縮聚反應(yīng)沒有特定的活性中心；反應(yīng)開始，單體迅速消失，轉(zhuǎn)化率較高；反應(yīng)體系中存在著分子量遞增的一系列中間產(chǎn)物，

3、延長(zhǎng)聚合時(shí)間主要目的在于提高產(chǎn)物聚合度，對(duì)單體轉(zhuǎn)化率幾乎無影響； 官能團(tuán)等活性：官能團(tuán)的反應(yīng)活性只與官能團(tuán)的種類有關(guān)，而與所連接的分子鏈的長(zhǎng)短無關(guān)。 6大部分線型縮聚反應(yīng)是可逆反應(yīng)，但可逆程度有差別。可逆程度可由平衡常數(shù)來衡量，(3). 線型縮聚的可逆特性成環(huán)反應(yīng)和成線反應(yīng)是一對(duì)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，其與環(huán)的大小、分子鏈柔性、溫度及反應(yīng)物濃度有關(guān)。(2). 線型縮聚的成環(huán)特性72線型縮聚反應(yīng)分子量的控制影響線型縮聚物聚合度的重要因素反應(yīng)程度（P）平衡條件P是指參加反應(yīng)的官能團(tuán)數(shù)目（N）與初始官能團(tuán)數(shù)目(N0）的比值平均聚合度則有8i.控制反應(yīng)程度ii.調(diào)節(jié)起始單體的官能團(tuán)配比不等于1iii.加入單官能團(tuán)的

4、封端劑(分子量調(diào)節(jié)劑)iii.不斷除去生成的小分子，則可提高聚合度。iv.提高反應(yīng)溫度，有利于高聚物的形成。 v.減小壓力有利于小分子的除去，從而提高反應(yīng)程度，得到高分子量的聚合物。 （2）控制分子量的方法有：9體型縮聚的特點(diǎn)就是反應(yīng)進(jìn)行到某一程度時(shí)，反應(yīng)體系的粘度突然增加，出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象，產(chǎn)生既不溶解也不溶融的體型高聚物，此時(shí)的反應(yīng)程度為凝膠點(diǎn)Pc 。根據(jù)體型聚合的特點(diǎn)，把聚合過程分為三個(gè)階段：甲(A)階段：起始至PPc (不能軟化，也不能溶解)（二）體型縮聚反應(yīng)10體型聚合物的產(chǎn)生：（1）先制成預(yù)聚物（一般為線型或支鏈型低聚物）（2）將預(yù)聚物受熱，使其進(jìn)一步發(fā)生縮聚反應(yīng)，交聯(lián)成為體型高聚物。

5、11五、聚合方法自由基聚合實(shí)施方法本體聚合溶液聚合懸浮聚合乳液聚合界面聚合輻射聚合縮聚反應(yīng)熔融（本體）縮聚溶液縮聚界面縮聚12優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品純凈，可得透明制品，電性能好。缺點(diǎn)：體系粘度大，難攪拌，自動(dòng)加速現(xiàn)象明顯， 散熱難，出料難。（一） 本體聚合 只有單體本身在引發(fā)劑或熱、光、輻射的作用下進(jìn)行的聚合本體聚合。13（二） 溶液聚合單體和引發(fā)劑溶于適當(dāng)溶劑中進(jìn)行的聚合方法。根據(jù)所生成聚合物在該溶劑中的溶解情況分為：均相溶液聚合-聚合物能溶于溶劑中時(shí)， 如丙烯睛在DMF中的聚合；非均相溶液聚合-又稱沉淀聚合，聚合物不溶于 溶劑而析出時(shí)，如丙烯腈的水溶液聚 合。14缺點(diǎn)：?jiǎn)误w濃度低，聚合進(jìn)行較慢，設(shè)備利

