ПОЛИМОЛЕНОВА КИСЕЛИНА: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, СИНТЕЗ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На полимлечна киселина, чиито правилното име е поли (млечна киселина), е материал, образуван чрез полимеризация на млечна киселина. Известен е още като полилактид, тъй като може да се получи при разграждането и полимеризацията на лактид, който е димер на млечната киселина.

Поли (млечна киселина) или PLA не е киселина, тя е полиестер, който може да се види в мономера, който го съставя. Той е лесно биоразградим полимер и е биосъвместим. И двете свойства се дължат на факта, че той може лесно да се хидролизира както в околната среда, така и в човешкото или животинското тяло. Освен това разграждането му не поражда токсични съединения.

Опростена формула на полимера на млечна киселина или поли (млечна киселина). Polimerek. Източник: Wikipedia Commons.

Участието на PLA във влакна за зашиване по време на хирургични операции е известно от години. Използва се и във фармацевтичната индустрия в лекарства с бавно освобождаване.

Използва се при импланти за човешкото тяло и има голям брой изследвания за използването му в биологични тъкани, както и за триизмерен (3D) печат за най-разнообразни приложения.

Като един от най-биоразградимите и нетоксични полимери, неговите производители предложиха да се замени всички пластмаси, получени от петрол, които в момента се използват в хиляди приложения с този материал.

Освен това според производителите, тъй като идва от възобновяеми източници, производството и използването на PLA е начин за намаляване на количеството на CO _2, генерирано при производството на пластмаси от нефтохимическата промишленост.

структура

Поли- (млечната киселина) е полиестер, тоест има повтарящи се естерни единици - (C = O) -OR, нещо, което може да се види на следната фигура:

Структура на поли (млечна киселина) или PLA. Ju. Източник: Wikipedia Commons.

номенклатура

- Поли- (млечна киселина)

- Полилактид

- PLA

- Поли- (L-млечна киселина) или PLLA

- Поли- (D, L-млечна киселина) или PDLLA

- полилактична киселина

Имоти

Физическо състояние

- Поли (D, L-млечна киселина): аморфно твърдо вещество.

- Поли (L-млечна киселина): крехко или крехко прозрачно полукристално твърдо вещество.

Молекулно тегло

Зависи от степента на полимеризация на материала.

Температура на преход на стъкло

Това е температурата, под която полимерът е твърд, чуплив и чуплив и над която полимерът става еластичен и ковък.

- Поли (L-млечна киселина): 63 ºC.

- Поли (D, L-млечна киселина): 55 ºC.

Точка на топене

- Поли (L-млечна киселина): 170-180 ºC.

- Поли (D, L-млечна киселина): няма точка на топене, тъй като е аморфна.

Температура на разлагане

227-255 ° C.

плътност

- Аморфен: 1248 гр / см ³

- Кристална: 1290 грама / см ³

Други свойства

механичен

Поли (L-млечна киселина) има по-висока механична якост от поли (D, L-млечна киселина).

PLA е лесно да се обработва термопластично, така че от този полимер могат да се получат много фини нишки.

Биосъвместимост

Продуктът му за разграждане, млечна киселина, е нетоксичен и напълно биосъвместим, защото се произвежда от живи същества. При хората се произвежда в мускулите и червените кръвни клетки.

биоразградимост

Той може да бъде термично фракциониран чрез хидролиза в човешкото тяло, животни или микроорганизми, което се нарича хидролитично разграждане.

Лесна промяна на неговите характеристики

Техните физични, химични и биологични свойства могат да бъдат адаптирани чрез подходящи модификации, кополимеризация и присаждане.

синтез

За първи път е получен през 1932 г. чрез загряване на млечна киселина под вакуум. Млечната киселина HO-CH3-CH-COOH е молекула с хирален център (тоест въглероден атом, прикрепен към четири различни групи).

Поради тази причина той има два енантиомера или спектрални изомери (те са две молекули, които са идентични, но с различна пространствена ориентация на техните атоми).

Енантиомерите са L-млечна киселина и D-млечна киселина, които се отличават един от друг по начина, по който отклоняват поляризираната светлина. Те са огледални изображения.

