ANG POLYLACTIC ACID: ISTRAKTURA, MGA KATANGIAN, SYNTHESIS, AY GUMAGAMIT - CHEMISTRY - 2025

Ang polylactic acid, na ang tamang pangalan ay poly (lactic acid), ay isang materyal na nabuo ng polymerizing lactic acid. Kilala rin ito bilang poly-lactide, dahil maaari itong makuha mula sa pagkasira at polymerization ng lactide, na kung saan ay isang dimer ng lactic acid.

Ang Poly (lactic acid) o PLA ay hindi isang acid, ito ay isang polyester, na makikita sa monomer na bumubuo. Ito ay isang madaling biodegradable polimer at biocompatible. Ang parehong mga pag-aari ay dahil sa ang katunayan na maaari itong madaling hydrolyzed kapwa sa kapaligiran at sa katawan ng tao o hayop. Bukod dito, ang pagkasira nito ay hindi nakakagawa ng mga nakakalason na compound.

Ang pinasimpleng pormula ng polimer ng lactic acid o poly (lactic acid). Polimerek. Pinagmulan: Wikipedia Commons.

Ang pagkakasangkot ng PLA sa mga filament para sa suturing sa panahon ng operasyon ng operasyon ay kilala nang maraming taon. Ginagamit din ito sa industriya ng parmasyutiko sa mga gamot na mabagal.

Ginagamit ito sa mga implant para sa katawan ng tao at mayroong isang malaking bilang ng mga pag-aaral para sa paggamit nito sa mga biological tisyu, pati na rin para sa three-dimensional (3D) na pag-print para sa pinaka-magkakaibang mga aplikasyon.

Ang pagiging isa sa mga pinaka-biodegradable at hindi nakakalason na polimer, iminungkahi ng mga prodyuser ang pagpapalit ng lahat ng mga produktong nagmula sa petrolyo na kasalukuyang ginagamit sa libu-libong mga aplikasyon kasama ang materyal na ito.

Bilang karagdagan, ayon sa mga tagagawa nito, dahil nagmula ito sa mga nababagong mapagkukunan, ang paggawa at paggamit ng PLA ay isang paraan upang mabawasan ang dami ng CO ₂ na nalilikha kapag gumagawa ng plastik mula sa industriya ng petrokimia.

Istraktura

Ang Poly- (lactic acid) ay isang polyester, iyon ay, inuulit nito ang mga yunit ng ester - (C = O) -OR, isang bagay na makikita sa mga sumusunod na pigura:

Istraktura ng poly (lactic acid) o PLA. Jü. Pinagmulan: Wikipedia Commons.

Pangngalan

- Poly- (lactic acid)

- Poly-lactide

- PLA

- Poly- (L-lactic acid) o PLLA

- Poly- (D, L-lactic acid) o PDLLA

- Polylactic acid

Ari-arian

Pisikal na estado

- Poly (D, L-lactic acid): walang kabuluhan solid.

- Poly (L-lactic acid): marupok o malutong na transparent semi-crystalline solid.

Ang bigat ng molekular

Ito ay depende sa antas ng polymerization ng materyal.

Temperatura ng paglipat ng salamin

Ito ang temperatura sa ibaba kung saan ang polimer ay mahigpit, malutong, at malutong, at sa itaas kung saan ang polimer ay nagiging nababanat at nakalulugod.

- Poly (L-lactic acid): 63 ºC.

- Poly (D, L-lactic acid): 55 ºC.

Temperatura ng pagkatunaw

- Poly (L-lactic acid): 170-180 ºC.

- Poly (D, L-lactic acid): wala itong natutunaw na punto sapagkat ito ay malaswa.

Temperatura ng agnas

227-255 ° C.

Density

- Amorphous: 1,248 g / cm ³

- Crystalline: 1,290 g / cm ³

Iba pang mga pag-aari

Mekanikal

Ang Poly (L-lactic acid) ay may mas mataas na lakas ng makina kaysa sa poly (D, L-lactic acid).

Ang PLA ay madaling maproseso ng thermoplastically, kaya napakahusay na filament ay maaaring makuha mula sa polimer.

Biocompatibility

Ang produkto ng nakapanghihina, lactic acid, ay hindi nakakalason at ganap na biocompatible, sapagkat ginawa ito ng mga nabubuhay na nilalang. Sa kaso ng mga tao, ginawa ito sa mga kalamnan at pulang selula ng dugo.

