ACIDUL POLILACTIC: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, SINTEZĂ, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Acidul polilactic, al cărui nume corect este poli (acid lactic), este un material format prin polimerizarea acidului lactic. Este cunoscută și sub denumirea de poli-lactidă, deoarece poate fi obținută din descompunerea și polimerizarea lactidei, care este un dimer al acidului lactic.

Acidul poli (lactic) sau PLA nu este un acid, ci este un poliester, care poate fi observat în monomerul care îl compune. Este un polimer ușor biodegradabil și este biocompatibil. Ambele proprietăți se datorează faptului că poate fi ușor hidrolizat atât în ​​mediu, cât și în corpul uman sau animal. Mai mult, degradarea sa nu generează compuși toxici.

Formula simplificată a polimerului acidului lactic sau poli (acidului lactic). Polimerek. Sursa: Wikipedia Commons.

Implicarea PLA în filamente pentru suturare în timpul operațiilor chirurgicale este cunoscută de ani buni. De asemenea, este utilizat în industria farmaceutică în medicamente cu eliberare lentă.

Este utilizat în implanturi pentru corpul uman și există un număr mare de studii pentru utilizarea sa în țesuturile biologice, precum și pentru imprimarea tridimensională (3D) pentru cele mai diverse aplicații.

Fiind unul dintre cei mai biodegradabili și non-toxici polimeri, producătorii săi au propus înlocuirea tuturor materialelor plastice derivate din petrol care sunt utilizate în prezent în mii de aplicații cu acest material.

În plus, potrivit producătorilor săi, întrucât provine din surse regenerabile, producția și utilizarea PLA reprezintă o modalitate de a reduce cantitatea de CO ₂ generată la producerea materialelor plastice din industria petrochimică.

Structura

Acidul poli- (lactic) este un poliester, adică are unități de ester repetate - (C = O) -OR, lucru care poate fi văzut în figura următoare:

Structura de poli (acid lactic) sau PLA. Ju. Sursa: Wikipedia Commons.

Nomenclatură

- Acid poli- (lactic)

- Poly-lactidă

- PLA

- Acid poli- (L-lactic) sau PLLA

- Acid poli- (D, L-lactic) sau PDLLA

- Acid polilactic

Proprietăți

Stare fizică

- Acid poli (D, L-lactic): solid amorf.

- Acid poli (L-lactic): solid semicristalin transparent sau fragil sau fragil.

Greutate moleculară

Depinde de gradul de polimerizare a materialului.

Temperatura de tranziție a sticlei

Este temperatura sub care polimerul este rigid, fragil și fragil și peste care polimerul devine elastic și maleabil.

- Acid poli (L-lactic): 63 ºC.

- Acid poli (D, L-lactic): 55 ºC.

Punct de topire

- Acid poli (L-lactic): 170-180 ºC.

- Acid poli (D, L-lactic): nu are punct de topire, deoarece este amorf.

Temperatura de descompunere

227-255 ° C.

Densitate

- Amorphous: 1,248 g / cm ³

- cristalin: 1,290 g / cm ³

Alte proprietăți

Mecanic

Poli (acidul L-lactic) are o rezistență mecanică mai mare decât acidul poli (D, L-lactic).

PLA este ușor de prelucrat termoplastic, astfel încât din acest polimer pot fi obținute filamente foarte fine.

biocompatibilității

Produsul său de degradare, acidul lactic, este netoxic și total biocompatibil, deoarece este produs de ființele vii. În cazul oamenilor, este produs în mușchi și globule roșii.

biodegradabilitate

Poate fi fracționat termic prin hidroliză în corpul uman, animale sau microorganisme, ceea ce se numește degradare hidrolitică.

Modificare ușoară a caracteristicilor sale

Proprietățile lor fizice, chimice și biologice pot fi adaptate prin modificări adecvate, copolimerizări și grefe.

Sinteză

A fost obținut pentru prima dată în 1932 prin încălzirea acidului lactic sub vid. Acidul lactic HO-CH3-CH-COOH este o moleculă cu un centru chiral (adică un atom de carbon atașat la patru grupuri diferite).

Din acest motiv are doi enantiomeri sau izomeri speculali (sunt două molecule identice, dar cu orientare spațială diferită a atomilor lor).

Enantiomerii sunt L-acid lactic și D-acid lactic, care se disting unul de celălalt prin felul în care ele deviază lumina polarizată. Sunt imagini în oglindă.

Enantiomeri de acid lactic. Stânga: L-acid lactic. Corect: acid D-lactic. す じ に く シ チ ュ ー. Sursa: Wikipedia Commons.

