POLAKTIČNA KISLINA: STRUKTURA, LASTNOSTI, SINTEZA, UPORABE - KEMIJA - 2026

Polimlečna kislina, čigar pravo ime je poli (mlečna kislina), je material, tvorjen s polimerizacijo mlečne kisline. Znan je tudi kot pol laktid, saj ga lahko dobimo pri razpadu in polimerizaciji laktida, ki je dimer mlečne kisline.

Poli (mlečna kislina) ali PLA ni kislina, ampak je poliester, kar lahko vidimo v monomeru, ki ga sestavlja. Je lahko biorazgradljiv polimer in je biokompatibilen. Obe lastnosti sta posledica dejstva, da ga je mogoče zlahka hidrolizirati tako v okolju kot v človeškem ali živalskem telesu. Poleg tega njegova razgradnja ne tvori strupenih spojin.

Poenostavljena formula polimera mlečne kisline ali poli (mlečne kisline). Polimerek. Vir: Wikipedia Commons.

Vpletenost PLA v filamente za šivanje med kirurškimi operacijami je znana že leta. Uporablja se tudi v farmacevtski industriji v zdravilih s počasnim sproščanjem.

Uporablja se pri vsadkih za človeško telo in obstaja veliko študij o njegovi uporabi v bioloških tkivih, pa tudi za tridimenzionalni (3D) tisk za najrazličnejše aplikacije.

Kot eden najbolj biorazgradljivih in nestrupenih polimerov so njegovi proizvajalci predlagali nadomestitev vseh naftnih plastičnih mas, ki se trenutno uporabljajo v tisočih aplikacijah s tem materialom.

Poleg tega po navedbah proizvajalcev, ker prihaja iz obnovljivih virov, sta proizvodnja in uporaba PLA način za zmanjšanje količine CO _2, ki nastane pri proizvodnji plastike iz petrokemične industrije.

Struktura

Poli- (mlečna kislina) je poliester, torej ima ponavljajoče se estrske enote - (C = O) -OR, kar lahko vidimo na naslednji sliki:

Struktura poli (mlečne kisline) ali PLA. Jü. Vir: Wikipedia Commons.

Nomenklatura

- poli- (mlečna kislina)

- Poli laktid

- PLA

- poli- (L-mlečna kislina) ali PLLA

- poli- (D, L-mlečna kislina) ali PDLLA

- Polaktična kislina

Lastnosti

Fizično stanje

- poli (D, L-mlečna kislina): amorfna trdna snov.

- poli (L-mlečna kislina): krhka ali krhka prozorna polkristalna trdna snov.

Molekularna teža

Odvisno je od stopnje polimerizacije materiala.

Temperatura stekla

To je temperatura, pod katero je polimer tog, krhek in lomljiv, in nad katerim polimer postane elastičen in lepljiv.

- poli (L-mlečna kislina): 63 ° C.

- poli (D, L-mlečna kislina): 55 ° C.

Tališče

- poli (L-mlečna kislina): 170-180 ºC.

- poli (D, L-mlečna kislina): nima tališča, ker je amorfna.

Temperatura razpadanja

227-255 ° C.

Gostota

- amorfni: 1,248 g / cm ³

- Kristalni: 1.290 g / cm ³

Druge lastnosti

Mehanski

Poli (L-mlečna kislina) ima večjo mehansko trdnost kot poli (D, L-mlečna kislina).

PLA je termoplastično enostavno obdelati, zato lahko iz tega polimera dobimo zelo drobne nitke.

Biokompatibilnost

Njen produkt razgradnje, mlečna kislina, je nestrupen in popolnoma biokompatibilen, saj ga proizvajajo živa bitja. Pri ljudeh se proizvaja v mišicah in rdečih krvnih celicah.

Biorazgradljivost

Toplotno frakcioniramo ga lahko s hidrolizo v človeškem telesu, živalih ali mikroorganizmih, kar imenujemo hidrolizna razgradnja.

Enostavna sprememba njegovih značilnosti

Njihove fizikalne, kemijske in biološke lastnosti je mogoče prilagoditi z ustreznimi modifikacijami, kopolimerizacijo in cepljenjem.

Sinteza

Prvič so ga dobili leta 1932 s segrevanjem mlečne kisline pod vakuumom. Mlečna kislina HO-CH3-CH-COOH je molekula s kiralnim središčem (to je ogljikov atom, vezan na štiri različne skupine).

Zaradi tega ima dva enantiomera ali spekularne izomere (gre za dve molekuli, ki sta enaki, vendar z različno prostorsko orientacijo svojih atomov).

Enantiomeri sta L-mlečna kislina in D-mlečna kislina, ki se med seboj ločimo po načinu odklona polarizirane svetlobe. So zrcalne slike.