Biodegradability

Maaari itong thermally split sa pamamagitan ng hydrolysis sa katawan ng tao, hayop o microorganism, na kung saan ay tinatawag na hydrolytic degradation.

Madaling pagbabago sa mga katangian nito

Ang kanilang pisikal, kemikal, at biological na mga katangian ay maaaring maiayon sa pamamagitan ng naaangkop na pagbabago, copolymerizations, at paghugpong.

Sintesis

Una itong nakuha noong 1932 sa pamamagitan ng pagpainit ng lactic acid sa ilalim ng vacuum. Ang HO-CH3-CH-COOH lactic acid ay isang molekula na may sentro ng chiral (iyon ay, isang carbon atom na nakakabit sa apat na magkakaibang grupo).

Para sa kadahilanang ito ay mayroong dalawang enantiomer o specular isomers (sila ay dalawang molekula na magkapareho ngunit may iba't ibang spatial orientation ng kanilang mga atoms).

Ang mga enantiomer ay L-lactic acid at D-lactic acid, na nakikilala sa bawat isa sa pamamagitan ng paraan na pinaliit ang polarized na ilaw. Ang mga ito ay mga imahe ng salamin.

Lactic acid enantiomers. Kaliwa: L-lactic acid. Kanan: D-lactic acid. す じ に く シ チ ュ ー. Pinagmulan: Wikipedia Commons.

Ang L-lactic acid ay nakuha mula sa pagbuburo ng mga microorganism ng mga natural na sugars tulad ng molasses, patatas starch o mais dextrose. Ito ang kasalukuyang ginustong paraan upang makuha ito.

Kapag ang poly (lactic acid) ay inihanda mula sa L-lactic acid, ang poly (L-lactic acid), o PLLA, ay nakuha.

Sa kabilang banda, kapag ang polimer ay handa mula sa isang halo ng L-lactic acid at D-lactic acid, poly- (D, L-lactic acid) o PDLLA ay nakuha.

Sa kasong ito, ang halo ng acid ay isang kumbinasyon sa pantay na mga bahagi ng D at L enantiomers, na nakuha ng synthesis mula sa etilena ng petrolyo. Ang form na ito ng pagkuha ay bihirang ginagamit ngayon.

Ang PLLA at PDLLA ay may kaunting magkakaibang katangian. Ang polimerisasyon ay maaaring isagawa sa dalawang paraan:

- Pagbuo ng isang tagapamagitan: ang siklista na dimer na tinatawag na lactide, na ang polimerisasyon ay maaaring kontrolado at isang produkto na may nais na timbang ng molekula ay maaaring makuha.

Ang polymerization ng lactide upang makakuha ng PLA. Jü. Pinagmulan: Wikipedia Commons.– Direktang paghataw ng lactic acid sa ilalim ng mga kondisyon ng vacuum: na gumagawa ng isang polimer na may mababang o katamtamang timbang ng molekular.

Paghahambing ng dalawang anyo ng synthesis ng PLA. RLM0518. Pinagmulan: Wikipedia Commons.

Gumagamit ng gamot

Ang mga produktong nakapanghina ay hindi nakakalason, na pinapaboran ang application nito sa larangang ito.

Mga multo

Ang pangunahing kinakailangan para sa mga filament ng suture ay hawak nila ang mga tisyu sa lugar hanggang sa ang natural na pagpapagaling ay nagbibigay ng malakas na tisyu sa site ng kantong.

Mula noong 1972 isang suture material na tinawag na Vicryl ay gawa, isang napakalakas na bioabsorbable filament o thread. Ang thread na ito ay gawa sa isang copolymer ng glycolic acid at lactic acid (90:10), na mabilis na na-hydrolyzed sa site ng suture, kaya madali itong hinihigop ng katawan.

Tinatayang na sa katawan ng tao, binabawasan ng PLA ang 63% sa mga 168 araw at 100% sa 1.5 taon.

Gumamit ng parmasyutiko

Ang biodegradability ng PLA ay ginagawang kapaki-pakinabang para sa kinokontrol na pagpapalabas ng mga produktong panggamot.

Sa karamihan ng mga kaso ang gamot ay inilabas nang unti-unti dahil sa pagkasira ng hydrolytic at mga pagbabago sa morphological ng reservoir (ginawa gamit ang polimer) na naglalaman ng produktong nakapagpapagaling.

