دانلود پیشنهاد نامه دکترا:ارتباط نانوساختار و خواص مکانیکی پلی یورتانهای زیست تخریب پذیر بر پایه پلی لاکتیک اسید

متن کامل پیشنهاد نامه دکترا

عنوان : ارتباط نانوساختار و خواص مکانیکی پلی یورتانهای زیست تخریب پذیر بر پایه پلی لاکتیک اسید

دانشگاه صنعتي اميركبير

(پلی تکنیک تهران)

واحد ماهشهر

پيشنهاد پايان‌نامه دكترا

ارتباط نانوساختار و خواص مکانیکی پلی یورتانهای زیست تخریب پذیر بر پایه پلی لاکتیک اسید

Nanostructure-Mechanical Properties of Biodegradable Polylactic Acid-based Polyurethanes

                                                              اساتید راهنما :

دکتر گیتی میرمحمد صادقی

دکتر حمید گرمابی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

1- مقدمه. 1

2- پلی یورتانهای زیست تخریب پذیر. 2

2-1- پلی یورتان های زیست تخریب پذیر بر پایه پلی لاکتیک اسید. 4

3- پلی (لاکتیک اسید) 6

3- 1- شیمی لاکتیک اسید و پلی لاکتیک اسید و روشهای تولید آنها 6

3- 2-  مزایا و معایب پلی لاکتیک اسید. 10

3- 3- كاربردهاي پلي (لاكتيك اسيد) 12

3- 3- 1- كاربردهاي غير پزشكي (تهيه كالاهاي مختلف) 12

3-3- 2- كاربردهاي پزشكي.. 13

3- 3- 2- 1- نخ بخيه. 13

3- 3- 2- 2-  صنايع دارويي.. 14

3- 3- 2- 3- کاشتنی ها 14

3- 3- 2- 4- مهندسی بافت.. 14

4- اصلاح پلي لاكتيك اسيد. 15

4- 1- اصلاح توده. 15

4- 1- 1- ترکیب شیمیایی ایزومرهای فضایی و تنظیم شرایط فرایندی.. 15

4- 1- 2- کوپلیمریزاسیون. 16

4- 1- 3- آلیاژسازی.. 17

4- 1- 3- 1- نرم کننده ها 17

4- 1- 3- 2- کامپوزیتها و آلیاژهای پلی لاکتیک اسید – پلیمرها یا پرکننده های زیست تخریب ناپذیر. 18

4- 1- 3- 2- 1- کامپوزیتها و آلیاژهای پلی لاکتیک اسید – نانوذرات.. 18

4- 1- 3- 2- کامپوزیتها و آلیاژهای پلی لاکتیک اسید – پلیمرهای زیست تخریب پذیر و تجدید شدنی.. 20

4- 2- اصلاح سطح. 21

5- اسیدهای چرب و استرهای اسیدهای چرب.. 21

6- جمع بندی تحقیقات انجام شده. 24

7- پیشنهاد پروژه. 25

7- 1- ارائه رویکرد مناسب جهت تهیه پلی یورتان زیست تخریب پذیر در راسـتای اصـلاح پـلی لاکتیک اسید. 25

7- 2- بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر روی پیش پلیمر پلی لاکتیک اسید و پلی یورتان. 27

7- 3- تعیین مشخصات مختلف پلیمرهای تولید شده (پیـش پلیمرِ پلی لاکتـیک اسیـد و پـلـی یورتان) 27

7- 4- مشارکت در دانشِ مورد انتظار. 29

8- جدول زمان‌بندي.. 30

منابع : 31

1- مقدمه

نیاز گسترده به مواد پلیمری در سال­های اخیر منجر به تلاش­های علمی و مهندسی زیادی جهت کشف، گسترش و اصلاح این مواد گردیده است. آمار نشان می­دهد که تولید و مصرف این مواد با توجه به جایگزین شدن آنها به جای مواد دیگر مانند شیشه، فلزات و غیره به سرعت رو به گسترش است. اما نکته قابل توجه این است که علیرغم رشد روزافزون توليد مواد پليمری و نياز صنايع مختلف به آنها، در سالهای اخير مشکلات زيست محيطی ناشی از مصرف آنها نيز افزايش يافته است. سه راه عمده برای مقابله با اين مسئله وجود دارد؛ راه اول بهره گيری از پليمرهايی است که زنجير اصلی آنها ذاتا زيست تخريب­پذير می­باشد. راه دوم اختلاط پليمرها با مواد زيست تخريب­پذير است. روشهای مذکور از نقطه نظر فرايندی و ملاحظات اقتصادی و محدوديت انتخاب مواد و چگونگی اختلاط، قابل تعمق هستند و دشوارهای خاص خود را دارند.

