POLILAKTO RŪGŠTIS: STRUKTŪRA, SAVYBĖS, SINTEZĖ, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Polipieno rūgšties, kurio teisingas pavadinimas yra poli (pieno rūgštis), yra Susidariusi medžiaga polimerizuojant pieno rūgšties. Jis taip pat žinomas kaip poli-laktadas, nes jį galima gauti suskaidžius ir polimerizuojant laktidą, kuris yra pieno rūgšties dimeris.

Poli (pieno rūgštis) arba PLA nėra rūgštis, tai yra poliesteris, kurį galima pastebėti jį sudarančiame monomere. Tai lengvai biologiškai skaidomas polimeras ir biologiškai suderinamas. Abi savybės yra dėl to, kad jis gali būti lengvai hidrolizuojamas tiek aplinkoje, tiek žmogaus ar gyvūno kūne. Be to, jo skaidymasis nesukelia toksiškų junginių.

Pieno rūgšties arba poli (pieno rūgšties) polimero supaprastinta formulė. Polimerekas. Šaltinis: „Wikipedia Commons“.

PLA dalyvavimas siūluose, siūlančiuose siūlus chirurginių operacijų metu, buvo žinomas metų metus. Jis taip pat naudojamas farmacijos pramonėje, atliekant lėto atpalaidavimo vaistus.

Jis naudojamas implantuojant žmogaus kūną ir yra atlikta daugybė tyrimų, susijusių su jo naudojimu biologiniuose audiniuose, taip pat atliekant trimatį (3D) spausdinimą pačioms įvairiausioms reikmėms.

Būdami vieni biologiškai skaidžiausių ir netoksiškiausių polimerų, jo gamintojai pasiūlė pakeisti šią medžiagą visais iš naftos pagamintais plastikais, kurie šiuo metu naudojami tūkstančiais programų.

Be to, pasak jo gamintojų, kadangi jis gaunamas iš atsinaujinančių šaltinių, PLA gamyba ir naudojimas yra būdas sumažinti CO ₂ , susidarančio gaminant plastiką iš naftos chemijos pramonės, kiekį.

Struktūra

Poli- (pieno rūgštis) yra poliesteris, tai yra, jis turi pasikartojančius esterių vienetus - (C = O) -OR, ką galima pamatyti šiame paveiksle:

Poli (pieno rūgšties) arba PLA struktūra. Jü. Šaltinis: „Wikipedia Commons“.

Nomenklatūra

- poli (pieno rūgštis)

- polilaktadas

- PLA

- poli- (L-pieno rūgštis) arba PLLA

- poli- (D, L-pieno rūgštis) arba PDLLA

- Pieno pieno rūgštis

Savybės

Fizinė būklė

- Poli (D, L-pieno rūgštis): amorfinė kieta medžiaga.

- Poli (L-pieno rūgštis): trapi arba trapi permatoma puskristalinė kieta medžiaga.

Molekulinė masė

Tai priklauso nuo medžiagos polimerizacijos laipsnio.

Stiklėjimo temperatūra

Tai temperatūra, žemiau kurios polimeras yra standus, trapus ir trapus, o virš jo polimeras tampa elastingas ir kalus.

- poli (L-pieno rūgštis): 63 ºC.

- Poli (D, L-pieno rūgštis): 55 ºC.

Lydymosi temperatūra

- Poli (L-pieno rūgštis): 170–180 ºC.

- Poli (D, L-pieno rūgštis): neturi lydymosi temperatūros, nes yra amorfinė.

Skilimo temperatūra

227–255 ° C.

Tankis

- Amorfinis: 1 248 g / cm ³

- Kristalinis: 1 290 g / cm ³

Kitos savybės

Mechaninis

Poli (L-pieno rūgštis) turi didesnį mechaninį stiprumą nei poli (D, L-pieno rūgštis).

PLA yra lengvai apdorojamas termoplastiniu būdu, todėl iš šio polimero galima gauti labai smulkių gijų.

