POLYMJÖLKSYRA: STRUKTUR, EGENSKAPER, SYNTES, ANVÄNDNINGAR - KEMI - 2026

Den polymjölksyra, vars korrekta namn är poly (mjölksyra), är ett material som bildas genom polymerisation av mjölksyra. Det är också känt som poly-laktid, eftersom det kan erhållas genom nedbrytning och polymerisation av laktid, som är en dimer av mjölksyra.

Poly (mjölksyra) eller PLA är inte en syra, det är en polyester, som kan ses i monomeren som utgör den. Det är en lätt biologiskt nedbrytbar polymer och är biokompatibel. Båda egenskaperna beror på att det lätt kan hydrolyseras både i miljön och i människokroppen eller djuren. Dessutom ger dess nedbrytning inte toxiska föreningar.

Förenklad formel för polymeren av mjölksyra eller poly (mjölksyra). Polimerek. Källa: Wikipedia Commons.

PLA: s engagemang i filament för suturering under kirurgiska operationer har varit känt i flera år. Det används också inom läkemedelsindustrin i läkemedel med långsam frisättning.

Det används i implantat för den mänskliga kroppen och det finns ett stort antal studier för dess användning i biologiska vävnader, liksom för tredimensionell (3D) utskrift för de mest olika applikationerna.

Eftersom de är en av de mest biologiskt nedbrytbara och icke-toxiska polymererna, har dess producenter föreslagit att all petroleum-härledd plast ersätts som för närvarande används i tusentals applikationer med detta material.

Enligt dess tillverkare, eftersom det kommer från förnybara källor, är produktion och användning av PLA ett sätt att minska mängden CO ₂ som genereras vid produktion av plast från den petrokemiska industrin.

Strukturera

Poly- (mjölksyra) är en polyester, det vill säga den har upprepande esterenheter - (C = O) -OR, något som kan ses i följande figur:

Struktur av poly (mjölksyra) eller PLA. Ju. Källa: Wikipedia Commons.

Nomenklatur

- Poly- (mjölksyra)

- Poly-laktid

- PLA

- Poly- (L-mjölksyra) eller PLLA

- Poly- (D, L-mjölksyra) eller PDLLA

- Polymjölksyra

Egenskaper

Fysiskt tillstånd

- Poly (D, L-mjölksyra): amorft fast ämne.

- Poly (L-mjölksyra): ömtåligt eller sprött halvkristallint fast ämne.

Molekylvikt

Det beror på polymerisationsgraden av materialet.

Glasövergångstemperatur

Det är temperaturen under vilken polymeren är styv, spröd och spröd och över vilken polymeren blir elastisk och formbar.

- Poly (L-mjölksyra): 63 ºC.

- Poly (D, L-mjölksyra): 55 ºC.

Smältpunkt

- Poly (L-mjölksyra): 170-180 ºC.

- Poly (D, L-mjölksyra): den har ingen smältpunkt eftersom den är amorf.

Nedbrytningstemperatur

227-255 ° C

Densitet

- Amorf: 1 248 g / cm ^{^}

- Kristallin: 1 190 g / cm ^{^}

Andra egenskaper

Mekanisk

Poly (L-mjölksyra) har en högre mekanisk hållfasthet än poly (D, L-mjölksyra).

PLA är lätt att bearbeta termoplastiskt, så mycket fina filament kan erhållas från denna polymer.

biokompatibilitet

Dess nedbrytningsprodukt, mjölksyra, är giftfri och helt biokompatibel, eftersom den produceras av levande varelser. För människor produceras det i muskler och röda blodkroppar.

bionedbrytbarhet

Det kan fraktioneras termiskt genom hydrolys i människokroppen, djur eller mikroorganismer, som kallas hydrolytisk nedbrytning.

Enkel modifiering av dess egenskaper

Deras fysiska, kemiska och biologiska egenskaper kan skräddarsys genom lämpliga modifieringar, sampolymerisationer och ympning.

Syntes

Den erhölls först 1932 genom upphettning av mjölksyra under vakuum. HO-CH3-CH-COOH mjölksyra är en molekyl med ett chiralt centrum (det vill säga en kolatom bunden till fyra olika grupper).

Av denna anledning har den två enantiomerer eller spekulära isomerer (de är två molekyler som är identiska men med olika rumslig orientering av deras atomer).

Enantiomererna är L-mjölksyra och D-mjölksyra, som skiljer sig från varandra genom hur de avböjer polariserat ljus. Det är spegelbilder.

