ПОЛАКТИЧНА КИСЕЛИНА: СТРУКТУРА, СВОЈСТВА, СИНТЕЗА, УПОТРЕБЕ - ХЕМИЈА - 2025

Полимлечна киселина, чије право име је поли (млечна киселина), је материјал формиран полимеризацију млечну киселину. Познат је и као полинактид, јер се може добити разградњом и полимеризацијом лактида, који је димер млечне киселине.

Поли (млечна киселина) или ПЛА није киселина, то је полиестер, што се може видети у мономеру који је сачињава. То је полимер који се лако разграђује и биокомпатибилан је. Обе особине настају због чињенице да се може лако хидролизовати и у околини и у људском или животињском телу. Штавише, његова разградња не ствара токсична једињења.

Поједностављена формула полимера млечне киселине или поли (млечне киселине). Полимерек. Извор: Википедиа Цоммонс.

Учешће ПЛА-а у филаментима за шавове током хируршких операција познато је већ годинама. Такође се користи у фармацеутској индустрији у лековима са спорим ослобађањем.

Користи се у имплантатима за људско тело и постоји велики број студија о његовој употреби у биолошким ткивима, као и за тродимензионално (3Д) штампање за најразличитије примене.

Будући да је један од биоразградивих и неотровних полимера, његови произвођачи су предложили замену свих нафтних пластичних маса које се тренутно користе у хиљадама примена овим материјалом.

Надаље, према њеним произвођачима, будући да долази из обновљивих извора, производња и употреба ПЛА-е је начин да се смањи количина ЦО ₂ која настаје приликом производње пластике из петрохемијске индустрије.

Структура

Поли- (млечна киселина) је полиестер, односно има понављајуће естерске јединице - (Ц = О) -ОР, нешто што се може видети на следећој слици:

Структура поли (млечне киселине) или ПЛА. Ју. Извор: Википедиа Цоммонс.

Номенклатура

- поли- (млечна киселина)

- Поли лактид

- ПЛА

- Поли- (Л-млечна киселина) или ПЛЛА

- Поли- (Д, Л-млечна киселина) или ПДЛЛА

- Полактична киселина

Својства

Физичко стање

- Поли (Д, Л-млечна киселина): аморфна чврста супстанца.

- Поли (Л-млечна киселина): крхка или крхка провидна полу-кристална чврста супстанца.

Молекуларна тежина

Зависи од степена полимеризације материјала.

Температура стакла

То је температура испод које је полимер чврст, ломљив и ломљив, а изнад које полимер постаје еластичан и коси.

- Поли (Л-млечна киселина): 63 ºЦ.

- Поли (Д, Л-млечна киселина): 55 ºЦ.

Тачка топљења

- Поли (Л-млечна киселина): 170-180 ºЦ.

- Поли (Д, Л-млечна киселина): нема талиште јер је аморфан.

Температура разлагања

227-255 ° Ц.

Густина

- Аморпхоус: 1.248 г / цм ³

- Цристаллине: 1.290 г / цм ³

Остала својства

Механички

Поли (Л-млечна киселина) има већу механичку чврстоћу од поли (Д, Л-млечне киселине).

ПЛА је термопластично лако обрадити, па се из овог полимера могу добити веома ситна влакна.

Биокомпатибилност

Његов продукт разградње, млечна киселина, је нетоксичан и потпуно биокомпатибилан, јер га производе жива бића. Код људи се производи у мишићима и црвеним крвним ћелијама.

Биоразградљивост

Може се термички фракционисати хидролизом у људском телу, животињама или микроорганизмима, што се назива хидролизна деградација.

Лако мењање његових карактеристика

Њихова физичка, хемијска и биолошка својства могу се прилагодити одговарајућим модификацијама, кополимеризацијом и цепљењем.

Синтеза

Прво је добијено 1932. године загревањем млечне киселине под вакуумом. Млечна киселина ХО-ЦХ3-ЦХ-ЦООХ је молекул са хиралним центром (то јест угљеников атом повезан у четири различите групе).

Из тог разлога има два енантиомера или спекуларне изомере (то су два молекула која су идентична, али с различитом просторном оријентацијом својих атома).

