POLILAKTIK ASIT: YAPI, ÖZELLIKLER, SENTEZ, KULLANIMLAR - KIMYA - 2025

Polilaktik asit, olan doğru adı poli (laktik asit) 'dir, laktik asit polimerleştirilmesiyle oluşturulan bir malzemedir. Bir laktik asit dimer olan laktidin parçalanması ve polimerizasyonundan elde edilebildiği için poli-laktid olarak da bilinir.

Poli (laktik asit) veya PLA bir asit değildir, onu oluşturan monomerde görülebilen bir polyesterdir. Biyolojik olarak kolayca parçalanabilen bir polimerdir ve biyolojik olarak uyumludur. Her iki özelliği de hem çevrede hem de insan veya hayvan vücudunda kolaylıkla hidrolize olabilmesinden kaynaklanmaktadır. Ayrıca bozunması toksik bileşikler oluşturmaz.

Laktik asit veya poli (laktik asit) polimerinin basitleştirilmiş formülü. Polimerek. Kaynak: Wikipedia Commons.

PLA'nın cerrahi operasyonlar sırasında dikiş atmak için filamentlerdeki rolü yıllardır bilinmektedir. İlaç endüstrisinde yavaş salınan ilaçlarda da kullanılmaktadır.

İnsan vücuduna yönelik implantlarda kullanılır ve biyolojik dokularda kullanımı ve çok çeşitli uygulamalar için üç boyutlu (3D) baskı için çok sayıda çalışma vardır.

En çok biyolojik olarak parçalanabilen ve toksik olmayan polimerlerden biri olan üreticileri, şu anda binlerce uygulamada kullanılan tüm petrolden türetilmiş plastiklerin bu malzeme ile değiştirilmesini önermişlerdir.

Buna ek olarak, üreticilerine göre, yenilenebilir kaynaklardan geldiği için PLA'nın üretimi ve kullanımı , petrokimya endüstrisinden plastik üretilirken oluşan CO ₂ miktarını azaltmanın bir yoludur .

yapı

Poli- (laktik asit) bir polyesterdir, yani tekrar eden ester birimlerine sahiptir - (C = O) -OR, aşağıdaki şekilde görülebilen bir şey:

Poli (laktik asit) veya PLA'nın yapısı. Jü. Kaynak: Wikipedia Commons.

terminoloji

- Polilaktik asit)

- Poli-laktit

- PLA

- Poli- (L-laktik asit) veya PLLA

- Poly- (D, L-laktik asit) veya PDLLA

- Polilaktik asit

Özellikleri

Fiziksel durum

- Poli (D, L-laktik asit): amorf katı.

- Poli (L-laktik asit): kırılgan veya kırılgan şeffaf yarı kristal katı.

Moleküler ağırlık

Malzemenin polimerizasyon derecesine bağlıdır.

Cam değişim ısısı

Polimerin sert, kırılgan ve kırılgan olduğu ve üzerinde polimerin elastik ve yumuşak hale geldiği sıcaklıktır.

- Poli (L-laktik asit): 63ºC.

- Poli (D, L-laktik asit): 55 ºC.

Erime noktası

- Poli (L-laktik asit): 170-180 ºC.

- Poli (D, L-laktik asit): Amorf olduğu için erime noktası yoktur.

ayrışma sıcaklığı

227-255 ° C

Yoğunluk

- Amorf: 1.248 g / cm ³

- Kristal: 1,290 g / cm ³

Diğer özellikler

Mekanik

Poli (L-laktik asit), poli (D, L-laktik asit) 'ten daha yüksek bir mekanik dayanıma sahiptir.

PLA'nın termoplastik olarak işlenmesi kolaydır, bu nedenle bu polimerden çok ince filamentler elde edilebilir.

Biouyumluluk

Bozunma ürünü olan laktik asit, canlılar tarafından üretildiği için toksik değildir ve tamamen biyouyumludur. İnsanlarda ise kaslarda ve kırmızı kan hücrelerinde üretilir.

Biyobozunabilir

İnsan vücudunda, hayvanlarda veya mikroorganizmalarda hidrolitik bozunma adı verilen hidroliz yoluyla termal olarak parçalanabilir.

Özelliklerinin kolay değiştirilmesi

Fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri, uygun modifikasyonlar, kopolimerizasyonlar ve aşılama yoluyla özelleştirilebilir.

sentez

İlk olarak 1932'de laktik asidin vakum altında ısıtılmasıyla elde edildi. HO-CH3-CH-COOH laktik asit, kiral bir merkeze (yani dört farklı gruba bağlı bir karbon atomuna) sahip bir moleküldür.

Bu nedenle, iki enantiyomeri veya speküler izomeri vardır (bunlar aynı, ancak atomlarının farklı uzaysal yönelimine sahip iki moleküldür).

Enantiomerler, polarize ışığı saptırma biçimleri ile birbirinden ayrılan L-laktik asit ve D-laktik asittir. Ayna imgeleridir.

Laktik asit enantiyomerleri. Sol: L-laktik asit. Sağ: D-laktik asit. す じ に く シ チ ュ ー. Kaynak: Wikipedia Commons.

