POLSKĀBES SKĀBE: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, SINTĒZE, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Polipienskābes, kura pareizs vārds ir poli (pienskābe), ir materiāls ar polimerizācijas pienskābes veidojas. To sauc arī par polilaktīdu, jo to var iegūt, sadalot un polimerizējot laktīdu, kas ir pienskābes dimērs.

Poli (pienskābe) vai PLA nav skābe, tas ir poliesters, ko var redzēt monomērā, kas to veido. Tas ir viegli bioloģiski noārdāms polimērs un ir bioloģiski saderīgs. Abas īpašības ir saistītas ar faktu, ka to var viegli hidrolizēt gan vidē, gan cilvēka vai dzīvnieka ķermenī. Turklāt tā sadalīšanās nerada toksiskus savienojumus.

Pienskābes vai poli (pienskābes) polimēra vienkāršotā formula. Polimereks. Avots: Wikipedia Commons.

PLA iesaistīšanās pavedienos, kas saistīti ar šuvēm ķirurģisko operāciju laikā, ir zināma gadiem ilgi. To lieto arī farmācijas rūpniecībā lēnas darbības medikamentos.

To izmanto cilvēka ķermeņa implantos, un ir daudz pētījumu par tā izmantošanu bioloģiskajos audos, kā arī trīsdimensiju (3D) drukāšanai visdažādākajām vajadzībām.

Tā kā ražotājs ir viens no bioloģiski noārdāmākajiem un netoksiskākajiem polimēriem, tā ražotāji ir ierosinājuši ar šo materiālu aizstāt visas no naftas iegūtas plastmasas, kuras pašlaik tiek izmantotas tūkstošiem lietojumu.

Turklāt, pēc tā ražotāju domām, PLA ražošana un izmantošana ir veids, kā samazināt CO ₂ daudzumu, kas rodas, ražojot plastmasas no naftas ķīmijas rūpniecības , jo tas nāk no atjaunojamiem avotiem .

Uzbūve

Poli (pienskābe) ir poliesters, tas ir, tajā ir atkārtotas estera vienības - (C = O) -OR, kaut ko var redzēt šajā attēlā:

Poli (pienskābes) vai PLA struktūra. Jü. Avots: Wikipedia Commons.

Nomenklatūra

- poli (pienskābe)

- polilaktīds

- PLA

- poli- (L-pienskābe) vai PLLA

- poli- (D, L-pienskābe) vai PDLLA

- Pienskābe

Īpašības

Fiziskais stāvoklis

- Poli (D, L-pienskābe): amorfā cieta viela.

- Poli (L-pienskābe): trausla vai trausla caurspīdīga puskristāliska cieta viela.

Molekulārais svars

Tas ir atkarīgs no materiāla polimerizācijas pakāpes.

Stikla pārejas temperatūra

Tā ir temperatūra, zem kuras polimērs ir stingrs, trausls un trausls, un virs kura polimērs kļūst elastīgs un kaļams.

- poli (L-pienskābe): 63 ºC.

- Poli (D, L-pienskābe): 55 ºC.

Kušanas punkts

- Poli (L-pienskābe): 170–180 ºC.

- Poli (D, L-pienskābe): tai nav kušanas temperatūras, jo tā ir amorfa.

Sadalīšanās temperatūra

227–255 ° C.

Blīvums

- amorfs: 1,248 g / cm ³

- kristālisks: 1290 g / cm ³

Citas īpašības

Mehānisks

Poli (L-pienskābei) ir augstāka mehāniskā izturība nekā poli (D, L-pienskābei).

PLA ir viegli apstrādājama termoplastiski, tāpēc no šī polimēra var iegūt ļoti smalkus pavedienus.

Bioloģiskā savietojamība

Tā sadalīšanās produkts - pienskābe - nav toksisks un pilnībā bioloģiski saderīgs, jo to ražo dzīvās būtnes. Cilvēkiem tas tiek ražots muskuļos un eritrocītos.

Bionoārdīšanās

To var termiski frakcionēt ar hidrolīzi cilvēka ķermenī, dzīvniekos vai mikroorganismos, ko sauc par hidrolītisku sadalīšanos.

Viegli pārveidot tā raksturlielumus

To fizikālās, ķīmiskās un bioloģiskās īpašības var pielāgot, veicot atbilstošas ​​modifikācijas, kopolimerizāciju un potēšanu.

Sintēze

Pirmoreiz to ieguva 1932. gadā, karsējot pienskābi vakuumā. HO-CH3-CH-COOH pienskābe ir molekula ar hirālo centru (tas ir, oglekļa atoms, kas piesaistīts četrām dažādām grupām).

Šī iemesla dēļ tai ir divi enantiomēri vai spekulāri izomēri (tās ir divas molekulas, kas ir identiskas, bet ar atšķirīgu atomu telpisko orientāciju).

Enantiomēri ir L-pienskābe un D-pienskābe, kas atšķiras viens no otra ar to, kā tie novirza polarizēto gaismu. Tie ir spoguļattēli.

Pienskābes enantiomēri. Pa kreisi: L-pienskābe. Pa labi: D-pienskābe. す じ に く シ チ ュ ー. Avots: Wikipedia Commons.

