2024年4月23日发(作者：京初珍)
1 文献综述
1.1 前言
聚羟基丁酸酯(PHB)是微生物在不平衡生长条件下储存于细胞内的一种天
然高分子聚合物，是由β-羟基丁酸单体聚合而成的直链型脂质化合物。1925年
法国Lemoigne在巨大芽胞杆菌中首次发现，并于1927年从细胞中分离出来
[1]
。
由于PHB具有优良的生物相容性和生物可降解性, 目前研究多注重在药物释放
和组织工程两个方面
[2,3,4]
。
微生物发酵生产是获得生物可降解塑料的主要途径，自然条件下，细菌中
PHB含量仅为1%-3%，但在控制N、O、P和矿物离子的条件下，某些细菌会产
生大量的PHB,另外，为提高PHB的产量，人们开始研究生物工程构建遗传工程
菌发酵生产PHB或是植物生产PHB
[5]
。此外，在国际上对于提高PHB产量，Simon
等
[6]
利用造纸废水的活性污泥生产PHA，动态底物投加方式富集具有PHA贮存
能力的活性污泥，然后在批次反应器中积累PHB。PHA最大累积量占MISS的
48%。Lemos等
[7]
人通过好氧动态补料方式驯化出具有稳定贮存能力的活性污
泥，并通过分批补料式投加3次含碳60mmol／L的乙酸盐。PHB的细胞含量高达
78．5%。但由普通的生化法生产PHB，生化法本身的工艺路线和操作条件，决
定了其生产周期长、产量低，萃取和精制工艺成本较高，使PHB成本太高，PHB
的售价远远高于通用塑料，从而使其应用受到限制，只能用于开发高附加值的
医用产品
[8]
。而采用化学法合成可以在很大程度上降低成本，其生物活性并不
改变。
1.2 PHB的化学合成
化学法合成PHB目前主要存在两种工艺路线：一种是以β-丁内酯为单体制
备PHB，另一种以β-羟基丁酸为单体制备PHB。 由于β-羟基丁酸分子中同时含
有羟基和羰基，且β-羟基丁酸本身受热不稳定，因此要实现β-羟基丁酸聚合制备
PHB，反应过程中必须保护分子中的羟基和羰基，反应复杂，每步反应要求的
反应条件严格，工艺复杂，该法也不适合大规模的工业化生产。因此对于PHB
的合成采用前一种路线。
Krichelodrog等
[9]
采用甲氧基丁基锡为催化剂成功地引发了β-丁内酯的开环
1
聚合，并且得到了具有间同结构的PHB。在研究中发现，反应温度对产物的结
构有较大的影响，升高温度有利于无规构型聚合物的生成。Zbigniew等
[10]
使用
烷氧基钾作为引发剂，在室温下引发旋光性的单体(R)-β-BL的开环聚合，得到
了与微生物合成的PHB有类似结构的全同聚丁内酯，这为仿生合成PHB奠定了
基础。Kimura等
[11]
报道了使用1，3-二氯四丁基二锡(DTD)作为催化剂促进的β-
环丁内酯开环共聚反应，使用β-BL与其它单体开环反应来合成共聚物的方法
[12-14]
也有比较多的文献报道。
Richard A．Gross等
[15]
采用三乙基铝／水体系所制得的PHB的重均相对分子
质量最高为650000。Yam Zhang等
[16]
采用三乙基铝／水催化体系所制得的PHB
的重均相对分子质量最高为240000。而采用二乙基锌／水催化体系则制得的
PHB的重均相对分子质量最高则只有20000。证明二乙基锌／水催化体系对于β-
丁内酯开环聚合的催化活性要远远低于三乙基铝／水催化体系。其通过实验还
发现，通过改变三乙基铝／水催化剂的制备方法以及加料方式，可以改变丁内
酯的开环方式，从而获得各种构型的产物。C．JAIMES等
[17]
采用TIBAO作催化
剂制备PHB，考察了溶剂、催化剂的纯度、催化剂的浓度、反应温度及时间对
反应速率，产率及相对分子质量的影响。采用这种催化剂所制得的P鹏的重均相
对分子质量最高为18850。
最近发现
[18]
的开环聚合的β-丁内酯的采用三价铬为催化剂(salphen)，通过对
消旋β-BL等规的转换丰富了PHB。这些非手性的复合物将自身安排二聚体夹层
型结构的聚合物增长诱陷链和单体。三价铬的不同结构及其引发反应如下：
图1-1 不同的引发反应
Fig.1-1 The different initiation reaction
作为一种新型的三价铬活性催化剂，它可使外消旋β-丁内酯的分子量达到
800000g/mol（Mw）。在核磁共振和红外光谱的表征下，催化剂与单体比例在
2
1:500到1:10000变动时，反应过程中单体的消耗呈线性，T=100℃，见下图：
图1-2 转化率-时间关系图
Fig.1-2 The graph of conversion-time
PIOTR KURCOK等
[19]
采用四丁基醋酸铵作引发剂在25℃下进行本体及溶
液聚合。其中采用本体聚合方法，当反应时间达到500h时，数均相对分子质量
达到172，000，表明这种引发剂具有较高活性。聚合物旋光性测定的结果表明，
在聚合过程中，单体β-丁内酯中的烷-氧键发生断裂，同时构型发生翻转。
Zbigniew Jedlidskim等
[20]
采用萘钾与18-冠醚-6的络和物作为催化剂，单体为(R，
S)-β-丁内酯，所制备的聚合物的相对分子质量最高为11，000.
另一种
[21]
β-丁内酯在烷氧基锌引发剂(BDI-1)ZnO/Pr在温和的条件下生成
PHB并且反应迅速，在单体与引发剂的比值在200:1时，PHB的数均分子量(Mn)
在整个反应中与转化率呈比例，多分散指数较小，并且是活性聚合。数均分子
量与转化率的关系如图：
3
图1-3 分子量-转化率关系图
Fig.1-3 The graph of molecular weight - conversion
单体与引发剂的比例越高，得到的PHB的数均分子量越高。相反，在引发
剂(BDI-2)ZnO/Pr在室温条件下活性较低，因为它更容易在溶液中形成异丙醇二
聚物。两种引发剂结构及反应：
图1-4 不同的引发反应
Fig.1-4 The different initiation reaction
此外Zbigniew Jedlinski等
[22]
认为，光学活性β-丁内酯在碱金属醇/18-冠醚-6
配合物存在下聚合，并伴随着构象倒转。在相同的条件下应用外消旋单体生成
无规PHB，而在低温或在酒石酸酯添加剂存在下，可生成间同PHB。这些表明
阴离子引发剂的多功能性和立体化学可控性，如此可实现在碱金属醇引发下β-
丁内酯的阴离子聚合，并在一定条件下可生成全同，间同或无规聚合物。
4
一种仿生合成聚酯新方法
[23]
,以四丁基羧酸为引发剂引发β-丁内酯发生阴离
子开环聚合，得到聚（R,S）β-羟基丁酸酯和聚（R）β-羟基丁酸酯的分子量分
别是170000和35000，分子量分布也很窄，而且仿生聚β-羟基丁酸酯的微结构
可得到明确界定。
M．Save等
[24]
采用稀土醇盐lanthanu isopropoxide作引发剂引发β-丁内酯开环
聚合。所制备的聚合物的数均相对分子质量最高为2，960。通过实验，作者认
为采用这种高活性的引发剂可以实现丁内酯的控制聚合，且在反应中，副反应
较难发生。Alain Le等
[25]
采用有机金属衍生物ZnEt
2
，CdMe，AlEt。分别与R(-)3，
3-dimethy-l，2-butanediol(R(-)DMBD)反应生成的化合物作引发剂，这几种引发
剂的立构选择活性各有不同。其中ZnEt
2
/ R(-)DMBD引发体系的立构选择活性
(r=1.6)最高。表明采用这种引发剂引发的开环反应是酰-氧键的断裂，并在反应
过程中保持了构型。
ANDRZEJ DUDA等
[26]
采用potassium acetate-dibenzo-18-crown-6 complex为
引发剂，以四氢呋喃为溶剂进行β-丁内酯溶液开环聚合。作者发现，在反应中，
由于发生链转移反应，形成了巴豆酸酯阴离子。这种巴豆酸酯阴离子不仅重新
引发单体反应，降低聚合物的相对分子质量，而且还会使活性中心失活。
Bin Wu等
[27]
采用methylalumoxane(MAO)或isobutylalumoxane(IBAO)与β-丁
内酯(β-BL)反应得到MAO-BL及IBAO-BL络和物，并以此作为催化剂催化β-丁内
酯开环聚合。其反应过程为：首先，三甲基铝与水反应生成化合物MAO，然后
MAO再与[R，S]-BL反应生成MAO-BL，接着MAO-BL引发单体反应生成聚合物。