Енантиомери су Л-млечна киселина и Д-млечна киселина, који се међусобно разликују по начину на који одбијају поларизовану светлост. То су огледала.

Енантиомери млечне киселине. Лево: Л-млечна киселина. Десно: Д-млечна киселина. し に く シ チ ュ ー. Извор: Википедиа Цоммонс.

Л-млечна киселина добијена је ферментацијом од стране микроорганизама природних шећера, попут меласе, кромпировог шкроба или кукурузне декстрозе. Ово је тренутно преферирани начин за добијање.

Када се поли (млечна киселина) припрема од Л-млечне киселине, добија се поли (Л-млечна киселина) или ПЛЛА.

С друге стране, када се полимер добија од смеше Л-млечне киселине и Д-млечне киселине, добија се поли- (Д, Л-млечна киселина) или ПДЛЛА.

У овом случају, кисела смеша је комбинација у једнаким деловима Д и Л енантиомера, добијена синтезом из етилена петролеја. Данас се овај облик добијања ретко користи.

ПЛЛА и ПДЛЛА имају мало различита својства. Полимеризација се може извршити на два начина:

- Формирање интермедијара: циклични димер назван лактид, чија се полимеризација може контролисати и може се добити производ жељене молекулске тежине.

Лактидна полимеризација за добијање ПЛА. Ју. Извор: Википедиа Цоммонс. - Директна кондензација млечне киселине под вакуум условима: ствара полимер ниске или средње молекулске тежине.

Поређење два облика синтезе ПЛА. РЛМ0518. Извор: Википедиа Цоммонс.

Употреба у медицини

Његови производи разградње нису токсични, што погодује његовој примени у овој области.

Шиве

Основни захтев за филаменте шавова је да држе ткива на месту све док природно зарастање не обезбеди снажно ткиво на месту спајања.

Од 1972. године производи се материјал за шивање под називом Вицрил, веома снажно филамент или нит. Ова нит је направљена од копоимера гликолне киселине и млечне киселине (90:10), који се брзо хидролизује на месту шава, тако да га тело лако апсорбује.

Процењује се да у људском телу ПЛА разгради 63% за око 168 дана и 100% за 1,5 године.

Фармацеутска употреба

Биоразградљивост ПЛА-а чини је корисном за контролисано ослобађање лекова.

У већини случајева лек се ослобађа постепено због хидролизне деградације и морфолошких промена резервоара (направљеног са полимером) који садржи лек.

У осталим случајевима лек се полако ослобађа кроз полимерну мембрану.

Имплантати

ПЛА се показао ефикасним у имплантатима и потпори за људско тело. Добри резултати добијени су у фиксирању прелома и остеотомија или операцијама костију.

Инжењеринг биолошког ткива

Тренутно се проводе многе студије за примену ПЛА-а у реконструкцији ткива и органа.

ПЛА филаменти су развијени за регенерацију нерава код пацијената са парализом.

ПЛА влакна се претходно третирају плазмом како би била осјетљива на раст ћелија. Крајеви живца који се поправља спајају се вештачким сегментом ПЛА-е третираним плазмом.

На овом сегменту сеју посебне ћелије које ће расти и попуњавати празнину између два краја нерва, спајајући их. Временом, подршка ПЛА нестаје, остављајући континуирани канал нервних ћелија.

Такође се користи у реконструкцији мокраћних мехура, делујући као скела или платформа на коју се сечу уротелијалне ћелије (ћелије које покривају бешику и органе мокраћног система) и ћелије глатких мишића.

Употреба у текстилним материјалима

Хемија ПЛА омогућава контролу одређених својстава влакана која га чине погодним за широку употребу текстила, одеће и намештаја.

На пример, његова способност да апсорбује влагу и истовремено слабо задржавање влаге и мириса, чини је корисном за израду одеће за спортисте високих перформанси. Хипоалерген је, не иритира кожу.

Чак ради и за одећу за кућне љубимце и не захтева пеглање. Има ниску густину, па је лакша од осталих влакана.

Потјече из обновљивог извора и производња је јефтина.

Разне апликације

ПЛА је погодан за прављење боца за различите намене (шампон, сокови и вода). Ове боце имају сјај, прозирност и бистрину. Поред тога, ПЛА је изузетна баријера мирисима и аромама.

