KYSELINA POLYMLIEČNA: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, SYNTÉZA, POUŽITIE - CHÉMIA - 2025

Polymléčná kyselina, ktorého správny názov je poly (mliečna kyselina), je materiál, vytvorený polymerizáciou kyseliny mliečnej. Je tiež známy ako poly-laktid, pretože sa môže získať štiepením a polymerizáciou laktidu, ktorý je dimérom kyseliny mliečnej.

Poly (kyselina mliečna) alebo PLA nie je kyselina, je to polyester, ktorý je viditeľný v monoméri, ktorý ho tvorí. Je to ľahko biologicky odbúrateľný polymér a je biokompatibilný. Obe vlastnosti sú spôsobené skutočnosťou, že sa dajú ľahko hydrolyzovať tak v životnom prostredí, ako aj v ľudskom alebo zvieracom tele. Okrem toho jeho degradácia negeneruje toxické zlúčeniny.

Zjednodušená receptúra ​​polyméru kyseliny mliečnej alebo poly (kyseliny mliečnej). Polimerek. Zdroj: Wikipedia Commons.

Účasť PLA vo vláknach na šitie počas chirurgických operácií je známa už roky. Používa sa tiež vo farmaceutickom priemysle pri liekoch s pomalým uvoľňovaním.

Používa sa v implantátoch pre ľudské telo a existuje veľké množstvo štúdií o jeho použití v biologických tkanivách, ako aj o trojrozmernej (3D) tlači pre najrôznejšie aplikácie.

Ako jeden z najviac biologicky odbúrateľných a netoxických polymérov navrhli jeho výrobcovia nahradiť týmto materiálom všetky plasty získané z ropy, ktoré sa v súčasnosti používajú v tisícoch aplikácií.

Okrem toho, v súlade s jeho výrobcu, pretože pochádza z obnoviteľných zdrojov, výroby a použitia PLA je spôsob, ako znížiť množstvo CO ₂ , ktorý je vytváraný pri výrobe plastov z petrochemického priemyslu.

štruktúra

Poly- (kyselina mliečna) je polyester, to znamená, že má opakujúce sa esterové jednotky - (C = O) -OR, čo možno vidieť na nasledujúcom obrázku:

Štruktúra poly (kyseliny mliečnej) alebo PLA. Ju. Zdroj: Wikipedia Commons.

názvoslovie

- kyselina poly- (mliečna)

- polylaktid

- PLA

- poly- (kyselina L-mliečna) alebo PLLA

- poly- (D, L-mliečna kyselina) alebo PDLLA

- Kyselina polymliečna

vlastnosti

Fyzický stav

- Poly (D, L-kyselina mliečna): amorfná tuhá látka.

- Poly (kyselina L-mliečna): krehká alebo krehká priehľadná semikryštalická pevná látka.

Molekulová hmotnosť

Závisí to od stupňa polymerizácie materiálu.

Teplota skleného prechodu

Je to teplota, pod ktorou je polymér tuhý, krehký a krehký a nad ktorým sa polymér stáva elastickým a poddajným.

- Poly (kyselina L-mliečna): 63 ° C.

- Poly (D, L-kyselina mliečna): 55 ° C.

Bod topenia

- Poly (kyselina L-mliečna): 170 - 180 ° C.

- Poly (D, L-kyselina mliečna): nemá teplotu topenia, pretože je amorfná.

Teplota rozkladu

227 - 255 ° C.

Hustota

- amorfný: 1248 g / cm ³

- Kryštalická: 1290 g / cm ³

Ďalšie vlastnosti

Mechanický

Poly (kyselina L-mliečna) má vyššiu mechanickú pevnosť ako kyselina poly (D, L-mliečna).

PLA sa ľahko termoplasticky spracováva, takže z tohto polyméru je možné získať veľmi jemné vlákna.

biokompatibilita

Jeho produkt rozkladu, kyselina mliečna, je netoxický a úplne biologicky kompatibilný, pretože je produkovaný živými bytosťami. V prípade ľudí sa produkuje vo svaloch a červených krvinkách.

biologická rozložiteľnosť

Môže byť tepelne frakcionovaná hydrolýzou v ľudskom tele, zvieratách alebo mikroorganizmoch, ktorá sa nazýva hydrolytická degradácia.

Ľahká modifikácia jeho charakteristík

Ich fyzikálne, chemické a biologické vlastnosti sa dajú prispôsobiť vhodnými modifikáciami, kopolymerizáciou a očkovaním.

syntéza

Prvýkrát sa získal v roku 1932 zahrievaním kyseliny mliečnej vo vákuu. HO-CH3-CH-COOH kyselina mliečna je molekula s chirálnym centrom (to znamená atóm uhlíka viazaný na štyri rôzne skupiny).

Z tohto dôvodu má dva enantioméry alebo špekulatívne izoméry (sú to dve molekuly, ktoré sú identické, ale majú odlišnú priestorovú orientáciu svojich atómov).

