JP6548005B2 - Stereocomplex multiblock copolymer and molded article - Google Patents
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Description
本発明は、耐熱性、弾性率及び破断伸びを両立したステレオコンプレックスマルチブロック共重合体に関する。 The present invention relates to a stereocomplex multiblock copolymer having both heat resistance, elastic modulus and elongation at break.
ポリ乳酸等に代表される生分解性高分子は、止血用材料、接着・癒着防止用材料、再生工学用材料等の医療分野への応用が期待されている。しかしながら、ポリ乳酸自体は硬い材料であり、そのままでは医療分野への応用が制限される。医療分野に広く応用可能な材料とするためには、例えば、ポリ乳酸をその他の高分子との共重合体とするとよい。具体的には、ポリ乳酸とポリグリコール酸との共重合体が、抜糸不要な手術用の糸として実用化されている。或いは、特許文献1、2に開示されているように、ポリ乳酸とポリカプロラクトンとのマルチブロック共重合体は、優れた機械的性質を有し、医療用マトリックス及び傷被覆材等の医療用素材として好適な素材である。一方で、特許文献3、4に開示されているように、各種共重合体をステレオコンプレックス化する技術も知られている。 Biodegradable polymers represented by polylactic acid and the like are expected to be applied to medical fields such as hemostatic materials, adhesion / adhesion preventing materials, materials for regenerative engineering and the like. However, polylactic acid itself is a hard material, which limits its application to the medical field. In order to make the material widely applicable to the medical field, for example, polylactic acid may be a copolymer with other polymers. Specifically, a copolymer of polylactic acid and polyglycolic acid has been put to practical use as a thread for surgical removal which does not require removal. Alternatively, as disclosed in Patent Documents 1 and 2, the multiblock copolymer of polylactic acid and polycaprolactone has excellent mechanical properties, and medical materials such as a medical matrix and a wound covering material. It is a suitable material as On the other hand, as disclosed in Patent Documents 3 and 4, there is also known a technique for stereocomplexing various copolymers.
ポリ乳酸系共重合体において、ポリ乳酸ブロックをステレオコンプレックス化した場合、高い耐熱性及び弾性率の向上が期待できる。しかしながら、ポリ乳酸以外のブロックに由来する性能が低下する虞があった。例えば、優れた柔軟性(破断伸び)を達成するため、ポリ乳酸ブロックと柔軟性の高いポリマーからなるブロックとを備えた共重合体とした場合において、ポリ乳酸ブロックをステレオコンプレックス化させると、柔軟性が失われてしまう虞があった。このように、高い耐熱性及び弾性率と高い破断伸びとを両立することは困難と考えられていた。 In the polylactic acid-based copolymer, when the polylactic acid block is stereocomplexed, high heat resistance and an improvement in elastic modulus can be expected. However, there is a possibility that the performance derived from blocks other than polylactic acid may be reduced. For example, in the case of a copolymer comprising a polylactic acid block and a block made of a highly flexible polymer in order to achieve excellent flexibility (elongation at break), stereocomplexing the polylactic acid block provides flexibility. There was a risk that the sex would be lost. Thus, it has been considered difficult to simultaneously achieve high heat resistance and elastic modulus and high breaking elongation.
そこで、本発明は、高い耐熱性及び弾性率と高い破断伸びとを両立可能なマルチブロック共重合体を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the multi-block copolymer which can make compatible high heat resistance, an elasticity modulus, and high breaking elongation.
本発明者らは、ポリ乳酸系共重合体について鋭意研究を進めた結果、以下の知見を得た。
(1)ポリ乳酸とポリカプロラクトンとのマルチブロック共重合体において、ポリ乳酸ブロックをステレオコンプレックス化した場合、ステレオコンプレックス化前と比較して、高い耐熱性及び弾性率を確保できるだけでなく、意外にも破断伸びが同等以上となる。
(2)特に、マルチブロック共重合体において、各ブロックの重合度を所定の範囲としたうえで、ポリ乳酸ブロックをステレオコンプレックス化させると良い。
(3)ポリ乳酸とポリカプロラクトンとのマルチブロック共重合体において、各ブロックの重合度を所定の範囲とし、且つ、当該ポリ乳酸と鏡像異性の関係にあるキラルポリマーを所定量添加した場合に、ステレオコンプレックスに係る結晶化度が一層高まり、好ましい。
The present inventors earnestly studied the polylactic acid-based copolymer, and obtained the following findings.
(1) In the multiblock copolymer of polylactic acid and polycaprolactone, when the polylactic acid block is stereocomplexed, it can not only ensure high heat resistance and elastic modulus as compared with before stereocomplexing, but also unexpectedly Also the elongation at break is equal to or higher.
(2) In particular, in the multi-block copolymer, it is preferable that the polylactic acid block be stereocomplexed with the degree of polymerization of each block in a predetermined range.
(3) In a multiblock copolymer of polylactic acid and polycaprolactone, when the degree of polymerization of each block is within a predetermined range, and a predetermined amount of chiral polymer having an enantiomeric relationship with the polylactic acid is added, The degree of crystallinity of the stereocomplex is further enhanced, which is preferable.
本発明は上記知見に基づいて完成されたものである。すなわち、
第1の本発明は、ポリ乳酸からなるブロックとポリカプロラクトンからなるブロックとを備え、ポリ乳酸からなるブロックが、ポリ乳酸を構成する乳酸と鏡像異性の関係にあるキラルモノマーから構成されたキラルポリマーによって、ステレオコンプレックス化されている、ステレオコンプレックスマルチブロック共重合体である。
The present invention has been completed based on the above findings. That is,
A first invention of the present invention is a chiral polymer comprising a block consisting of polylactic acid and a block consisting of polycaprolactone, wherein the block consisting of polylactic acid comprises a chiral monomer having an enantiomeric relationship with lactic acid constituting the polylactic acid. Are stereocomplexed stereocomplex multiblock copolymers.
