POLYLACTIC ACID: STRUKTUR, EGENSKAPER, SYNTESE, BRUK - KJEMI - 2026

Den polymælkesyren, med riktig navn poly (melkesyre), er et materiale dannet ved å polymerisere melkesyre. Det er også kjent som poly-laktid, da det kan oppnås ved nedbrytning og polymerisasjon av laktid, som er en dimer av melkesyre.

Poly (melkesyre) eller PLA er ikke en syre, det er en polyester, som kan sees i monomeren som utgjør den. Det er en lett biologisk nedbrytbar polymer og er biokompatibel. Begge egenskapene skyldes det faktum at det lett kan hydrolyseres både i miljøet og i menneskets eller dyrs kropp. Videre genererer dens nedbrytning ikke giftige forbindelser.

Forenklet formel for polymeren av melkesyre eller poly (melkesyre). Polimerek. Kilde: Wikipedia Commons.

PLAs involvering i filamenter for suturering under kirurgiske operasjoner har vært kjent i mange år. Det brukes også i legemiddelindustrien i medikamenter med langsom frigivelse.

Det brukes i implantater for menneskekroppen, og det er et stort antall studier for bruk i biologisk vev, så vel som for tredimensjonal (3D) utskrift for de mest forskjellige bruksområdene.

Som en av de mest biologisk nedbrytbare og ikke-giftige polymerene, har produsentene foreslått å erstatte all petroleumsledet plast som i dag brukes i tusenvis av applikasjoner med dette materialet.

Produksjonen og bruken av PLA er ifølge produsentene, som det kommer fra fornybare kilder, en måte å redusere mengden CO ₂ som produseres ved produksjon av plast fra den petrokjemiske industrien.

Struktur

Poly- (melkesyre) er en polyester, det vil si at den har repeterende esterenheter - (C = O) -OR, noe som kan sees i følgende figur:

Struktur av poly (melkesyre) eller PLA. JU. Kilde: Wikipedia Commons.

nomenklatur

- Poly- (melkesyre)

- Poly-laktid

- PLA

- Poly- (L-melkesyre) eller PLLA

- Poly- (D, L-melkesyre) eller PDLLA

- Polylactic acid

Egenskaper

Fysisk tilstand

- Poly (D, L-melkesyre): amorft fast stoff.

- Poly (L-melkesyre): skjørt eller sprø gjennomsiktig halvkrystallinsk fast stoff.

Molekylær vekt

Det avhenger av polymerisasjonsgraden av materialet.

Glassovergangstemperatur

Det er temperaturen under hvilken polymeren er stiv, sprø og sprø, og over hvilken polymeren blir elastisk og formbar.

- Poly (L-melkesyre): 63 ºC.

- Poly (D, L-melkesyre): 55 ºC.

Smeltepunkt

- Poly (L-melkesyre): 170-180 ºC.

- Poly (D, L-melkesyre): den har ingen smeltepunkt fordi den er amorf.

Nedbrytningstemperatur

227-255 ° C.

tetthet

- Amorf: 1 248 g / cm ³

- Krystallinsk: 1,290 g / cm ³

Andre egenskaper

Mekanisk

Poly (L-melkesyre) har en høyere mekanisk styrke enn poly (D, L-melkesyre).

PLA er enkel å behandle termoplastisk, så veldig fine filamenter kan oppnås fra denne polymeren.

biokompatibilitet

Dets nedbrytningsprodukt, melkesyre, er ikke-giftig og fullstendig biokompatibelt, fordi det er produsert av levende vesener. Når det gjelder mennesker, produseres det i muskler og røde blodlegemer.

Biologisk nedbrytbarhet

Det kan fraksjoneres termisk ved hydrolyse i menneskekroppen, dyr eller mikroorganismer, som kalles hydrolytisk nedbrytning.

Enkel modifisering av dens egenskaper

Deres fysiske, kjemiske og biologiske egenskaper kan skreddersys gjennom passende modifikasjoner, kopolymerisasjoner og poding.

syntese

Den ble først oppnådd i 1932 ved oppvarming av melkesyre under vakuum. HO-CH3-CH-COOH melkesyre er et molekyl med et chiralt senter (det vil si et karbonatom knyttet til fire forskjellige grupper).

Av denne grunn har den to enantiomerer eller spekulære isomerer (de er to molekyler som er identiske, men med forskjellig romlig orientering av atomene deres).

Enantiomerene er L-melkesyre og D-melkesyre, som skiller seg fra hverandre ved måten de avleder polarisert lys. Det er speilbilder.