Enantioméry sú kyselina L-mliečna a kyselina D-mliečna, ktoré sa navzájom líšia spôsobom, ktorým odkláňajú polarizované svetlo. Sú to zrkadlové obrazy.

Enantioméry kyseliny mliečnej. Vľavo: kyselina L-mliečna. Vpravo: kyselina D-mliečna. す じ に く シ チ ュ ー. Zdroj: Wikipedia Commons.

Kyselina L-mliečna sa získava fermentáciou prírodných cukrov, ako sú melasa, zemiakový škrob alebo kukuričná dextróza, mikroorganizmami. Toto je momentálne preferovaný spôsob, ako ho získať.

Keď sa kyselina poly (mliečna) pripraví z kyseliny L-mliečnej, získa sa kyselina poly (L-mliečna) alebo PLLA.

Na druhej strane, keď sa polymér pripraví zo zmesi kyseliny L-mliečnej a kyseliny D-mliečnej, získa sa kyselina poly- (D, L-mliečna) alebo PDLLA.

V tomto prípade je kyslou zmesou kombinácia rovnakých častí D a L enantiomérov, ktorá sa získa syntézou z etylénu ropy. Táto forma získavania sa dnes zriedka používa.

PLLA a PDLLA majú mierne odlišné vlastnosti. Polymerizácia sa môže uskutočňovať dvoma spôsobmi:

- Tvorba medziproduktu: cyklický dimér nazývaný laktid, ktorého polymerizácia sa dá regulovať, a získa sa produkt s požadovanou molekulovou hmotnosťou.

Polymerizácia laktidu za získania PLA. Ju. Zdroj: Wikipedia Commons. - Priama kondenzácia kyseliny mliečnej vo vákuových podmienkach: ktorá vytvára polymér s nízkou alebo strednou molekulovou hmotnosťou.

Porovnanie dvoch foriem syntézy PLA. RLM0518. Zdroj: Wikipedia Commons.

Použitie v medicíne

Jeho produkty rozkladu sú netoxické, čo uprednostňuje jeho použitie v tejto oblasti.

stehy

Základnou požiadavkou na šijacie vlákna je to, že držia tkanivá na mieste, kým prirodzené hojenie neposkytuje silné tkanivo v mieste spojenia.

Od roku 1972 sa vyrába šijací materiál s názvom Vicryl, veľmi silné bioabsorbovateľné vlákno alebo niť. Táto niť je vyrobená z kopolyméru kyseliny glykolovej a kyseliny mliečnej (90:10), ktorá sa v mieste stehu rýchlo hydrolyzuje, takže sa v tele ľahko absorbuje.

Odhaduje sa, že v ľudskom tele PLA degraduje 63% za asi 168 dní a 100% za 1,5 roka.

Farmaceutické použitie

Biologická odbúrateľnosť PLA ju robí užitočnou pri riadenom uvoľňovaní liekov.

Vo väčšine prípadov sa liek uvoľňuje postupne v dôsledku hydrolytickej degradácie a morfologických zmien zásobníka (vyrobeného s polymérom), ktorý obsahuje liečivo.

V iných prípadoch sa liečivo uvoľňuje pomaly cez polymérnu membránu.

implantáty

PLA sa osvedčila ako účinná pri implantátoch a podpore ľudského tela. Dobré výsledky sa dosiahli pri fixácii zlomenín a osteotómií alebo kostných chirurgických zákrokov.

Biologické tkanivové inžinierstvo

V súčasnosti sa vykonáva veľa štúdií na aplikáciu PLA pri obnove tkanív a orgánov.

PLA vlákna boli vyvinuté na regeneráciu nervov u ochrnutých pacientov.

Vlákno PLA je predtým ošetrené plazmou, aby bolo schopné vnímať rast buniek. Konce nervu, ktorý sa má opraviť, sa spoja pomocou umelého segmentu PLA ošetreného plazmou.

V tomto segmente sú vysiate špeciálne bunky, ktoré budú rásť a vyplniť medzeru medzi dvoma koncami nervu a spojiť ich. V priebehu času sa podpora PLA opotrebuje a zanecháva nepretržitý kanál nervových buniek.

Používa sa tiež pri rekonštrukcii močového mechúra, pôsobiaceho ako lešenie alebo platforma, na ktorej sú nasadené uroteliálne bunky (bunky pokrývajúce močový mechúr a orgány močového systému) a bunky hladkého svalstva.

Použitie v textilných materiáloch

Chémia PLA umožňuje kontrolu určitých vlastností vlákien, vďaka ktorým je vhodná pre širokú škálu textilných, odevných a nábytkových aplikácií.

Napríklad jeho schopnosť absorbovať vlhkosť a zároveň nízka zadržiavanie vlhkosti a zápachov robí z tejto látky užitočnú výrobu odevov pre vysokovýkonných športovcov. Je hypoalergénny, nedráždi pokožku.

Funguje dokonca aj pre domáce zvieratá a nevyžaduje žehlenie. Má nízku hustotu, takže je ľahší ako iné vlákna.

Pochádza z obnoviteľných zdrojov a jeho výroba je lacná.