IBAO-BL络和物为三异丁基铝与水反应后再与BL反应得到。Bin Wu等采用这种
催化剂所制备的聚合物重均相对分子质量最高为11700。Makoto Iida等
[28]
采用三
乙基铝与水及十氢萘反应制得化合物(EtAlO)
n
，用它作为催化剂来制备PHB。
Masanori Isoda等
[29]
采用卟啉铝(aluminum porphyrin)化合物作催化剂，如：
(5，10，15，20-tetraphenylporphinato)aluminummethoxide((TPP)AIOMe)。其制
得的聚合物数均相对分子质量最高可以达到15600。通过1H NMR分析可以证明
链增长种为aluminum alkoxide。
Shoichi Asano等
[30]
同样采用aluminum porphyrin系列化合物作催化剂。如：
((TPP)A1X，(EtioP)A1X以及(p -ITPP)AIX)等。X可以为-CL，-CHCH,-OCHCH，
-OCH等。所制备的聚合物的数均相对分子质量最高为9000。
Lee R．Rieth等
[31]
采用zinc alkoxide作催化剂催化制各PHB，实验证明：当
单体和引发剂的比例为200：1时，在整个反应过程中，PHB数均相对分子质量
5
与转化率成比例，并且分布指数窄。这种情况符合活性聚合的特性。当增大单
体和引发剂的比例时，数均相对分子质量可以达至l00000以上。端基分析表明，
β-丁内酯的聚合机理是配位-插入机理。数均相对分子质量最高为200000。缺点
是这种锌的烷氧化合物同样可以催化其他副反应，从而导致聚合物的降解。
1.3 PHB的应用
PHB类聚合物是作为微生物细胞的营养和能量贮存物质参与细胞代谢的天
然产物，对人体无毒，可为人体吸收，且与人体血液和组织相溶性好，其降解
产物均属人体的天然成分，其降解速度由分子量与孔隙率控制，降解周期适中
且制备过程中不存在单体和引发剂等有害物质，与目前已有的其它天然或合成
的生物降解材料相比具有易纯化无残留催化剂等优点。
Hideki等
[32]
用溶剂蒸发法制备了以一种抗癌药(LASTET)为模药的PHB缓释
微球，通过调节PHB溶液的浓度，使制得的微球直径在20～150μm。体外实验
发现，药物的释放速率很小，20 d只释放出了25%的药物，加入酰基甘油作为添
加剂会显著影响药物的释放速率，在l0d内药物完全释放。通过扫描电子显微镜
发现，含有25%酰基甘油的PHB微球表面有直径为1μm～5μm的孔洞，药物可能
是通过这些孔洞形成的内部通道而释放出来的，药物的释放速率随PHB微球直
径的增大而减小。
Saghir等
[33]
研究了以PHB及共聚物PHB／PHV为载体，以甲基红(Methyl Red)
为模药的缓释微球。研究表明释放特性与共聚物PHB／PHV的结晶动力学及其
结构形态有关，且随着共聚物中Hv含量的增加，药物的释放速率变快。这是由
于在PHB中，大部分药物是分散在微球内部，而在共聚物中，随着Hv含量的增
加，越来越多的药物被排斥在微球表面。研究还发现组成相同的共聚物PHB／
PHV在不同温度下结晶，其药物释放特性亦不同，在110℃结晶的共聚物的药物
释放速率明显大于在60℃结晶的共聚物。这是由于在1l0℃结晶过程中，大量的
药物从微球中被排斥出来。缓慢的结晶过程及HV含量的增加都使微球对药物的
包覆能力下降，因而共聚物的药物释放速率要大于PHB的药物释放速率。根据
这一性质，可以通过调节HV的含量及结晶条件达到控制药物释放速率的目的。
B．R．Conway等
[34]
采用溶剂挥发法分别制备了载抗原的PHB微球，PHB
所载蛋白质的释放机理与PLA的释放机理类似。PHB微球表面的疏水本质可以
提高通过粘膜方式的摄取量。
6
陈建海等
[35]
用溶剂蒸发法制备了以新型生物可降解材料聚羟基丁酸酯为载
体，以安定为模药的缓释微球，讨论了药物与载体之比对药物含量与包封率的
影响，以及制备微球条件对药物释放性能的影响，微球平均粒径为30～40μm ，
粒径分布在1～1. 5之间，最大载药量为19. 51 %，最高包封率为67. 11 %，体外
累积释放曲线呈“两相”释放特征并拌随初始的“突释效应”。扫描电镜观察
微球表面呈皱缩表观形态结构,微球内部横断面具有孔道与孔洞，在4℃与室温
(20～25℃) 条件下密封，避光环境下性质稳定。
赵景联等
[36]
以二氯甲烷为溶剂，肌苷为模型药物，明胶为稳定剂，PHB与
PEG的共混物为载体，用复乳蒸发制得的微球具有明显缓释效果.当PHB与PEG
的质量比为7:3，明胶的质量分数为0.6%，肌苷的质量分数为5%，溶剂为二氯甲
烷时，制得的微球收率为70%，药物包埋率为81.6%，在释放到第18小时时，达
到最大释放量。
李钒等
[37]
以聚3-羟基丁酸酯(PHB)和聚乙二醇(PEG)共混物为原料，采用复
乳化-溶剂蒸发技术制备微球。通过FTIR、DSC和SEM等手段研究了在微球基材
中引人PEG对最终微球组成、结构以及表面形貌的影响。结果表明，通过该工
艺可以在微球的基材中引入PEG，从而降低PHB结晶相的规整度,随着PEG／
PHB质量比变化，微球结构和表面形貌差别明显，最优质量比为l：4时，微球的
得率达到36.1%，微球表面呈多孔状态，内部为微球嵌套结构，预期可以达到较
好的控释效果。
为了调整聚合物的结构，改善聚合物的性能，以适应不同应用领域的需要。
人们将β-丁内酯与其他单体反应制备共聚物。
F Schue等
[38]
采用TIBAO为催化剂，分别催化β-丁内酯(β-BL)与己内酯(CL)、
戊内酯(VL)共聚。β-丁内酯与己内酯共聚时，当β-丁内酯与己内酯的摩尔比为1：
9时，所取得的聚合物的重均相对分子质量最高为55200。催化β-丁内酯与戊内
酯共聚时，当β-丁内酯与戊内酯的摩尔比为1：9时，所取得的聚合物的重均相
对分子质量最高为17200。
C．Jaimes等
[39]
也采用TIBAO作为催化剂分别催化制备β-丁内酯与己内酯、
戊内酯的共聚物。实验表明，TIBAO可以有效催化(R，S)-β-BL与ε-CL，δ-VL
的共聚。作者制备了一系列的不同组分的共聚物，但是相对分子质量相当低，
通过竞聚率和NMR的分析，可以知道共聚物中BL单元的存在限制了链增长反
应，从而降低了聚合物的相对分子质量。DSC证明不同尺寸的BL嵌段与VL嵌段
相容性较好。
7
Suming Li等
[40]
采用zinc lactate作催化剂催化己内酯与β-丁内酯共聚，聚合物
中己内酯单元与β-丁内酯单元的比例高于投料比。证明在共聚反应中，己内酯
单元的反应活性高于β-丁内酯。NMR证明聚合物中己内酯单元存在于PCL嵌段
单元中，而丁内酯单元则存在于CL-BL-CL序列中。
S．Hikit等
[41]
制备了β-丁内酯与丙交酯的嵌段共聚物。首先，β-丁内酯与丁
二醇反应，从丁二醇的两个羟基处开始链增长，制备PHB均聚物。此步反应所
采用的催化剂为1，3-二氯四丁基二锡氧烷，然后由于制备的PHB均聚物端羟基
的存在，再将其与L-丙交酯反应，在PHB均聚物两端同时进行链增长，此步反
应所用的催化剂为辛酸亚锡。这样，所得的共聚物为ABA型嵌段共聚物。作者
认为在这种ABA型嵌段共聚物中，中间的PHB链段作为软段，两端的PLLA链段
作为硬段，整个ABA型嵌段共聚物可以作为一种可生物降解的热塑性弹性体。
壳聚糖/聚羟基丁酸酯共混或共聚材料的研究因壳聚糖和聚羟基丁酸酯特
殊的生物来源而倍受关注,但尚无合适的方法对二者进行有效的聚合。
孟晓荣等
[42]
以过氧化二苯甲酰为引发剂,在醋酸-二甲基亚砜复合体系中进
行聚-β-羟基丁酸酯与壳聚糖的接枝反应.反应温度为85℃,在氮气保护下反应5h。
红外分析、核磁共振分析和元素分析证实了接枝反应的发生及接枝产物的化学
结构。用广角X射线衍射和热重/差热分析分别表征了接枝产物的晶体形态和热
稳定性。
1.4目的和意义
本论文是以β-丁内酯为单体，以醇钾为引发剂，在适当的条件下，通过探
索找到使单体开环阴离子聚合的条件，并对产物进行相关表征。其次通过甲壳
素脱乙酰方法合成壳聚糖，并将其降解成适当分子量。最后探索将合成的PHB
和降解后的壳聚糖进行共聚的条件，并对得到的物质进行相关表征。
目前，研究更多的则是以β-丁内酯为单体开环聚合制备PHB，采用这种方