6、用率低， 向溶劑鏈轉(zhuǎn)移導(dǎo)致聚合物分子量較小，溶劑回 收費(fèi)用高，除凈困難。 在工業(yè)上常用于生產(chǎn)直接以聚合物溶液使用的制品。如：涂料、膠粘劑、浸漬劑、紡絲液等。優(yōu)點(diǎn)：克服了本體聚合中的傳熱和出料難兩大缺點(diǎn)， 很大程度上抵制自動(dòng)加速現(xiàn)象的出現(xiàn)。15（三） 懸浮聚合單體以小液滴狀懸浮在水中的聚合。聚合體系的組成 ：1 : 2 10單體引發(fā)劑油相水(分散介質(zhì))分散穩(wěn)定劑(PVA、白明膠)水相：攪拌界面張力粘合粘合粘合分散51234單體16優(yōu)點(diǎn)：體系粘度低，易散熱、易控、產(chǎn)品得分子量及 其分布較穩(wěn)定，后處理工序簡(jiǎn)單。兼有本體聚 合和溶液聚合的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：產(chǎn)品殘留有分散穩(wěn)定劑等雜質(zhì)，反應(yīng)釜的利用 率較低。

7、17（四） 乳液聚合 單體在水介質(zhì)中由乳化劑分散成乳液狀進(jìn)行的聚合。水相:水乳化劑水溶性引發(fā)劑緩沖劑(Na3PO412H2O)(1)乳液聚合體系組成單體 分子量調(diào)節(jié)劑 (十二硫醇)油相:18單體液滴極少量單體和少量乳化劑以分子分散狀態(tài)溶解在水中大部分乳化劑形成膠束，約 4 5 n m，101718個(gè)/ cm3大部分單體分散成液滴，約 1000 n m ，101012個(gè)/ cm3單體和乳化劑在聚合前的三種狀態(tài)19 聚合過程 乳膠粒生成期（成核期）-聚合速率增加乳膠粒數(shù)增加；單體液滴不變；膠束數(shù)減少膠束全部消失是該階段結(jié)束的標(biāo)志, (C=2-15%)恒速期 - 乳膠粒 (6-10-50-100nm

8、, C=15-80%)膠束消失起到單體液滴消失為止 乳膠粒數(shù)恒定，聚合速率也恒定降速期 - 乳膠粒 (50-200nm )單體濃度減少，速率逐漸減少20乳液聚合優(yōu)缺點(diǎn) 要得到固體聚合物，后處理麻煩，成本較高難以除盡乳化劑殘留物水作分散介質(zhì)，傳熱控溫容易可在低溫下聚合 Rp快，分子量高可直接得到聚合物乳膠缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)21界面縮聚是將兩種單體分別溶于兩種不互溶的溶劑中，再將這兩種溶液倒在一起，在兩液相的界面上進(jìn)行縮聚反應(yīng)，聚合產(chǎn)物不溶于溶劑，在界面析出。（五） 界面縮聚22己二酰氯與己二胺之界面縮聚拉出聚合物膜己二胺-NaOH水溶液己二酰氯的CHCl3溶液界面聚合膜牽引23 反應(yīng)的原理：水相中的路易堿

9、和有機(jī)相中的路易酸極易發(fā)生縮合反應(yīng)，脫去小分子（通常是酸類，溶于水相中的堿所中和），逐步形成聚合物。如果反應(yīng)過程中攪拌很少，則在界面上形成聚合膜，可被不斷拉出。優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)條件溫和，可以常壓下進(jìn)行，所需設(shè)備簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：要求單體活性較高，因而價(jià)格較高，生產(chǎn)量小，需要回收溶劑量大；反應(yīng)過程中有酸生成，易腐蝕設(shè)備，對(duì)操作者有一定毒性。24在藥物制劑中，界面縮聚法可用于制備微囊，例如在水相中溶有己二胺和藥物，在有機(jī)相中溶有癸二酰氯，己二胺與癸二酰氯在界面上發(fā)生縮聚反應(yīng)，不斷攪拌，形成包有藥物的微囊，應(yīng)用本法制備微囊時(shí)不能選用對(duì)酸敏感的藥物。25（六）輻射聚合 輻射聚合-以電磁輻射引發(fā)和增長(zhǎng)的聚合反應(yīng)。