Mjölksyraantiomerer. Vänster: L-mjölksyra. Höger: D-mjölksyra. す じ に く シ チ ュ ー. Källa: Wikipedia Commons.

L-mjölksyra erhålls från jäsningen med mikroorganismer av naturliga sockerarter som melass, potatisstärkelse eller majsdextros. Detta är det för närvarande föredragna sättet att få det.

När poly (mjölksyra) framställs av L-mjölksyra erhålls poly (L-mjölksyra) eller PLLA.

Å andra sidan, när polymeren framställs av en blandning av L-mjölksyra och D-mjölksyra, erhålls poly- (D, L-mjölksyra) eller PDLLA.

I detta fall är syrablandningen en kombination i lika delar av D- och L-enantiomererna, erhållna genom syntes från petroleumeten. Denna form för att erhålla används sällan i dag.

PLLA och PDLLA har något olika egenskaper. Polymerisation kan utföras på två sätt:

- Bildning av en mellanprodukt: den cykliska dimern kallad laktid, vars polymerisation kan kontrolleras och en produkt med den önskade molekylvikten kan erhållas.

Laktidpolymerisation för att erhålla PLA. Ju. Källa: Wikipedia Commons.– Direkt kondensation av mjölksyra under vakuumförhållanden: som producerar en polymer med låg eller medel molekylvikt.

Jämförelse av de två syntesformerna av PLA. RLM0518. Källa: Wikipedia Commons.

Användning inom medicin

Dess nedbrytningsprodukter är icke-toxiska, vilket gynnar dess tillämpning inom detta område.

suturer

Det grundläggande kravet för suturfilament är att de håller vävnader på plats tills naturlig läkning ger stark vävnad vid korsningsstället.

Sedan 1972 har ett suturmaterial som heter Vicryl tillverkats, en mycket stark bioabsorberbar filament eller tråd. Denna tråd är tillverkad av en sampolymer av glykolsyra och mjölksyra (90:10), som snabbt hydrolyseras på suturplatsen, så att den lätt absorberas av kroppen.

Det uppskattas att PLA i människokroppen bryts ned 63% på cirka 168 dagar och 100% på 1,5 år.

Farmaceutisk användning

PLA: s biologiska nedbrytbarhet gör det användbart för kontrollerad frisättning av läkemedel.

I de flesta fall frisätts läkemedlet gradvis på grund av hydrolytisk nedbrytning och morfologiska förändringar av reservoaren (gjord med polymeren) som innehåller läkemedlet.

I andra fall frisätts läkemedlet långsamt genom polymermembranet.

implantat

PLA har visat sig vara effektiva i implantat och stöd för människokroppen. Goda resultat har uppnåtts vid fixering av frakturer och osteotomier eller benoperationer.

Biologisk vävnadsteknik

För närvarande genomförs många studier för applicering av PLA vid rekonstruktion av vävnader och organ.

PLA-filament har utvecklats för regenerering av nerver hos förlamade patienter.

PLA-fiber behandlas tidigare med plasma för att göra det mottagligt för celltillväxt. Ändarna på nerven som ska repareras förenas med hjälp av ett konstgjordt segment av PLA behandlat med plasma.

I detta segment utsädes speciella celler som kommer att växa och fylla tomrummet mellan nervens två ändar och sammanfogas med dem. Med tiden försvinner PLA-stödet och lämnar en kontinuerlig kanal nervceller.

Det har också använts vid rekonstruktion av urinblåsor, och fungerar som ett byggnadsställning eller plattform på vilken urotelceller (celler som täcker urinblåsan och organen i urinvägssystemet) och glatta muskelceller ympas.

Används i textilmaterial

PLA: s kemi möjliggör kontroll av vissa egenskaper hos fiber som gör den lämplig för en mängd olika textil-, kläder- och möbelapplikationer.

Till exempel gör dess förmåga att absorbera fukt, och samtidigt låg kvarhållning av fukt och lukt, det användbart för att göra kläder för idrottare med hög prestanda. Det är allergivänligt, det irriterar inte huden.

Det fungerar till och med för sällskapsdjurskläder och kräver inte strykning. Den har låg densitet, så den är lättare än andra fibrer.

Den kommer från en förnybar källa och dess produktion är billig.

Olika tillämpningar

PLA är lämplig för att tillverka flaskor för olika användningsområden (schampo, juice och vatten). Dessa flaskor har glans, transparens och tydlighet. Dessutom är PLA en exceptionell barriär mot lukt och smaker.