法的优点是：首先，此反应为开环聚合，不涉及缩聚反应中官能团的等摩尔比
问题，而这一点正是通过缩聚反应来制备高相对分子质量PHB所必须具备的。
因此，β-丁内酯开环聚合制备较高相对分子质量的PHB要比β-羟基丁酸甲酯或乙
酯酯交换法更为可行。由于PHB具有优良的生物相容性和生物可降解性，所以
PHB可以做药物缓释载体，在医学应用方面应用的前景广阔。
8
2 PHB的合成
2.1 药品与实验仪器
表2-1 实验试剂
Tab.2-1 Experimental reagent
试剂名称
四氢呋喃
金属钠
萘
金属钾
无水乙醇
正己烷
β一羟基丁酸
凡士林
丙酮
三氯甲烷
规格
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
含量≥98%
分析纯
分析纯
分析纯
生产厂家
天津博迪化工股
份有限公司
天津福晨化学试
剂厂
天津是河东区红
岩试剂厂
淄博广桦化工有
限责任公司
江苏强盛化工有
限公司
天津市富宇精细
化工有限公司
Aldrich
天津市天大化工
实验厂
烟台三和化学试
剂有限公司
莱阳经济技术开
发区精细化工厂
备注
分子量72.11
分子量128.18
分子量46.07
分子量86.18
密度1.056
分子量58.08
分子量119.38
表2-2 实验仪器
Tab.2-2 Experimental apparatus
名称
电热鼓风干燥箱
调温加热套
加热磁力搅拌器
型号
101-1A型
C-MAG HS7
生产厂家
天津市泰斯特仪器有
限公司
北京科华实验仪器有
限公司
德国IKA
9
高速离心机
隔膜真空泵
核磁共振谱仪
TG18M
GM-0.33A
AV-500
长沙平凡仪器仪表有
限公司
天津市津腾实验设备
有限公司
德国布鲁克公司
2.2 实验过程
2.2.1制备无水四氢呋喃
250mL分析纯四氢呋喃置于500mL的单口园底烧瓶中。取一定量的金属钠，
用滤纸吸取钠表面残留的煤油，再用刀切去表面的氧化层，将除去氧化层的金
属钠切成细而均匀的钠丝，快速转移至盛有甲苯的烧瓶中，开动电磁搅拌。在
氮气保护下加热至回流状态。回流3~4小时。将四氢呋喃蒸出，在氮气保护下加
分子筛密封备用。
2.2.2 实验仪器处理
玻璃仪器用去污粉洗后，先用自来水冲洗，再用蒸馏水涮洗几次后，最后
用少量丙酮沿壁润洗，带丙酮挥发后放入烘箱中，至少烘2小时。橡胶塞和橡
胶管用正己烷浸泡，以除去表面或内壁污垢，可在空气中自然晾干，也可在烘
箱中烘干，但烘干时间不应过长，防止橡胶老化变硬。
2.2.3引发剂的配制
取一干净的聚合管，胶塞塞紧，抽真空，加热烘1h，除水分后，通氮气，
再烘1h，冷却后，在高纯氮气的保护下，把256 mg的萘和适量钾块加入到管
中，密闭后，抽真空充氮气置换数次，然后注入10 mL的THF，超声波震荡15
min，得到墨绿色萘钾的THF溶液。向上述所得到的萘钾的THF溶液中，注入
0.1 mL的无水乙醇，超声波震荡15 min，得到浅绿色的乙醇钾／萘的THF溶液。
2.2.4 聚合反应
取一干净的聚合管，胶塞塞紧，抽真空，加热烘1h，除水分后，通氮气，
再烘1h，冷却后，注射4mlTHF，0.4ml单体，加入适当配制的引发剂溶液，抽
出针头的同时要在针头插入处抹上凡士林。伴随引发剂加入，有黄色沉淀产生，
液体上表面也有黄色絮状物，静止5小时后，沉淀部分变为白色，溶液澄清微黄。
10
倒掉上层清夜，将底部粘稠状物质在45℃下真空干燥数小时后取出，密封，放
到干燥器中保存。
2.3 分析与测试
2.3.1 NMR测试
采用德国BRUKER-av500型核磁共振波谱仪，以四甲基硅烷(TMS)为内标，
以氘代氯仿(CDCl
3
)为溶剂,测定合成物质的
1
H NMR及
13
C NMR。
2.3.2 红外光谱
采用傅立叶红外光谱仪(FT-IR，TENSOR-27，BRUKER，德国，波数400～
4000 cm
-1
)，固体试样采取溴化钾(KBr)压片法。
2.4 结果与讨论
2.4.1 β-丁内酯开环反应
一般四元杂环角张力和聚合热很大，易开环聚合。因此通过醇钾引发剂引
发，单体有聚合的可能。但在反应过程中分子链有可能发生降解逆反应，因此
在分子链的一端出现大量的羟基。
2.4.2 PHB的核磁氢谱
11
图2-1 PHB核磁氢谱图
Fig.2-1H NMR of PHB
1
在PHB的核磁氢谱中，b处，是与端羟基相连次甲基质子（-CH(CH3)-OH）
的吸收峰，说明单体β-丁内酯确实发生开环，形成直链聚合物，且分子链一边
的端基是羟基，但是，从谱图中可看到此处的峰很强，羟基含量很高，可能是
生成聚合物的聚合度很低缘故。谱图中a处，是链中次甲基质子（-O-CH（CH3）
-CH2-）的吸收峰；在c处，是链中亚甲基质子（-O-CH（CH3）-CH2-）的吸收
峰；在d处，是链中甲基质子（-O-CH（CH3）-CH2-）的吸收峰。根据以上几
处的峰的归属，可以确定得到的聚合物是聚β-羟基丁酸酯。
表2-3 PHB核磁氢谱图峰的归属
Tab.2-3 Adscription of the peaks in
1
H NMR of PHB
化学位移（ppm）
7.27
6.970
5.807
5.26
4.228
2.422-2.613
1.748
1.200-1.305
0.0
归属集团
氘代氯仿
CH3-CH=CH-
CH3-CH=CH-
-O-CH（CH
3
）-CH
2
-
-CH(CH
3
)-OH
-O-CH（CH
3
）-CH
2
-
CH
3
-CH=
-O-CH（CH
3
）-CH
2
-
TMS
同时，可以通过峰面积来估计数均分子量。公式如下：
12
Mn=86×Dp
式中：Ic—c处峰的积分面积；
Ie—e处峰的积分面积；
86—β-丁内酯的分子量。
2.4.3 PHB的核磁碳谱
图2-2 PHB核磁碳谱图
Fig.2-1 C NMR of PHB
13
根据谱图以及对谱图上化学位移的集团进行归属，确定了聚β-羟基丁酸酯
重复基团的四个典型的峰，即甲基（CH
3
）、亚甲基（CH
2
）、次甲基（CH）、
羰基（C=O）。由此确定了β-丁内酯发生开环聚合生成PHB。
表2-3 PHB核磁碳谱图峰的归属
Tab.2-3 Adscription of the peaks in
13
C NMR of PHB
化学位移ppm
19.860
42.931
69.557
76.810
169.479
归属基团
甲基（CH
3
）
亚甲基（CH
2
）
次甲基（CH）
氘代氯仿
羰基（C=O）
13
2.4.4 PHB的红外光谱
2
9
2
4
.
3
5
3
3
7
3
.
5
1
2
9
5
5
.
8
4
1
5
6
2
.
5
4
2
8
5
5
.
0
1
1
3
9
9
.
4
5
1
7
1
1
.
2
5
1
6
5
8
.
1
7
0
.
3
0
A
T
R
U
n
i
t
s
0
.
1
0
0
.
2
0
1
2
6
6
.
2
1
1
1
9
6
.
0
2
1
1
3
2
.
2
5
1
1
0
5
.
9
1
1
0
5
6
.
7
8
1
2
9
5
.
9
9
1
0
0
6
.
9
5
9
7
2
.
1
9
0
.
0
0
35
Wavenumber cm-1
图2-2 PHB的红外光谱
Fig.2-2 FTIR of PHB
表2-3 PHB红外谱图峰的归属
Tab.2-3 Adscription of the peak in FTIR of PHB
吸收波数（cm
-1
）
3400
3004
2955—2855
1710
1006—1295
峰的归属
端-OH伸缩振动
-CH
3
伸缩振动
C-H伸缩振动
羧酸中C=O伸缩振动
酯C-O伸缩振动
在3400cm
-1
处有强峰说明有端-OH存在，且在此处峰形强、宽应为缔合态的
羟基。在1710cm
-1
处得峰，是羧酸中的羰基的伸缩振动吸收峰。单体β-丁内酯是
环状结构， 651cm
-1
和935cm
-1
处的峰是环骨架振动吸收峰，而在上图中此两处
的峰均较弱。由此可证明单体β-丁内酯确实发生了开环聚合，并在末端链接着
大量的羟基和羧基。酯中羰基的伸缩振动吸收峰在1735cm
-1
处，由红外光谱可
14
9
1
0
.
7
0
8
5
6
.
7
1
7
4
3
.