Acidul lactic este obținut din fermentație prin microorganisme de zaharuri naturale precum melasa, amidon de cartof sau dextroză de porumb. Aceasta este modalitatea preferată în prezent de a o obține.

Când este preparat poli (acid lactic) din acid L-lactic, se obține poli (L-acid lactic) sau PLLA.

Pe de altă parte, atunci când polimerul este preparat dintr-un amestec de acid L-lactic și acid D-lactic, se obține acid poli- (D, L-lactic) sau PDLLA.

În acest caz, amestecul acid este o combinație în părți egale ale enantiomerilor D și L, obținute prin sinteza din etilena petrolului. Această formă de obținere este rar folosită astăzi.

PLLA și PDLLA au proprietăți ușor diferite. Polimerizarea poate fi realizată în două moduri:

- Formarea unui intermediar: dimerul ciclic numit lactidă, a cărui polimerizare poate fi controlată și se poate obține un produs cu greutatea moleculară dorită.

Polimerizarea lactidelor pentru a obține PLA. Ju. Sursa: Wikipedia Commons.– Condensarea directă a acidului lactic în condiții de vid: care produce un polimer cu greutate moleculară mică sau medie.

Comparația celor două forme de sinteză a PLA. RLM0518. Sursa: Wikipedia Commons.

Utilizări în medicină

Produsele sale de degradare sunt non-toxice, ceea ce favorizează aplicarea sa în acest domeniu.

suturile

Cerința de bază pentru filamentele de sutură este ca acestea să țină țesuturile la locul lor până când vindecarea naturală oferă țesut puternic la locul de joncțiune.

Din 1972 a fost fabricat un material de sutură numit Vicryl, un filament bioabsorbabil foarte puternic. Acest fir este format dintr-un copolimer de acid glicolic și acid lactic (90:10), care este rapid hidrolizat la locul suturii, astfel încât este ușor absorbit de organism.

Se estimează că în corpul uman, PLA degradează 63% în aproximativ 168 de zile și 100% în 1,5 ani.

Utilizare farmaceutică

Biodegradabilitatea PLA o face utilă pentru eliberarea controlată a medicamentelor.

În cele mai multe cazuri, medicamentul este eliberat treptat datorită degradării hidrolitice și modificărilor morfologice ale rezervorului (realizat cu polimerul) care conține produsul medicamentos.

În alte cazuri, medicamentul este eliberat lent prin membrana polimerică.

implanturile

PLA s-a dovedit eficient în implanturi și suporturi pentru corpul uman. Rezultate bune s-au obținut în fixarea fracturilor și osteotomiilor sau a intervențiilor chirurgicale osoase.

Ingineria țesuturilor biologice

În prezent, multe studii sunt efectuate pentru aplicarea PLA în reconstrucția țesuturilor și organelor.

Filamentele PLA au fost dezvoltate pentru regenerarea nervilor la pacienții paralizați.

Fibra PLA este tratată anterior de plasmă pentru a o face receptivă la creșterea celulelor. Capetele nervului care urmează să fie reparat sunt unite folosind un segment artificial de PLA tratat cu plasmă.

Pe acest segment, sunt însămânțate celule speciale care vor crește și vor umple golul dintre cele două capete ale nervului, unindu-le. În timp, suportul PLA se uzează, lăsând un canal continuu de celule nervoase.

De asemenea, a fost utilizat în reconstrucția vezicii urinare, acționând ca o schela sau platformă pe care sunt însămânțate celule uroteliale (celule care aliniază vezica urinară și organele sistemului urinar) și celule musculare netede.

Utilizare în materiale textile

Chimia PLA permite controlul anumitor proprietăți ale fibrei care o fac potrivită pentru o mare varietate de materiale textile, îmbrăcăminte și mobilier.

De exemplu, capacitatea sa de a absorbi umezeala și, în același timp, reținerea scăzută a umidității și mirosurilor, îl face util pentru confecționarea de îmbrăcăminte pentru sportivii de înaltă performanță. Este hipoalergenic, nu irita pielea.

Chiar funcționează pentru haine pentru animale de companie și nu necesită călcat. Are densitate mică, deci este mai ușor decât alte fibre.

Provine dintr-o sursă regenerabilă, iar producția sa este ieftină.

Aplicații diverse

PLA este potrivit pentru fabricarea sticlelor pentru diverse utilizări (șampon, sucuri și apă). Aceste sticle au strălucire, transparență și claritate. În plus, PLA este o barieră excepțională pentru mirosuri și arome.

Cu toate acestea, această utilizare este pentru temperaturi sub 50-60 ºC, deoarece tinde să se deformeze la atingerea acestor temperaturi.