L-laktik asit, melas, patates nişastası veya mısır dekstrozu gibi doğal şekerlerin mikroorganizmalarıyla fermantasyondan elde edilir. Bu, onu elde etmenin şu anda tercih edilen yoludur.

Poli (laktik asit), L-laktik asitten hazırlandığında, poli (L-laktik asit) veya PLLA elde edilir.

Öte yandan, polimer bir L-laktik asit ve D-laktik asit karışımından hazırlandığında, poli- (D, L-laktik asit) veya PDLLA elde edilir.

Bu durumda asit karışımı, petrolün etileninden sentez yoluyla elde edilen D ve L enantiyomerlerinin eşit parçalarında bir kombinasyondur. Bu tür edinme günümüzde nadiren kullanılmaktadır.

PLLA ve PDLLA biraz farklı özelliklere sahiptir. Polimerizasyon iki şekilde gerçekleştirilebilir:

- Bir ara ürün oluşumu: Polimerizasyonu kontrol edilebilen ve istenen moleküler ağırlığa sahip bir ürün elde edilebilen laktit adı verilen siklik dimer.

PLA elde etmek için laktit polimerizasyonu. Jü. Kaynak: Wikipedia Commons. - Vakum koşulları altında laktik asidin doğrudan yoğunlaşması: düşük veya orta moleküler ağırlıklı bir polimer üretir.

PLA'nın iki sentez formunun karşılaştırılması. RLM0518. Kaynak: Wikipedia Commons.

Tıpta kullanır

Bozunma ürünleri toksik değildir, bu da bu alandaki uygulanmasını kolaylaştırır.

Dikişler

Sütür filamentleri için temel gereksinim, doğal iyileşme birleşim bölgesinde güçlü doku sağlanana kadar dokuları yerinde tutmalarıdır.

1972'den beri Vicryl adı verilen, biyolojik olarak çok güçlü bir filament veya iplik olan bir dikiş malzemesi üretildi. Bu iplik, dikiş yerinde hızla hidrolize olan glikolik asit ve laktik asit (90:10) kopolimerinden yapılmıştır, böylece vücut tarafından kolayca emilir.

İnsan vücudunda PLA'nın yaklaşık 168 günde% 63 ve 1,5 yılda% 100 bozunduğu tahmin edilmektedir.

İlaç kullanımı

PLA'nın biyolojik olarak parçalanabilirliği, onu tıbbi ürünlerin kontrollü salınımı için yararlı kılar.

Çoğu durumda ilaç, hidrolitik bozunma ve tıbbi ürünü içeren rezervuardaki (polimer ile yapılan) morfolojik değişiklikler nedeniyle kademeli olarak salınır.

Diğer durumlarda ilaç, polimer membrandan yavaşça salınır.

İmplantlar

PLA'nın insan vücudu için implantlarda ve desteklerde etkili olduğu kanıtlanmıştır. Kırıkların tespitinde ve osteotomilerde veya kemik ameliyatlarında iyi sonuçlar alınmıştır.

Biyolojik doku mühendisliği

Halen PLA'nın doku ve organların rekonstrüksiyonunda uygulanmasına yönelik birçok çalışma yapılmaktadır.

Felçli hastalarda sinirlerin rejenerasyonu için PLA filamentleri geliştirilmiştir.

PLA lifi, hücre büyümesine açık hale getirmek için önceden plazma ile işlenir. Onarılacak sinirin uçları, plazma ile muamele edilmiş yapay bir PLA segmenti vasıtasıyla birleştirilir.

Bu segmentte, sinirin iki ucu arasındaki boşluğu dolduracak ve onları birleştirecek özel hücreler tohumlanır. Zamanla, PLA desteği yıpranarak sürekli bir sinir hücresi kanalı bırakır.

Ürotelyal hücrelerin (mesaneyi ve üriner sistemin organlarını kaplayan hücreler) ve düz kas hücrelerinin tohumlandığı bir iskele veya platform görevi gören mesanelerin yeniden yapılandırılmasında da kullanılmıştır.

Tekstil malzemelerinde kullanım

PLA'nın kimyası, elyafın çok çeşitli tekstil, giyim ve mobilya uygulamaları için uygun olmasını sağlayan belirli özelliklerinin kontrolüne izin verir.

Örneğin, nemi emme yeteneği ve aynı zamanda düşük nem ve koku tutma yeteneği, onu yüksek performanslı sporcular için kıyafet yapmak için yararlı kılar. Hipoalerjeniktir, cildi tahriş etmez.

Evcil hayvan giysileri için bile işe yarar ve ütü gerektirmez. Yoğunluğu düşük olduğu için diğer liflere göre daha hafiftir.

Yenilenebilir bir kaynaktan gelir ve üretimi ucuzdur.

Çeşitli uygulamalar

PLA, çeşitli kullanımlar için (şampuan, meyve suları ve su) şişe yapmak için uygundur. Bu şişeler parlaklık, şeffaflık ve netliğe sahiptir. Ek olarak, PLA koku ve tatlara karşı olağanüstü bir engeldir.