9
3
见，1735cm
-1
并未有明显的吸收峰，而1710cm
-1
处却有强峰，而且在3400cm
-1
处
得强峰说明合成的聚β-羟基丁酸酯的聚合度比较小。
15
3 壳聚糖降解
3.1 药品与实验仪器
表3-1 实验试剂
Tab.3-1 Experimental reagent
试剂名称
甲壳素
氢氧化钠
盐酸
酚酞
乙醇
甲基橙
无水碳酸钠
冰乙酸
过氧化氢30%
规格
生化试剂
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
生产厂家
天津市光复精细
化工研究所
天津市博迪化工
有限公司
烟台三和化学试
剂有限公司
天津市光复精细
化工研究所
烟台三和化学试
剂有限公司
天津市瑞金特化
学品有限公司
莱阳市双双化工
有限公司
天津市大茂化学
试剂厂
天津市广茂化学
试剂有限公司
备注
分子量
（203.19）n
分子量40.00
分子量36.46
分子量318.33
分子量46.07
分子量327.33
分子量105.99
分子量60.05
分子量34.01
表3-2 实验仪器
Tab.3-2 Experimental apparatus
名称
电热鼓风干燥箱
加热磁力搅拌器
循环水真空泵
乌式粘度计
型号
101-1A型
C-MAG HS7
SHZ-Ⅲ
0.5-0.6
生产厂家
天津市泰斯特仪器有限
公司
德国IKA
上海亚荣生化仪器厂
16
3.2 实验过程
3.2.1甲壳素脱乙酰
称取300g氢氧化钠用水稀释至400ml，取55ml该溶液于烧瓶中，加入2g甲壳
素，磁力搅拌，时间和温度为变量。反应结束后将产物过滤，并用热水冲洗产
物pH至7。块粉状产物放置烘箱中烘干。
3.2.2 溶剂的配制
溶剂选用0.2mol/L CH3COOH和0.1mol/L CH3COONa。
3.2.3 壳聚糖降解
0.5g壳聚糖，0.6ml冰乙酸，双氧水适量，加去离子水至体系总体积150ml，
温度恒定在60℃，反应5h。每隔40min取一次样，用溶剂选用0.2mol/L CH
3
COOH
和0.1mol/L CH
3
COONa稀释，后用G3型砂芯漏斗过滤，稀释后测量粘均分子量。
通过调节双氧水加入量，以获得分子量在2万左右的壳聚糖。
3.2.4 壳聚糖提取
降解后的壳聚糖具有水溶性，因壳聚糖仅溶于酸，因此加适当浓度的碱液，
可使壳聚糖沉淀出来，经离心后除去上清液，将白色沉淀取出，在45℃烘干后
放入干燥器备用。
3.3 分析与测定
3.3.1 标准溶液的配制
标准0.1 mol／L HCl溶液的配制：量取浓HCl 1mL，用蒸馏水稀释至120ml，
然后以甲基橙指示剂，用0.05 mol／L的无水碳酸钠溶液进行标定。
标准0.1 mol／L NaOH溶液的配制：准确称量6g左右的NaOH，用1 L蒸馏水
进行溶解，然后以酚酞为指示剂，用标定后的标准盐酸溶液进行标定。
3.3.2测量脱乙酰度
精确称量0.25 g经干燥到恒重的壳聚糖样品3份分别置于50 mL烧杯中，分别
加20mL 0.1 mol／L HCl标准溶液，室温下磁力搅拌1 h，使其完全溶解，加入指
17
示剂1%甲基橙2~3滴，在磁力搅拌器搅拌条件下用标准0.1 mol／L NaOH溶液滴
定过量的HCl，当溶液由红色变为黄色即为终点，根据滴定终点时用去的NaOH
的体积，用下式计算壳聚糖的脱乙酰度值。
D.D= [(C
1
V
1
-C
2
V
2
)×0.016]/(G×0.0994)
其中 D.D：壳聚糖脱乙酰度；
C
1
：盐酸标准溶液的浓度（mol/L）；
C
2
：氢氧化钠标准溶液的浓度（mol/L）；
V
1
：加入盐酸标准溶液的体积（ml）；
V
2
：消耗氢氧化钠标准溶液的体积（ml）；
0.016:与1mol/L 1ml盐酸溶液相当的胺量 （g）；
0.0994：甲壳素中的理论胺基含量（16/161）。
3.3.3壳聚糖粘度测量
用移液管移取2ml壳聚糖溶液于烧杯中，加入溶剂0.2mol/L CH3COOH和
0.1mol/L CH3COONa，稀释至10ml，并转移至乌氏粘度计中，在（20±0.05）℃
恒温水浴中恒温。用秒表分别测定溶剂及不同浓度壳聚糖溶液的流出时间，取
多次（不少于3次，每次相差不能超过0.2s）测量结果的平均值。后采用“一点法”，
根据下式计算壳聚糖分子量，
=
（2
cp
-ln
r
）
c
其中η
sp
：增比粘度； η
r
：相对粘度。
根据高聚物溶液的特性粘度[η]和高聚物分子量M之间的关系可用
Mark-Houwink经验方程式来表示：
[η]=K Ma
其中K, a是经验方程的两个参数，是与高分子形态、溶剂和温度有关的常数。
因溶剂选用0.2mol/L CH
3
COOH和0.1mol/L CH
3
COONa，得到经验值K=1.424×
10
-3
， a=0.96。
3.4 结论
通过反复试验确定了降解成分子量为27000的壳聚糖的实验方案，在称取
0.5g壳聚糖，0.6ml冰乙酸，双氧水5ml，加去离子水至体系总体积150ml，温度
18
恒定在60℃，反应5h。
4 PHB的应用
4.1 药品与实验仪器
表4-1 实验试剂
Tab.4-1 Experimental reagent
试剂名称
冰乙酸
氢氧化钠
三氯甲烷
规格
分析纯
分析纯
分析纯
生产厂家
天津市大茂化学试剂厂
天津市博迪化工有限公司
莱阳经济技术开发区精细化工厂
备注
分子量60.05
分子量40.00
分子量119.38
表4-2 实验仪器
Tab.4-2 Experimental apparatus
名称
电热鼓风干燥箱
加热磁力搅拌器
高速离心机
核磁共振谱仪
型号
101-1A型
C-MAG HS7
TG18M
AV-500
生产厂家
天津市泰斯特仪器有限公司
德国IKA
长沙平凡仪器仪表有限公司
德国布鲁克公司
4.2 实验过程
4.2.1 PHB纳米微球的制备
采用乳化-溶剂挥发法制备PHB纳米微球，称取0.3gTX-10于锥形瓶中，加
40ml蒸馏水溶解，然后把PHB0.2g溶于5ml氯仿中，在搅拌条件下滴入含有乳化
剂的水溶液中乳化5h，待乳滴形成后，挥散氯仿使微球固化，离心收集后，用
蒸馏水洗涤三次除去乳化剂。
4.2.2 PHB与壳聚糖的共聚
将0.2gPHB用5ml氯仿溶剂，分子量为27000的壳聚糖0.04g溶于蒸馏水中，
此时溶液呈碱性，加醋酸至壳聚糖溶解，将装有壳聚糖的烧杯至超声波仪中，
边震荡边滴加PHB溶液，滴加完毕后，停止震荡，混合液呈乳白色，加氢氧化
19
钠溶液为沉淀剂，待沉淀析出后，超速离心机离心，溶液分层后收集下层白色
沉淀，在45℃恒温烘干48h。
4.3 分析与测试
4.3.1 DSC测量
差示扫描量热分析在DSC204F1型扫描量热仪上完成，称取PHB，壳聚糖，
白色固体共聚物各10mg，在氮气保护下，测量样品的热性能。
4.3.2 扫描电镜（SEM）观测
采用日本JEOL公司的JSE-6300型扫描电子显微镜，将共聚物的白色固体制
成样后，观测共聚物的相分离情况。
4.4 结果与讨论
4.4.1 PHB纳米微球
按4.2.1中的实验步骤得到的混合液经离心机离心，离心管分为三层，最上
层透明液体，中层乳白色乳状物，下层半透明油状物，取下层物质少量做扫描
电镜，但未发现有任何球状物。原因可能是PHB的分子量较低，在溶液中形成
球的尺寸较小，相当于低分子量的PHB增溶于胶束形成增溶胶束。
4.4.2 热性能分析
对壳聚糖和复合物的DSC曲线，存在较明显的台阶转变，而对PHB的DSC
曲线，发生玻璃化转变不明显，只能得到图中较平缓的曲线。这是因为在分子
链两端的两头各有一个链端链段，这种链端链段的活动能力比一般的链段活动
能力较大，分子量较低时，链端链段的比例较高，所以玻璃化转变温度较低，
而当达到某温度时，被激发可运动的链段较少，链段运动可产生构象数较少，
所以使得玻璃化转变不明显，得到的曲线较平缓。
20
0.5
0.0
-0.5
Y
/
W
g
-1.0
.
Tg=145.86
o
C
-
1
-1.5
-2.0
050100
o
150200250
X/C
图4-1 壳聚糖的DSC曲线
Fig.4-1 DSC curves of chitosan
0.0
-0.1
-0.2
-0.3
-
1
Y
/
W
g
-0.4
-0.5
-0.6
-0.7
-0.8
-500
.
Tg=5C
o
50100150
X/C
o
图4-2 PHB的DSC曲线
Fig.4-2 DSC curves of PHB
21
0
-2
.