راه سوم طراحی و سنتز کوپليمرهايی است که در ساختار شيميايی آنها واحدهای زيست تخريب­پذير وجود دارد. با توجه به گستردگی مواد تجزيه­پذير طبيعی می­توان سيستم­های پليمری زيست تخريب­پذير مختلفی را با ساختارهای مولکولی مورد نظر انتخاب و از طريق اختلاط با یکدیگر تهیه يا از طریق روشهای مختلف پليمريزاسيون سنتز نمود. در دو دهه اخیر پلیمرهـای زیست ­تخریب­پذیر[1] و پلی­استرهای ترموپلاستیک برگرفته از منابع تجدید شدنی به طور گسترده­ای مورد مطالعه و تحقیـق قرار گرفـته­اند [1]. پلیمرهای زیست تخریب پذیر نیز جزء موادی هستند که در محیط­های فیزیولوژیکی[2] توسط فرایند شکست زنجیر به بخش­های کوچکتر و در نهایت به مواد کوچک مولکول ساده و پایدار تبدیل می­شوند. تخریب آنها می­تواند از طریق میکروارگانیسم­های هوازی[3] یا غیرهوازی[4]، فرایندهای فعال بیولوژیکی (مانند واکنشهای آنزیم) و یا گسسته شدن آبکافتی[5] باشد. در جدول 1 انواع مختلف پلیمرهای زیست تخریب پذیر طبیعی و سنتزی نشان داده شده است [2]. چنانچه در این جدول مشاهده می­شود دسته­ای از پلیمرهای زیست تخریب پذیر، پلی یورتان­ها می­باشند. به دليل حضور نواحی[6] نرم و سخت در ساختار شيميايی پلی يورتانهای سگمنته، اين دسته از مواد دارای خواص منحصر به فردی هـستند به گـونه­ای که با تغيير سگمنتهای نرم و سخت موجود در آنها می توان يک سيستم پليمری زيست تخريب با خواص موردنظر تهيه نمود. دسته مهمی از پلی یورتان­های زیست تخریب پذیر پلی (استر یورتان­ها)[7] هستند که پلی­اُل مورد استفاده در تهیه آنها یک پلی­استر پلی­اُلِ زیست تخریب پذیر می­باشد. گروه­های استری موجود در ساختار شیمیایی پلی­اُل مصرفی (پلی استر پلی­اُل) قابلیت هیدرولیز در محیط زیست را دارند و موجب زیست تخریب­پذیری زنجیرهای اصلی پلی یورتان می­شود. یکی از پلیمرهای زیست تخریب پذیر و زیست سازگار مورد استفاده به عنوان بلوک ساختاری در تهیه پلی­یورتان­های زیست تخریب پذیر، پلی لاکتیک اسید[8] است. هدف اصلی در این پروژه سنتز پلی یورتان­های زیست تخریب پذیر بر پایه پلی لاکتیک اسید و بررسی ارتباط ساختار- خواص در آنها می­باشد. همچنین اثر حضور اسیدهای چرب و نانوذرات بر خواص نهایی پلی یورتان­های مذکور مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

در این راستا، در بخش­های بعدی مطالبی در مورد پلی یورتان­های زیست تخریب پذیر، پلی لاکتیک اسید (شیمی لاکتیک اسید و پلی لاکتیک اسید، مزایا و معایب و کاربردهای آن) آمده است. سپس نیز با توجه به معایبی که برای پلی لاکتیک اسید وجود دارد مباحث مرتبط با اصلاح آن نیز به طور کامل بیان شده است. سپس با توجه به رویکرد به کار گرفته شده در این پروژه، مختصری در مورد اسیدهای چرب توضیح داده شده است. نهایتا پیشنهاد پروژه ارائه گردیده است.

