Poliácido láctico

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Poliácido láctico
Alerta sobre risco à saúde
Número CAS 26100-51-6
Exceto onde denotado, os dados referem-se a
materiais sob condições normais de temperatura e pressão

Referências e avisos gerais sobre esta caixa.
Alerta sobre risco à saúde.
A unidade estrutural do polímero PLA.

O poliácido láctico (PLA ou ácido poliláctico) é um polímero constituído por moléculas de ácido láctico, um ácido orgânico de origem biológica, que é obtido a partir de recursos renováveis. [1] O ácido lático é uma molécula quiral existente como dois estereoisômeros, L- e D- ácido lático, que pode ser sintetizado de modo químico e biológico. O ácido lático que é utilizado na sintetização do PLA é de origem de fontes naturais renováveis que contém amido ou açúcar como: milho; trigo; cana-de-açucar; beterraba; e, batata[2].

O PLA apresenta propriedades mecânicas similar com as dos polímeros de origem de fontes fósseis, com um elevado módulo de elasticidade, rigidez, transparência, comportamento termoplástico, biocompatibilidade e boa capacidade de moldagem, propriedades essas que podem ser bem aplicadas a embalagens, por exemplo.[2]

Histórico[editar | editar código-fonte]

No começo do século XIX, o PLA foi descoberto pelo Pelouze, que através de um processo de destilação de água, condensando o ácido lactico, conseguiu formar o PLA de baixo peso molecular. Com o processo de policondensação de ácido lático é que se produziu o PLA e lactídeo de baixo peso molecular, entretanto, foi obtido apenas PLA de baixo rendimento e baixa pureza. Um século depois, Wallace Carother, cientista da DuPont, descobriu que o aquecimento do lactídeo no vácuo produzia PLA, porém, novamente, para PLA de alta pureza. Este processo não era viável em escala industrial devido ao alto custo de purificação, o que o limita à produção de produtos a partir desse polímero.[3] Então, em 1954, Du Pont produziu o polímero PLA com um peso molecular maior e mais resistente, e então patenteou. Entretanto, só a partir de 1966, depois de melhor estudar a degradação desse material em laboratórios é que se houve um interesse, principalmente na área da medicina.[4]

A empresa Cargill esteve envolvida na pesquisa e desenvolvimento da tecnologia de produção de PLA desde 1987. Primeiramente, montou uma planta piloto em 1992, e mais tarde, em 1997, a Cargill e a Dow Chemical formaram uma joint venture chamada Cargill Dow Polymer LLC para comercializar o PLA. Os resultados foram satisfatórios, com a introdução de produtos da marca Ingeo. Desde então, a Cargill tem se esforçado para melhorar os processos de produção para produtos fabricados de PLA, enquanto a Dow tem se concentrado na fabricação de PLA. Nos últimos anos, a pesquisa de PLA se desenvolveu, com muitas invenções e publicações.[3]

Síntese[editar | editar código-fonte]

Os monômeros de LA (ácido láctico) cuja obtenção ocorre a partir de fontes naturais renováveis, podem ser sintetizados e convertidos em PLA por meio de alguns processos como polimerização, policondensação, polimerização por abertura de anel e reação de condensação por desidratação azeotrópica.[5] O processo mais comum para o PLA é a polimerização de abertura de anel de lactídeo com catalisadores de metal em solução, no banho, ou como uma suspensão. A reação catalisada por metal tende a causar racemização do PLA, reduzindo sua estereorregularidade.[6] Em razão do PLA de alta massa molar apresentar melhores propriedades mecânicas, algo muito importante para a sua aplicação, como na medicina em fixadores de fraturas internas, por exemplo, o interesse em optar por processos que garantem esse resultado é muito maior.[7]

A reação por polimerização por abertura de anel pode ser realizada no estado fundido ou em solução, sendo necessário o uso de um composto para iniciar o processo. Dependendo desse composto, essa reação pode seguir três processos de reação diferentes: mecanismo catiônico[8], aniônico[8] e de complexação[9] seguido por inserção.