Tg=124C
o
-
1
Y
/
W
g
-4
-6
-8
-50
X /C
o
图4-3 聚β-羟基丁酸酯-壳聚糖的DSC曲线
Fig.4-3 DSC curves of copolymer of PHB and chitosan
此外对比PHB、壳聚糖、聚β-羟基丁酸酯-壳聚糖的DSC曲线可以看出，在
共聚物上出现玻璃化转变温度，与均聚物的玻璃化转变温度值有差异，说明该
聚合物是嵌段聚合物。如下表：
表4-3 PHB,壳聚糖，聚β-羟基丁酸酯-壳聚糖的DSC性能
测试
Tab.4-3 DSC determination of PHB, chitosan ,copolymer of
PHB and chitosan
聚合物 PHB 壳聚糖 聚β-羟基丁酸酯-壳聚糖
Tg/℃ 5 145.86 124.40
然而，三个DSC图中存在大量吸热峰，可能是由于提供的样品不纯，携带
的杂质在升温过程中，吸收大量热量后挥发，在DSC谱图中留下大量的吸热峰，
可能因为这个原因会使样品的玻璃化转变部分掩盖。
4.4.3 扫描电镜分析
由图A、B、C、D知，共聚产物的微观结构中相分离现象不是特别明显。
可能是由于PHB的分子量比较低，分子链两端含有大量羟基和羧基，并且壳聚
22
糖降解后分子量较低，分子链中也含有大量的羟基，在适当的反应条件下，它
们之间发生相互反应，形成如下的均相体系。
A B
C D
图4-4 聚β-羟基丁酸酯-壳聚糖的扫描电镜照片
图4-4中A、B、C、D是聚β-羟基丁酸酯与壳聚糖共聚产物的扫描电镜照片。
Fig.4-4 The SEM pictures of copolymer of PHB and chitosan
23
5 结论
1．首次以β-丁内酯为单体，以醇钾为引发剂，在适当条件下使单体开环阴
离子聚合，生成聚β-羟基丁酸酯。对聚合物通过红外光谱、核磁氢谱、核磁碳
谱进行表征，对得到的吸收峰进行基团归属。
2．通过反复试验确定了降解成分子量为27000的壳聚糖的实验方法，0.5g
壳聚糖，0.6ml冰乙酸，双氧水5ml，加去离子水至体系总体积150ml，温度恒定
在60℃，反应5h。
3．首次将低分子量PHB和降解后的壳聚糖在适当条件下进行反应，并生成
共聚物。对共聚物粉末进行DSC测试，发现其玻璃化转变温度在PHB和壳聚糖
之间。再通过扫描电镜对白色粉末进行扫描，显示图像中相分离并不特别明显，
然而深一步的机理仍待继续研究。
24
2024年4月23日发(作者：京初珍)
1 文献综述
1.1 前言
聚羟基丁酸酯(PHB)是微生物在不平衡生长条件下储存于细胞内的一种天
然高分子聚合物，是由β-羟基丁酸单体聚合而成的直链型脂质化合物。1925年
法国Lemoigne在巨大芽胞杆菌中首次发现，并于1927年从细胞中分离出来
[1]
。
由于PHB具有优良的生物相容性和生物可降解性, 目前研究多注重在药物释放
和组织工程两个方面
[2,3,4]
。
微生物发酵生产是获得生物可降解塑料的主要途径，自然条件下，细菌中
PHB含量仅为1%-3%，但在控制N、O、P和矿物离子的条件下，某些细菌会产
生大量的PHB,另外，为提高PHB的产量，人们开始研究生物工程构建遗传工程
菌发酵生产PHB或是植物生产PHB
[5]
。此外，在国际上对于提高PHB产量，Simon
等
[6]
利用造纸废水的活性污泥生产PHA，动态底物投加方式富集具有PHA贮存
能力的活性污泥，然后在批次反应器中积累PHB。PHA最大累积量占MISS的
48%。Lemos等
[7]
人通过好氧动态补料方式驯化出具有稳定贮存能力的活性污
泥，并通过分批补料式投加3次含碳60mmol／L的乙酸盐。PHB的细胞含量高达
78．5%。但由普通的生化法生产PHB，生化法本身的工艺路线和操作条件，决
定了其生产周期长、产量低，萃取和精制工艺成本较高，使PHB成本太高，PHB
的售价远远高于通用塑料，从而使其应用受到限制，只能用于开发高附加值的
医用产品
[8]
。而采用化学法合成可以在很大程度上降低成本，其生物活性并不
改变。
1.2 PHB的化学合成
化学法合成PHB目前主要存在两种工艺路线：一种是以β-丁内酯为单体制
备PHB，另一种以β-羟基丁酸为单体制备PHB。 由于β-羟基丁酸分子中同时含
有羟基和羰基，且β-羟基丁酸本身受热不稳定，因此要实现β-羟基丁酸聚合制备
PHB，反应过程中必须保护分子中的羟基和羰基，反应复杂，每步反应要求的
反应条件严格，工艺复杂，该法也不适合大规模的工业化生产。因此对于PHB
的合成采用前一种路线。
Krichelodrog等
[9]
采用甲氧基丁基锡为催化剂成功地引发了β-丁内酯的开环
1
聚合，并且得到了具有间同结构的PHB。在研究中发现，反应温度对产物的结
构有较大的影响，升高温度有利于无规构型聚合物的生成。Zbigniew等
[10]
使用
烷氧基钾作为引发剂，在室温下引发旋光性的单体(R)-β-BL的开环聚合，得到
了与微生物合成的PHB有类似结构的全同聚丁内酯，这为仿生合成PHB奠定了
基础。Kimura等
[11]
报道了使用1，3-二氯四丁基二锡(DTD)作为催化剂促进的β-
环丁内酯开环共聚反应，使用β-BL与其它单体开环反应来合成共聚物的方法
[12-14]
也有比较多的文献报道。
Richard A．Gross等
[15]
采用三乙基铝／水体系所制得的PHB的重均相对分子
质量最高为650000。Yam Zhang等
[16]
采用三乙基铝／水催化体系所制得的PHB
的重均相对分子质量最高为240000。而采用二乙基锌／水催化体系则制得的
PHB的重均相对分子质量最高则只有20000。证明二乙基锌／水催化体系对于β-
丁内酯开环聚合的催化活性要远远低于三乙基铝／水催化体系。其通过实验还
发现，通过改变三乙基铝／水催化剂的制备方法以及加料方式，可以改变丁内
酯的开环方式，从而获得各种构型的产物。C．JAIMES等
[17]
采用TIBAO作催化
剂制备PHB，考察了溶剂、催化剂的纯度、催化剂的浓度、反应温度及时间对
反应速率，产率及相对分子质量的影响。采用这种催化剂所制得的P鹏的重均相
对分子质量最高为18850。
最近发现
[18]
的开环聚合的β-丁内酯的采用三价铬为催化剂(salphen)，通过对
消旋β-BL等规的转换丰富了PHB。这些非手性的复合物将自身安排二聚体夹层
型结构的聚合物增长诱陷链和单体。三价铬的不同结构及其引发反应如下：
图1-1 不同的引发反应
Fig.1-1 The different initiation reaction
作为一种新型的三价铬活性催化剂，它可使外消旋β-丁内酯的分子量达到
800000g/mol（Mw）。在核磁共振和红外光谱的表征下，催化剂与单体比例在
2
1:500到1:10000变动时，反应过程中单体的消耗呈线性，T=100℃，见下图：
图1-2 转化率-时间关系图
Fig.1-2 The graph of conversion-time
PIOTR KURCOK等
[19]
采用四丁基醋酸铵作引发剂在25℃下进行本体及溶
液聚合。其中采用本体聚合方法，当反应时间达到500h时，数均相对分子质量
达到172，000，表明这种引发剂具有较高活性。聚合物旋光性测定的结果表明，
在聚合过程中，单体β-丁内酯中的烷-氧键发生断裂，同时构型发生翻转。
Zbigniew Jedlidskim等
[20]
采用萘钾与18-冠醚-6的络和物作为催化剂，单体为(R，
S)-β-丁内酯，所制备的聚合物的相对分子质量最高为11，000.
另一种
[21]
β-丁内酯在烷氧基锌引发剂(BDI-1)ZnO/Pr在温和的条件下生成
PHB并且反应迅速，在单体与引发剂的比值在200:1时，PHB的数均分子量(Mn)
在整个反应中与转化率呈比例，多分散指数较小，并且是活性聚合。数均分子
量与转化率的关系如图：
3
图1-3 分子量-转化率关系图
Fig.1-3 The graph of molecular weight - conversion
单体与引发剂的比例越高，得到的PHB的数均分子量越高。相反，在引发
剂(BDI-2)ZnO/Pr在室温条件下活性较低，因为它更容易在溶液中形成异丙醇二
聚物。两种引发剂结构及反应：
图1-4 不同的引发反应
Fig.1-4 The different initiation reaction
此外Zbigniew Jedlinski等
[22]
认为，光学活性β-丁内酯在碱金属醇/18-冠醚-6
配合物存在下聚合，并伴随着构象倒转。在相同的条件下应用外消旋单体生成
无规PHB，而在低温或在酒石酸酯添加剂存在下，可生成间同PHB。这些表明
阴离子引发剂的多功能性和立体化学可控性，如此可实现在碱金属醇引发下β-
丁内酯的阴离子聚合，并在一定条件下可生成全同，间同或无规聚合物。
4
一种仿生合成聚酯新方法
[23]
,以四丁基羧酸为引发剂引发β-丁内酯发生阴离
子开环聚合，得到聚（R,S）β-羟基丁酸酯和聚（R）β-羟基丁酸酯的分子量分
别是170000和35000，分子量分布也很窄，而且仿生聚β-羟基丁酸酯的微结构
可得到明确界定。