Biologinis suderinamumas

Jo skilimo produktas, pieno rūgštis, nėra toksiškas ir visiškai biologiškai suderinamas, nes jį gamina gyvos būtybės. Žmonėms jis gaminamas raumenyse ir eritrocituose.

Biologinis skaidomumas

Jis gali būti termiškai dalijamas hidrolizės būdu žmogaus kūne, gyvūnuose ar mikroorganizmuose, tai vadinama hidrolizės skaidymu.

Lengvas jo savybių modifikavimas

Jų fizikines, chemines ir biologines savybes galima pritaikyti atitinkamai modifikuojant, kopolimerizuojant ir skiepijant.

Sintezė

Pirmą kartą jis buvo gautas 1932 m., Kaitinant pieno rūgštį vakuume. Pieno rūgštis HO-CH3-CH-COOH yra molekulė su chiraliniu centru (tai yra, anglies atomas, prijungtas prie keturių skirtingų grupių).

Dėl šios priežasties jis turi du enantiomerus arba spekuliacinius izomerus (tai yra dvi molekulės, tapačios, bet turinčios skirtingą jų atomų erdvinę orientaciją).

Enantiomerai yra L-pieno rūgštis ir D-pieno rūgštis, kurios skiriasi viena nuo kitos tuo, kaip nukreipia poliarizuotą šviesą. Jie yra veidrodiniai vaizdai.

Pieno rūgšties enantiomerai. Kairėje: L-pieno rūgštis. Dešinė: D-pieno rūgštis. す じ に く シ チ ュ ー. Šaltinis: „Wikipedia Commons“.

L-pieno rūgštis gaunama fermentuojant natūralių cukrų, tokių kaip melasa, bulvių krakmolas ar kukurūzų dekstrozė, mikroorganizmams. Tai yra šiuo metu tinkamiausias būdas jį gauti.

Kai poli (pieno) rūgštis yra pagaminta iš L-pieno rūgšties, gaunama poli (L-pieno rūgštis) arba PLLA.

Kita vertus, kai polimeras yra pagamintas iš L-pieno rūgšties ir D-pieno rūgšties mišinio, gaunamas poli- (D, L-pieno rūgštis) arba PDLLA.

Šiuo atveju rūgšties mišinys yra lygus D ir L enantiomerų derinys, gaunamas sintetinant naftos etileną. Ši gavimo forma šiandien naudojama retai.

PLLA ir PDLLA turi šiek tiek skirtingas savybes. Polimerizaciją galima atlikti dviem būdais:

- Tarpinio produkto formavimas: ciklinis dimeris, vadinamas laktidu, kurio polimerizaciją galima kontroliuoti ir galima gauti norimos molekulinės masės produktą.

Laktidų polimerizacija, norint gauti PLA. Jü. Šaltinis: „Wikipedia Commons“. Tiesioginis pieno rūgšties kondensavimas vakuumo sąlygomis: gaunamas mažos arba vidutinės molekulinės masės polimeras.

Dviejų PLA sintezės formų palyginimas. RLM0518. Šaltinis: „Wikipedia Commons“.

Naudojimas medicinoje

Jo skilimo produktai nėra toksiški, todėl yra palankesni jo pritaikymui šioje srityje.

Siūlės

Pagrindinis siūlių siūlų reikalavimas yra tai, kad jie laikytų audinius vietoje, kol natūralus gijimas suteikia tvirtus audinius sankryžos vietoje.

Nuo 1972 m. Buvo gaminama siūlų medžiaga, vadinama Vicryl, labai stiprus biologiškai absorbuojamas siūlas ar siūlas. Šis siūlas pagamintas iš glikolio rūgšties ir pieno rūgšties kopolimero (90:10), kuris greitai hidrolizuojasi siūlių vietoje, todėl lengvai absorbuojamas kūne.

Manoma, kad žmogaus organizme PLA 63% suskaidoma maždaug per 168 dienas, o 100% - per 1,5 metų.