Denna användning är dock för temperaturer under 50-60 ° C, eftersom den tenderar att deformeras när de når dessa temperaturer.

Det används vid tillverkning av engångsplattor, koppar och matredskap, såväl som matbehållare, såsom yoghurt, frukt, pasta, ost, etc., eller PLA-skumbrickor för förpackning av färsk mat. Det absorberar inte fett, olja, fukt och har flexibilitet. Avfall PLA kan komposteras.

PLA sugrör, sugrör eller sugrör. F. Kesselring, FKuR Willich. Källa: Wikipedia Commons.

Det används också för att tillverka tunna lakan för att packa livsmedel som potatischips eller andra livsmedel.

PLA-förpackning för godis. F. Kesselring, FKuR Willich. Källa: Wikipedia Commons.

Det kan användas för att skapa elektroniska transaktionskort och hotellrums nyckelkort. PLA-kort kan uppfylla säkerhetsfunktioner och tillåta applicering av magnetband.

Det används i stor utsträckning för att tillverka lådor eller omslag till mycket känsliga produkter, såsom elektroniska apparater och kosmetika. Betyg speciellt förberedda för denna användning används genom att kopplas till andra fibrer.

Expanderat skum kan tillverkas av PLA för att användas som ett stötdämpande material för frakt av känsliga instrument eller föremål.

Det används för att göra leksaker för barn.

Användning inom teknik och jordbruk

PLA används för att göra avlopp på byggarbetsplatser, golvkonstruktionsmaterial som mattor, laminatgolv och tapeter för mattor och tyg för biltillbehör.

Dess användning är under utveckling i elindustrin, som en beläggning för ledande ledningar.

Bland dess tillämpningar är jordbruksprodukter, med PLA-markskyddande filmer tillverkas, vilket möjliggör ogräsbekämpning och gynnar lagring av gödselmedel. PLA-filmer är biologiskt nedbrytbara, de kan införlivas i jorden i slutet av skörden och därmed ge näringsämnen.

Jordskyddande PLA-film i grödor. F. Kesselring, FKuR Willich. Källa: Wikipedia Commons.

Nyliga studier

Tillsatsen av nanokompositer till PLA studeras för att förbättra några av dess egenskaper, såsom värmebeständighet, kristallisationshastighet, flamskyddsförmåga, antistatiska och elektriska ledande egenskaper, anti-UV och antibakteriell egenskap.

Vissa forskare har lyckats öka PLA: s mekaniska styrka och elektriska konduktivitet genom att lägga till grafenanopartiklar. Detta ökar avsevärt de applikationer som PLA kan ha i relation till 3D-utskrift.

Andra forskare lyckades utveckla en vaskulär lapp (för att reparera artärer i människokroppen) genom att ympa en organofosfat-fosforylkolin på ett PLA-ställning eller -plattform.

Den vaskulära lappen visade så gynnsamma egenskaper att de anses lovande för vaskulär vävnadsutveckling.

Dess egenskaper inkluderar det faktum att det inte producerar hemolys (sönderfall av röda blodkroppar), det är inte giftigt för celler, det motstår vidhäftning av blodplättar och har god affinitet till cellerna som leder blodkärlen.

referenser

1. Mirae Kim, et al. (2019). Elektriskt ledande och mekaniskt starka grafen-polymjölksyrakompositer för 3D-utskrift. ACS tillämpade material och gränssnitt. 2019, 11, 12, 11841-11848. Återställs från pubs.acs.org.
2. Tin Sin, Lee et al. (2012). Användningar av poly (mjölksyra). I Handbook of Biopolymerers and Biodegradable Plastics. Kapitel 3. Återställs från sciencedirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh, et al. (2007). Poly (mjölksyra) fiber: En översikt. Prog. Polym. Sci. 32 (2007) 455-482. Återställs från sciencedirect.com.
4. Raquez, Jean-Marie et al. (2013). Polylactid (PLA) -baserade nanokompositer. Framsteg inom polymervetenskap. 38 (2013) 1504-1542. Återställd från sciencedirect.
5. Zhang, Jun et al. (2019). Zwitterionic Polymer-Grafed Polylactic Acid Vascular Patches Baserad på dekellulariserat byggnadsställning för vävnadsteknik. ACS Biomaterials Science & Engineering. Publiceringsdatum: 25 juli 2019. Återställs från pubs.acs.org.