M．Save等
[24]
采用稀土醇盐lanthanu isopropoxide作引发剂引发β-丁内酯开环
聚合。所制备的聚合物的数均相对分子质量最高为2，960。通过实验，作者认
为采用这种高活性的引发剂可以实现丁内酯的控制聚合，且在反应中，副反应
较难发生。Alain Le等
[25]
采用有机金属衍生物ZnEt
2
，CdMe，AlEt。分别与R(-)3，
3-dimethy-l，2-butanediol(R(-)DMBD)反应生成的化合物作引发剂，这几种引发
剂的立构选择活性各有不同。其中ZnEt
2
/ R(-)DMBD引发体系的立构选择活性
(r=1.6)最高。表明采用这种引发剂引发的开环反应是酰-氧键的断裂，并在反应
过程中保持了构型。
ANDRZEJ DUDA等
[26]
采用potassium acetate-dibenzo-18-crown-6 complex为
引发剂，以四氢呋喃为溶剂进行β-丁内酯溶液开环聚合。作者发现，在反应中，
由于发生链转移反应，形成了巴豆酸酯阴离子。这种巴豆酸酯阴离子不仅重新
引发单体反应，降低聚合物的相对分子质量，而且还会使活性中心失活。
Bin Wu等
[27]
采用methylalumoxane(MAO)或isobutylalumoxane(IBAO)与β-丁
内酯(β-BL)反应得到MAO-BL及IBAO-BL络和物，并以此作为催化剂催化β-丁内
酯开环聚合。其反应过程为：首先，三甲基铝与水反应生成化合物MAO，然后
MAO再与[R，S]-BL反应生成MAO-BL，接着MAO-BL引发单体反应生成聚合物。
IBAO-BL络和物为三异丁基铝与水反应后再与BL反应得到。Bin Wu等采用这种
催化剂所制备的聚合物重均相对分子质量最高为11700。Makoto Iida等
[28]
采用三
乙基铝与水及十氢萘反应制得化合物(EtAlO)
n
，用它作为催化剂来制备PHB。
Masanori Isoda等
[29]
采用卟啉铝(aluminum porphyrin)化合物作催化剂，如：
(5，10，15，20-tetraphenylporphinato)aluminummethoxide((TPP)AIOMe)。其制
得的聚合物数均相对分子质量最高可以达到15600。通过1H NMR分析可以证明
链增长种为aluminum alkoxide。
Shoichi Asano等
[30]
同样采用aluminum porphyrin系列化合物作催化剂。如：
((TPP)A1X，(EtioP)A1X以及(p -ITPP)AIX)等。X可以为-CL，-CHCH,-OCHCH，
-OCH等。所制备的聚合物的数均相对分子质量最高为9000。
Lee R．Rieth等
[31]
采用zinc alkoxide作催化剂催化制各PHB，实验证明：当
单体和引发剂的比例为200：1时，在整个反应过程中，PHB数均相对分子质量
5
与转化率成比例，并且分布指数窄。这种情况符合活性聚合的特性。当增大单
体和引发剂的比例时，数均相对分子质量可以达至l00000以上。端基分析表明，
β-丁内酯的聚合机理是配位-插入机理。数均相对分子质量最高为200000。缺点
是这种锌的烷氧化合物同样可以催化其他副反应，从而导致聚合物的降解。
1.3 PHB的应用
PHB类聚合物是作为微生物细胞的营养和能量贮存物质参与细胞代谢的天
然产物，对人体无毒，可为人体吸收，且与人体血液和组织相溶性好，其降解
产物均属人体的天然成分，其降解速度由分子量与孔隙率控制，降解周期适中
且制备过程中不存在单体和引发剂等有害物质，与目前已有的其它天然或合成
的生物降解材料相比具有易纯化无残留催化剂等优点。
Hideki等
[32]
用溶剂蒸发法制备了以一种抗癌药(LASTET)为模药的PHB缓释
微球，通过调节PHB溶液的浓度，使制得的微球直径在20～150μm。体外实验
发现，药物的释放速率很小，20 d只释放出了25%的药物，加入酰基甘油作为添
加剂会显著影响药物的释放速率，在l0d内药物完全释放。通过扫描电子显微镜
发现，含有25%酰基甘油的PHB微球表面有直径为1μm～5μm的孔洞，药物可能
是通过这些孔洞形成的内部通道而释放出来的，药物的释放速率随PHB微球直
径的增大而减小。
Saghir等
[33]
研究了以PHB及共聚物PHB／PHV为载体，以甲基红(Methyl Red)
为模药的缓释微球。研究表明释放特性与共聚物PHB／PHV的结晶动力学及其
结构形态有关，且随着共聚物中Hv含量的增加，药物的释放速率变快。这是由
于在PHB中，大部分药物是分散在微球内部，而在共聚物中，随着Hv含量的增
加，越来越多的药物被排斥在微球表面。研究还发现组成相同的共聚物PHB／
PHV在不同温度下结晶，其药物释放特性亦不同，在110℃结晶的共聚物的药物
释放速率明显大于在60℃结晶的共聚物。这是由于在1l0℃结晶过程中，大量的
药物从微球中被排斥出来。缓慢的结晶过程及HV含量的增加都使微球对药物的
包覆能力下降，因而共聚物的药物释放速率要大于PHB的药物释放速率。根据
这一性质，可以通过调节HV的含量及结晶条件达到控制药物释放速率的目的。
B．R．Conway等
[34]
采用溶剂挥发法分别制备了载抗原的PHB微球，PHB
所载蛋白质的释放机理与PLA的释放机理类似。PHB微球表面的疏水本质可以
提高通过粘膜方式的摄取量。
6
陈建海等
[35]
用溶剂蒸发法制备了以新型生物可降解材料聚羟基丁酸酯为载
体，以安定为模药的缓释微球，讨论了药物与载体之比对药物含量与包封率的
影响，以及制备微球条件对药物释放性能的影响，微球平均粒径为30～40μm ，
粒径分布在1～1. 5之间，最大载药量为19. 51 %，最高包封率为67. 11 %，体外
累积释放曲线呈“两相”释放特征并拌随初始的“突释效应”。扫描电镜观察
微球表面呈皱缩表观形态结构,微球内部横断面具有孔道与孔洞，在4℃与室温
(20～25℃) 条件下密封，避光环境下性质稳定。
赵景联等
[36]
以二氯甲烷为溶剂，肌苷为模型药物，明胶为稳定剂，PHB与
PEG的共混物为载体，用复乳蒸发制得的微球具有明显缓释效果.当PHB与PEG
的质量比为7:3，明胶的质量分数为0.6%，肌苷的质量分数为5%，溶剂为二氯甲
烷时，制得的微球收率为70%，药物包埋率为81.6%，在释放到第18小时时，达
到最大释放量。
李钒等
[37]
以聚3-羟基丁酸酯(PHB)和聚乙二醇(PEG)共混物为原料，采用复
乳化-溶剂蒸发技术制备微球。通过FTIR、DSC和SEM等手段研究了在微球基材
中引人PEG对最终微球组成、结构以及表面形貌的影响。结果表明，通过该工
艺可以在微球的基材中引入PEG，从而降低PHB结晶相的规整度,随着PEG／
PHB质量比变化，微球结构和表面形貌差别明显，最优质量比为l：4时，微球的
得率达到36.1%，微球表面呈多孔状态，内部为微球嵌套结构，预期可以达到较
好的控释效果。
为了调整聚合物的结构，改善聚合物的性能，以适应不同应用领域的需要。
人们将β-丁内酯与其他单体反应制备共聚物。
F Schue等
[38]
采用TIBAO为催化剂，分别催化β-丁内酯(β-BL)与己内酯(CL)、
戊内酯(VL)共聚。β-丁内酯与己内酯共聚时，当β-丁内酯与己内酯的摩尔比为1：
9时，所取得的聚合物的重均相对分子质量最高为55200。催化β-丁内酯与戊内
酯共聚时，当β-丁内酯与戊内酯的摩尔比为1：9时，所取得的聚合物的重均相
对分子质量最高为17200。
C．Jaimes等
[39]
也采用TIBAO作为催化剂分别催化制备β-丁内酯与己内酯、
戊内酯的共聚物。实验表明，TIBAO可以有效催化(R，S)-β-BL与ε-CL，δ-VL
的共聚。作者制备了一系列的不同组分的共聚物，但是相对分子质量相当低，
通过竞聚率和NMR的分析，可以知道共聚物中BL单元的存在限制了链增长反
应，从而降低了聚合物的相对分子质量。DSC证明不同尺寸的BL嵌段与VL嵌段
相容性较好。
7
Suming Li等
[40]
采用zinc lactate作催化剂催化己内酯与β-丁内酯共聚，聚合物
中己内酯单元与β-丁内酯单元的比例高于投料比。证明在共聚反应中，己内酯
单元的反应活性高于β-丁内酯。NMR证明聚合物中己内酯单元存在于PCL嵌段
单元中，而丁内酯单元则存在于CL-BL-CL序列中。
S．Hikit等
[41]
制备了β-丁内酯与丙交酯的嵌段共聚物。首先，β-丁内酯与丁
二醇反应，从丁二醇的两个羟基处开始链增长，制备PHB均聚物。此步反应所
采用的催化剂为1，3-二氯四丁基二锡氧烷，然后由于制备的PHB均聚物端羟基
的存在，再将其与L-丙交酯反应，在PHB均聚物两端同时进行链增长，此步反
应所用的催化剂为辛酸亚锡。这样，所得的共聚物为ABA型嵌段共聚物。作者
认为在这种ABA型嵌段共聚物中，中间的PHB链段作为软段，两端的PLLA链段
作为硬段，整个ABA型嵌段共聚物可以作为一种可生物降解的热塑性弹性体。
壳聚糖/聚羟基丁酸酯共混或共聚材料的研究因壳聚糖和聚羟基丁酸酯特
殊的生物来源而倍受关注,但尚无合适的方法对二者进行有效的聚合。