本発明において、「ポリ乳酸からなるブロック」とは、ポリL−乳酸からなるブロック、ポリD−乳酸からなるブロックのいずれであってもよい。「当該ポリ乳酸を構成する乳酸と鏡像異性の関係にあるキラルモノマー」とは、ポリ乳酸からなるブロックがL−乳酸からなる場合、キラルモノマーはD−乳酸であり、ポリ乳酸からなるブロックがD−乳酸からなる場合、キラルモノマーはL−乳酸である。 In the present invention, "a block consisting of polylactic acid" may be either a block consisting of poly L-lactic acid or a block consisting of poly D-lactic acid. The “chiral monomer in an enantiomeric relationship with lactic acid that constitutes the polylactic acid” refers to the case where the block consisting of polylactic acid consists of L-lactic acid, the chiral monomer is D-lactic acid, and the block consisting of polylactic acid is D When consisting of lactic acid, the chiral monomer is L-lactic acid.
第1の本発明において、ポリ乳酸の重合度(P1)が4以上300以下であり、ポリカプロラクトンの重合度(P2)が4以上300以下であることが好ましい。 In the first invention, it is preferable that the polymerization degree (P 1 ) of polylactic acid be 4 or more and 300 or less, and the polymerization degree (P 2 ) of polycaprolactone be 4 or more and 300 or less.
第1の本発明において、ポリ乳酸100質量部に対して、キラルポリマーを25質量部以上175質量部以下備えることが好ましい。ここで、「ポリ乳酸100質量部に対して、キラルポリマーを25質量部以上175質量部以下備える」とは、共重合体におけるポリ乳酸からなるブロックの合計を100質量部とした場合に、当該共重合体が25質量部以上175質量部以下のキラルポリマーによってステレオコンプレックス化されていることを意味する。 In the first invention, the chiral polymer is preferably provided in an amount of 25 parts by mass or more and 175 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the polylactic acid. Here, “with 25 parts by mass or more and 175 parts by mass or less of chiral polymer with respect to 100 parts by mass of polylactic acid” means that the total of blocks made of polylactic acid in the copolymer is 100 parts by mass. It means that the copolymer is stereocomplexed with a chiral polymer of 25 parts by mass or more and 175 parts by mass or less.
第1の本発明において、ポリ乳酸の重合度(P1)に対するポリカプロラクトンの重合度(P2)の比(P2/P1)が0.7以上2.5以下であることが好ましい。より好ましくは1.0以上2.5以下である。 In the first invention, the ratio (P 2 / P 1 ) of the polymerization degree (P 2 ) of polycaprolactone to the polymerization degree (P 1 ) of polylactic acid is preferably 0.7 or more and 2.5 or less. More preferably, it is 1.0 or more and 2.5 or less.
第1の本発明において、共重合体に備えられたポリ乳酸からなるブロックとポリカプロラクトンからなるブロックとの合計の分子量が25000以上であることが好ましい。当該分子量が小さ過ぎると、再沈殿による回収が困難となる場合があり、また、力学特性評価試料の作製が困難となる場合がある。 In the first invention, the total molecular weight of the block of polylactic acid and the block of polycaprolactone prepared in the copolymer is preferably 25,000 or more. When the said molecular weight is too small, the recovery by reprecipitation may become difficult, and preparation of a mechanical property evaluation sample may become difficult.
第2の本発明は、第1の本発明に係るステレオコンプレックスマルチブロック共重合体を含む熱可塑性エラストマーを成形してなる成形体である。 A second invention is a molded article obtained by molding a thermoplastic elastomer containing the stereocomplex multiblock copolymer according to the first invention.
本発明によれば、高い耐熱性及び弾性率と高い破断伸びとを両立可能なマルチブロック共重合体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a multi-block copolymer capable of achieving both high heat resistance and elastic modulus and high breaking elongation.
1.ステレオコンプレックスマルチブロック共重合体
本発明に係るステレオコンプレックスマルチブロック共重合体(以下、単に「本発明に係る共重合体」という場合がある。)は、ポリ乳酸からなるブロックとポリカプロラクトンからなるブロックとを備え、ポリ乳酸からなるブロックが、当該ポリ乳酸を構成する乳酸と鏡像異性の関係にあるキラルモノマーから構成されたキラルポリマーによって、ステレオコンプレックス化されていることを特徴とする。
1. Stereocomplex multiblock copolymer The stereocomplex multiblock copolymer according to the present invention (hereinafter sometimes referred to simply as "the copolymer according to the present invention") is a block comprising polylactic acid and a polycaprolactone And a block consisting of polylactic acid is stereocomplexed by a chiral polymer composed of a chiral monomer having an enantiomeric relationship with lactic acid constituting the polylactic acid.
1.1.ポリ乳酸からなるブロック
本発明に係る共重合体は、ポリ乳酸からなるブロックを備えている。ポリ乳酸は、ポリL−乳酸、ポリD−乳酸のいずれであってもよい。
1.1. Block of Polylactic Acid The copolymer according to the present invention comprises a block of polylactic acid. The polylactic acid may be either poly L-lactic acid or poly D-lactic acid.