10、所用的有-粒子、-射線、X-射線，-射線等。聚合物經(jīng)高能輻射能產(chǎn)生聚合物自由基，它能引發(fā)單體聚合，同時(shí)也能相互結(jié)合形成交聯(lián)聚合物。如聚乙烯醇與明膠在一定條件下，以一定劑量-射線照射，可發(fā)生相互交聯(lián)，形成微囊。26第二節(jié)聚合物的化學(xué)反應(yīng)聚合物的化學(xué)反應(yīng)種類基于聚合度和基團(tuán)的變化（側(cè)基或端基），大致分為三類：（1）聚合度基本不變的反應(yīng)，而僅限于側(cè)基 或端基變化的反應(yīng)，常稱為相似轉(zhuǎn)變。（2）聚合度變大的反應(yīng)，如交聯(lián)、嵌段、接枝 和擴(kuò)鏈反應(yīng)。（3）聚合度變小的反應(yīng)，如解聚、降解等反應(yīng)。27一. 聚合物的化學(xué)反應(yīng)的特征（1）反應(yīng)的不均勻性，具有局部反應(yīng)的特點(diǎn)； （2）產(chǎn)物不純，副反應(yīng)多；（3）大分子化學(xué)

11、反應(yīng)只需加入少量的試劑即可引起性質(zhì)上的巨大變化，而低分子化合物，一般需要等摩爾試劑。28 二、影響鏈上官能團(tuán)反應(yīng)能力的因素物理因素 主要反映在反應(yīng)物質(zhì)的擴(kuò)散速度 和局部濃度兩方面。 結(jié)晶和無定形聚合物 線型、支鏈型及交聯(lián)聚合物 不同的鏈構(gòu)象 反應(yīng)呈均相還是非均相等 對(duì)小分子物質(zhì)的擴(kuò)散都有著不同的影響，從而影響到基團(tuán)的反應(yīng)能力。29 1.部分結(jié)晶的聚合物在進(jìn)行非均相化學(xué)反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)僅局限在無定形區(qū)(非結(jié)晶區(qū))。 2.非結(jié)晶聚合物進(jìn)行均相化學(xué)反應(yīng)時(shí)，體系的狀態(tài)會(huì)隨著反應(yīng)程度的加深而改變，如粘度增加，出現(xiàn)凝膠和沉淀等都將使擴(kuò)散變得困難。 3.聚合物的結(jié)構(gòu)與構(gòu)象對(duì)官能團(tuán)的反應(yīng)能力的影響，如同樣條件下，

12、分子量大的聚合物的化學(xué)反應(yīng)較分子量小的困難。 4.大分子鏈?zhǔn)蔷o密或松散的線團(tuán)，也會(huì)影響反應(yīng)試劑向大分子鏈的擴(kuò)散與滲透能力。溶劑的性質(zhì)決定溶液中鏈的構(gòu)象。因此，選擇適當(dāng)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)是很重要的。 影響大分子鏈擴(kuò)散的因素主要有以下幾個(gè)方面30 （2） 化學(xué)因素 主要是鄰近基團(tuán)效應(yīng)和幾率效應(yīng)。 鄰近基團(tuán)效應(yīng) ： 靜電作用、空間位阻及構(gòu)型的不同 鄰近基團(tuán)效應(yīng)取決于 官能團(tuán)的性質(zhì) 反應(yīng)類型， 立體化學(xué)?？煞Q為立體異構(gòu)效應(yīng)。31高分子鏈上鄰近基團(tuán)對(duì)反應(yīng)能力的影響 高分子鏈上彼此相鄰的官能團(tuán)，由于靜電作用、空間位阻等因素可改變官能團(tuán)的反應(yīng)能力。靜電作用的影響包括兩個(gè)方面：一是抑制作用，當(dāng)化學(xué)試劑與反應(yīng)后的