 

جدول 1: پلیمرهای زیست تخریب پذیر طبیعی و سنتزی [2]

2- پلی یورتان­های زیست تخریب­پذیر

دسته مهمی از پلیمرهای زیست تخریب پذیر، پلی یورتان­ها هستند. پلی یورتان ها، گروهی از پلیمرها هستند که از یک دی ایزوسیانات[9]، یک بسـط دهنده زنجیر[10] و یک پلی اُل[11] (مـانند پلی استـر یا پلـی اتر) تهـیه مـی شـونـد. پـلـی­یورتان­هایی که از واکنش این اجزاء با یکدیگر به دست می آیند در واقع کوپلیمرهای چند بلوکـی[12] یـا پلـی­یورتان­های سگمنتی[13] هستند که شامل سگمنت­های سختِ یـورتانی و سگـمنـت­هـای نــرمِ پـلی­استری یا پلی اتری می­باشند. سگمنت سخت به مانند یک فیلر تقویت کننده عمل کرده و باعث پایداری ابعادی پلی یورتان می­گردد و سگمنت نرم نیز خاصیت الاستومری به آن می­دهد [3]. خواص فیزیکی شیمیایی این نوع پلیمرها به طور مستقیم به ترکیب درصد شیمیاییِ سگمنت­های سخت و نرم، وزن مولکولی و نسبت آنها بستگی دارد [4].

پلی یورتان­های زیست تخریب پذیر، دسته­ای از پلی یورتان­ها هستند که در تهیه آنها از پلی­اُل­هایی استفاده می­شود که دارای خاصیت زیست تخریب­پذیری هستند. به عنوان مثال می­توان از پلـی یـورتان­های زیست تخریب­پذیری که بر پایه نشاسته [5]، پلی­کاپرولاکتون [6]، استر اسیدهای چـرب [7] و هـمچنیـن پلـی­لاکتیک اسید [9,8] هستند نام برد. دی ایزوسیانات­های استفاده شده در ساخت پلی یورتـان­های زیسـت تخـریب­پذیـر مـی­توانند مشابه با ساخت پلی یورتان­های مرسوم با گروه­های الکلی پلی­ال وارد واکنش شده و تولید گروه­های یورتانی را به دنبال داشته باشند [5] یا اینکه می­توانند به عنوان یک بسط دهنده زنجیر عمل کنند [9] که در این حالت پـلی­استرهای به کار گرفته شده در ساخـت پلی یـورتـان، پـلی­استرهایی با وزن مولکولی پایین (پیش پلیمر) بوده و دی ایزوسیانات به عنوان یک بسط دهنده زنجیر عمل کرده و پلی­یورتانی با وزن مولکولی بالا تهیه شده است.

پلی یورتان­های زیست تخریب پذیرِ تهیه شده بر پایه پلی استرهای زیست سازگار به طور گسترده­ای در کاربردهای بیوپزشکی[14] مورد استفاده و آزمایش قرارگرفته­اند. نکته­ای که در مورد این نوع از پلـی یورتان­ها حائز اهمیت است این است که علیرغم خواص مکانیکی و زیست سازگاری خوبی که دارند، پایداری مولکولی آنها در طولانی مدت در محیـط بافت­های زنده محدود است [10]. پلی (استر یورتان­ها) کاربردهای گسترده­ای به عنوان لوازم پزشکی دارند. تخریب این مواد از طریق هیدرولیز شیمیایی یا آنزیمی در اتصال استر آلیفاتیکی آنها صورت می­گیرد. پایداری در برابر هیدرولیز پلی (اتر یورتان­ها) از پلی (استر یورتان­ها) بیشتر است، اما پلی (اتر یورتان­ها) می­توانند هم توسط فرایندهای اکسیداسیونی و هم توسط فرایندهای هیدرولیزی (که می­توانند توسط آنزیم­ها تسریع یابند) تخریب شوند [11]. همچنین، علیرغم این حقیقت که محدودیت در پایداری مولکولیِ پلی یورتان­ها باعث ایجاد مشکلاتی در ساخت اندام ­های مصنوعی بدن توسـط این مـواد شده است، اما تحـقیقات گسـترده­ای در زمینه ساخـت و توسـعه پـلی­یورتان­های زیست تخریب پذیر انجام شده و در حال گسترش است [12].