ポリ乳酸からなるブロックにおいて、当該ポリ乳酸の重合度(P1)は4以上300以下であることが好ましい。下限はより好ましくは10以上、さらに好ましくは25以上であり、上限はより好ましくは100以下、さらに好ましくは75以下、特に好ましくは50以下である。ポリ乳酸の重合度が小さ過ぎると結晶化が困難となる場合がある他、べたつきにより取り扱いが難しくなる虞がある。一方、ポリ乳酸の重合度が大き過ぎるとマルチブロック共重合体の合成が難しくなる虞がある。尚、本発明者らの知見によれば、ポリ乳酸の重合度が50程度の場合と、ポリ乳酸の重合度が300程度の場合とで、ステレオコンプレックスの秩序性自体は同等であり、重合度をさらに大きくすることも可能と考えられる。この意味で、ポリ乳酸の重合度の上限は特に限定されないとも言えるが、上述の通り、マルチブロック共重合体の合成を想定した場合は、ポリ乳酸の重合度の上限を300程度とすることが好ましい。 In the block consisting of polylactic acid, the polymerization degree (P 1 ) of the polylactic acid is preferably 4 or more and 300 or less. The lower limit is more preferably 10 or more, further preferably 25 or more, and the upper limit is more preferably 100 or less, still more preferably 75 or less, particularly preferably 50 or less. If the degree of polymerization of polylactic acid is too small, crystallization may be difficult, and handling may be difficult due to stickiness. On the other hand, when the degree of polymerization of polylactic acid is too large, there is a possibility that the synthesis of the multiblock copolymer becomes difficult. According to the findings of the present inventors, the order of the stereocomplex itself is equivalent between the case where the degree of polymerization of polylactic acid is about 50 and the case where the degree of polymerization of polylactic acid is about 300, and the degree of polymerization It is considered possible to make the In this sense, it can be said that the upper limit of the degree of polymerization of polylactic acid is not particularly limited, but as described above, when assuming the synthesis of a multiblock copolymer, the upper limit of the degree of polymerization of polylactic acid may be about 300 preferable.
1.2.ポリカプロラクトンからなるブロック
本発明に係る共重合体は、ポリカプロラクトンからなるブロックを備えている。
1.2. Block Composed of Polycaprolactone The copolymer according to the present invention comprises a block composed of polycaprolactone.
ポリカプロラクトンからなるブロックにおいて、当該ポリカプロラクトンの重合度(P2)は好ましくは4以上300以下である。下限はより好ましくは10以上、さらに好ましくは25以上であり、上限はより好ましくは100以下、さらに好ましくは75以下、特に好ましくは50以下である。ポリカプロラクトンの重合度が小さ過ぎると柔軟性が低下する場合があり、大き過ぎると弾性率が低下する場合がある。 In the block consisting of polycaprolactone, the polymerization degree (P 2 ) of the polycaprolactone is preferably 4 or more and 300 or less. The lower limit is more preferably 10 or more, further preferably 25 or more, and the upper limit is more preferably 100 or less, still more preferably 75 or less, particularly preferably 50 or less. When the degree of polymerization of polycaprolactone is too small, the flexibility may decrease, and when it is too large, the elastic modulus may decrease.
本発明に係る共重合体において、上記ポリ乳酸の重合度(P1)に対する上記ポリカプロラクトンの重合度(P2)の比(P2/P1)は0.7以上2.5以下であることが好ましい。P1に対してP2が小さ過ぎると柔軟性が低下する場合があり、大き過ぎると弾性率が低下する場合がある。 In the copolymer according to the present invention, the ratio (P 2 / P 1 ) of the polymerization degree (P 2 ) of the polycaprolactone to the polymerization degree (P 1 ) of the polylactic acid is 0.7 or more and 2.5 or less Is preferred. When P 2 is too small relative to P 1 , the flexibility may decrease, and when it is too large, the elastic modulus may decrease.
本発明に係る共重合体において、ポリ乳酸からなるブロックとポリカプロラクトンからなるブロックとの合計の分子量については、下限が25000以上であることが好ましい。当該ブロックの合計分子量を当該下限以上とすることで、容易に再沈殿させることができ、本発明に係る効果を一層好適に発揮させつつ、熱可塑性エラストマーとして各種用途に適用可能な好ましい共重合体とすることができる。さらには機械的特性に優れた薄膜等を得ることもできる。 In the copolymer according to the present invention, the lower limit of the total molecular weight of the polylactic acid block and the polycaprolactone block is preferably 25,000 or more. By making the total molecular weight of the said block more than the said lower limit, it can be made to reprecipitate easily, A preferable copolymer applicable to various uses as a thermoplastic elastomer, exhibiting the effect concerning this invention more suitably. It can be done. Furthermore, a thin film or the like excellent in mechanical properties can also be obtained.
1.3.その他のブロック
本発明に係る共重合体には、本発明の効果を損なわない範囲で、ポリ乳酸及びポリカプロラクトン以外のポリマーからなるブロックを備えていてもよい。例えば、ポリ乳酸やポリカプロラクトン以外の脂肪族ポリエステルからなるブロックを備えていてもよい。
1.3. Other Blocks The copolymer according to the present invention may be provided with a block made of a polymer other than polylactic acid and polycaprolactone as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, it may have a block made of aliphatic polyester other than polylactic acid and polycaprolactone.
本発明に係る共重合体において、ポリ乳酸からなるブロックとポリカプロラクトンからなるブロックとは、交互に結合されていてもよいし、ランダムに結合されていてもよい。ただし、ポリ乳酸からなるブロックとポリカプロラクトンからなるブロックとがランダムに結合されている場合、例えば、ポリ乳酸からなるブロック同士が結合し、大きな一つのポリ乳酸ブロックを構成することとなる。この場合、当該大きな一つのポリ乳酸ブロックにおけるポリ乳酸の重合度全体が、4以上300以下であることが好ましい。ポリカプロラクトンからなるブロックについても同様である。 In the copolymer according to the present invention, the block consisting of polylactic acid and the block consisting of polycaprolactone may be bonded alternately or may be bonded randomly. However, when the block made of polylactic acid and the block made of polycaprolactone are randomly bonded, for example, the blocks made of polylactic acid are bonded to each other to constitute one large polylactic acid block. In this case, the entire polymerization degree of polylactic acid in the one large polylactic acid block is preferably 4 or more and 300 or less. The same applies to a block made of polycaprolactone.
1.4.キラルポリマー
本発明に係る共重合体は、上述のポリ乳酸からなるブロックが、当該ポリ乳酸を構成する乳酸と鏡像異性の関係にあるキラルモノマーから構成されたキラルポリマーによってステレオコンプレックス化されている。
1.4. Chiral Polymer In the copolymer according to the present invention, the block consisting of the above-mentioned polylactic acid is stereocomplexed by a chiral polymer composed of a chiral monomer having an enantiomeric relationship with lactic acid constituting the polylactic acid.