L-pienskābi iegūst, fermentējot dabiskos cukurus, piemēram, melasi, kartupeļu cieti vai kukurūzas dekstrozi, mikroorganismu ceļā. Šis ir pašlaik vēlamais veids, kā to iegūt.

Kad poli (pienskābi) sagatavo no L-pienskābes, iegūst poli (L-pienskābi) vai PLLA.

No otras puses, ja polimēru sagatavo no L-pienskābes un D-pienskābes maisījuma, iegūst poli- (D, L-pienskābi) vai PDLLA.

Šajā gadījumā skābes maisījums ir D un L enantiomēru vienādās daļās iegūta kombinācija, ko iegūst sintēzē no naftas etilēna. Šāda veida iegūšana mūsdienās tiek reti izmantota.

PLLA un PDLLA ir nedaudz atšķirīgas īpašības. Polimerizāciju var veikt divos veidos:

- Starpprodukta veidošanās: cikliskais dimērs, ko sauc par laktīdu, kura polimerizāciju var kontrolēt un var iegūt produktu ar vēlamo molekulmasu.

Laktīdu polimerizācija, lai iegūtu PLA. Jü. Avots: Wikipedia Commons. - Pienskābes tieša kondensācija vakuuma apstākļos: kas rada polimēru ar mazu vai vidēju molekulmasu.

Abu PLA sintēzes formu salīdzinājums. RLM0518. Avots: Wikipedia Commons.

Izmantošana medicīnā

Tā noārdīšanās produkti nav toksiski, kas veicina tā izmantošanu šajā jomā.

Šuves

Pamatprasība šuvju pavedieniem ir tāda, ka tie tur audus vietā, līdz dabiskā dziedināšana nodrošina stiprus audus savienojuma vietā.

Kopš 1972. gada tiek ražots šuvju materiāls ar nosaukumu Vicryl, kas ir ļoti spēcīgs bioloģiski absorbējams pavediens vai pavediens. Šis pavediens ir izgatavots no glikolskābes un pienskābes (90:10) kopolimēra, kas ātri tiek hidrolizēts šuvju vietā, tāpēc ķermenis to viegli absorbē.

Tiek lēsts, ka cilvēka ķermenī PLA noārdās 63% apmēram 168 dienu laikā un 100% 1,5 gadu laikā.

Farmaceitiska lietošana

PLA bioloģiskā noārdīšanās padara to noderīgu kontrolētai zāļu izlaišanai.

Vairumā gadījumu zāles izdalās pakāpeniski hidrolītiskās sadalīšanās un rezervuāra (kas izgatavots ar polimēru), kas satur zāles, hidrolītiskās noārdīšanās un morfoloģisko izmaiņu dēļ.

Citos gadījumos zāles lēnām izdalās caur polimēra membrānu.

Implanti

PLA ir izrādījusies efektīva implantātu un balstu gadījumā cilvēka ķermenim. Labi rezultāti ir gūti lūzumu un osteotomiju vai kaulu operāciju fiksācijā.

Bioloģiskā audu inženierija

Pašlaik tiek veikti daudzi pētījumi, lai PLA pielietotu audu un orgānu rekonstrukcijā.

PLA pavedieni ir izstrādāti nervu atjaunošanai paralizētiem pacientiem.

PLA šķiedru iepriekš apstrādā ar plazmu, lai tā būtu uztverta šūnu augšanā. Remontējamā nerva galus savieno ar mākslīgu PLA segmentu, kas apstrādāts ar plazmu.

Šajā segmentā tiek iesētas īpašas šūnas, kuras augs un aizpildīs tukšumu starp diviem nerva galiem, savienojot tos. Laika gaitā PLA balsts nolietojas, atstājot nepārtrauktu nervu šūnu kanālu.

To izmantoja arī urīnpūšļa rekonstrukcijā, darbojoties kā sastatnes vai platforma, uz kuras tiek iesētas urotēlija šūnas (šūnas, kas pārklāj urīnpūsli un urīnizvades sistēmas orgānus), un gludās muskulatūras šūnas.

Izmantošana tekstilmateriālos

PLA ķīmija ļauj kontrolēt noteiktas šķiedras īpašības, kas padara to piemērotu visdažādākajiem tekstilizstrādājumiem, apģērbiem un mēbelēm.

Piemēram, spēja absorbēt mitrumu un vienlaikus zema mitruma un smaku aizture padara to noderīgu apģērba izgatavošanā sportistiem ar augstu veiktspēju. Tas ir hipoalerģisks, nekairina ādu.

Tas darbojas pat mājdzīvnieku drēbēs un neprasa gludināšanu. Tam ir zems blīvums, tāpēc tas ir vieglāks nekā citas šķiedras.

Tas nāk no atjaunojamiem avotiem, un tā ražošana ir lēta.

Dažādas lietojumprogrammas

PLA ir piemērots dažādu pudeļu ražošanai (šampūns, sulas un ūdens). Šīm pudelēm ir spīdums, caurspīdīgums un skaidrība. Turklāt PLA ir ārkārtējs šķērslis smakām un aromātiem.