Sa iba pang mga kaso, ang gamot ay inilabas nang dahan-dahan sa pamamagitan ng lamad ng polimer.

Implants

Ang PLA ay napatunayan na epektibo sa mga implant at suporta para sa katawan ng tao. Ang mga magagandang resulta ay nakuha sa pag-aayos ng mga bali at osteotomies o mga operasyon sa buto.

Teknolohiya ng biological tissue

Sa kasalukuyan maraming mga pag-aaral ang isinasagawa para sa aplikasyon ng PLA sa muling pagtatayo ng mga tisyu at organo.

Ang mga filament ng PLA ay binuo para sa pagbabagong-buhay ng mga nerbiyos sa mga paralisadong pasyente.

Ang hibla ng PLA ay dati nang ginagamot ng plasma upang gawin itong malugod sa paglaki ng cell. Ang mga dulo ng nerve na dapat ayusin ay sinamahan sa pamamagitan ng isang artipisyal na segment ng PLA na ginagamot ng plasma.

Sa segment na ito, ang mga espesyal na selula ay binhi at kung saan ay lalago at pupunan ang walang laman sa pagitan ng dalawang dulo ng nerve, pagsasama sa kanila. Sa paglipas ng panahon, ang suporta ng PLA ay humihina, nag-iiwan ng isang tuluy-tuloy na channel ng mga selula ng nerbiyos.

Ginamit din ito sa pagbabagong-tatag ng mga bladder, na kumikilos bilang isang plantsa o plataporma kung saan ang mga selula ng urothelial (mga cell na sumasakop sa pantog at mga organo ng sistema ng ihi) at makinis na mga cell ng kalamnan ay binubuo.

Gumamit ng mga materyales sa tela

Pinapayagan ng kimika ng PLA ang kontrol ng ilang mga katangian ng hibla na ginagawang angkop para sa isang malawak na iba't ibang mga textile, damit at kasangkapan sa kasangkapan.

Halimbawa, ang kakayahang sumipsip ng kahalumigmigan, at sa parehong oras mababang pagpapanatili ng kahalumigmigan at mga amoy, ginagawang kapaki-pakinabang para sa paggawa ng damit para sa mataas na pagganap ng mga atleta. Ito ay hypoallergenic, hindi nito inisin ang balat.

Gumagana din ito para sa mga damit ng alagang hayop at hindi nangangailangan ng pamamalantsa. Mayroon itong mababang density, kaya mas magaan kaysa sa iba pang mga hibla.

Ito ay nagmula sa isang mababagong mapagkukunan at ang paggawa nito ay mura.

Iba't ibang mga aplikasyon

Ang PLA ay angkop para sa paggawa ng mga bote para sa iba't ibang gamit (shampoo, juice at tubig). Ang mga bote na ito ay may maliwanag, transparency at kaliwanagan. Bilang karagdagan, ang PLA ay isang pambihirang hadlang sa mga amoy at lasa.

Gayunpaman, ang paggamit na ito ay para sa mga temperatura sa ibaba 50-60 ºC, dahil may posibilidad na mabalisa kapag naabot ang mga temperatura.

Ginagamit ito sa paggawa ng mga magagamit na mga plato, tasa at kagamitan sa pagkain, pati na rin ang mga lalagyan ng pagkain, tulad ng yogurt, prutas, pasta, keso, atbp, o mga tray ng PLA foam para sa pag-iimpake ng sariwang pagkain. Hindi ito sumipsip ng grasa, langis, kahalumigmigan at may kakayahang umangkop. Ang basura PLA ay maaaring compost.

Ang mga straw ng PLA, straws o straw. F. Kesselring, FKuR Willich. Pinagmulan: Wikipedia Commons.

Ginagamit din ito upang makagawa ng manipis na mga sheet upang mag-pack ng mga pagkain tulad ng patatas na patatas o iba pang pagkain.

PLA packaging para sa kendi. F. Kesselring, FKuR Willich. Pinagmulan: Wikipedia Commons.

Maaari itong magamit upang gumawa ng mga electronic card na transaksiyon at mga key card ng hotel room. Ang mga kard ng PLA ay maaaring matugunan ang mga tampok ng seguridad at pahintulutan ang application ng magnetic tape.