キラルポリマーの重合度(P3)は好ましくは4以上300以下である。下限はより好ましくは10以上、さらに好ましくは25以上であり、上限はより好ましくは100以下、さらに好ましくは75以下である。キラルポリマーの重合度が小さ過ぎても大き過ぎてもステレオコンプレックスを形成できない虞がある。 The polymerization degree (P 3 ) of the chiral polymer is preferably 4 or more and 300 or less. The lower limit is more preferably 10 or more, further preferably 25 or more, and the upper limit is more preferably 100 or less, still more preferably 75 or less. If the degree of polymerization of the chiral polymer is too small or too large, it may not be possible to form a stereocomplex.
本発明に係る共重合体において、上述のポリ乳酸の重合度(P1)に対する上記キラルポリマーの重合度(P3)の比(P3/P1)は特に限定されるものではない。キラルポリマーの重合度が小さくとも大きくとも、ステレオコンプレックス化が可能である。 In the copolymer according to the present invention, the ratio (P 3 / P 1 ) of the degree of polymerization (P 3 ) of the chiral polymer to the degree of polymerization (P 1 ) of the polylactic acid described above is not particularly limited. Stereocomplexation is possible with small or large degree of polymerization of the chiral polymer.
本発明に係る共重合体において、上述のポリ乳酸100質量部に対して、キラルポリマーを25質量部以上175質量部以下備えることが好ましい。下限はより好ましくは50質量部以上であり、上限はより好ましくは150質量部以下である。特に、100質量部前後(例えば90質量部以上110質量部以下)とすることが好ましい。キラルポリマーの量をこの範囲内とすることで、より結晶性の高いステレオコンプレックスマルチブロック共重合体を得ることができる。 In the copolymer according to the present invention, the chiral polymer is preferably provided in an amount of 25 parts by mass or more and 175 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the polylactic acid described above. The lower limit is more preferably 50 parts by mass or more, and the upper limit is more preferably 150 parts by mass or less. In particular, about 100 parts by mass (eg, 90 parts by mass or more and 110 parts by mass or less) is preferable. By setting the amount of chiral polymer in this range, a stereocomplex multiblock copolymer having higher crystallinity can be obtained.
1.5.ステレオコンプレックスマルチブロック共重合体の製造方法
本発明に係る共重合体は、溶媒中で、ポリ乳酸とポリカプロラクトンとのマルチブロック共重合体、及び、キラルポリマーを混合することによって、容易に製造可能である。尚、ポリ乳酸とポリカプロラクトンとのマルチブロック共重合体については、例えば、一端を保護基で保護したポリ(ε−カプロラクトン)を合成後(下記式(1))、ここにポリ乳酸を重合させてジブロック共重合体を合成し(下記式(2))、脱保護(下記式(3))の後、ジブロック共重合体同士を重合させる(下記式(4))ことにより、容易に製造可能である。この方法によれば、マルチブロック共重合体の各ブロックの長さ等を容易に変更することができる。尚、溶媒や触媒については適宜選択して用いれば良い。溶媒や触媒の一例については、実施例において詳述する。
1.5. Method for Producing Stereocomplex Multi-block Copolymer The copolymer according to the present invention can be easily produced by mixing a multi-block copolymer of polylactic acid and polycaprolactone and a chiral polymer in a solvent. It is. As for the multiblock copolymer of polylactic acid and polycaprolactone, for example, after synthesis of poly (ε-caprolactone) protected at one end with a protecting group (the following formula (1)), polylactic acid is polymerized there The diblock copolymer is easily synthesized (following formula (2)), and after deprotection (following formula (3)), the diblock copolymers are polymerized with each other (following formula (4)). It can be manufactured. According to this method, the length of each block of the multiblock copolymer can be easily changed. The solvent and the catalyst may be appropriately selected and used. Examples of solvents and catalysts are described in detail in the examples.
以上のように、本発明に係るステレオコンプレックスマルチブロック共重合体は、ポリ乳酸ブロックがステレオコンプレックス化されていることで、高い耐熱性と弾性率とを備えている。また、硬いポリ乳酸及びキラルポリマーによってステレオコンプレックス化されているにもかかわらず、ポリカプロラクトンブロック由来の高い柔軟性(破断伸び)を維持、若しくは、それ以上の高い柔軟性を備えている。すなわち、本発明に係る共重合体は、高い耐熱性及び弾性率と高い破断伸びとを両立可能である。また、主鎖が脂肪族エステルで構成されているため、生分解性材料としても期待できる。 As described above, the stereocomplex multi-block copolymer according to the present invention has high heat resistance and elastic modulus because the polylactic acid block is stereocomplexed. Also, despite being stereocomplexed by hard polylactic acid and chiral polymer, it maintains high flexibility (elongation at break) derived from polycaprolactone block or has higher flexibility. That is, the copolymer according to the present invention is compatible with high heat resistance and elastic modulus and high breaking elongation. In addition, since the main chain is composed of an aliphatic ester, it can also be expected as a biodegradable material.
2.熱可塑性エラストマーを成形してなる成形体
本発明に係る共重合体は、従来公知の方法で種々の形状に成形し、成形体とすることができる。例えば、本発明に係る共重合体を含む熱可塑性エラストマーを成形することによって人工血管等の高い弾性率と破断伸びとが要求される医療材料や、柔軟性と強度の両立が要求される環境材料等として、広く応用することができる。成形方法については特に限定されるものではなく、溶融成形等、種々の成形法を適宜選択すればよい。
2. Molded Article Formed by Forming Thermoplastic Elastomer The copolymer according to the present invention can be formed into various articles by various methods known in the art. For example, by molding a thermoplastic elastomer containing the copolymer according to the present invention, a medical material such as an artificial blood vessel which is required to have high elastic modulus and elongation at break, and an environmental material which is required to have both flexibility and strength Etc., can be widely applied. The molding method is not particularly limited, and various molding methods such as melt molding may be appropriately selected.