همان­گونه که در بالا هم بدان اشاره شد، زیست تخریب پذیری پلی (استر یورتان­ها) از طریـق تخریـب گـروه­های استری موجود در زنجیره اصلی پلیمر صورت می­گیرد. یکی از پلیمرهای زیست تخریب پذیر و زیست سازگار مورد استفاده به عنوان بلوک ساختاری در تهیه پلی­یورتان­های زیست تخریب پذیر، پلی لاکتیک اسید[15] است. پلی لاکتیک اسید عضوی از خانواده پلی استرهای آلیفاتیک است که تحقیقات اولیه در مورد آن بیشتر بر روی خواص و کاربردهای بیوپزشکی پلی لاکتیک اسید متمرکز بوده است.

2-1- پلی یورتان های زیست تخریب پذیر بر پایه پلی لاکتیک اسید

سنتز پلی (استر یورتان) زیست تخریب پذیر بر پایه پلی لاکتیک اسید شامل دو مرحله است: مرحله اول آن سنتز پیش پلیمر پلی لاکتیک اسید هیدروکسیله[16] با جرم مولکولی پایین توسط پلیمریزاسیون کندانسیونی لاکتیک اسید است که در این مرحله ماده­ای مانند 1و4-بوتان­دی­اُل استفاده می­شود تا انتهای زنجیرهای PLA گروه­های هیدروکسیل (-OH) نشانده شود. در مرحله دوم نیز زنجیرهای پیش پلیمر حاصل توسط یک دی ایزوسیانات به یکدیگر متصل می­شوند تا پلی (استر یورتان) با جرم مولکولی بالا تهیه شود. روند انجام دو مرحله مذکور به صورت شماتیک در طرح 1 آمده است [13].

طرح 1: طرح شماتیک سنتز پلی (استر یورتان) از لاکتیک اسید [13]

تحقیقاتZeng  و همکارانش [9] در ساخت پلی (استر یورتان­)های (PEU) بر پایه پلی لاکتیک اسید و پلی بوتیلن سوکسینات (PBS) نشان می­دهد که وزن مولکولی پلی یورتان با افزایش مقدار PBS افزایش می­یابد. آنالیز حرارتی نمونه­ها نیز نشان می­دهد که سگمنت­های PLA و PBS در فاز آمورف با یکدیگر سازگار بوده و کریستالیزاسیون PEU بیشتر به دلیل PBS اتفاق می­افتد، همچنین پلی یورتان­های نهایی نسبت به پلی لاکتیک اسید هیدروکسیله از پایداری حرارتی بیشتری برخوردارند. همچنین نتیجه دیگر تحقیقات ایشان [14] در رابطه با تخریب این نوع از پلی استر یورتان­ها حاکی از این است که پایداری حرارتی پلی استر یورتان­های حاصل از PLA و PBS در هوا نسبت به نیتروژن بیشتر است؛ به بیان دیگر تخریب حرارتی PEU در نیتروژن راحت­تر از تخریب حرارتی آن در هوا رخ می­دهد.

در تحقیقی که Rich و همکارانش [15] در رابطه با پلی استر یورتان­های بر پایه پلی لاکتیک اسید انجام داده­اند از پرکننده­های بیوسرامیکی در تهیه کامپوزیت­های زیست­سازگار (به منظور ساخت استخوان مصنوعی) استفاده کرده­اند. نتیجه مطالعات آنها نشان می­دهد که افزودن فیلرهای بیوفعال سرامیکی باعث افزایش سفتی، مدول و دمای انتقال شیشه­ای پلی یورتان می­گردد که نشان از برهم کنش قوی بین فیلر و ماتریس دارد. همچنین پس از حدود 5 هفته از شروع هیدرولیز کامپوزیت­های مذکور هنوز خواص دینامیکی مکانیکی قابل قبولی از نمونه­ها دیده شده است.