Rôzne aplikácie

PLA je vhodná na výrobu fliaš na rôzne účely (šampón, džúsy a voda). Tieto fľaše majú lesk, priehľadnosť a jasnosť. Okrem toho je PLA výnimočnou bariérou proti zápachu a chutiam.

Toto použitie sa však používa pri teplotách pod 50 - 60 ° C, pretože pri dosahovaní týchto teplôt má tendenciu sa zdeformovať.

Používa sa pri výrobe jednorazových tanierov, šálok a kuchynského náradia, ako aj nádob na potraviny, ako sú jogurt, ovocie, cestoviny, syr atď., Alebo na taniere s obsahom PLA na balenie čerstvých potravín. Neabsorbuje mastnotu, olej, vlhkosť a má flexibilitu. Odpadová PLA sa môže kompostovať.

Slamky, slamky alebo slamky na PLA. F. Kesselring, FKuR Willich. Zdroj: Wikipedia Commons.

Používa sa tiež na výrobu tenkých listov na balenie potravín, ako sú zemiakové lupienky alebo iné potraviny.

Balenie PLA na cukrovinky. F. Kesselring, FKuR Willich. Zdroj: Wikipedia Commons.

Môže sa použiť na výrobu elektronických transakčných kariet a kľúčových kariet hotelovej izby. Karty PLA môžu spĺňať bezpečnostné prvky a umožňujú použitie magnetických pások.

Používa sa široko na výrobu krabíc alebo poťahov z vysoko citlivých výrobkov, ako sú elektronické zariadenia a kozmetika. Triedy špeciálne upravené na toto použitie sa používajú spojením s inými vláknami.

Expandovaná pena môže byť vyrobená z PLA a môže byť použitá ako materiál absorbujúci otrasy na prepravu citlivých nástrojov alebo predmetov.

Používa sa na výrobu hračiek pre deti.

Použitie v strojárstve a poľnohospodárstve

PLA sa používa na výrobu odtokov v staveniskách, podlahových konštrukčných materiáloch, ako sú koberce, laminátové podlahy a tapety na steny, na koberce a vankúšiky do automobilov.

Jeho použitie sa vyvíja v elektrotechnickom priemysle ako povlak pre vodivé drôty.

Medzi jeho aplikácie patrí poľnohospodárstvo, s PLA sa vyrábajú ochranné fólie pôdy, ktoré umožňujú kontrolu buriny a uprednostňujú zadržiavanie hnojív. Fólie PLA sú biologicky odbúrateľné, na konci zberu sa môžu začleniť do pôdy, a tak poskytovať živiny.

Ochranný PLA film v plodinách. F. Kesselring, FKuR Willich. Zdroj: Wikipedia Commons.

Posledné štúdie

Študuje sa pridanie nanokompozitov do PLA, aby sa zlepšili niektoré jeho vlastnosti, ako napríklad tepelný odpor, rýchlosť kryštalizácie, spomaľovanie horenia, antistatické a elektrické vodivé vlastnosti, anti-UV a antibakteriálne vlastnosti.

Niektorým výskumníkom sa podarilo zvýšiť mechanickú pevnosť a elektrickú vodivosť PLA pridaním nanočastíc grafénu. To výrazne zvyšuje aplikácie, ktoré PLA môže mať v súvislosti s 3D tlačou.

Iným vedcom sa podarilo vyvinúť cievnu náplasť (na opravu tepien v ľudskom tele) štepením organofosfát-fosforylcholínu na lešenie alebo platformu PLA.

Vaskulárna náplasť preukázala také priaznivé vlastnosti, ktoré sa považujú za sľubné pre vaskulárne tkanivové inžinierstvo.

Medzi jeho vlastnosti patrí skutočnosť, že neprodukuje hemolýzu (rozklad červených krviniek), nie je toxický pre bunky, odoláva adhézii krvných doštičiek a má dobrú afinitu k bunkám, ktoré lemujú krvné cievy.

Referencie

1. Mirae Kim a kol. (2019). Elektricky vodivé a mechanicky silné zmesi grafén-polylaktická kyselina pre 3D tlač. Aplikované materiály a rozhrania ACS. 2019, 11, 12, 11841 - 11848. Obnovené z adresy pubs.acs.org.
2. Tin Sin, Lee a kol. (2012). Použitie kyseliny mliečnej. V Príručke biopolymérov a biodegradovateľných plastov. Kapitola 3. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh a kol. (2007). Vláknina z poly (kyseliny mliečnej): Prehľad. Prog. Polym. Sci., 32 (2007) 455-482. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
4. Raquez, Jean-Marie a kol. (2013). Nanokompozity na báze polylaktidu (PLA). Pokrok vo vede polymérov. 38 (2013) 1504-1542. Obnovené z vedy.
5. Zhang, Jun a kol. (2019). Vaskulárne náplasti s obojakými polymérnymi polygrafickými kyselinami na báze decelulárneho lešenia pre tkanivové inžinierstvo. ACS Biomaterials Science and Engineering. Dátum zverejnenia: 25. júla 2019. Obnovené z pubs.acs.org.