POLYMAITOHAPPO: RAKENNE, OMINAISUUDET, SYNTEESI, KÄYTTÖ - KEMIA - 2026

Polymaitohappo, jonka oikea nimi on poly (maitohappo), on materiaali, joka on muodostettu polymeroimalla maitohappo. Se tunnetaan myös nimellä polylaktidi, koska se voidaan saada hajottamalla ja polymeroimalla laktidi, joka on maitohapon dimeeri.

Poly (maitohappo) tai PLA ei ole happo, se on polyesteri, joka näkyy sitä muodostavassa monomeerissä. Se on helposti biohajoava polymeeri ja biologisesti yhteensopiva. Molemmat ominaisuudet johtuvat siitä, että se voidaan hydrolysoida helposti sekä ympäristössä että ihmisen tai eläimen kehossa. Lisäksi sen hajoaminen ei muodosta myrkyllisiä yhdisteitä.

Maitohapon tai poly (maitohapon) polymeerin yksinkertaistettu kaava. Polimerek. Lähde: Wikipedia Commons.

PLA: n osallistuminen ompelulankoihin kirurgisen leikkauksen aikana on ollut tiedossa jo vuosia. Sitä käytetään myös lääketeollisuudessa hitaasti vapauttavissa lääkkeissä.

Sitä käytetään ihmiskehon implantteissa, ja sen käyttöä biologisissa kudoksissa sekä kolmiulotteista (3D) tulostusta varten monimuotoisimpiin sovelluksiin on olemassa lukuisia tutkimuksia.

Koska se on yksi biohajoavimmista ja myrkyttömistä polymeereistä, sen valmistajat ovat ehdottaneet kaikkien öljypohjaisten muovien korvaamista tällä materiaalilla, joita nykyään käytetään tuhansissa sovelluksissa.

Lisäksi mukaan sen valmistajan, koska se on peräisin uusiutuvista lähteistä, tuotantoa ja käyttöä PLA on tapa vähentää CO ₂, joka syntyy, kun muovien valmistamiseksi petrokemian teollisuudessa.

Rakenne

Poly- (maitohappo) on polyesteri, ts. Siinä on toistuvia esteriyksiköitä - (C = O) -OR, jota voidaan nähdä seuraavasta kuvasta:

Poly (maitohapon) tai PLA: n rakenne. Ju. Lähde: Wikipedia Commons.

nimistö

- poly- (maitohappo)

- polylaktidi

- PLA

- poly- (L-maitohappo) tai PLLA

- poly- (D, L-maitohappo) tai PDLLA

- polymaitohappo

ominaisuudet

Fyysinen tila

- Poly (D, L-maitohappo): amorfinen kiinteä aine.

- Poly (L-maitohappo): hauras tai hauras läpinäkyvä puolikiteinen kiinteä aine.

Molekyylipaino

Se riippuu materiaalin polymeroitumisasteesta.

Lasittumislämpötila

Se on lämpötila, jonka alapuolella polymeeri on jäykkä, hauras ja hauras, ja jonka yläpuolella polymeeristä tulee joustava ja muokattava.

- Poly (L-maitohappo): 63 ºC.

- Poly (D, L-maitohappo): 55 ºC.

Sulamispiste

- Poly (L-maitohappo): 170 - 180 ºC.

- Poly (D, L-maitohappo): sillä ei ole sulamispistettä, koska se on amorfinen.

Hajoamislämpötila

227 - 255 ° C.

Tiheys

- Amorfiset: 1248 g / cm ³

- Kiteinen: 1290 g / cm ³

Muut ominaisuudet

Mekaaninen

Poly (L-maitohapolla) on suurempi mekaaninen lujuus kuin poly (D, L-maitohapolla).