Polylactic acid by ring-opening polymerization of lactide

A polimerização por abertura de anel resulta em polímeros de maior massa molar que os formados através dos outros processos citados como policondensação do acido láctico.[10]

Propriedades[editar | editar código-fonte]

O poliácido lactico é um dos polímeros biodegradáveis ​​mais promissores devido à suas propriedades químicas, processabilidade termoplástica e, inclusive, suas propriedades biológicas, como biocompatibilidade e biodegradabilidade.[1]

O PLA de alto peso molecular é incolor, brilhante, rígido, material termoplástico com propriedades semelhantes ao poliestireno. Quatro materiais diferentes podem ser produzidos a partir do dois isômeros de LA: poli (ácido D-láctico) (PDLA), um material cristalino com estrutura de cadeia regular; poli (ácido L-láctico) (PLLA), que é semi-cristalino, e com uma estrutura de cadeia regular; poli (ido D, L-ltico) (PDLLA), que é amorfo; e meso-PLA, obtido pela polimerização do mesolactídeo. Os três primeiros são solúvel em solventes comuns, como benzeno e dioxano, por exemplo. O PLA tem pode ter uma degradação no ambiente variando de 6 meses a 2 anos. As propriedades de tração do PLA pode variar muito, dependendo se é recozido ou orientado, e de seu grau de cristalinidade.[11]

Em razão da natureza quiral do ácido láctico, existem algumas formas diferentes de polilactido: o poli-L-láctido (PLLA) é o produto resultante da polimerização de L, L-láctido (também conhecido como L-lactídeo). O PLA é solúvel em solventes, benzeno quente, tetraidrofurano e dioxano.[12]

O polímero de PLA pode ser amorfo, semi-cristalino ou altamente cristalino com uma temperatura de transição vítrea de 60 ° C e pontos de fusão de 130-180 ° C. O polímero pode ser resistente ao calor podendo suportar temperaturas de 110 ° C. Seu módulo de tensão de 2,7 a 16 GPa. O PLA resistente ao calor pode suportar temperaturas de 110 ° C.[13][14]

O ácido polilático pode ser utilizado como fibra para a maioria dos termoplásticos e através de muitas melhorias para alterar suas propriedades mecânicas, como recozimento, formando compósitos com fibras ou nanopartículas e estendendo a sua cadeia.[15]

Aplicações[editar | editar código-fonte]

Os PLA está entre os polímeros sintéticos biodegradáveis ​​mais comuns em aplicações médicas, pois oferece características únicas de biodegradabilidade, biocompatibilidade, processabilidade termoplástica e bio-reabsorção do ácido poliláctico no corpo humano.[16] Devido a todos esses fatores, este material tem sido bem empregado para sistemas de cobertura de membranas (por exemplo, coberturas de feridas), implantes e dispositivos médicos bioabsorvíveis (hastes de fixação, placas, pinos, parafusos, suturas, etc.), e em tratamentos dermatológicos (por exemplo, lipoatrofia facial e rejuvenescimento da cicatriz).[17] Seu uso não se justifica apenas pela sua característica de biodegradabilidade e por ser obtido a partir de recursos renováveis, mas também, porque funciona muito bem e oferece excelentes propriedades a baixo preço. Vários dispositivos foram preparados a partir de diferentes tipos de PLA, incluindo fios de suturas degradáveis, micropartículas de liberação de fármaco, nanopartículas e sondas porosas para aplicações celulares.[16]

Outro campo em que o PLA tem sido bastante estudado é o da engenharia de tecidos e implantes 3D. o início da engenharia de tecidos dentro da área da medicina se deu pela descoberta da técnica para reconstrução de tecidos vivos, na qual se associam as células do corpo a biomateriais que fornecem o suporte para elas se proliferam tridimensionalmente de forma fisiológica. A partir daí deu-se início a novas possibilidades nos campos de transplante de tecidos e órgãos, o que chamou grande atenção dentro dos meios da engenharia e da medicina. Começaram a realizar diversas pesquisas e testes para entender qual material seria mais adequado para tais funções. Durante as pesquisas observaram que os polímeros possuem algo que outros meteriais não apresentavam. Neles viram grande flexibilidade, sua composição e estrutura poderiam ser modificadas para atender necessidades específicas e terem maior compatibilidade com o organismo humano. O PLA é um dos poucos polímeros aprovados pela FDA para uso na área da medicina.[17]