در مطالعه­ای که توسط Borda و همکارانش [16] صورت گرفته است پلی یورتان­های بر پایه پلی لاکتیک اسید سنتز شده است و تاثیر پارامترهای مختلف بر روی جرم مولکولی پلی یورتان نهایی بررسی شده است. این پارامترها شامل زمان واکنش، دمای واکنش، نسبت مولی مواد اولیه (پیش پلیمر پلی لاکتیک اسید و دی ایزوسیانات) و مقدار اضافی و نوع ایزوسیاناتِ به کار گرفته شده، و همچنین نوع کاتالیستِ استفاده شده می­باشد. بر طبق تحقیق ایشان، افزایش زمان واکنش باعث افزایش جرم مولکولی PEU نهایی می­گردد، اما افزایش بسیار زیاد زمان واکنش منجر به تولید پلیمر شبکه­ای و غیرقابل حل در حلال می­شود. از اینرو بهترین حالت برای زمان واکنش بر طبق تحقیقات ایشان، مدت زمان 3 تا 5 ساعت برای MDI و 6 تا 8 ساعت برای TDI است. پس از تثبیت زمان واکنش، در رابطه با تاثیر دمای واکنش نتایج حاصل نشان می­دهد که زمان واکنش تاثیر شدیدی بر وزن مولکولی دارد و بهترین مقدار در مورد این پارامتر، دمای °C 110 می­باشد. همچنین از بین کاتالیست­های مورد بررسی، موثرترین کاتالیست برای افزایش سرعت واکنش ترکیب اکتُئات قلع[17] می­باشد که منجر به بالاترین وزن مولکولی می­گردد. در رابطه با فاکتور تاثیرگذار بعدی که نسبت مولی PLA و ایزوسیانات است نتایج ایشان حاکی از این واقعیت است که افزایش غلظت ایزوسیانات، سرعت واکنش بین ایزوسیانات و گروه کربوکسیل را افزایش می­دهد، البته این امر منجر به افزایش نرخ واکنش بین ایزوسیانات با هیدروژن گروه آمیدی نیز می­شود که نتیجه آن افزایش احتمال شبکه­ای شدن می­باشد. بنابراین بایستی در این راستا مقدار بهینه این نسبت لحاظ گردد. بر اساس تحقیقات صورت گرفته، نسبت مولی بهینه نسبت میزان سه به یک ایزوسیانات به PLA برای هر دو نوع ایزوسیانات MDI و TDI است.

نتیجه مطالعه Ren و همکارانش [17] در رابطه با تاثیر پارامتر زمان واکنش بر جرم مولکولی، دمای انتقال شیشه­ای و دمای ذوب پلی استر یورتان­های بر پایه لاکتیک اسید و تولوئن دی ایزوسیانات (TDI) نیز نشان می­دهد فزایش زمان واکنش پیش پلیمر لاکتیک اسید هیدروکسیله (PLA-OH) با دی ایزوسیانات تا دو ساعت باعث افزایش جرم مولکولی پلی یورتان نهایی و در نتیجه افزایش دمای ذوب و انتقال شیشه­ای آن می­گردد اما با افزایش بیشتر زمان واکنش، به دلیل تخریب حرارتی و همچنین کاهش گروه­های فعال جرم مولکولی کاهش می­یابد. بنابراین زمان­های کوتاهتر و دماهای پایین­تر پلیمریزاسیون از تخریب حرارتی و واکنش­های جانبی جلوگیری کرده و وزن مولکولی پلی یورتان نهایی را افزایش می­دهد. در تحقیق دیگر توسط این گروه [18] از HDI به عنوان بسط دهنده زنجیر استفاده شده است و وزن مولکولی و دمای انتقال شیشه­ای پلی یورتان نهایی با پیش پلیمر لاکتیک اسید مقایسه شده است. متوسط وزنی وزن مولکولی پلی یورتان تهیه شده در اثر واکنش بسط زنجیر تا حدود 10 برابر پیش پلیمر لاکتیک اسید نیز رسیده است و دمای انتقال شیشه­ای آن حدود 5 درجه افزایش داشته است. این افزایش چندین برابر وزن مولکولی به این دلیل است که با طولانی شدن زمان واکنش، اتصال چندین زنجیر به همدیگر و در نتیجه افزایش وزن مولکولی امکان­پذیر می­گردد. البته مقدار اضافی گروه ایزوسیانات ممکن است با دیگر انتهاهای زنجیرها واکنش داده و گروه­های آمیدی به وجود آورَد که این گروه­ها در اثر واکنش با گروه یورتانی تشکیل گروه­های آلوفانات[18] می­دهد که منجر به شاخه­ای شدن زنجیر و در نتیجه افزایش پلی دیسپرسیته پلی یورتان می­گردد.