以下、実施例により、本発明に係るステレオコンプレックスマルチブロック共重合体について、その製造方法の具体例やその効果をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の具体的形態に限定されるものではない。尚、実施例において、PLLA、PCL、PDLAに付された数字(25、33、50)は、重合度の理論値を意味する。 Hereinafter, specific examples of the production method of the stereocomplex multi-block copolymer according to the present invention and the effects thereof will be described in more detail by examples, but the present invention is not limited to the following specific embodiments. Absent. In the examples, the numbers (25, 33, 50) attached to PLLA, PCL and PDLA mean theoretical values of the degree of polymerization.
1.ポリ(ε‐カプロラクトン)(PCL)の合成 1. Synthesis of poly (.EPSILON.-caprolactone) (PCL)
50mLシュレンク管の中にε‐カプロラクトン5mL、ベンジルアルコール190μL、ベンゼン20mL、チオウレア(N’-(3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl)-N-cyclohexyl-thiourea、以下「TU」)0.89g(モノマーに対して5mol%)、モレキュラーシーブを適量入れて一晩振とうさせた。 In a 50 mL Schlenk tube, 5 mL of ε-caprolactone, 190 μL of benzyl alcohol, 20 mL of benzene, 0.89 g of thiourea (N ′-(3,5-bis (trifluoromethyl) phenyl) -N-cyclohexyl-thiourea, hereinafter “TU”) An appropriate amount of molecular sieves (5 mol% with respect to the monomers) was added and shaken overnight.
30mLシュレンク管にジアザビシクロウンデセン(1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene、以下「DBU」)360μL(モノマーに対して5mol%)、ベンゼン5mLを入れて一晩振とうさせた。 In a 30 mL Schlenk tube, 360 μL (5 mol% relative to the monomer) of diazabicycloundecene (1,8-Diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene, hereinafter “DBU”) and 5 mL of benzene, and shaking overnight I did.
DBUを含有するベンゼン溶液を50mLシュレンク管にシリンジを使って移し入れ、反応を開始した。反応時間を下記表1の通り変化させて重合度を調整した。反応終了後、安息香酸を0.25mg入れ、1時間振とうし、触媒を失活させた。ヘキサンに再沈殿、真空乾燥後、アセトン約15mLに溶解し、0.1M塩化ナトリウム水溶液に再沈殿、ろ過後、40℃にて加熱真空乾燥した。得られたポリ(ε‐カプロラクトン)の重合度や収率、Mw/Mnを下記表1に示す。 The benzene solution containing DBU was transferred to a 50 mL Schlenk tube using a syringe to initiate the reaction. The reaction time was varied as shown in Table 1 below to adjust the degree of polymerization. After completion of the reaction, 0.25 mg of benzoic acid was added and shaken for 1 hour to deactivate the catalyst. After reprecipitation in hexane and vacuum drying, it was dissolved in about 15 mL of acetone, reprecipitated in 0.1 M aqueous sodium chloride solution, filtered, and heated and vacuum dried at 40 ° C. The degree of polymerization, the yield, and the Mw / Mn of the obtained poly (ε-caprolactone) are shown in Table 1 below.
2.ポリ(L‐乳酸)‐ポリ(ε‐カプロラクトン)ジブロック共重合体(PLLA−PCL DBC)の合成 2. Synthesis of poly (L-lactic acid) -poly (.EPSILON.-caprolactone) diblock copolymer (PLLA-PCL DBC)
50mLシュレンク管をヒートガンで3回加熱乾燥させた。ダイヤフラムポンプでシュレンク管内を窒素置換した。合成したPCL2.5g(0.8mmol)、L‐ラクチド3.0g(20mmol)、TU0.4g(モノマーの5mol%)、ジクロロメタン15mL、モレキュラーシーブを適量入れ、一晩振とうした。その後、トリス[2−(ジメチルアミノ)エチル]アミン280μLを入れて反応開始し、3時間振とうした。反応終了後、メタノールに再沈殿、ろ過後、真空乾燥した。得られたジブロック共重合体(PLLA25−PCL25)の重合度や収率、Mw/Mnを下記表2に示す。 The 50 mL Schlenk tube was heated and dried three times with a heat gun. The Schlenk tube was purged with nitrogen using a diaphragm pump. 2.5 g (0.8 mmol) of synthesized PCL, 3.0 g (20 mmol) of L-lactide, 0.4 g of TU (5 mol% of monomer), 15 mL of dichloromethane and an appropriate amount of molecular sieve were added and shaken overnight. Thereafter, 280 μL of tris [2- (dimethylamino) ethyl] amine was added to start the reaction, and shaken for 3 hours. After completion of the reaction, it was reprecipitated in methanol, filtered and then vacuum dried. The degree of polymerization, the yield, and the Mw / Mn of the obtained diblock copolymer (PLLA25-PCL25) are shown in Table 2 below.
開始剤のポリカプロラクトンの種類や、モノマーのL−ラクチドの比率を変えて重合度の異なるジブロック共重合体を合成した。合成方法については、ポリカプロラクトンの重合度やL−ラクチドの比率を変えたこと以外は、上述と同様とした。得られたジブロック共重合体の重合度、収率、Mw/Mnを下記表2に示す Diblock copolymers having different degrees of polymerization were synthesized by changing the type of polycaprolactone initiator and the ratio of L-lactide monomer. The synthesis method was the same as described above except that the degree of polymerization of polycaprolactone and the ratio of L-lactide were changed. The degree of polymerization, yield and Mw / Mn of the obtained diblock copolymer are shown in Table 2 below.