Uma aplicação bem interessante do PLA se dá por meio das nanofibras. Quando falamos da cicatrização de feridas sabemos que um dos principais fatores que dificultam tal processo são as infecções bacterianas. E um dos método mais utilizados para o tratamento de feridas  é a aplicação de agentes antibacterianos dentro das nanofibras que serão utilizadas para os curativos das feridas, as quais são feitas a partir do PLA. O que melhora muito as infeções bacterianas existentes.[17]

O produto mais comumente utilizados dentro da área da medicina que é feito a partir do ácido lático junto com o ácido glicólico é o famoso fio de sutura VICRYL (poliglactina). Ele é bastante utilizado pois possui uma melhor aceitação dentro do organismo, é um fio sintético de alta absorção.[18]

Os metais ainda são os materiais mais populares para a fixação de fraturas ósseas na ortopedia, e eles possuem diversas desvantagens em sua utilização. A partir do PLA se fazem implantes que facilitam a regeneração óssea. Portanto, o foco do desenvolvimento das pesquisas é cada vez mais enviesado para biomateriais como o PLA, que oferece força satisfatória durante a cicatrização do tecido ósseo e, em seguida, degrada ao longo do tempo sem gerar consequências ruins ao corpo humano.[17]

Degradação[editar | editar código-fonte]

Nas cadeias instáveis, a hidrólise química é o principal mecanismo de degradação polimérica.[19] Para os polímeros semicristalinos a degradação hidrolítica pode acontecer em duas etapas, em que a primeira a água entra atingindo as cadeias de fase amorfa, resultando em cadeias menores, e então em fragmentos solúveis. Essa etapa apresenta uma redução na massa molar da fase amorfa sem que haja perda das propriedades físicas, inicialmente. Na segunda etapa, acontece um ataque enzimático dos fragmentos gerados e resulta em uma perda de massa polimérica.[20]

Destino Final[editar | editar código-fonte]

Por se tratar de um polímero biodegradável, o seu destino final é sustentável e existe quatro possíveis formas de destino final mais comuns: Reciclagem, Compostagem, Incineração e destinado em aterros. O primeiro, é reciclado para monômero por despolimerização térmica ou hidrólise, quando purificado, pode ser usado para a fabricação de PLA virgem sem perda das suas propriedades originais, chamada de reciclagem berço a berço; Na compostagem, o processo é iniciado com um processo de hidrólise seguido da ação de micro-organismos, degradando o PLA; Na incineração pode ser usado para produzir energia sem deixar resíduos; Por último, pode ser depositado em aterros, que entre as formas de decomposição citadas, é a menos favorecida por demorar mais para haver a degradação.[21]

O PLA foi certificado como um material compostável em condições industriais, de acordo com a ASTM D6400.[22]