Melkesyreantiomerer. Til venstre: Melkesyre. Til høyre: D-melkesyre. す じ に く シ チ ュ ー. Kilde: Wikipedia Commons.

Melkesyre oppnås fra gjæringen av mikroorganismer av naturlige sukkerarter som melasse, potetstivelse eller maisdekstrose. Dette er den for tiden foretrukne måten å skaffe den.

Når det fremstilles poly (melkesyre) fra L-melkesyre, oppnås poly (L-melkesyre) eller PLLA.

På den annen side, når polymeren er fremstilt fra en blanding av L-melkesyre og D-melkesyre, oppnås poly- (D, L-melkesyre) eller PDLLA.

I dette tilfellet er syreblandingen en kombinasjon i like deler av D- og L-enantiomerene, oppnådd ved syntese fra etylen av petroleum. Denne formen for innhenting brukes sjelden i dag.

PLLA og PDLLA har litt forskjellige egenskaper. Polymerisering kan utføres på to måter:

- Danning av et mellomprodukt: den sykliske dimeren kalt laktid, hvis polymerisasjon kan kontrolleres og et produkt med ønsket molekylvekt kan oppnås.

Laktidpolymerisasjon for å oppnå PLA. JU. Kilde: Wikipedia Commons.– Direkte kondensering av melkesyre under vakuumforhold: som produserer en polymer med lav eller middels molekylvekt.

Sammenligning av de to syntesene av PLA. RLM0518. Kilde: Wikipedia Commons.

Bruk i medisin

Dets nedbrytningsprodukter er ikke-giftige, noe som favoriserer bruken på dette feltet.

suturer

Det grunnleggende kravet for suturfilamenter er at de holder vev på plass til naturlig helbredelse gir sterkt vev ved veikrysset.

Siden 1972 er det produsert et suturmateriale kalt Vicryl, et veldig sterkt bioabsorberbart filament eller tråd. Denne tråden er laget av en kopolymer av glykolsyre og melkesyre (90:10), som raskt hydrolyseres på suturstedet, slik at den lett tas opp av kroppen.

Det anslås at i menneskekroppen degraderer PLA 63% på omtrent 168 dager og 100% på 1,5 år.

Farmasøytisk bruk

PLAs biologiske nedbrytbarhet gjør det nyttig for kontrollert frigjøring av medisiner.

I de fleste tilfeller frigjøres stoffet gradvis på grunn av hydrolytisk nedbrytning og morfologiske forandringer i reservoaret (laget med polymeren) som inneholder legemidlet.

I andre tilfeller frigjøres stoffet sakte gjennom polymermembranen.

implantater

PLA har vist seg effektive i implantater og støtter for menneskekroppen. Gode ​​resultater er oppnådd i fiksering av brudd og osteotomier eller beinoperasjoner.

Biologisk vevsteknikk

For tiden blir det utført mange studier for anvendelse av PLA i rekonstruksjon av vev og organer.

PLA-filamenter er utviklet for regenerering av nerver hos lammede pasienter.

PLA-fiber er tidligere behandlet med plasma for å gjøre det mottakelig for cellevekst. Endene av nerven som skal repareres skjøtes ved hjelp av et kunstig segment av PLA behandlet med plasma.

På dette segmentet frøes spesielle celler som vil vokse og fylle gapet mellom nervens to ender, og bli sammen med dem. Over tid slites PLA-støtten og etterlater en kontinuerlig kanal med nerveceller.

Det har også blitt brukt i rekonstruksjon av blærer, og fungerer som et stillas eller plattform som uroteleceller (celler som dekker blæren og organene i urinsystemet) og glatte muskelceller blir sådd på.

Bruk i tekstilmaterialer

Kemien til PLA tillater kontroll av visse egenskaper til fiberen som gjør den egnet for et bredt utvalg av tekstil-, klær- og møbelapplikasjoner.

For eksempel gjør dens evne til å absorbere fuktighet, og samtidig lav fastholdelse av fuktighet og lukt, den nyttig for å lage klær for idrettsutøvere med høy ytelse. Det er allergivennlig, det irriterer ikke huden.

Det fungerer til og med for kjæledyrsklær og krever ikke stryking. Den har lav tetthet, så den er lettere enn andre fibre.

Den kommer fra en fornybar kilde og produksjonen er billig.

Ulike bruksområder

PLA er egnet til å lage flasker til forskjellige formål (sjampo, juice og vann). Disse flaskene har glans, åpenhet og klarhet. I tillegg er PLA en eksepsjonell barriere mot lukt og smaker.