Међутим, ова употреба је за температуре испод 50-60 ºЦ, јер има тенденцију да се деформише када достигне те температуре.

Користи се у производњи тањира за једнократну употребу, шољица и посуђа за храну, као и посуда за храну, као што су јогурт, воће, тестенине, сир итд., Или носача ПЛА пене за паковање свеже хране. Не упија маст, уље, влагу и има флексибилност. Отпадни ПЛА се може компостирати.

ПЛА сламке, сламке или сламке. Ф. Кесселринг, ФКуР Виллицх. Извор: Википедиа Цоммонс.

Такође се користи за прављење танких листова за паковање хране као што су чипс од кромпира или друге хране.

ПЛА амбалажа за бомбоне. Ф. Кесселринг, ФКуР Виллицх. Извор: Википедиа Цоммонс.

Може се користити за прављење електроничких картица за трансакције и кључева хотелских соба. ПЛА картице могу задовољити сигурносне карактеристике и омогућити примену магнетних трака.

Широко се користи за производњу кутија или прекривача веома осетљивих производа, као што су електронски уређаји и козметика. Користе се посебно припремљене за ову употребу везањем са другим влакнима.

Експандирана пена може да се направи од ПЛА-а да би се користила као материјал који апсорбује ударце за отпрему деликатних инструмената или предмета.

Користи се за прављење играчака за децу.

Користи у инжењерству и пољопривреди

ПЛА се користи за израду одвода на градилиштима, грађевинским материјалима за под, као што су теписи, ламинат и зидне тапете, за тепихе и тканине за јастуке за аутомобиле.

Његова употреба је у развоју у електропривреди, као премаз за проводне жице.

Међу примјенама је пољопривреда, јер се производе заштитни фолије тла ПЛА који омогућавају сузбијање корова и погодују задржавању ђубрива. ПЛА фолије су биоразградиве, могу се уграђивати у тло на крају жетве и на тај начин обезбедити храњиве материје.

Заштита од тла ПЛА у усевима. Ф. Кесселринг, ФКуР Виллицх. Извор: Википедиа Цоммонс.

Недавне студије

Додавање нанокомпозита у ПЛА проучава се ради побољшања неких његових својстава, попут топлотне отпорности, брзине кристализације, успоравања пламена, антистатичких и електрично проводљивих карактеристика, анти-УВ и антибактеријских својстава.

Неки истраживачи успели су да повећају механичку чврстоћу и електричну проводљивост ПЛА додавањем наночестица графен. То значајно повећава апликације које ПЛА може имати у односу на 3Д штампање.

Други научници успели су да развију васкуларни фластер (како би санирали артерије у људском телу) тако што су органофосфат-фосфорилхолин уградили на ПЛА скелу или платформу.

Васкуларни фластер показао је тако повољна својства која се сматрају перспективним за инжењеринг васкуларног ткива.

Његова својства укључују чињеницу да не производи хемолизу (распад црвених крвних зрнаца), није токсична за ћелије, одупире се пријањању тромбоцита и има добар афинитет према ћелијама које линију крвне судове.

Референце

1. Мирае Ким и др. (2019). Електрично проводљиви и механички јаки композити графен-поллактичне киселине за 3Д штампање. АЦС примењени материјали и интерфејси. 2019, 11, 12, 11841-11848. Опоравак од пубс.ацс.орг.
2. Тин Син, Лее и др. (2012). Примене поли (млечне киселине). У Приручнику о биополимерима и биоразградљивој пластици. Поглавље 3. Опоравак са сциенцедирецт.цом.
3. Гупта, Бхуванесх и др. (2007). Поли (млечна киселина) влакна: преглед. Прог. Полим. Сци. 32 (2007) 455-482. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
4. Ракуез, Јеан-Мари и др. (2013). Нанокомпозити на бази полактида (ПЛА). Напредак у науци полимера. 38 (2013) 1504-1542. Опоравак од Сциенцедирецт-а.
5. Зханг, Јун и др. (2019). Жилни фластери са звиттерионском полимерном киселином засновани на децеллуларизед скелу за инжењеринг ткива. Наука и инжењеринг биоматеријала АЦС. Датум објављивања: 25. јула 2019. Обновљено од пубс.ацс.орг.