Referências

  1. a b LASPRILLA, ASTRID JULIANA RINCÓN (Agosto de 2011). «SÍNTESE DO POLI-ÁCIDO LÁCTICO A PARTIR DO ÁCIDO LÁCTICO PARA APLICAÇÃO BIOMÉDICA» (PDF). UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA. Consultado em 14 de julho de 2019  line feed character character in |jornal= at position 34 (ajuda); line feed character character in |titulo= at position 56 (ajuda)
  2. a b Brito, G. F.; et al. (2011). «Biopolímeros, Polímeros Biodegradáveis e Polímeros Verdes». Revista Eletrônica de Materiais e Processos 
  3. a b Sin, L T; et al. (2013). Polylactic Acid. Oxford, UK: Elsevier. pp. 5–6 
  4. Schubert, Ulrich S.; Joseph T. Delaney, Jr; Schubert, Stephanie (22 de fevereiro de 2011). «Nanoprecipitation and nanoformulation of polymers: from history to powerful possibilities beyond poly(lactic acid)». Soft Matter (em inglês). 7 (5): 1581–1588. ISSN 1744-6848. doi:10.1039/C0SM00862A 
  5. Hamad, K.; et al. (2015). «Properties and medical applications of polylactic acid: A review». eXPRESS Polymer Letters Vol.9, No.5. 435–455.  line feed character character in |titulo= at position 56 (ajuda);
  6. Auras, Rafael; et al. (2010). Poly(Lactic Acid): Synthesis, Structures, Properties, Processing, and Applications. [S.l.]: Wiley. pp. cap. 3, pp. 27–41. 
  7. Motta, A.C.; Duek, E.A.R. (2006-09). «Síntese, caracterização e degradação "in vitro" do poli( L-ácido láctico-co-ácido glicólico)». Matéria (Rio de Janeiro). 11 (3): 340–350. ISSN 1517-7076. doi:10.1590/s1517-70762006000300024  Verifique data em: |data= (ajuda)
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  9. Kricheldorf, H. R.; et al. (1989). Polylactones, 18 - Polymerization of L-L-lactide with Sn(II) and Sn(IV) halogenides. [S.l.]: Eur. Polym. pp. p. 5851 
  10. Queiroz, Denise Placco (2000). «Diagrama de fases, propriedades térmicas e morfológicas de blendas de poli(ácido láctico) e poli(metacrilato de metila)». Instituto de Química III 
  11. Garlotta, D. (2001). A literature review of poly(lactic acid). [S.l.]: Journal os Polymers and the Enviroment, vol. 9, Np. 2. pp. pp. 786–793 
  12. Donald, Garlotta (2001). «A Literature Review of Poly(Lactic Acid)». Journal of Polymers and the Environment. 9, pp. 63-84. 
  13. Cramer, C. J.; et al. (2010). «High Tg Aliphatic Polyesters by the Polymerization of Spirolactide Derivatives». Poymer Chemistry. 1, pp. 870-877. 
  14. Stolt, M.; et al. (2002). «Properties of lactic acid based polymers and their correlation with composition». Progess in Polymer Science. 27, pp. 1123-1163. 
  15. Delair, T.; et al. (2003). Poly(d,l-lactic acid) nanoparticle preparation and colloidal charaterization. [S.l.]: Colloid and Polymer Science. pp. 281, pp. 1184–1190. 
  16. a b Martínez, G. A. R. (2011). «MODELAGEM E SIMULAÇÃO DO PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PLA (POLI-ÁCIDO LÁCTICO) OBTIDO A PARTIR DE FONTES RENOVÁVEIS PARA USO BIOMÉDICO». (Mestrado) UNICAMP, pp. 46  line feed character character in |titulo= at position 53 (ajuda);
  17. a b c d Xiao, Lin; et al. (2010). «Poly(Lactic Acid)-Based Biomaterials: Synthesis, Modification and Applications». National High Technology Research, pp. 263  line feed character character in |titulo= at position 38 (ajuda);
  18. Medeiros, A. C.; et al. (2016). «Fios de sutura». J Surg Cl Res-Vol. 7 (2):74-86. Consultado em 15 de julho de 2019 
  19. Vanin, Mirela; Santana, Cesar C.; Torriani, Íris L.; Privelic, Tomás; Duek, Eliana A. R. (2004-09). «Estudo da degradação "in vitro" de blendas de poli(beta-hidroxibutirato) (PHB) / poli(L-ácido latico) (PLLA) na forma de filmes». Polímeros. 14 (3): 187–193. ISSN 0104-1428. doi:10.1590/s0104-14282004000300015  Verifique data em: |data= (ajuda)
  20. Jahno, V. D. (2005). «Síntese e Caracterização do Poli(L-ácido láctico) para uso como biomaterial». (mestrado) PPGEM 
  21. Gironi, Fausto; Piemonte, Vincenzo (10 de setembro de 2010). «Life cycle assessment of polylactic acid and polyethylene terephthalate bottles for drinking water». Environmental Progress & Sustainable Energy. 30 (3): 459–468. ISSN 1944-7442. doi:10.1002/ep.10490 
  22. Total Corbion EN 13432 certification (ASTM D6400)