Enantiomeri mlečne kisline. Levo: L-mlečna kislina. Pravica: D-mlečna kislina. す じ に く シ チ ュ ー. Vir: Wikipedia Commons.

L-mlečna kislina se pri fermentaciji pridobiva z mikroorganizmi naravnih sladkorjev, kot so melasa, krompirjev škrob ali koruzna dekstroza. To je trenutno najprimernejši način za njegovo pridobitev.

Ko pripravimo poli (mlečno kislino) iz L-mlečne kisline, dobimo poli (L-mlečno kislino) ali PLLA.

Ko pa polimer pripravimo iz mešanice L-mlečne kisline in D-mlečne kisline, dobimo poli- (D, L-mlečno kislino) ali PDLLA.

V tem primeru je kislinska zmes kombinacija v enakih delih enantiomerov D in L, dobljena s sintezo iz etilena nafte. Ta oblika pridobivanja se danes redko uporablja.

PLLA in PDLLA imata nekoliko različne lastnosti. Polimerizacijo lahko izvedemo na dva načina:

- tvorba intermediatov: ciklični dimer, imenovan laktid, katerega polimerizacijo je mogoče nadzorovati in pridobiti produkt z želeno molekulsko maso.

Laktidna polimerizacija za pridobivanje PLA. Jü. Vir: Wikipedia Commons. - Neposredna kondenzacija mlečne kisline v vakuumskih pogojih: pri čemer nastane polimer nizke ali srednje molekulske mase.

Primerjava obeh oblik sinteze PLA. RLM0518. Vir: Wikipedia Commons.

Uporaba v medicini

Njeni razgradni produkti niso strupeni, kar daje prednost njegovi uporabi na tem področju.

Šivi

Osnovna zahteva za nitne nitke je, da držijo tkiva na mestu, dokler naravno celjenje ne zagotovi močnega tkiva na mestu stičišča.

Od leta 1972 izdelujejo šivalni material, imenovan Vicryl, zelo močno bioapsorbirajočo nitko ali nit. Ta nit je narejena iz kopolimera glikolne kisline in mlečne kisline (90:10), ki se na mestu šivanja hitro hidrolizira, zato ga telo zlahka absorbira.

Ocenjujejo, da v človeškem telesu PLA razgradi 63% v približno 168 dneh in 100% v 1,5 letih.

Farmacevtska uporaba

Biološka razgradljivost PLA je koristna za nadzorovano sproščanje zdravil.

V večini primerov se zdravilo sprošča postopoma zaradi hidrolizne razgradnje in morfoloških sprememb rezervoarja (narejenega s polimerom), ki vsebuje zdravilo.

V drugih primerih se zdravilo sprošča počasi skozi polimerno membrano.

Vsadki

PLA se je izkazal za učinkovitega pri vsadkih in podporih za človeško telo. Dobre rezultate smo dobili pri fiksiranju zlomov in osteotomij ali operacijah kosti.

Tehnika biološkega tkiva

Trenutno se izvaja veliko raziskav o uporabi PLA pri obnovi tkiv in organov.

PLA filamenti so bili razviti za regeneracijo živcev pri paraliziranih bolnikih.

Vlakna PLA predhodno obdelamo s plazmo, da postane dovzetna za rast celic. Konci živca, ki ga je treba popraviti, so združeni z umetnim segmentom PLA, obdelanega s plazmo.

Na tem segmentu so posejane posebne celice, ki bodo rasle in zapolnile praznino med obema koncem živca, ki jih povezujejo. Sčasoma se podpora PLA obrabi, tako da ostane neprekinjen kanal živčnih celic.

Uporabljali so ga tudi pri obnovi mehurjev, saj delujejo kot oder ali ploščad, na kateri so posejane urotelijske celice (celice, ki pokrivajo mehur in organe urinarnega sistema) in celice gladkih mišic.

Uporaba v tekstilnih materialih

Kemija PLA omogoča nadzor nekaterih lastnosti vlaken, zaradi katerih je primerna za najrazličnejše uporabe tekstila, oblačil in pohištva.

Na primer, njegova sposobnost absorbiranja vlage in hkrati nizko zadrževanje vlage in vonjav je koristna za izdelavo oblačil za športnike z visokimi zmogljivostmi. Je hipoalergen, ne draži kože.

Deluje celo za oblačila hišnih ljubljenčkov in ne potrebuje likanja. Ima nizko gostoto, zato je lažja od drugih vlaken.

Izvira iz obnovljivega vira, njegova proizvodnja pa je poceni.

Različne aplikacije

PLA je primeren za izdelavo steklenic za različne namene (šampon, sokovi in ​​voda). Te steklenice imajo sijaj, prosojnost in jasnost. Poleg tega je PLA izjemna ovira za vonjave in okuse.