3.ポリ(L‐乳酸)‐ポリ(ε‐カプロラクトン)ジブロック共重合体の脱保護 3. Deprotection of poly (L-lactic acid) -poly (.EPSILON.-caprolactone) diblock copolymer
300mLナス型フラスコに得られたジブロック共重合体3.0g、Pd/C0.30g、THF120mlを加えた。窒素ガスを充填した管付き風船を三方コックに取り付け、ダイヤフラムポンプで反応容器内を窒素置換した後、同様に水素置換し、室温で24時間程度攪拌した。反応終了後、セライトろ過によりPd/Cを除去した。ろ液をエバポレーターで濃縮し、メタノールに再沈殿、ろ過後、常温真空乾燥を行った。収率はいずれも90%以上であった。 3.0 g of the obtained diblock copolymer, 0.30 g of Pd / C, and 120 ml of THF were added to a 300 mL eggplant type flask. A balloon with a tube filled with nitrogen gas was attached to a three-way cock, and the inside of the reaction vessel was purged with nitrogen by a diaphragm pump, and then similarly replaced by hydrogen, and stirred at room temperature for about 24 hours. After completion of the reaction, Pd / C was removed by celite filtration. The filtrate was concentrated by an evaporator, reprecipitated in methanol, filtered, and dried at room temperature under vacuum. The yields were all 90% or more.
4.ポリ乳酸‐ポリ(ε‐カプロラクトン)マルチブロック共重合体(PLLA−PCL MBC)の合成 4. Synthesis of polylactic acid-poly (.EPSILON.-caprolactone) multiblock copolymer (PLLA-PCL MBC)
30mLシュレンク管を3回ヒートガンで加熱乾燥させた。ダイヤフラムポンプでシュレンク管内を窒素置換した。脱保護したジブロック共重合体1.0g、ジクロロメタン3mL、ジメチルアミノピリジンパラトルエンスルホン酸塩(DPTS)0.01g(ジブロック共重合体の20mol%)、ジメチルアミノピリジン(DMAP)0.0025g(DPTSの25wt%)を入れ完全に溶解させた。ジイソプロピルカルボジイミド(DIPCI)46μL(ジブロック共重合体の200mol%)を入れ反応を開始させた。反応溶液の粘度が上昇し、撹拌子が動かなくなったら、ジクロロメタンで適宜希釈した。24時間後反応を終了し、メタノールに再沈殿、ろ過後、真空乾燥した。得られたマルチブロック共重合体の収率、Mw/Mn、Mw、粘度ηを下記表3に示す。 The 30 mL Schlenk tube was heat dried with a heat gun three times. The Schlenk tube was purged with nitrogen using a diaphragm pump. 1.0 g of the deblocked diblock copolymer, 3 mL of dichloromethane, 0.01 g of dimethylaminopyridine paratoluene sulfonate (DPTS) (20 mol% of the diblock copolymer), 0.0025 g of dimethylaminopyridine (DMAP) 25 wt% of DPTS was added to completely dissolve. 46 μL of diisopropyl carbodiimide (DIPCI) (200 mol% of the diblock copolymer) was added to start the reaction. When the viscosity of the reaction solution increased and the stirrer stopped moving, it was appropriately diluted with dichloromethane. The reaction was terminated after 24 hours, reprecipitated in methanol, filtered and dried in vacuo. The yield, Mw / Mn, Mw, and viscosity η of the resulting multiblock copolymer are shown in Table 3 below.
5.ポリ(D‐乳酸)(PDLA)の合成 5. Synthesis of poly (D-lactic acid) (PDLA)
50mLシュレンク管をヒートガンで3回加熱乾燥させた。ダイヤフラムポンプでシュレンク管内を窒素置換した。D‐ラクチド3.0g(28mmol)、ベンジルアルコール87μL、チオウレア0.4g(モノマーの5mol%)、ジクロロメタン20mL、モレキュラーシーブを適量入れ、一晩振とうさせた。トリス[2−(ジメチルアミノ)エチル]アミン270μLを入れて反応開始した。3時間振とうし、反応終了後、2−プロパノールに再沈殿、ろ過後、真空乾燥した。得られたポリ(D‐乳酸)の重合度、収率、Mw/Mnを下記表4に示す。 The 50 mL Schlenk tube was heated and dried three times with a heat gun. The Schlenk tube was purged with nitrogen using a diaphragm pump. An appropriate amount of 3.0 g (28 mmol) of D-lactide, 87 μL of benzyl alcohol, 0.4 g of thiourea (5 mol% of monomers), 20 mL of dichloromethane and a molecular sieve were added and shaken overnight. The reaction was initiated by adding 270 μL of tris [2- (dimethylamino) ethyl] amine. The mixture was shaken for 3 hours, and after completion of the reaction, it was reprecipitated in 2-propanol, filtered, and vacuum dried. The degree of polymerization, the yield, and the Mw / Mn of the obtained poly (D-lactic acid) are shown in Table 4 below.
6.ポリ(D‐乳酸)の脱保護 6. Deprotection of poly (D-lactic acid)
200mLナス型フラスコにポリ(D‐乳酸)2.0g、Pd/C0.20g、THF80mlを加えた。窒素ガスを充填した管付き風船を三方コックに取り付け、ダイヤフラムポンプで反応容器内を窒素置換した後、同様に水素置換し、室温で24時間程度攪拌した。反応終了後、セライトろ過によりPd/Cを除去した。ろ液をエバポレーターで濃縮し、メタノールに再沈殿、ろ過後、常温真空乾燥を行った。収率はいずれも90%以上であった。 In a 200-mL eggplant type flask, 2.0 g of poly (D-lactic acid), 0.20 g of Pd / C, and 80 ml of THF were added. A balloon with a tube filled with nitrogen gas was attached to a three-way cock, and the inside of the reaction vessel was purged with nitrogen by a diaphragm pump, and then similarly replaced by hydrogen, and stirred at room temperature for about 24 hours. After completion of the reaction, Pd / C was removed by celite filtration. The filtrate was concentrated by an evaporator, reprecipitated in methanol, filtered, and dried at room temperature under vacuum. The yields were all 90% or more.