孟晓荣等
[42]
以过氧化二苯甲酰为引发剂,在醋酸-二甲基亚砜复合体系中进
行聚-β-羟基丁酸酯与壳聚糖的接枝反应.反应温度为85℃,在氮气保护下反应5h。
红外分析、核磁共振分析和元素分析证实了接枝反应的发生及接枝产物的化学
结构。用广角X射线衍射和热重/差热分析分别表征了接枝产物的晶体形态和热
稳定性。
1.4目的和意义
本论文是以β-丁内酯为单体，以醇钾为引发剂，在适当的条件下，通过探
索找到使单体开环阴离子聚合的条件，并对产物进行相关表征。其次通过甲壳
素脱乙酰方法合成壳聚糖，并将其降解成适当分子量。最后探索将合成的PHB
和降解后的壳聚糖进行共聚的条件，并对得到的物质进行相关表征。
目前，研究更多的则是以β-丁内酯为单体开环聚合制备PHB，采用这种方
法的优点是：首先，此反应为开环聚合，不涉及缩聚反应中官能团的等摩尔比
问题，而这一点正是通过缩聚反应来制备高相对分子质量PHB所必须具备的。
因此，β-丁内酯开环聚合制备较高相对分子质量的PHB要比β-羟基丁酸甲酯或乙
酯酯交换法更为可行。由于PHB具有优良的生物相容性和生物可降解性，所以
PHB可以做药物缓释载体，在医学应用方面应用的前景广阔。
8
2 PHB的合成
2.1 药品与实验仪器
表2-1 实验试剂
Tab.2-1 Experimental reagent
试剂名称
四氢呋喃
金属钠
萘
金属钾
无水乙醇
正己烷
β一羟基丁酸
凡士林
丙酮
三氯甲烷
规格
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
含量≥98%
分析纯
分析纯
分析纯
生产厂家
天津博迪化工股
份有限公司
天津福晨化学试
剂厂
天津是河东区红
岩试剂厂
淄博广桦化工有
限责任公司
江苏强盛化工有
限公司
天津市富宇精细
化工有限公司
Aldrich
天津市天大化工
实验厂
烟台三和化学试
剂有限公司
莱阳经济技术开
发区精细化工厂
备注
分子量72.11
分子量128.18
分子量46.07
分子量86.18
密度1.056
分子量58.08
分子量119.38
表2-2 实验仪器
Tab.2-2 Experimental apparatus
名称
电热鼓风干燥箱
调温加热套
加热磁力搅拌器
型号
101-1A型
C-MAG HS7
生产厂家
天津市泰斯特仪器有
限公司
北京科华实验仪器有
限公司
德国IKA
9
高速离心机
隔膜真空泵
核磁共振谱仪
TG18M
GM-0.33A
AV-500
长沙平凡仪器仪表有
限公司
天津市津腾实验设备
有限公司
德国布鲁克公司
2.2 实验过程
2.2.1制备无水四氢呋喃
250mL分析纯四氢呋喃置于500mL的单口园底烧瓶中。取一定量的金属钠，
用滤纸吸取钠表面残留的煤油，再用刀切去表面的氧化层，将除去氧化层的金
属钠切成细而均匀的钠丝，快速转移至盛有甲苯的烧瓶中，开动电磁搅拌。在
氮气保护下加热至回流状态。回流3~4小时。将四氢呋喃蒸出，在氮气保护下加
分子筛密封备用。
2.2.2 实验仪器处理
玻璃仪器用去污粉洗后，先用自来水冲洗，再用蒸馏水涮洗几次后，最后
用少量丙酮沿壁润洗，带丙酮挥发后放入烘箱中，至少烘2小时。橡胶塞和橡
胶管用正己烷浸泡，以除去表面或内壁污垢，可在空气中自然晾干，也可在烘
箱中烘干，但烘干时间不应过长，防止橡胶老化变硬。
2.2.3引发剂的配制
取一干净的聚合管，胶塞塞紧，抽真空，加热烘1h，除水分后，通氮气，
再烘1h，冷却后，在高纯氮气的保护下，把256 mg的萘和适量钾块加入到管
中，密闭后，抽真空充氮气置换数次，然后注入10 mL的THF，超声波震荡15
min，得到墨绿色萘钾的THF溶液。向上述所得到的萘钾的THF溶液中，注入
0.1 mL的无水乙醇，超声波震荡15 min，得到浅绿色的乙醇钾／萘的THF溶液。
2.2.4 聚合反应
取一干净的聚合管，胶塞塞紧，抽真空，加热烘1h，除水分后，通氮气，
再烘1h，冷却后，注射4mlTHF，0.4ml单体，加入适当配制的引发剂溶液，抽
出针头的同时要在针头插入处抹上凡士林。伴随引发剂加入，有黄色沉淀产生，
液体上表面也有黄色絮状物，静止5小时后，沉淀部分变为白色，溶液澄清微黄。
10
倒掉上层清夜，将底部粘稠状物质在45℃下真空干燥数小时后取出，密封，放
到干燥器中保存。
2.3 分析与测试
2.3.1 NMR测试
采用德国BRUKER-av500型核磁共振波谱仪，以四甲基硅烷(TMS)为内标，
以氘代氯仿(CDCl
3
)为溶剂,测定合成物质的
1
H NMR及
13
C NMR。
2.3.2 红外光谱
采用傅立叶红外光谱仪(FT-IR，TENSOR-27，BRUKER，德国，波数400～
4000 cm
-1
)，固体试样采取溴化钾(KBr)压片法。
2.4 结果与讨论
2.4.1 β-丁内酯开环反应
一般四元杂环角张力和聚合热很大，易开环聚合。因此通过醇钾引发剂引
发，单体有聚合的可能。但在反应过程中分子链有可能发生降解逆反应，因此
在分子链的一端出现大量的羟基。
2.4.2 PHB的核磁氢谱
11
图2-1 PHB核磁氢谱图
Fig.2-1H NMR of PHB
1
在PHB的核磁氢谱中，b处，是与端羟基相连次甲基质子（-CH(CH3)-OH）
的吸收峰，说明单体β-丁内酯确实发生开环，形成直链聚合物，且分子链一边
的端基是羟基，但是，从谱图中可看到此处的峰很强，羟基含量很高，可能是
生成聚合物的聚合度很低缘故。谱图中a处，是链中次甲基质子（-O-CH（CH3）
-CH2-）的吸收峰；在c处，是链中亚甲基质子（-O-CH（CH3）-CH2-）的吸收
峰；在d处，是链中甲基质子（-O-CH（CH3）-CH2-）的吸收峰。根据以上几
处的峰的归属，可以确定得到的聚合物是聚β-羟基丁酸酯。
表2-3 PHB核磁氢谱图峰的归属
Tab.2-3 Adscription of the peaks in
1
H NMR of PHB
化学位移（ppm）
7.27
6.970
5.807
5.26
4.228
2.422-2.613
1.748
1.200-1.305
0.0
归属集团
氘代氯仿
CH3-CH=CH-
CH3-CH=CH-
-O-CH（CH
3
）-CH
2
-
-CH(CH
3
)-OH
-O-CH（CH
3
）-CH
2
-
CH
3
-CH=
-O-CH（CH
3
）-CH
2
-
TMS
同时，可以通过峰面积来估计数均分子量。公式如下：
12
Mn=86×Dp
式中：Ic—c处峰的积分面积；
Ie—e处峰的积分面积；
86—β-丁内酯的分子量。
2.4.3 PHB的核磁碳谱
图2-2 PHB核磁碳谱图
Fig.2-1 C NMR of PHB
13
根据谱图以及对谱图上化学位移的集团进行归属，确定了聚β-羟基丁酸酯
重复基团的四个典型的峰，即甲基（CH
3
）、亚甲基（CH
2
）、次甲基（CH）、
羰基（C=O）。由此确定了β-丁内酯发生开环聚合生成PHB。
表2-3 PHB核磁碳谱图峰的归属
Tab.2-3 Adscription of the peaks in
13
C NMR of PHB
化学位移ppm
19.860
42.931
69.557
76.810
169.479
归属基团
甲基（CH
3
）
亚甲基（CH
2
）
次甲基（CH）
氘代氯仿
羰基（C=O）
13
2.4.4 PHB的红外光谱
2
9
2
4
.
3
5
3
3
7
3
.
5
1
2
9
5
5
.
8
4
1
5
6
2
.
5
4
2
8
5
5
.
0
1
1
3
9
9
.
4
5
1
7
1
1
.
2
5
1
6
5
8
.
1
7
0
.
3
0
A
T
R
U
n
i
t
s
0
.
1
0
0
.
2
0
1
2
6
6
.
2
1
1
1
9
6
.
0
2
1
1
3
2
.
2
5
1
1
0
5
.
9
1
1
0
5
6
.
7
8
1
2
9
5
.
9
9
1
0
0
6
.
9
5
9
7
2
.
1
9
0
.
0
0
35
Wavenumber cm-1
图2-2 PHB的红外光谱
Fig.2-2 FTIR of PHB
表2-3 PHB红外谱图峰的归属
Tab.2-3 Adscription of the peak in FTIR of PHB
吸收波数（cm
-1
）
3400
3004
2955—2855
1710
1006—1295
峰的归属
端-OH伸缩振动
-CH
3
伸缩振动
C-H伸缩振动
羧酸中C=O伸缩振动
酯C-O伸缩振动
在3400cm
-1
处有强峰说明有端-OH存在，且在此处峰形强、宽应为缔合态的
羟基。在1710cm
-1
处得峰，是羧酸中的羰基的伸缩振动吸收峰。单体β-丁内酯是
环状结构， 651cm
-1
和935cm
-1
处的峰是环骨架振动吸收峰，而在上图中此两处
的峰均较弱。由此可证明单体β-丁内酯确实发生了开环聚合，并在末端链接着
大量的羟基和羧基。酯中羰基的伸缩振动吸收峰在1735cm
-1
处，由红外光谱可
14
9
1
0
.
7
0
8
5
6
.
7
1
7
4
3
.