Imidlertid er denne bruken for temperaturer under 50-60 ºC, siden den har en tendens til å deformeres når du når disse temperaturene.

Det brukes til produksjon av engangsplater, kopper og matredskaper, så vel som matbeholdere, for eksempel yoghurt, frukt, pasta, ost, etc., eller PLA skumbrett for pakking av fersk mat. Den absorberer ikke fett, olje, fuktighet og har fleksibilitet. Avfall PLA kan komposteres.

PLA sugerør, sugerør eller sugerør. F. Kesselring, FKuR Willich. Kilde: Wikipedia Commons.

Det brukes også til å lage tynne ark for å pakke matvarer som potetgull eller annen mat.

PLA-emballasje for godteri. F. Kesselring, FKuR Willich. Kilde: Wikipedia Commons.

Det kan brukes til å lage elektroniske transaksjonskort og hotellrom nøkkelkort. PLA-kort kan oppfylle sikkerhetsfunksjonene og tillate påføring av magnetbånd.

Det er mye brukt til å produsere bokser eller deksler til svært delikate produkter, for eksempel elektroniske apparater og kosmetikk. Karakterer som er spesielt forberedt for denne bruken, brukes ved å koble til andre fibre.

Utvidet skum kan være laget av PLA for å brukes som et støtdempende materiale for frakt av sarte instrumenter eller gjenstander.

Den brukes til å lage leker for barn.

Bruksområder innen prosjektering og jordbruk

PLA brukes til å lage avløp i byggeplasser, gulvkonstruksjonsmaterialer som tepper, laminatgulv og tapet til vegg, for tepper og pute-stoffer.

Bruken er under utvikling i elektrisk industri, som et belegg for ledende ledninger.

Blant bruksområdene er landbruket, med PLA produseres jordbeskyttende filmer, som tillater ugrasbekjempelse og favoriserer oppbevaring av gjødsel. PLA-filmer er biologisk nedbrytbare, de kan innlemmes i jorden på slutten av innhøstingen og dermed gi næringsstoffer.

Jordbeskyttende PLA-film i avlinger. F. Kesselring, FKuR Willich. Kilde: Wikipedia Commons.

Nylige studier

Tilsetningen av nanokompositter til PLA blir studert for å forbedre noen av dens egenskaper, så som termisk motstand, krystallisasjonshastighet, flammehemming, antistatiske og elektriske ledende egenskaper, anti-UV og antibakteriell egenskap.

Noen forskere har klart å øke den mekaniske styrken og den elektriske ledningsevnen til PLA ved å tilsette grafen-nanopartikler. Dette øker applikasjonene PLA kan ha i forhold til 3D-utskrift betydelig.

Andre forskere lyktes med å utvikle en vaskulær lapp (for å reparere arterier i menneskekroppen) ved å podet et organofosfat-fosforylkolin på et PLA-stillas eller -plattform.

Den vaskulære lappen demonstrerte så gunstige egenskaper at de ble ansett som lovende for vaskulær vevteknikk.

Egenskapene inkluderer at det ikke produserer hemolyse (desintegrering av røde blodlegemer), det er ikke giftig for celler, det motstår vedheft av blodplater og har god tilknytning til cellene som fører blodårene.

referanser

1. Mirae Kim, et al. (2019). Elektrisk ledende og mekanisk sterke grafen-polymelkesyre-kompositter for 3D-utskrift. ACS anvendte materialer og grensesnitt. 2019, 11, 12, 11841-11848. Gjenopprettet fra pubs.acs.org.
2. Tin Sin, Lee et al. (2012). Bruksområder av poly (melkesyre). I Håndbok for biopolymerer og biologisk nedbrytbar plast. Kapittel 3. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh, et al. (2007). Poly (melkesyre) fiber: En oversikt. Prog. Polym. Sci. 32 (2007) 455-482. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
4. Raquez, Jean-Marie et al. (2013). Polylactide (PLA) -baserte nanokompositter. Fremgang i polymervitenskap. 38 (2013) 1504-1542. Gjenopprettet fra sciencedirect.
5. Zhang, Jun et al. (2019). Zwitterionic Polymer-Grafed Polylactic Acid Vascular Patches Basert på dekellularisert stillas for vevsteknikk. ACS Biomaterials Science & Engineering. Publiseringsdato: 25. juli 2019. Gjenopprettet fra pubs.acs.org.