7.ステレオコンプレックスマルチブロック共重合体(PLLA−PCL+PDLA)の作製
得られたマルチブロック共重合体0.2gと脱保護したポリ(D‐乳酸)0.12gとを、PLLA:PDLA=1:1(wt:wt)になるように量り取り、クロロホルム4mLに溶解させ3時間以上撹拌し均一溶液を調製した。ポリマー溶液を親水化処理したガラス基板上にキャストした。2時間以上カバーをして放置し、その後一晩常温真空乾燥した。水浴中で膜をはがし、40℃にて、12時間加熱真空乾燥を行った。得られた膜に対して、DSC、XRD、引張試験により、熱特性、結晶特性、力学特性の特性解析を行った。
7. Preparation of stereocomplex multiblock copolymer (PLLA-PCL + PDLA) 0.2 g of the obtained multiblock copolymer and 0.12 g of deprotected poly (D-lactic acid), PLLA: PDLA = 1: 1 (wt. It measured so that it might become: wt), it melt | dissolved in chloroform 4mL, and stirred for 3 hours or more, and prepared the uniform solution. The polymer solution was cast on a hydrophilized glass substrate. Covered for 2 hours or more, allowed to stand, and then dried at room temperature overnight. The membrane was removed in a water bath, and heated and vacuum dried at 40 ° C. for 12 hours. The obtained film was subjected to characterization of thermal characteristics, crystal characteristics and mechanical characteristics by DSC, XRD and tensile test.
8.評価結果
下記表5に、各マルチブロック共重合体、及び、各ステレオコンプレックスマルチブロック共重合体からなる膜について、引張強度、破断伸び、引張弾性率及び結晶化度を示す。
8. Evaluation Results Table 5 below shows the tensile strength, the elongation at break, the tensile modulus of elasticity and the degree of crystallinity of the films comprising each multiblock copolymer and each stereocomplex multiblock copolymer.
表5に示すように、いずれのマルチブロック共重合体についても、ステレオコンプレックス化によって引張弾性率や引張強度が同等以上となっている。一方で、破断伸びについても高い値を維持している。中でもポリ乳酸の重合度(P1)に対するポリカプロラクトンの重合度(P2)の比(P2/P1)が0.7以上2.5以下(特に好ましくは1.0以上2.5以下)である場合に、ステレオコンプレックス化によって、引張強度、引張弾性率の維持・向上とともに、破断伸びも極めて良好な値となっている。また、ステレオコンプレックス化によって結晶化度が上昇していることから、耐熱性も向上しているといえる。 As shown in Table 5, for any multiblock copolymer, the tensile modulus and tensile strength are equal to or greater than that due to stereocomplexation. On the other hand, the breaking elongation also maintains a high value. Among them, the ratio (P 2 / P 1 ) of the polymerization degree (P 2 ) of polycaprolactone to the polymerization degree (P 1 ) of polylactic acid is 0.7 or more and 2.5 or less (particularly preferably 1.0 or more and 2.5 or less) In the case of (3), the elongation at break is also a very good value along with the maintenance and improvement of the tensile strength and the tensile elastic modulus by stereo complexation. In addition, since the degree of crystallinity is increased by stereo complexation, it can be said that the heat resistance is also improved.
9.ランダムマルチブロック共重合体とした場合について
以下に示す方法により、PLLAとPCLとのランダムマルチブロック共重合体を作製し、ここに上述のPDLA25をPLLA:PDLA=1:1(wt:wt)になるように添加して、ステレオコンプレックスマルチブロック共重合体を得た。
9. In the case of using a random multi-block copolymer, a random multi-block copolymer of PLLA and PCL is prepared by the following method, and the above-mentioned PDLA 25 is changed to PLLA: PDLA = 1: 1 (wt: wt) here. The mixture was added to give a stereocomplex multiblock copolymer.
30mLシュレンク管を3回ヒートガンで加熱乾燥させた。ダイヤフラムポンプでシュレンク管内を窒素置換した。脱保護PLLAと脱保護PCLを1H NMRにより算出した数平均重合度(Mn)を用いてPCL(重合度25.5)とPLLA(重合度29.8)のモル比が1:1になるように計算した。その結果、PCL0.95g、PLLA1.4g、ジクロロメタン3mL、DPTS0.01g、DMAP0.0025gを入れ完全に溶解させた。DIPCI46μLを入れ反応を開始させた。反応溶液の粘度が上昇し、撹拌子が動かなくなったら、ジクロロメタンで適宜希釈した。24時間後反応終了し、メタノールに再沈殿、ろ過、真空乾燥した。収率は97%であった。
得られたランダムマルチブロック共重合体とPDLAを上記と同様の方法によりステレオコンプレックスとし、力学特性を評価した。
The 30 mL Schlenk tube was heat dried with a heat gun three times. The Schlenk tube was purged with nitrogen using a diaphragm pump. The molar ratio of PCL (degree of polymerization 25.5) to PLLA (degree of polymerization 29.8) is 1: 1 using number average degree of polymerization (Mn) calculated by 1 H NMR of deprotected PLLA and deprotected PCL Calculated as follows. As a result, 0.95 g of PCL, 1.4 g of PLLA, 3 mL of dichloromethane, 0.01 g of DPTS, and 0.0025 g of DMAP were added and completely dissolved. The reaction was initiated by adding 46 μL of DIPCI. When the viscosity of the reaction solution increased and the stirrer stopped moving, it was appropriately diluted with dichloromethane. The reaction was completed after 24 hours, reprecipitated in methanol, filtered and dried under vacuum. The yield was 97%.
The obtained random multi-block copolymer and PDLA were made into stereo complexes by the same method as described above, and their mechanical properties were evaluated.
下記表6に、ステレオコンプレックス化前後における、引張強度、破断伸び、引張弾性率及び結晶化度を示す。 Table 6 below shows tensile strength, elongation at break, tensile modulus of elasticity and crystallinity before and after stereocomplexation.
表6に示す結果から明らかなように、ランダムマルチブロック共重合体を用いた場合も、ステレオコンプレックス化によって引張弾性率や引張強度が同等以上となっている。一方で、破断伸びについても極めて高い値となっている。また、ステレオコンプレックス化によって結晶化度が上昇していることから、耐熱性も向上しているといえる。 As apparent from the results shown in Table 6, even in the case of using a random multi-block copolymer, the tensile modulus of elasticity and the tensile strength are equal to or more than those due to stereocomplexation. On the other hand, the breaking elongation is also a very high value. In addition, since the degree of crystallinity is increased by stereo complexation, it can be said that the heat resistance is also improved.