در سال­های اخیر با توجه به بحث آلودگی محیط زیست و همچنین افزایش قیمت مواد پلیمریِ بر پایه نفت، پلی لاکتیک اسید بیشتر مورد توجه قرار گرفته است تا بتواند در آینده جایگزین مواد پلیمری دیگر گردد. اما معایبی مانند شکنندگی، پایداری حرارتی پایین و هزینه بالا باعث محدود کردن کاربردهای آن گشته است. لذا رویکرهای مختلفی در جهت اصلاح آن در نظر گرفته شده است. در ادامه پس از معرفی بیشتر این پلیمر، مطالبی در رابطه با اصلاح آن در راستای بهبود خواص آن آورده شده است.

3- پلی (لاکتیک اسید)

3- 1- شیمی لاکتیک اسید و پلی لاکتیک اسید و روش­های تولید آنها

پلی لاکتیک اسید (PLA) یکی از پلیمرهای زیست تخریب پذیر است که توسعه آن با سنتز لاکتاید[19] (فرمولِ منتشر شده توسط بیشاف و والدن[20] در سال 1893) شروع شد. پلی لاکتیک اسید با وزن مولکولی پایین اولین بار توسط کاروترز[21] و همکارانش سنتز شد [19]. کمپانی دوپونت[22] در سال 1954 تولید این پلیمر را به صورت تجاری شروع کرد [20]. تجاری شدن این پلیمر جهت تهیه الیاف آن با استحکام بالا توسط اتیکون[23] با نام تجاری ویکریل[24] در سال 1972 صورت گرفت [21]. کمپانی­های شیمادزو[25] و کانبوگوسن[26] (ژاپن) نیز در سال 1992 الیاف پلی لاکتیک اسید را به صورت آزمایشی تولید کرده و سپس در سال 1994 تولید تجاری آن را تحت نام تجاری لاکترون[27] شروع کردند [22]. پس از آن هم در سال 1997 شرکت فرانسوی فایبر وب فرانس[28] الیاف PLA را تحت نام تجاری دپوسا[29] تولید کردند [23]. شیمی پلی لاکتیک اسید شامل پلیمریزاسیون لاکتیک اسید و فرایند کردن آن می­باشد.

لاکتیک اسید با فرمول بسته HOCH3CHCOOH یک مولکول کایرال[30] است که به صورت دو انانتیومر[31]، L- و D- لاکتیک اسید، وجود دارد (شکل 1) که در واقع در برابر نور پلاریزه فعالیت نوری از خود نشان می­دهند. ایزومر L صفحه نور پلاریزه را ساعتگرد و ایزومر D صفحه نور پلاریزه را پادساعتگرد می­چرخاند. فرم غیر فعال نوری آن، موسوم به فرمِ مِزو[32] مخلوطی از تعداد مول­های مساوی (مخلوط راسمیک[33]) از ایزومرهای D و  L است [24].

شکل 1: ايزومرهاي نوري لاكتيك اسيد[24]

لاکتیک اسید طی فرایند گلیکوژنولیز[34] (تبدیل گلیکوژن[35] به گلوکز[36] از طریق فعالیت آنزیـمی) در مـاهیـچه­های پستانداران تولید می­شود. همچنین لاکتیک اسید به راحتی و با بازدهي بالا توسط فرایند تخمیر[37] نشاسته سيب زميني يا شيره قند يا دكستروز ذرت تهيه مي­شود [22]. توليد تجاري اين ماده توسط فرايند تخمير يا مواد اولیه پتروشيمي امكان­پذير است. روش مورد استفاده در پتروشيمي در شكل 2 نشان داده شده است. لاكتيك اسيدي كه از اين روش تهيه مي­شود مخلوط راسميك ايزومرهاي L و D است كه از نظر نوري هم غير فعال است [24]. اين روش تا سال 1990 به عنوان روش توليد رايج در توليد لاكتيك اسيد بود تا اينكه رويكرد تخمير با توجه به مقرون به صرفه بودن مورد توجه قرار گرفت به گونه­اي كه امروزه روش معمول و تجاري توليد لاكتيك اسيد، روش تخمير است كه در آن نشاسته ذرت توسط تخمير باكتريايي به لاكتيك اسيد تبديل مي­شود. لاكتيك اسيدي كه از اين روش تهيه مي­شود منحصراً (بيش از 5/99 درصد) شامل ايزومر L مي­باشد. در حال حاضر كمپاني کارگیل داو پلیمرز[38] بزرگترين توليد كننده پلي لاكتيك اسيد در دنياست [22].