Енантиомери на млечна киселина. Отляво: L-млечна киселина. Вдясно: D-млечна киселина. す じ に く シ チ ュ ー. Източник: Wikipedia Commons.

L-млечната киселина се получава при ферментацията от микроорганизми от естествени захари като меласа, картофено нишесте или царевична декстроза. Това е предпочитаният в момента начин за получаването му.

Когато поли (млечна киселина) се получава от L-млечна киселина, се получава поли (L-млечна киселина) или PLLA.

От друга страна, когато полимерът се получава от смес от L-млечна киселина и D-млечна киселина, се получава поли- (D, L-млечна киселина) или PDLLA.

В този случай киселинната смес е комбинация от равни части на D и L енантиомери, получени чрез синтез от етилен на нефт. Тази форма на получаване днес рядко се използва.

PLLA и PDLLA имат малко различни свойства. Полимеризацията може да се извърши по два начина:

- Образуване на междинно съединение: цикличният димер, наречен лактид, чиято полимеризация може да бъде контролирана и може да се получи продукт с желаното молекулно тегло.

Лактидна полимеризация за получаване на PLA. Ju. Източник: Wikipedia Commons. - Директна кондензация на млечна киселина при вакуумни условия: при което се получава полимер с ниско или средно молекулно тегло.

Сравнение на двете форми на синтез на PLA. RLM0518. Източник: Wikipedia Commons.

Използва в медицината

Продуктите му за разграждане са нетоксични, което благоприятства приложението му в тази област.

конци

Основното изискване за нишките на конци е те да държат тъканите на място, докато естественото заздравяване не осигури здрава тъкан на мястото на кръстовището.

От 1972 г. се произвежда материал за зашиване, наречен Vicryl, много силна биоабсорбираща нишка или конец. Тази нишка е направена от съполимер на гликолова и млечна киселина (90:10), който бързо се хидролизира на мястото на шева, така че лесно се абсорбира от тялото.

Счита се, че в човешкия организъм PLA се разгражда 63% за около 168 дни и 100% за 1,5 години.

Фармацевтична употреба

Биоразградимостта на PLA го прави полезен за контролирано освобождаване на лекарствени продукти.

В повечето случаи лекарството се отделя постепенно поради хидролитично разграждане и морфологични промени на резервоара (направен с полимера), който съдържа лекарствения продукт.

В други случаи лекарството се освобождава бавно през полимерната мембрана.

импланти

PLA се е доказал като ефективен при импланти и опори за човешкото тяло. Получени са добри резултати при фиксирането на фрактури и остеотомии или костни операции.

Инженерия за биологична тъкан

В момента се провеждат много изследвания за приложението на PLA при реконструкцията на тъканите и органите.

PLA нишките са разработени за регенерация на нерви при парализирани пациенти.

PLA влакна преди това се обработват от плазма, за да станат възприемчиви за растежа на клетките. Краищата на нерва, който трябва да се поправи, са свързани чрез изкуствен сегмент от PLA, третиран с плазма.

На този сегмент се посяват специални клетки, които ще растат и ще запълнят празнотата между двата края на нерва, съединявайки ги. С течение на времето PLA поддръжката се отслабва, оставяйки непрекъснат канал от нервни клетки.

Използва се и при реконструкцията на пикочните мехури, като действа като скеле или платформа, върху която се посяват уротелиални клетки (клетки, които покриват пикочния мехур и органите на пикочната система) и гладкомускулните клетки.

Използване в текстилни материали

Химията на PLA позволява контролирането на определени свойства на влакното, които го правят подходящ за голямо разнообразие от приложения за текстил, облекло и мебели.

Например, способността му да абсорбира влагата и в същото време ниското задържане на влага и миризми, я прави полезна при изработката на дрехи за спортисти с висока производителност. Той е хипоалергенен, не дразни кожата.

Той дори работи за дрехи за домашни любимци и не изисква гладене. Той има ниска плътност, така че е по-лек от другите влакна.

Той идва от възобновяем източник и производството му е евтино.

Различни приложения

PLA е подходящ за приготвяне на бутилки за различни приложения (шампоан, сокове и вода). Тези бутилки имат блясък, прозрачност и яснота. В допълнение, PLA е изключителна бариера за миризми и аромати.