PLA on helppo prosessoida termoplastisesti, joten tästä polymeeristä voidaan saada erittäin hienoja filamentteja.

bioyhteensopivuus

Sen hajoamistuote, maitohappo, ei ole myrkyllinen ja täysin biologisesti yhteensopiva, koska sitä tuottavat elävät olennot. Ihmisissä se tuotetaan lihaksissa ja punasoluissa.

biohajoavuus

Se voidaan jakaa termisesti hydrolyysillä ihmiskehossa, eläimissä tai mikro-organismeissa, jota kutsutaan hydrolyyttiseksi hajoamiseksi.

Sen ominaisuuksien helppo muokkaaminen

Niiden fysikaaliset, kemialliset ja biologiset ominaisuudet voidaan räätälöidä sopivilla modifikaatioilla, kopolymeroinneilla ja varttamalla.

Synteesi

Se saatiin ensimmäisen kerran vuonna 1932 kuumentamalla maitohappoa tyhjössä. HO-CH3-CH-COOH-maitohappo on molekyyli, jolla on kiraalinen keskus (ts. Hiiliatomi, joka on kiinnittynyt neljään eri ryhmään).

Tästä syystä siinä on kaksi enantiomeeriä tai spekulaarisia isomeerejä (ne ovat kaksi molekyyliä, jotka ovat identtisiä, mutta atomiensa erilaisella spatiaalisella orientaatiolla).

Enantiomeerit ovat L-maitohappo ja D-maitohappo, jotka erottuvat toisistaan ​​polarisoidun valon taipumiskyvyn mukaan. Ne ovat peilikuvia.

Maitohapon enantiomeerit. Vasen: L-maitohappo. Oikealla: D-maitohappo. す じ に く シ チ ュ ー. Lähde: Wikipedia Commons.

L-maitohappoa saadaan käymällä fermentoimalla luonnolliset sokerit, kuten melassi, perunatärkkelys tai maissidekstroosi, mikro-organismien avulla. Tämä on tällä hetkellä paras tapa saada se.

Kun poly (maitohappo) valmistetaan L-maitohaposta, saadaan poly (L-maitohappo) tai PLLA.

Toisaalta, kun polymeeri valmistetaan L-maitohapon ja D-maitohapon seoksesta, saadaan poly- (D, L-maitohappo) tai PDLLA.

Tässä tapauksessa happoseos on yhdistelmä tasa-arvoisissa osissa D- ja L-enantiomeerejä, saatu synteesillä maaöljyn eteenistä. Tätä hankintamuotoa käytetään nykyään harvoin.

PLLA: lla ja PDLLA: lla on hiukan erilaiset ominaisuudet. Polymerointi voidaan suorittaa kahdella tavalla:

- Välituotteen muodostaminen: syklinen dimeeri, nimeltään laktidi, jonka polymeroitumista voidaan hallita ja saada halutun molekyylipainon omaava tuote.

Laktidipolymerointi PLA: n saamiseksi. Ju. Lähde: Wikipedia Commons.– Maitohapon suora kondensoituminen tyhjiöolosuhteissa: mikä tuottaa polymeerin, jolla on pieni tai keskimääräinen molekyylipaino.

PLA: n kahden synteesimuodon vertailu. RLM0518. Lähde: Wikipedia Commons.

Käytetään lääketieteessä

Sen hajoamistuotteet eivät ole myrkyllisiä, mikä suosii sen soveltamista tällä alalla.

ommelaineet

Ompelufilamenttien perusvaatimus on, että ne pitävät kudoksia paikallaan, kunnes luonnollinen paraneminen tarjoaa vahvan kudoksen liitoskohdassa.

Vuodesta 1972 on valmistettu Vicryl-nimistä ompelumateriaalia, erittäin vahvaa bioabsorboituvaa filamenttia tai lankaa. Tämä lanka on valmistettu glykolihapon ja maitohapon kopolymeeristä (90:10), joka hydrolysoituu nopeasti ommelpaikassa, joten elimistö absorboi sen helposti.

On arvioitu, että PLA hajoaa ihmiskehossa 63% noin 168 päivässä ja 100% 1,5 vuodessa.

Farmaseuttinen käyttö

PLA: n biohajoavuus tekee siitä hyödyllisen lääkkeiden hallitussa vapautumisessa.