Farmacijos naudojimas

Dėl biologinio PLA skaidomumo jis tampa naudingas kontroliuojamu vaistų išleidimu.

Daugeliu atvejų vaistas išleidžiamas palaipsniui dėl hidrolizinio skilimo ir rezervuaro (pagaminto kartu su polimeru), kuriame yra vaistinis preparatas, morfologinių pokyčių.

Kitais atvejais vaistas lėtai išsiskiria per polimero membraną.

Implantai

PLA pasirodė esąs veiksmingas implantų ir žmogaus kūno atramų srityje. Gerų rezultatų buvo gauta fiksuojant lūžius ir osteotomijas ar kaulų operacijas.

Biologinė audinių inžinerija

Šiuo metu atliekama daugybė tyrimų dėl PLA taikymo audinių ir organų rekonstrukcijai.

PLA gijos buvo sukurtos paralyžiuotų pacientų nervų regeneracijai.

PLA skaidulos anksčiau yra apdorojamos plazma, kad jos taptų imlios ląstelių augimui. Pataisomo nervo galai sujungiami dirbtiniu PLA segmentu, apdorotu plazma.

Šiame segmente sėjamos specialios ląstelės, kurios augs ir užpildys tuštumą tarp dviejų nervo galų, sujungdamos jas. Laikui bėgant, PLA atrama nusidėvėjo, palikdama ištisinį nervinių ląstelių kanalą.

Jis taip pat buvo naudojamas pūslių rekonstrukcijai, veikdamas kaip pastolis ar platforma, ant kurio sėjamos urotelinės ląstelės (ląstelės, apimančios šlapimo pūslę ir šlapimo sistemos organus) bei lygiosios raumenų ląstelės.

Naudojimas tekstilės medžiagose

PLA chemija leidžia valdyti tam tikras pluošto savybes, dėl kurių jis tinkamas įvairiausiems tekstilės, drabužių ir baldų gaminiams.

Pvz., Dėl savo sugebėjimo absorbuoti drėgmę ir tuo pačiu mažo drėgmės bei kvapų sulaikymo, jis yra naudingas gaminant drabužius aukšto meistriškumo sportininkams. Tai hipoalergiškas, nedirgina odos.

Jis netgi tinka naminių gyvūnėlių drabužiams ir nereikalauja lyginimo. Jis turi mažą tankį, todėl yra lengvesnis už kitus pluoštus.

Jis gaunamas iš atsinaujinančių šaltinių, o jo gamyba yra nebrangi.

Įvairios programos

PLA tinka gaminti butelius įvairiems tikslams (šampūnui, sultims ir vandeniui). Šie buteliai turi blizgesį, skaidrumą ir aiškumą. Be to, PLA yra išskirtinė kliūtis kvapams ir skoniams.

Tačiau tai naudojama esant žemesnei nei 50–60 ºC temperatūrai, nes, pasiekus tą temperatūrą, ji linkusi deformuotis.

Jis naudojamas gaminant vienkartines lėkštes, puodelius ir maisto indus, taip pat maisto konteinerius, tokius kaip jogurtas, vaisiai, makaronai, sūris ir kt., Arba PLA putplasčio padėklus šviežiam maistui pakuoti. Jis nesugeria riebalų, aliejaus, drėgmės ir yra lankstus. PLA atliekos gali būti kompostuojamos.

PLA šiaudeliai, šiaudeliai ar šiaudeliai. F. Kesselring, FKuR Willich. Šaltinis: „Wikipedia Commons“.

Jis taip pat naudojamas gaminant plonus lakštus maisto produktams, tokiems kaip bulvių traškučiai ar kiti maisto produktai, pakuoti.

Saldainių PLA pakuotė. F. Kesselring, FKuR Willich. Šaltinis: „Wikipedia Commons“.

Jis gali būti naudojamas elektroninėms operacijų kortelėms ir viešbučio kambario raktų kortelėms gaminti. PLA kortelės gali atitikti saugos požymius ir leisti naudoti magnetines juostas.