Se folosește la producerea de plăci, cupe și ustensile alimentare de unică folosință, precum și recipiente alimentare, precum iaurt, fructe, paste, brânză etc., sau tăvi de spumă PLA pentru ambalarea alimentelor proaspete. Nu absoarbe grăsimi, ulei, umiditate și are flexibilitate. Deșeurile PLA pot fi compostate.

Paie PLA, paie sau paie. F. Kesselring, FKuR Willich. Sursa: Wikipedia Commons.

Este, de asemenea, utilizat pentru a face foi subțiri pentru a ambala alimente, cum ar fi chipsuri de cartofi sau alte alimente.

Ambalare PLA pentru bomboane. F. Kesselring, FKuR Willich. Sursa: Wikipedia Commons.

Poate fi utilizat pentru a face carduri de tranzacții electronice și carduri cheie ale camerei de hotel. Cardurile PLA pot îndeplini caracteristici de securitate și permit aplicarea benzilor magnetice.

Este utilizat pe scară largă pentru fabricarea cutiilor sau copertelor produselor extrem de delicate, cum ar fi dispozitivele electronice și produsele cosmetice. Se folosesc grade special pregătite pentru această utilizare, prin cuplare cu alte fibre.

Spuma expandată poate fi fabricată din PLA pentru a fi utilizată ca material absorbant pentru șocuri pentru transportul de instrumente sau obiecte delicate.

Este folosit pentru a face jucării pentru copii.

Utilizări în inginerie și agricultură

PLA este utilizat pentru a face drenuri în șantiere, materiale de construcție a pardoselilor, cum ar fi covoare, parchet laminat și tapet de perete, pentru covoare și țesături de perne auto.

Utilizarea sa este în curs de dezvoltare în industria electrică, ca acoperire pentru fire conductive.

Printre aplicațiile sale se numără cea a agriculturii, cu pelicule de protecție a solului PLA, care permit controlul buruienilor și favorizează păstrarea îngrășământului. Filmele PLA sunt biodegradabile, ele pot fi încorporate în sol la sfârșitul recoltei și asigură astfel nutrienți.

Pelicule PLA de protecție a solului în culturi. F. Kesselring, FKuR Willich. Sursa: Wikipedia Commons.

Studii recente

Adăugarea nanocompozitelor la PLA este studiată pentru a îmbunătăți unele dintre proprietățile sale, cum ar fi rezistența termică, viteza de cristalizare, întârzierea flăcării, caracteristicile conductoare antistatice și electrice, proprietățile anti-UV și antibacteriene.

Unii cercetători au reușit să crească rezistența mecanică și conductivitatea electrică a PLA prin adăugarea nanoparticulelor de grafen. Acest lucru crește considerabil aplicațiile pe care le poate avea PLA în raport cu imprimarea 3D.

Alți oameni de știință au reușit să dezvolte un plasture vascular (pentru a repara arterele din corpul uman) prin altoirea unui organofosfat-fosforilcolină pe o schelă sau platformă PLA.

Plascul vascular a demonstrat astfel de proprietăți favorabile încât să fie considerat promițător pentru inginerie de țesuturi vasculare.

Proprietățile sale includ faptul că nu produce hemoliză (dezintegrarea globulelor roșii), nu este toxic pentru celule, rezistă la adeziunea trombocitelor și are o afinitate bună față de celulele care aliniază vasele de sânge.

Referințe

1. Mirae Kim și colab. (2019). Compoziții electrice și acide poligractice cu conducta electrică și mecanice puternice pentru imprimare 3D. Materiale și interfețe aplicate ACS. 2019, 11, 12, 11841-11848. Recuperat din pubs.acs.org.
2. Tin Sin, Lee și colab. (2012). Aplicații ale acidului poli (lactic). În Manualul biopolimerilor și materialelor plastice biodegradabile. Capitolul 3. Recuperat de la sciencedirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh și colab. (2007). Fibră poli (acid lactic): o imagine de ansamblu. Prog. Polym. Sci. 32 (2007) 455-482. Recuperat de la sciencedirect.com.
4. Raquez, Jean-Marie și colab. (2013). Nanocompozite bazate pe pollactidă (PLA). Progresul în știința polimerilor. 38 (2013) 1504-1542. Recuperat din scientcedirect.
5. Zhang, iunie și colab. (2019). Patch-uri vasculare cu acid polilactic grafinat zwitterionic pe bază de schele decelularizate pentru inginerie tisulară. ACS Biomateriale Știință și Inginerie. Data publicării: 25 iulie 2019. Recuperată de la pubs.acs.org.