Тази употреба обаче е за температури под 50-60 ° C, тъй като има тенденция да се деформира при достигане на тези температури.

Използва се при производството на чинии за еднократна употреба, чаши и прибори за хранене, както и контейнери за храна, като кисело мляко, плодове, макаронени изделия, сирене и др., Или тави с пяна PLA за опаковане на прясна храна. Не абсорбира мазнини, масла, влага и има гъвкавост. Отпадъците PLA могат да бъдат компостирани.

PLA сламки, сламки или сламки. F. Kesselring, FKuR Willich. Източник: Wikipedia Commons.

Използва се и за направата на тънки листове за опаковане на храни като картофени чипсове или други храни.

PLA опаковка за бонбони. F. Kesselring, FKuR Willich. Източник: Wikipedia Commons.

Може да се използва за изработка на електронни карти за транзакции и ключови карти на хотелската стая. PLA картите могат да отговарят на защитни функции и да позволяват прилагането на магнитни ленти.

Той се използва широко за производство на кутии или корици на изключително деликатни продукти, като електронни устройства и козметика. Използват се специално подготвени за тази употреба степени чрез свързване с други влакна.

Разширената пяна може да бъде направена от PLA, за да се използва като ударно абсорбиращ материал за транспортиране на деликатни инструменти или предмети.

Използва се за изработка на детски играчки.

Използва в инженерството и селското стопанство

PLA се използва за отводняване на строителни обекти, подови строителни материали като килими, ламиниран паркет и тапети за стени, за килими и тъкани за възглавници за автомобили.

Използването му е в процес на развитие в електрическата промишленост като покритие за проводими проводници.

Сред приложенията му е приложението на селското стопанство, като се произвеждат защитни филми от PLA, които позволяват борбата с плевелите и благоприятстват задържането на тора. PLA филмите са биоразградими, те могат да бъдат вградени в почвата в края на реколтата и по този начин да осигурят хранителни вещества.

Почвен защитен PLA филм в културите. F. Kesselring, FKuR Willich. Източник: Wikipedia Commons.

Последни проучвания

Добавянето на нанокомпозити към PLA се изследва за подобряване на някои от неговите свойства, като термична устойчивост, скорост на кристализация, забавяне на пламъка, антистатични и електрически проводими характеристики, анти-UV и антибактериално свойство.

Някои изследователи са успели да увеличат механичната якост и електрическата проводимост на PLA, като добавят графенови наночастици. Това значително увеличава приложенията, които PLA може да има във връзка с 3D печат.

Други учени успяха да развият съдов пластир (за да възстановят артериите в човешкото тяло) чрез присаждане на органофосфат-фосфорилхолин върху скеле или платформа на PLA.

Съдовият пластир демонстрира такива благоприятни свойства, че се считат за перспективни за инженерството на съдовата тъкан.

Свойствата му включват факта, че той не произвежда хемолиза (разпадане на червените кръвни клетки), не е токсичен за клетките, устоява на адхезията на тромбоцитите и има добър афинитет към клетките, които определят кръвоносните съдове.

Препратки

1. Mirae Kim, et al. (2019). Електропроводими и механично силни композиции от графено-полилактична киселина за 3D печат. Приложни ACS материали и интерфейси. 2019, 11, 12, 11841-11848. Възстановено от pubs.acs.org.
2. Тин Син, Лий и др. (2012 г.). Приложения на поли (млечна киселина). В Наръчник за биополимери и биоразградими пластмаси. Глава 3. Възстановена от sciencedirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh и др. (2007 г.). Поли (млечна киселина) фибри: Преглед. Прог. Полим. Sci. 32 (2007) 455-482. Възстановени от sciencedirect.com.
4. Ракес, Жан-Мари и др. (2013). Нанокомпозити, базирани на полилактид (PLA). Напредък в полимерната наука. 38 (2013) 1504-1542. Възстановен от sciencedirect.
5. Джан, Джун и др. (2019). Zwitterionic полимерно-граферирани полилактични киселинни пластири на базата на деселюларизирано скеле за тъканно инженерство. ACS Biomaterials Science & Engineering. Дата на публикуване: 25 юли 2019 г. Възстановено от pubs.acs.org.