Vendar je ta uporaba za temperature pod 50-60 ° C, saj se pri doseganju teh temperatur ponavadi deformira.

Uporablja se za izdelavo krožnikov za enkratno uporabo, skodelic in pripomočkov za hrano, pa tudi za posode za hrano, kot so jogurt, sadje, testenine, sir itd., Ali pladenj s peno PLA za pakiranje sveže hrane. Ne absorbira maščob, olj, vlage in ima prožnost. Odpadne PLA lahko kompostiramo.

PLA slamice, slamice ali slamice. F. Kesselring, FKuR Willich. Vir: Wikipedia Commons.

Uporablja se tudi za izdelavo tankih listov za pakiranje živil, kot so krompirjev čips ali druga hrana.

PLA embalaža za sladkarije. F. Kesselring, FKuR Willich. Vir: Wikipedia Commons.

Uporablja se lahko za izdelavo elektronskih transakcijskih kartic in kartic hotelskih sob. Kartice PLA lahko izpolnjujejo varnostne lastnosti in omogočajo uporabo magnetnih trakov.

Široko se uporablja za izdelavo škatel ali pokrovov zelo občutljivih izdelkov, kot so elektronske naprave in kozmetika. Uporabljajo se posebej pripravljene stopnje za to uporabo s povezovanjem z drugimi vlakni.

Iz PLA lahko izdelate ekspandirano peno in jo uporabite kot material, ki absorbira udarce, za pošiljanje občutljivih instrumentov ali predmetov.

Uporablja se za izdelavo otroških igrač.

Uporaba v inženirstvu in kmetijstvu

PLA se uporablja za odtok na gradbiščih, talne gradbene materiale, kot so preproge, laminat in ozadje za stene, za preproge in tkanine za avtomobilske blazine.

Njegova uporaba se v elektroindustriji razvija kot obloga za prevodne žice.

Med uporabo je kmetijstvo, saj so izdelani zaščitni filmi PLA, ki omogočajo zatiranje plevela in spodbujajo zadrževanje gnojila. PLA filmi so biološko razgradljivi, na koncu žetve se lahko vgradijo v tla in tako zagotovijo hranila.

Zaščitni film PLA v poljščinah. F. Kesselring, FKuR Willich. Vir: Wikipedia Commons.

Nedavne študije

Dodajanje nanokompozitov PLA se proučuje za izboljšanje nekaterih njegovih lastnosti, kot so toplotna odpornost, hitrost kristalizacije, zaviranje gorenja, antistatične in električno prevodne lastnosti, anti-UV in antibakterijska lastnost.

Nekaterim raziskovalcem je uspelo povečati mehansko trdnost in električno prevodnost PLA z dodajanjem nanodelcev grafena. To znatno poveča aplikacije, ki jih lahko ima PLA v zvezi s 3D-tiskanjem.

Drugi znanstveniki so uspeli razviti žilni obliž (sanirati arterije v človeškem telesu) s presaditvijo organofosfat-fosforilholina na oder ali ploščad PLA.

Vaskularni obliž je pokazal tako ugodne lastnosti, da velja za obetavne za inženirsko tkivo.

Njegove lastnosti vključujejo dejstvo, da ne proizvaja hemolize (razpad rdečih krvnih celic), ni strupen za celice, upira se oprijemu trombocitov in ima dobro afiniteto do celic, ki krmijo krvne žile.

Reference

1. Mirae Kim in sod. (2019). Električno prevodni in mehansko močni sestavki grafen-pollaktične kisline za 3D tiskanje. Uporabljeni materiali in vmesniki ACS. 2019, 11, 12, 11841-11848. Pridobljeno iz pubs.acs.org.
2. Tin Sin, Lee in sod. (2012). Uporaba poli (mlečne kisline). V priročniku Biopolimeri in biorazgradljiva plastika. Poglavje 3. Obnovljeno iz sciencedirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh in sod. (2007). Poli (mlečna kislina) vlakna: pregled. Prog. Polim. Sci. 32 (2007) 455–482. Pridobljeno od sciencedirect.com.
4. Raquez, Jean-Marie in sod. (2013). Nanokompoziti na osnovi polaktida (PLA). Napredek v polimerni znanosti. 38 (2013) 1504–1542. Pridobljeno iz sciencedirect.
5. Zhang, Jun et al. (2019). Vaskularni obliži z žitterioničnimi polimernimi kislinami na osnovi decelleriziranih odrov za tkivno inženirstvo. ACS Biomaterials Science & Engineering. Datum objave: 25. julij 2019. Pridobljeno iz pubs.acs.org.