10.PDLAの添加量の影響
PLLA25−PCL25に対し、PDLA25を添加し、ステレオコンプレックス形成の有無を確認した。結果を図1に示す。尚、図1において、「25%」とは、PLLA100質量部に対して、PDLAを25質量部添加したことを意味する。
10. Influence of Addition Amount of PDLA PDLA25 was added to PLLA25-PCL25, and the presence or absence of stereocomplex formation was confirmed. The results are shown in FIG. In FIG. 1, “25%” means that 25 parts by mass of PDLA is added to 100 parts by mass of PLLA.
図1に示すように、PLDA25の添加量を変化させた場合、ステレオコンプレックスの結晶化度が変化することが分かった。特に、PLLA100質量部に対してPDLA50質量部以上100質量部以下添加した場合に高い結晶化度が得られた。 As shown in FIG. 1, it was found that when the addition amount of PLDA 25 was changed, the crystallinity of the stereocomplex was changed. In particular, when adding 50 parts by mass or more and 100 parts by mass or less of PDLA with respect to 100 parts by mass of PLLA, a high degree of crystallinity was obtained.
参考データとして、下記表7に、マルチブロック共重合体に添加するPDLAの量を0%、50%、75%、100%と変化させた場合における、引張強度、破断伸び、引張弾性率及び結晶化度を示す。 As reference data, in Table 7 below, when the amount of PDLA added to the multiblock copolymer is changed to 0%, 50%, 75%, 100%, tensile strength, elongation at break, tensile modulus, and crystal Indicates the degree of
表7に示す結果から明らかなように、PLLA100質量部に対してPDLA50質量部以上100質量部以下添加した場合、いずれにおいても、ステレオコンプレックス化によって引張弾性率や引張強度が同等以上となっている。一方で、破断伸びについても高い値を維持している。また、ステレオコンプレックス化によって結晶化度が上昇していることから、耐熱性も向上しているといえる。 As apparent from the results shown in Table 7, when 50 parts by mass or more and 100 parts by mass or less of PDLA are added to 100 parts by mass of PLLA, the tensile modulus and tensile strength are equal or more due to stereocomplexation in any of them. . On the other hand, the breaking elongation also maintains a high value. In addition, since the degree of crystallinity is increased by stereo complexation, it can be said that the heat resistance is also improved.
11.熱分析結果及び力学特性試験結果
図2に、ステレオコンプレックス形成前(PLLA25−PCL25)とステレオコンプレックス形成後(PLLA25−PCL25+PDLA25)における応力‐歪み曲線結果を、図3に、ステレオコンプレックス形成前(PLLA25−PCL25、PLLA50−PCL50)とステレオコンプレックス形成後(PLLA25−PCL25+PDLA25、PLLA50−PCL50+PDLA50)における熱分析(DSC)結果を示す。
11. Thermal analysis results and mechanical property test results FIG. 2 shows stress-strain curve results before stereo complex formation (PLLA25-PCL25) and after stereo complex formation (PLLA25-PCL25 + PDLA25), and FIG. The thermal analysis (DSC) result in PCL25, PLLA50-PCL50) and stereocomplex formation (PLLA25-PCL25 + PDLA25, PLLA50-PCL50 + PDLA50) is shown.
図2、3に示す結果から、ステレオコンプレックス化によって力学特性が向上するとともに、耐熱性も向上することが分かる。 From the results shown in FIGS. 2 and 3, it is understood that while the mechanical properties are improved by the stereo complexation, the heat resistance is also improved.
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う、ステレオコンプレックスマルチブロック共重合体もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。 While the present invention has been described above in connection with embodiments which are presently practical and which are believed to be preferred, the present invention is limited to the embodiments disclosed herein. The stereocomplex multi-block copolymer can be suitably modified without departing from the scope and spirit of the invention which can be read from the claims and the specification as a whole, and such a modification is also within the technical scope of the present invention. It should be understood as being included in
本発明によれば、高い耐熱性及び弾性率と高い破断伸びとを両立可能なマルチブロック共重合体を提供することができる。当該共重合体は、熱可塑性エラストマーとして医療材料や環境材料に応用可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a multi-block copolymer capable of achieving both high heat resistance and elastic modulus and high breaking elongation. The copolymer is applicable to medical materials and environmental materials as thermoplastic elastomers.
Claims (5)
前記ポリ乳酸からなるブロックが、該ポリ乳酸を構成する乳酸と鏡像異性の関係にあるキラルモノマーから構成されたキラルポリマーによって、ステレオコンプレックス化されており、
前記ポリ乳酸の重合度(P 1 )に対する前記ポリカプロラクトンの重合度(P 2 )の比(P 2 /P 1 )が0.7以上2.5以下である、
ステレオコンプレックスマルチブロック共重合体(ただし、ステレオコンプレックスジブロック共重合体およびステレオコンプレックストリブロック共重合体を除く。)。 Comprising a block of polylactic acid and a block of polycaprolactone,
The consists polylactic acid block, by chiral polymer composed of chiral monomers in the relationship between lactic acid and enantiomers composing the polylactic acid, which is a stereo complexed,
The ratio (P 2 / P 1 ) of the polymerization degree (P 2 ) of the polycaprolactone to the polymerization degree (P 1 ) of the polylactic acid is 0.7 or more and 2.5 or less.
Stereocomplex multiblock copolymer (except stereocomplex diblock copolymer and stereocomplex triblock copolymer) .
前記ポリカプロラクトンの重合度(P2)が4以上300以下である、
請求項1に記載のステレオコンプレックスマルチブロック共重合体。 The polymerization degree (P 1 ) of the polylactic acid is 4 or more and 300 or less,
The polymerization degree (P 2 ) of the polycaprolactone is 4 or more and 300 or less,
The stereocomplex multiblock copolymer according to claim 1.
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