13、基團(tuán)所帶電荷相同時(shí)，靜電相斥，反應(yīng)速率降低。二是促進(jìn)作用，當(dāng)鄰近基團(tuán)本身能作為試劑時(shí)，它可促進(jìn)反應(yīng)，如甲基丙烯酸酯皂化。 32空間位阻對(duì)反應(yīng)能力的影響鄰近基團(tuán)的大小對(duì)反應(yīng)的影響，通常鄰近基團(tuán)越大，對(duì)反應(yīng)基團(tuán)的屏蔽越大，化學(xué)試劑越難以與反應(yīng)基團(tuán)接觸。鄰近基團(tuán)的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)反應(yīng)能力也有影響，如全同立構(gòu)的聚甲基丙烯酸酯的水解比間同立構(gòu)或無規(guī)立構(gòu)要快，因?yàn)槿?gòu)中，相鄰基團(tuán)的分布比較有利于環(huán)酐的形成。33三.聚合物的基團(tuán)反應(yīng)纖維素的化學(xué)反應(yīng) 纖維素是第一個(gè)進(jìn)行化學(xué)改性的天然高分子 纖維素有許多重要衍生物纖維素的結(jié)構(gòu)如下3420% NaOH浸漬 12 h堿纖維素PONaPONaCH3ClC2H5Cl

14、ClCH2COOH(CH3CO)2O+NaOHPOCH3POC2H5POCH2COONaPOCH2CH2OHPO甲基纖維素 MC乙基纖維素 EC羧甲基纖維素鈉CMC-Na羥乙基纖維素 HEC醋酸纖維素 CA352. 把小分子引入大分子鏈上青霉素長(zhǎng)效青霉素36四、聚合度變化的反應(yīng) 包括：交聯(lián)、接枝、嵌段、擴(kuò)鏈 線型高分子鏈之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，成為網(wǎng)狀高分子，這就是交聯(lián)反應(yīng)1.交聯(lián)反應(yīng)聚烯烴（聚乙烯、乙丙橡膠）在過氧化物、高能幅射作用下可發(fā)生交聯(lián)。過氧化物交聯(lián)如下：372.接枝反應(yīng) 通過化學(xué)反應(yīng)，在某一聚合物主鏈接上結(jié)構(gòu)、組成不同的支鏈，這一過程稱為接枝3.嵌段共聚依次進(jìn)入不同單體的活性聚合例如，烷

15、基鋰為引發(fā)劑384.擴(kuò)鏈反應(yīng) 擴(kuò)鏈反應(yīng)是指以適當(dāng)?shù)姆椒?，將分子量為幾千的低聚物連接起來，使分子量成倍或幾十倍提高 對(duì)于不同的活性端基，相應(yīng)的擴(kuò)鏈劑也不相同交聯(lián)反應(yīng)被廣泛用于聚合物的改性中，在藥物制劑中以明膠為囊材用凝聚法制備微囊的固化過程，即是明膠分子在交聯(lián)劑甲醛的作用下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而得到了固化微囊。39五、聚合物的降解反應(yīng) 聚合物的降解反應(yīng)是指聚合物分子鏈在機(jī)械力、熱、高能輻射、超聲波、化學(xué)試劑或微生物等的作用下，分裂成較小聚合度產(chǎn)物的反應(yīng)過程。應(yīng)用：控制藥物的釋放速度；環(huán)保；防老化。40（一）熱降解 指聚合物在單純熱的作用下發(fā)生的降解反應(yīng)，可有三種類型：a. 無規(guī)斷鏈反應(yīng)：在這類降解反