Tomēr šo pielietojumu izmanto temperatūrai zem 50–60 ºC, jo, sasniedzot šo temperatūru, tai ir tendence deformēties.

To izmanto vienreizlietojamu šķīvju, krūzīšu un pārtikas trauku, kā arī pārtikas trauku, piemēram, jogurta, augļu, makaronu, siera utt., Vai PLA putu paplāšu ražošanā svaigas pārtikas iesaiņošanai. Tas neuzsūc taukus, eļļu, mitrumu un ir elastīgs. PLA atkritumus var kompostēt.

PLA salmiņi, salmiņi vai salmiņi. F. Kesselring, FKuR Willich. Avots: Wikipedia Commons.

To izmanto arī, lai izgatavotu plānas loksnes, lai iesaiņotu pārtikas produktus, piemēram, kartupeļu čipsi vai citus pārtikas produktus.

PLA konfekšu iepakojums. F. Kesselring, FKuR Willich. Avots: Wikipedia Commons.

To var izmantot elektronisko darījumu karšu un viesnīcas numuru atslēgu karšu izgatavošanai. PLA kartes var atbilst drošības elementiem un ļauj lietot magnētiskās lentes.

To plaši izmanto ļoti delikātu izstrādājumu, piemēram, elektronisko ierīču un kosmētikas, kastīšu vai vāku ražošanai. Tiek izmantotas speciāli šim lietojumam sagatavotas pakāpes, savienojot ar citām šķiedrām.

Putu putu var izgatavot no PLA, lai tās izmantotu kā triecienu absorbējošu materiālu delikātu instrumentu vai priekšmetu pārvadāšanai.

To izmanto rotaļlietu izgatavošanai bērniem.

Izmantošana inženierzinātnēs un lauksaimniecībā

PLA izmanto notekas būvlaukumos, grīdu celtniecības materiālu, piemēram, paklāju, lamināta grīdas un sienas tapešu izgatavošanai, paklāju un automašīnu spilvenu audumu izgatavošanai.

Tās izmantošana elektrisko rūpniecībā tiek attīstīta kā vadošu vadu pārklājums.

Starp tās pielietojumiem ir arī lauksaimniecība, ar PLA tiek ražotas augsnes aizsargplēves, kas ļauj nezāļu apkarot un veicina mēslojuma saglabāšanu. PLA plēves ir bioloģiski noārdāmas, ražas novākšanas beigās tās var iestrādāt augsnē un tādējādi nodrošināt barības vielas.

Augsnes aizsargājoša PLA plēve kultūrās. F. Kesselring, FKuR Willich. Avots: Wikipedia Commons.

Jaunākie pētījumi

Nanokompozītu pievienošana PLA tiek pētīta, lai uzlabotu dažas tā īpašības, piemēram, termisko pretestību, kristalizācijas ātrumu, liesmas slāpēšanas spēju, antistatiskas un elektrību vadošas īpašības, anti-UV un antibakteriālas īpašības.

Dažiem pētniekiem ir izdevies palielināt PLA mehānisko izturību un elektrisko vadītspēju, pievienojot grafēna nanodaļiņas. Tas ievērojami palielina lietojumprogrammas, kas PLA var būt saistītas ar 3D drukāšanu.

Citiem zinātniekiem izdevās izstrādāt asinsvadu plāksteri (artēriju uzlabošanai cilvēka ķermenī), uzpotējot organofosfāta-fosforilholīna uz PLA sastatnēm vai platformas.

Asinsvadu plāksteris demonstrēja tik labvēlīgas īpašības, ka tika uzskatīts par perspektīvu asinsvadu audu inženierijai.

Tās īpašības ietver faktu, ka tas nerada hemolīzi (sarkano asins šūnu sadalīšanos), tas nav toksisks šūnām, tas pretojas trombocītu adhēzijai un tai ir laba afinitāte pret šūnām, kas līnijas asinsvadus.

Atsauces

1. Mirae Kim et al. (2019. gads). Elektrovadoši un mehāniski spēcīgi grafēna-polilaktīnskābes kompozīti 3D drukāšanai. ACS lietotie materiāli un saskarnes. 2019., 11., 12., 11841-11848. Atgūts no pubs.acs.org.
2. Tin Sin, Lee et al. (2012). Poli (pienskābes) pielietojumi. Biopolimēru un bioloģiski noārdāmās plastmasas rokasgrāmatā. 3. nodaļa. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh, et al. (2007). Poli (pienskābes) šķiedra: pārskats. Prog. Polims. Sci., 32 (2007), 455-482. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
4. Raquez, Jean-Marie et al. (2013). Uz polilaktīdu (PLA) bāzes nanokompozīti. Polimēru zinātnes sasniegumi. 38 (2013) 1504-1542. Atgūts no zinātniskās tiešās darbības.
5. Džans, Jūns un citi. (2019. gads). Zwitterionic polimēru polietilēnskābes asinsvadu plāksteri, kuru pamatā ir atcelti sastatnes audu inženierijai. ACS biomateriālu zinātne un inženierija. Publicēšanas datums: 2019. gada 25. jūlijs. Atgūts no pubs.acs.org.