Malawakang ginagamit ito sa paggawa ng mga kahon o takip ng lubos na pinong mga produkto, tulad ng mga elektronikong aparato at pampaganda. Ang mga gresang espesyal na inihanda para sa paggamit na ito ay ginagamit, sa pamamagitan ng pagsasama sa iba pang mga hibla.

Ang pinalawak na bula ay maaaring gawin mula sa PLA upang magamit bilang isang shock na sumisipsip ng materyal para sa pagpapadala ng maselan na mga instrumento o bagay.

Ginagamit ito upang gumawa ng mga laruan para sa mga bata.

Gumagamit sa engineering at agrikultura

Ginagamit ang PLA upang gumawa ng mga kanal sa mga site ng konstruksyon, mga materyales sa konstruksyon sa sahig tulad ng mga karpet, nakalamina na sahig at wallpaper ng dingding, para sa mga karpet at tela ng kotse.

Ang paggamit nito ay nasa ilalim ng pag-unlad sa industriya ng elektrikal, bilang isang patong para sa mga conductive wire.

Kabilang sa mga aplikasyon nito ay ang agrikultura, na may mga film na protektado ng PLA sa lupa, na pinapayagan ang kontrol ng damo at pabor sa pagpapanatili ng pataba. Ang mga pelikulang PLA ay biodegradable, maaari silang isama sa lupa sa pagtatapos ng pag-aani at sa gayon ay magkakaloob ng mga sustansya.

Ang proteksiyon ng lupa na PLA film sa mga pananim. F. Kesselring, FKuR Willich. Pinagmulan: Wikipedia Commons.

Kamakailang pag-aaral

Ang pagdaragdag ng mga nanocomposite sa PLA ay pinag-aaralan upang mapabuti ang ilan sa mga pag-aari nito, tulad ng thermal resistance, bilis ng crystallization, flame retardancy, antistatic at electrical conductive na katangian, anti-UV at antibacterial na pag-aari.

Ang ilang mga mananaliksik ay pinamamahalaang upang madagdagan ang mekanikal na lakas at elektrikal na kondaktibiti ng PLA sa pamamagitan ng pagdaragdag ng graphene nanoparticles. Ito ay lubos na nagdaragdag ng mga application na maaaring magkaroon ng PLA na may kaugnayan sa pag-print ng 3D.

Ang iba pang mga siyentipiko ay nagtagumpay sa pagbuo ng isang vascular patch (upang ayusin ang mga arterya sa katawan ng tao) sa pamamagitan ng paghugpong sa isang organophosphate-phosphorylcholine papunta sa isang plantsa ng PLA o platform.

Ang vascular patch ay nagpakita ng mga kanais-nais na mga katangian na itinuturing na nangangako para sa vascular tissue engineering.

Ang mga pag-aari nito ay kasama ang katotohanan na hindi ito gumagawa ng hemolysis (pagkabagsak ng mga pulang selula ng dugo), hindi ito nakakalason sa mga selula, lumalaban ito sa pagdidikit ng mga platelet at mayroon itong mahusay na pagkakaugnay sa mga selula na pumapasok sa mga daluyan ng dugo.

Mga Sanggunian

1. Mirae Kim, et al. (2019). Elektronikong Pag-uugali at Matibay na Malalakas na Graphene-Polylactic Acid Composites para sa 3D Printing. Mga Naaangkop na Mga Materyal at Mga Kaugnayan ng ACS. 2019, 11, 12, 11841-11848. Nabawi mula sa pubs.acs.org.
2. Tin Sin, Lee et al. (2012). Mga aplikasyon ng Poly (lactic Acid). Sa Handbook ng Biopolymers at Biodegradable Plastics. Kabanata 3. Nabawi mula sa sciencedirect.com.
3. Gupta, Bhuvanesh, et al. (2007). Poly (lactic acid) hibla: Isang pangkalahatang-ideya. Prog. Polym. Sci. 32 (2007) 455-482. Nabawi mula sa sciencedirect.com.
4. Raquez, Jean-Marie et al. (2013). Polylactide (PLA) -based nanocomposites. Pag-unlad sa Polymer Science. 38 (2013) 1504-1542. Nabawi mula sa sciencedirect.
5. Zhang, Jun et al. (2019). Zwitterionic Polymer-Grafed Polylactic Acid Vascular Patches Batay sa Decellularized Scaffold para sa Tissue Engineering. ACS Biomaterial Science & Engineering. Petsa ng Paglathala: Hulyo 25, 2019. Nabawi mula sa pubs.acs.org.