16、應(yīng)中，高分子鏈從其分子組成的弱鍵發(fā)生斷裂，分子鏈斷裂成數(shù)條聚合度減小的分子鏈。分子量下降迅速，但產(chǎn)物是仍具有一定分子量的低聚物，難以揮發(fā)，因此重量損失較慢。如聚乙烯的熱降解：41 典型的例子如聚甲基丙烯酸甲酯的熱降解：解聚反應(yīng)主要發(fā)生于1,1-二取代單體所得的聚合物。b. 解聚反應(yīng)：在這類降解反應(yīng)中，高分子鏈的斷裂總是發(fā)生在末端單體單元，導(dǎo)致單體單元逐個(gè)脫落生成單體，是聚合反應(yīng)的逆反應(yīng)。解聚反應(yīng)是自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。 42c. 側(cè)基脫除熱降解：聚合物熱降解時(shí)主要以側(cè)基脫除為主，并不發(fā)生主鏈斷裂。典型的如聚氯乙烯的脫HCl、聚醋酸乙烯酯的脫酸反應(yīng)：43（二）其他降解反應(yīng)1、光降解：聚合物受光照，當(dāng)吸

17、收的光能大于鍵能時(shí)，便會(huì)發(fā)生斷鍵反應(yīng)使聚合物降解。3、化學(xué)降解：聚合物曝露在空氣中易發(fā)生氧化作用在分子鏈上形成過氧基團(tuán)或含氧基團(tuán)，從而引起分子鏈的斷裂及交聯(lián)，使聚合物變硬、變色、變脆等?？稍谳^低溫條件下發(fā)生。2、機(jī)械降解：通過機(jī)械力使聚合物主鏈斷裂、分子量降低。機(jī)械降解通常發(fā)生在橡膠塑料和某些聚合物的加工成型中。44（三）生物降解反應(yīng)聚合物在生物環(huán)境中（水、酶、微生物等作用下）大分子的完整性受到破壞，產(chǎn)生碎片或其他降解產(chǎn)物的現(xiàn)象。1、降解形式：水解和酶解 2、應(yīng)用：醫(yī)藥（醫(yī)用外科縫線、藥物緩釋體系）和農(nóng)業(yè)（地膜、包裝）。3、種類：天然（蛋白質(zhì)、殼多糖、纖維素等）和合成（聚酯、聚酰胺、聚原酸酯、

18、聚酸酐等）。 45（四）、降解機(jī)理 化學(xué)降解：主鏈上不穩(wěn)定鍵斷裂；側(cè)基水解；交聯(lián)鏈斷裂 物理降解：表面降解；本體降解以何種形式降解，取決于這種聚合物的水解速度和水在這種聚合物內(nèi)部的滲透速度。46（五）、影響聚合物降解速率的因素 化學(xué)鍵的類型結(jié)晶度和分子量 結(jié)晶度高，降解速率慢。分子量大時(shí)，價(jià)鍵數(shù)多，要全部水需要較長(zhǎng)時(shí)間。 親水性和疏水性 親脂性聚合物，水解速度低；增加聚合物的親水性組分含量，降解速度增加。 pH值 不同聚合物，水解所需的pH值不同。聚合物降解后生成的物質(zhì)酸堿性如何，對(duì)聚合物以后的降解會(huì)產(chǎn)生影響。 47酶降解 催化活性高，選擇性好（專一性） 共聚物組成 共聚物具有不同于均聚物的性質(zhì)，共聚物的組成會(huì)影響結(jié)晶度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、親水親油值及空間效應(yīng)的改變，從而影響共聚物的降解速度。殘留單體和其他小分子物質(zhì)的存在小分子，特別是一些酸、堿、增塑劑等添加劑的存在，不但會(huì)增加鏈的柔性，而且會(huì)改變環(huán)境的pH值，對(duì)降解速度影響很大。其他因素制品尺寸的大小、加工和消毒方法等因素也會(huì)影響降解速度。48（六）研