Useimmissa tapauksissa lääke vapautuu vähitellen lääkkeen sisältävän säiliön (valmistettu polymeerillä) hydrolyyttisen hajoamisen ja morfologisten muutosten vuoksi.

Muissa tapauksissa lääke vapautuu hitaasti polymeerikalvon läpi.

implantit

PLA on osoittautunut tehokkaaksi implantteissa ja tukee ihmiskehoa. Murtumien ja osteotomioiden tai luuleikkausten kiinnittämisessä on saatu hyviä tuloksia.

Biologinen kudostekniikka

Tällä hetkellä tehdään monia tutkimuksia PLA: n soveltamiseksi kudosten ja elinten jälleenrakentamiseen.

PLA-filamentit on kehitetty halvaantuneiden potilaiden hermojen uudistamiseen.

PLA-kuitua käsitellään aiemmin plasmalla, jotta se olisi vastaanottavainen solujen kasvuun. Korjattavan hermon päät yhdistetään keinona PLA: lla, jota käsitellään plasmalla.

Tälle segmentille ympätään erityisiä soluja, jotka kasvavat ja täyttävät tyhjän tilan hermon kahden pään välillä yhdistäen ne. Ajan myötä PLA-tuki kuluu, jättäen jatkuvan hermosolujen kanavan.

Sitä on käytetty myös virtsarakon rekonstruoinnissa toimien rakennustelineenä tai alustana, joille kylvitetään urotiosoluja (soluja, jotka peittävät virtsarakon ja virtsajärjestelmän elimet) ja sileitä lihassoluja.

Käyttö tekstiilimateriaaleissa

PLA: n kemia mahdollistaa kuidun tiettyjen ominaisuuksien hallinnan, mikä tekee siitä sopivan monenlaisiin tekstiili-, vaatetus- ja huonekalusovelluksiin.

Esimerkiksi sen kyky imeä kosteutta ja samalla heikko kosteuden ja hajujen pidättäminen tekevät siitä hyödyllisen vaatteiden valmistuksessa korkean suorituskyvyn urheilijoille. Se on hypoallergeeninen, se ei ärsytä ihoa.

Se toimii jopa lemmikkieläinten vaatteissa eikä vaadi silittämistä. Sen tiheys on matala, joten se on kevyempi kuin muut kuidut.

Se tulee uusiutuvista lähteistä ja sen tuotanto on halpaa.

Erilaisia ​​sovelluksia

PLA soveltuu erilaisiin pulloihin (shampoo, mehut ja vesi). Nämä pullot ovat kiiltäviä, läpinäkyviä ja selkeitä. Lisäksi PLA on poikkeuksellinen este hajuille ja makuille.

Tämä käyttö on kuitenkin tarkoitettu alle 50–60 ºC lämpötiloille, koska sillä on taipumus muodonmuuttua saavuttaessa nämä lämpötilat.

Sitä käytetään kertakäyttöisten lautasten, kuppien ja ruokailuvälineiden, kuten myös ruoka-astioiden, kuten jogurtin, hedelmien, pastaa, juuston jne., Tai PLA-vaahtoalustojen tuotannossa tuoreen ruoan pakkaamiseen. Se ei ime rasvaa, öljyä, kosteutta ja on joustava. Jäte PLA voidaan kompostoida.

PLA-olkeet, olkien tai olkien. F. Kesselring, FKuR Willich. Lähde: Wikipedia Commons.

Sitä käytetään myös ohutlevyjen valmistukseen ruokien, kuten perunalastujen tai muiden ruokien, pakkaamiseksi.

PLA-pakkaus makeisille. F. Kesselring, FKuR Willich. Lähde: Wikipedia Commons.

Sitä voidaan käyttää elektronisten transaktiokorttien ja hotellihuoneen avainkorttien valmistukseen. PLA-kortit voivat täyttää turvaominaisuudet ja mahdollistaa magneettinauhojen käytön.