9
3
见，1735cm
-1
并未有明显的吸收峰，而1710cm
-1
处却有强峰，而且在3400cm
-1
处
得强峰说明合成的聚β-羟基丁酸酯的聚合度比较小。
15
3 壳聚糖降解
3.1 药品与实验仪器
表3-1 实验试剂
Tab.3-1 Experimental reagent
试剂名称
甲壳素
氢氧化钠
盐酸
酚酞
乙醇
甲基橙
无水碳酸钠
冰乙酸
过氧化氢30%
规格
生化试剂
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
生产厂家
天津市光复精细
化工研究所
天津市博迪化工
有限公司
烟台三和化学试
剂有限公司
天津市光复精细
化工研究所
烟台三和化学试
剂有限公司
天津市瑞金特化
学品有限公司
莱阳市双双化工
有限公司
天津市大茂化学
试剂厂
天津市广茂化学
试剂有限公司
备注
分子量
（203.19）n
分子量40.00
分子量36.46
分子量318.33
分子量46.07
分子量327.33
分子量105.99
分子量60.05
分子量34.01
表3-2 实验仪器
Tab.3-2 Experimental apparatus
名称
电热鼓风干燥箱
加热磁力搅拌器
循环水真空泵
乌式粘度计
型号
101-1A型
C-MAG HS7
SHZ-Ⅲ
0.5-0.6
生产厂家
天津市泰斯特仪器有限
公司
德国IKA
上海亚荣生化仪器厂
16
3.2 实验过程
3.2.1甲壳素脱乙酰
称取300g氢氧化钠用水稀释至400ml，取55ml该溶液于烧瓶中，加入2g甲壳
素，磁力搅拌，时间和温度为变量。反应结束后将产物过滤，并用热水冲洗产
物pH至7。块粉状产物放置烘箱中烘干。
3.2.2 溶剂的配制
溶剂选用0.2mol/L CH3COOH和0.1mol/L CH3COONa。
3.2.3 壳聚糖降解
0.5g壳聚糖，0.6ml冰乙酸，双氧水适量，加去离子水至体系总体积150ml，
温度恒定在60℃，反应5h。每隔40min取一次样，用溶剂选用0.2mol/L CH
3
COOH
和0.1mol/L CH
3
COONa稀释，后用G3型砂芯漏斗过滤，稀释后测量粘均分子量。
通过调节双氧水加入量，以获得分子量在2万左右的壳聚糖。
3.2.4 壳聚糖提取
降解后的壳聚糖具有水溶性，因壳聚糖仅溶于酸，因此加适当浓度的碱液，
可使壳聚糖沉淀出来，经离心后除去上清液，将白色沉淀取出，在45℃烘干后
放入干燥器备用。
3.3 分析与测定
3.3.1 标准溶液的配制
标准0.1 mol／L HCl溶液的配制：量取浓HCl 1mL，用蒸馏水稀释至120ml，
然后以甲基橙指示剂，用0.05 mol／L的无水碳酸钠溶液进行标定。
标准0.1 mol／L NaOH溶液的配制：准确称量6g左右的NaOH，用1 L蒸馏水
进行溶解，然后以酚酞为指示剂，用标定后的标准盐酸溶液进行标定。
3.3.2测量脱乙酰度
精确称量0.25 g经干燥到恒重的壳聚糖样品3份分别置于50 mL烧杯中，分别
加20mL 0.1 mol／L HCl标准溶液，室温下磁力搅拌1 h，使其完全溶解，加入指
17
示剂1%甲基橙2~3滴，在磁力搅拌器搅拌条件下用标准0.1 mol／L NaOH溶液滴
定过量的HCl，当溶液由红色变为黄色即为终点，根据滴定终点时用去的NaOH
的体积，用下式计算壳聚糖的脱乙酰度值。
D.D= [(C
1
V
1
-C
2
V
2
)×0.016]/(G×0.0994)
其中 D.D：壳聚糖脱乙酰度；
C
1
：盐酸标准溶液的浓度（mol/L）；
C
2
：氢氧化钠标准溶液的浓度（mol/L）；
V
1
：加入盐酸标准溶液的体积（ml）；
V
2
：消耗氢氧化钠标准溶液的体积（ml）；
0.016:与1mol/L 1ml盐酸溶液相当的胺量 （g）；
0.0994：甲壳素中的理论胺基含量（16/161）。
3.3.3壳聚糖粘度测量
用移液管移取2ml壳聚糖溶液于烧杯中，加入溶剂0.2mol/L CH3COOH和
0.1mol/L CH3COONa，稀释至10ml，并转移至乌氏粘度计中，在（20±0.05）℃
恒温水浴中恒温。用秒表分别测定溶剂及不同浓度壳聚糖溶液的流出时间，取
多次（不少于3次，每次相差不能超过0.2s）测量结果的平均值。后采用“一点法”，
根据下式计算壳聚糖分子量，
=
（2
cp
-ln
r
）
c
其中η
sp
：增比粘度； η
r
：相对粘度。
根据高聚物溶液的特性粘度[η]和高聚物分子量M之间的关系可用
Mark-Houwink经验方程式来表示：
[η]=K Ma
其中K, a是经验方程的两个参数，是与高分子形态、溶剂和温度有关的常数。
因溶剂选用0.2mol/L CH
3
COOH和0.1mol/L CH
3
COONa，得到经验值K=1.424×
10
-3
， a=0.96。
3.4 结论
通过反复试验确定了降解成分子量为27000的壳聚糖的实验方案，在称取
0.5g壳聚糖，0.6ml冰乙酸，双氧水5ml，加去离子水至体系总体积150ml，温度
18
恒定在60℃，反应5h。
4 PHB的应用
4.1 药品与实验仪器
表4-1 实验试剂
Tab.4-1 Experimental reagent
试剂名称
冰乙酸
氢氧化钠
三氯甲烷
规格
分析纯
分析纯
分析纯
生产厂家
天津市大茂化学试剂厂
天津市博迪化工有限公司
莱阳经济技术开发区精细化工厂
备注
分子量60.05
分子量40.00
分子量119.38
表4-2 实验仪器
Tab.4-2 Experimental apparatus
名称
电热鼓风干燥箱
加热磁力搅拌器
高速离心机
核磁共振谱仪
型号
101-1A型
C-MAG HS7
TG18M
AV-500
生产厂家
天津市泰斯特仪器有限公司
德国IKA
长沙平凡仪器仪表有限公司
德国布鲁克公司
4.2 实验过程
4.2.1 PHB纳米微球的制备
采用乳化-溶剂挥发法制备PHB纳米微球，称取0.3gTX-10于锥形瓶中，加
40ml蒸馏水溶解，然后把PHB0.2g溶于5ml氯仿中，在搅拌条件下滴入含有乳化
剂的水溶液中乳化5h，待乳滴形成后，挥散氯仿使微球固化，离心收集后，用
蒸馏水洗涤三次除去乳化剂。
4.2.2 PHB与壳聚糖的共聚
将0.2gPHB用5ml氯仿溶剂，分子量为27000的壳聚糖0.04g溶于蒸馏水中，
此时溶液呈碱性，加醋酸至壳聚糖溶解，将装有壳聚糖的烧杯至超声波仪中，
边震荡边滴加PHB溶液，滴加完毕后，停止震荡，混合液呈乳白色，加氢氧化
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钠溶液为沉淀剂，待沉淀析出后，超速离心机离心，溶液分层后收集下层白色
沉淀，在45℃恒温烘干48h。
4.3 分析与测试
4.3.1 DSC测量
差示扫描量热分析在DSC204F1型扫描量热仪上完成，称取PHB，壳聚糖，
白色固体共聚物各10mg，在氮气保护下，测量样品的热性能。
4.3.2 扫描电镜（SEM）观测
采用日本JEOL公司的JSE-6300型扫描电子显微镜，将共聚物的白色固体制
成样后，观测共聚物的相分离情况。
4.4 结果与讨论
4.4.1 PHB纳米微球
按4.2.1中的实验步骤得到的混合液经离心机离心，离心管分为三层，最上
层透明液体，中层乳白色乳状物，下层半透明油状物，取下层物质少量做扫描
电镜，但未发现有任何球状物。原因可能是PHB的分子量较低，在溶液中形成
球的尺寸较小，相当于低分子量的PHB增溶于胶束形成增溶胶束。
4.4.2 热性能分析
对壳聚糖和复合物的DSC曲线，存在较明显的台阶转变，而对PHB的DSC
曲线，发生玻璃化转变不明显，只能得到图中较平缓的曲线。这是因为在分子
链两端的两头各有一个链端链段，这种链端链段的活动能力比一般的链段活动
能力较大，分子量较低时，链端链段的比例较高，所以玻璃化转变温度较低，
而当达到某温度时，被激发可运动的链段较少，链段运动可产生构象数较少，
所以使得玻璃化转变不明显，得到的曲线较平缓。
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0.5
0.0
-0.5
Y
/
W
g
-1.0
.
Tg=145.86
o
C
-
1
-1.5
-2.0
050100
o
150200250
X/C
图4-1 壳聚糖的DSC曲线
Fig.4-1 DSC curves of chitosan
0.0
-0.1
-0.2
-0.3
-
1
Y
/
W
g
-0.4
-0.5
-0.6
-0.7
-0.8
-500
.
Tg=5C
o
50100150
X/C
o
图4-2 PHB的DSC曲线
Fig.4-2 DSC curves of PHB
21
0
-2
.
Tg=124C
o
-
1
Y
/
W
g
-4
-6
-8
-50
X /C
o
图4-3 聚β-羟基丁酸酯-壳聚糖的DSC曲线
Fig.4-3 DSC curves of copolymer of PHB and chitosan
此外对比PHB、壳聚糖、聚β-羟基丁酸酯-壳聚糖的DSC曲线可以看出，在
共聚物上出现玻璃化转变温度，与均聚物的玻璃化转变温度值有差异，说明该
聚合物是嵌段聚合物。如下表：
表4-3 PHB,壳聚糖，聚β-羟基丁酸酯-壳聚糖的DSC性能
测试
Tab.4-3 DSC determination of PHB, chitosan ,copolymer of
PHB and chitosan
聚合物 PHB 壳聚糖 聚β-羟基丁酸酯-壳聚糖
Tg/℃ 5 145.86 124.40
然而，三个DSC图中存在大量吸热峰，可能是由于提供的样品不纯，携带
的杂质在升温过程中，吸收大量热量后挥发，在DSC谱图中留下大量的吸热峰，
可能因为这个原因会使样品的玻璃化转变部分掩盖。
4.4.3 扫描电镜分析
由图A、B、C、D知，共聚产物的微观结构中相分离现象不是特别明显。
可能是由于PHB的分子量比较低，分子链两端含有大量羟基和羧基，并且壳聚
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糖降解后分子量较低，分子链中也含有大量的羟基，在适当的反应条件下，它
们之间发生相互反应，形成如下的均相体系。
A B
C D
图4-4 聚β-羟基丁酸酯-壳聚糖的扫描电镜照片
图4-4中A、B、C、D是聚β-羟基丁酸酯与壳聚糖共聚产物的扫描电镜照片。
Fig.4-4 The SEM pictures of copolymer of PHB and chitosan
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5 结论
1．首次以β-丁内酯为单体，以醇钾为引发剂，在适当条件下使单体开环阴
离子聚合，生成聚β-羟基丁酸酯。对聚合物通过红外光谱、核磁氢谱、核磁碳
谱进行表征，对得到的吸收峰进行基团归属。
2．通过反复试验确定了降解成分子量为27000的壳聚糖的实验方法，0.5g
壳聚糖，0.6ml冰乙酸，双氧水5ml，加去离子水至体系总体积150ml，温度恒定
在60℃，反应5h。
3．首次将低分子量PHB和降解后的壳聚糖在适当条件下进行反应，并生成
共聚物。对共聚物粉末进行DSC测试，发现其玻璃化转变温度在PHB和壳聚糖
之间。再通过扫描电镜对白色粉末进行扫描，显示图像中相分离并不特别明显，
然而深一步的机理仍待继续研究。
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