Ancak, bu kullanım 50-60 C'nin altındaki sıcaklıklar içindir çünkü bu sıcaklıklara ulaşıldığında deforme olma eğilimindedir.

Tek kullanımlık tabak, fincan ve yiyecek kaplarının yanı sıra yoğurt, meyve, makarna, peynir vb. Gıda kaplarının veya taze yiyeceklerin paketlenmesi için PLA köpük tepsilerinin üretiminde kullanılır. Gresi, yağı, nemi emmez ve esnektir. Atık PLA kompostlanabilir.

PLA pipetleri, pipetleri veya pipetleri. F. Kesselring, FKuR Willich. Kaynak: Wikipedia Commons.

Ayrıca patates cipsi veya diğer yiyecekler gibi yiyecekleri paketlemek için ince tabakalar yapmak için kullanılır.

Şeker için PLA ambalajı. F. Kesselring, FKuR Willich. Kaynak: Wikipedia Commons.

Elektronik işlem kartları ve otel odası anahtar kartları yapmak için kullanılabilir. PLA kartları güvenlik özelliklerini karşılayabilir ve manyetik bantların uygulanmasına izin verebilir.

Elektronik cihazlar ve kozmetikler gibi son derece hassas ürünlerin kutularının veya kapaklarının imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kullanım için özel olarak hazırlanmış kaliteler diğer elyaflarla birleştirilerek kullanılır.

Hassas aletlerin veya nesnelerin nakliyesi için şok emici bir malzeme olarak kullanılmak üzere PLA'dan genişletilmiş köpük yapılabilir.

Çocuklar için oyuncak yapımında kullanılır.

Mühendislik ve tarımda kullanır

PLA, şantiyelerde, halı, laminat parke ve duvar kağıdı gibi zemin yapı malzemelerinde, halı ve araba yastığı kumaşlarında drenaj yapmak için kullanılır.

Elektrik endüstrisinde iletken teller için bir kaplama olarak kullanımı geliştirme aşamasındadır.

Uygulamaları arasında, yabani ot kontrolüne izin veren ve gübrenin tutulmasını destekleyen PLA toprak koruyucu filmleri ile tarımda üretilmektedir. PLA filmleri biyolojik olarak parçalanabilir, hasat sonunda toprağa katılabilir ve böylece besin sağlar.

Ekinlerde toprak koruyucu PLA filmi. F. Kesselring, FKuR Willich. Kaynak: Wikipedia Commons.

Son çalışmalar

Nano kompozitlerin PLA'ya eklenmesi, termal direnç, kristalleşme hızı, alev geciktirme, antistatik ve elektriksel iletkenlik özellikleri, anti-UV ve antibakteriyel özellik gibi bazı özelliklerini iyileştirmek için çalışılmaktadır.

Bazı araştırmacılar grafen nanopartiküller ekleyerek PLA'nın mekanik gücünü ve elektriksel iletkenliğini artırmayı başardılar. Bu, PLA'nın 3B baskı ile ilgili olarak sahip olabileceği uygulamaları önemli ölçüde artırır.

Diğer bilim adamları, bir organofosfat-fosforilkolini bir PLA iskelesine veya platforma aşılayarak bir vasküler yama (insan vücudundaki arterleri onarmak için) geliştirmeyi başardılar.

Vasküler yama, vasküler doku mühendisliği için umut verici olduğu düşünülen bu tür olumlu özellikler göstermiştir.

Özellikleri arasında hemoliz yapmaması (kırmızı kan hücrelerinin parçalanması), hücrelere toksik olmaması, trombositlerin yapışmasına direnç göstermesi ve kan damarlarını çevreleyen hücrelere karşı iyi bir afiniteye sahip olması sayılabilir.

Referanslar

1. Mirae Kim, vd. (2019). 3D Baskı için Elektriksel İletken ve Mekanik Olarak Güçlü Grafen-Polilaktik Asit Kompozitleri. ACS Uygulamalı Malzemeler ve Arayüzler. 2019, 11, 12, 11841-11848. Pubs.acs.org'dan kurtarıldı.
2. Tin Sin, Lee vd. (2012). Poli (Laktik Asit) Uygulamaları. Biyopolimerler ve Biyobozunur Plastikler El Kitabında. Bölüm 3. sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
3. Gupta, Bhuvanesh, vd. (2007). Poli (laktik asit) lif: Genel bir bakış. Prog Polym. Sci. 32 (2007) 455-482. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
4. Raquez, Jean-Marie vd. (2013). Polilaktit (PLA) bazlı nanokompozitler. Polimer Biliminde İlerleme. 38 (2013) 1504-1542. Sciencedirect'ten kurtarıldı.
5. Zhang, Jun ve diğerleri. (2019). Doku Mühendisliği için Hücresizleştirilmiş İskeleye Dayalı Zwitterionik Polimer Aşılı Polilaktik Asit Vasküler Yamalar. ACS Biyomalzeme Bilimi ve Mühendisliği. Yayın Tarihi: 25 Temmuz 2019. pubs.acs.org'dan kurtarıldı.