Sitä käytetään laajalti erittäin herkkien tuotteiden, kuten elektronisten laitteiden ja kosmetiikan, laatikoiden tai kansien valmistukseen. Erityisesti tätä käyttöä varten valmistettuja asteita käytetään kytkemällä muihin kuituihin.

Paisutettua vaahtoa voidaan valmistaa PLA: sta käytettäväksi iskunvaimennusmateriaalina herkkien instrumenttien tai esineiden kuljettamiseen.

Sitä käytetään lelujen valmistukseen lapsille.

Käyttää tekniikassa ja maataloudessa

PLA: ta käytetään viemäriin rakennustyömailla, lattian rakennusmateriaaleihin, kuten mattoihin, laminaattilattioihin ja seinätapetteihin, mattoihin ja autojen tyynykankaisiin.

Sen käyttöä kehitetään sähköteollisuudessa johtavien johtojen päällysteenä.

Sen sovelluksia on muun muassa maataloudessa, jossa valmistetaan PLA: n maaperänsuojakalvoja, jotka mahdollistavat rikkaruohojen torjunnan ja edistävät lannoitteiden pidättämistä. PLA-kalvot ovat biohajoavia, ne voidaan sisällyttää maaperään sadonkorjuun lopussa ja siten tarjota ravinteita.

Maaperän suojaava PLA-kalvo viljelykasveissa. F. Kesselring, FKuR Willich. Lähde: Wikipedia Commons.

Viimeisimmät tutkimukset

Nanokomposiittien lisäämistä PLA: hon tutkitaan joidenkin sen ominaisuuksien, kuten lämmönkestävyyden, kiteytymisnopeuden, palonkestävyyden, antistaattisten ja sähköä johtavien ominaisuuksien, anti-UV- ja antibakteerisen ominaisuuden parantamiseksi.

Jotkut tutkijat ovat onnistuneet lisäämään PLA: n mekaanista lujuutta ja sähkönjohtavuutta lisäämällä grafeeninanohiukkasia. Tämä lisää huomattavasti sovelluksia, joita PLA voi olla 3D-tulostukseen nähden.

Muut tutkijat onnistuivat kehittämään verisuonilaastarin (ihmisen kehon valtimoiden korjaamiseksi) oksastamalla organofosfaatti-fosforyylikoliini PLA-telineelle tai alustalle.

Verisuonilaastari osoitti niin suotuisia ominaisuuksia, että sitä voidaan pitää lupaavana verisuonikudoksen suunnittelussa.

Sen ominaisuuksiin kuuluu se, että se ei tuota hemolyysiä (punasolujen hajoamista), se ei ole myrkyllinen soluille, se vastustaa verihiutaleiden tarttumista ja sillä on hyvä affiniteetti verisuonia linjaaviin soluihin.

Viitteet

1. Mirae Kim, et ai. (2019). Sähköä johtavat ja mekaanisesti vahvat grafeeni-polymaitohappokomposiitit 3D-tulostukseen. ACS: n käytetyt materiaalit ja käyttöliittymät. 2019, 11, 12, 11841-11848. Palautettu pubs.acs.org-sivustosta.
2. Tin Sin, Lee et ai. (2012). Poly (maitohapon) sovellukset. Biopolymeerien ja biohajoavien muovien käsikirjassa. Luku 3. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh, et ai. (2007). Poly (maitohappo) kuitu: yleiskatsaus. Prog. Sei. 32 (2007) 455-482. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
4. Raquez, Jean-Marie et ai. (2013). Polylaktidi (PLA) -pohjaiset nanokomposiitit. Edistyminen polymeeritieteessä. 38 (2013) 1504-1542. Toipunut tieteellisestä suorasta.
5. Zhang, Jun et ai. (2019). Zwitterionic polymeroidut polymaitohappo-verisuonilaastarit, jotka perustuvat solujen muotoiltuihin telineisiin kudostekniikkaan. ACS Biomaterials Science & Engineering. Julkaisupäivä: 25. heinäkuuta 2019. Palautettu osoitteesta pubs.acs.org.