Jis plačiai naudojamas gaminant labai subtilių gaminių, tokių kaip elektroniniai prietaisai ir kosmetika, dėžutes ar dangtelius. Specialiai šiam naudojimui paruošti pažymiai naudojami sujungiant su kitais pluoštais.

Iš PLA gali būti pagamintas putų pluoštas, kuris bus naudojamas kaip amortizuojanti medžiaga gabenant subtilius instrumentus ar daiktus.

Jis naudojamas žaislams vaikams gaminti.

Panaudojimas inžinerijoje ir žemės ūkyje

PLA naudojama kanalizacijai statybvietėse, grindų statybinėms medžiagoms, tokioms kaip kilimai, laminato grindys ir sienų tapetai, kilimams ir automobilių pagalvėlių audiniams gaminti.

Jo pramonė plėtojama kaip laidžių laidų danga.

Tarp jo taikymo sričių yra žemės ūkio produkcija, gaminant PLA dirvožemio apsaugines plėveles, kurios leidžia kontroliuoti piktžoles ir skatina trąšas. PLA plėvelės yra biologiškai skaidomos, derliaus pabaigoje jos gali būti įterptos į dirvožemį ir taip pateikti maistines medžiagas.

Dirvožemio apsauginė PLA plėvelė pasėliuose. F. Kesselring, FKuR Willich. Šaltinis: „Wikipedia Commons“.

Naujausi tyrimai

Nanokompozitų pridėjimas prie PLA yra tiriamas siekiant pagerinti kai kurias jo savybes, tokias kaip šiluminė varža, kristalizacijos greitis, antipirenas, antistatinės ir elektrinės laidumo savybės, anti-UV ir antibakterinės savybės.

Kai kuriems tyrėjams pavyko padidinti PLA mechaninį stiprumą ir elektrinį laidumą, pridedant grafeno nanodalelių. Tai žymiai padidina programas, kurias PLA gali turėti 3D spausdinimo srityje.

Kitiems mokslininkams pavyko sukurti kraujagyslių pleistrą (atkurti arterijas žmogaus kūne), skiepijant organofosfato-fosforilcholino ant PLA pastolių ar platformos.

Kraujagyslių pleistras parodė tokias palankias savybes, kad gali būti laikomas perspektyviu kraujagyslių audinio inžinerijai.

Jo savybės yra tai, kad jis nesukuria hemolizės (raudonųjų kraujo kūnelių suirimo), nėra toksiškas ląstelėms, atsparus trombocitų sukibimui ir pasižymi geru giminingumu ląstelėms, linijuojančioms kraujagysles.

Nuorodos

1. Mirae Kim ir kt. (2019 m.). Elektrai laidžios ir mechaniškai stiprios grafeno-polilaktinės rūgšties kompozicijos 3D spausdinimui. ACS naudojamos medžiagos ir sąsajos. 2019, 11, 12, 11841-11848. Atkurta iš pubs.acs.org.
2. Tin Sin, Lee ir kt. (2012). Poli (pieno rūgšties) panaudojimas. Biopolimerų ir biologiškai skaidžių plastikų vadove. 3 skyrius. Atkurta iš sciencedirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh ir kt. (2007). Poli (pieno rūgšties) pluoštas: apžvalga. Prog. Polim. Mokslas 32 (2007) 455-482. Atgauta iš „sciencedirect.com“.
4. Raquez, Jean-Marie ir kt. (2013). Polilaktidų (PLA) pagrindu sukurti nanokompozitai. Polimerų mokslo pažanga. 38 (2013) 1504-1542. Atsigavo nuo mokslinio tiesioginio.
5. Zhang, Jun ir kt. (2019 m.). Polimerinės rūgšties, į kurią įterpti cwitterioniniai polietileno rūgšties, pleistrai, pagrįsti deceliuliarizuotų pastolių audinių inžinerijai. ACS biomedžiagų mokslas ir inžinerija. Publikavimo data: 2019 m. Liepos 25 d. Atkurta iš pubs.acs.org.