شکل 2: روش پتروشيمي در توليد لاكتيك اسيد[24]

پليمريزاسيون لاكتيك اسيد به پلي لاكتيك اسيد با جرم مولكولي بالا به دو روش امكان­پذير اسـت (شـكل 3):

  • تراكم مستقيم، كه پليمريزاسيون تراكمي مستقيم لاكتيك اسيد به پلي لاكتيك اسيد است و به صورت محلولي و تحت خلا صورت مي­پذيرد [24].
  • تشكيل حدواسطِ لاكتايد (ديمر حلقوي) و سپس تبديل آن به پلي لاكتيك اسيد از طريق پليمريزاسـيون حلـقه­گشا كه در غياب حلال صورت مي­گيرد [25].

شکل 3: سنتز پلي لاكتيك اسيد 24]،[25

در روش اول (تراكم مستقيم)، از حلال استفاده مي­شود که به منظور حذف آب توليد شده، این فرایند تحت دما و فشار بالا انجام می­شود. اين رويكرد توسط كاروترز مورد استفاده قرار گرفت و هنوز هم توسط برخي كمپاني­ها مانند میتسوئی کمیکالز[39] به كار گرفته مي­شود. پليمر مربوطه ماده­اي با وزن مولكولي پايين تا متوسط اسـت كه مـي­توان با جفت شدن زنجيره­هاي آن توسط انواع ايزوسيانات، اپوكسي يا پراكسيد به گستره­اي از وزن مولكولي­ها دست پيدا كرد [24]. در روش دوم (عاري از حلال)، یک دیمر حلقوی حدواسط، موسوم به لاکتاید، تولید می­شود که توسط تقطیر خالص می­گردد. پلیمریزاسیون حلقه­گشای لاکتاید در حضور کاتالیست منجر به تولید PLA با وزن مولکولی کنترل شده می­شود. با کنترل زمان اقامت، نوع و غلظت کاتالیست و دما می­توان نسبت و نیـز توالی بخش­های D- و L- لاکتیک اسید را در پلیمر نهایی کنترل کرد [25].

پیشرفت­های اخیر در فرایند تخمیر گلوکز موجود در ذرت باعث کاهش شدید هزینه تولید لاکتیک اسید شده است. در حال حاضر بسیاری از کمپانی­ها پلی لاکتیک اسید را برای بازارهایی نظیر بسته بندی، فیلم، الیاف نساجی و محصولات دارویی تولید می­کنند. مهمترین مشخصه پلی لاکتیک اسید که به نوعی مهمترین توانایی آن به حساب می­آید این است که می­توان با اصلاح آن، خواص فیزیکی یا مکانیکی آن را بهبود بخشید. در مورد اصلاح این پلیمر به تفصیل بحث خواهد شد. دمای انتقال شیشه­ای این پلیمر در گستره 55 تا 70 درجه سانتیگراد و دمای ذوب آن هم در گستره 170 تا 180 درجه سانتیگراد است. برخی از خواص فیزیکی این پلیمر در جدول 2 آمده است [26].

لاکتاید دارای سه ایزومر فضایی است: D- ، L- و مزو- لاکتاید. ترکیب درصد شیمیایی این ایزومرهای فضایی تاثیر قابل ملاحظه­ای بر روی دمای ذوب، نرخ کریستالیزاسیون، میزان کریستالیزاسیون و خواص مکانیکی پلیمر نهایی دارد [27].

[1] بر طبق استاندارد ASTM D-5488-94d ، واژه زیست تخریب پذیر برای یک ماده به معنی توانایی تجزیه شدن آن ماده و تبدیل آن به دی اکسید کربن، آب، متان، ترکیبات غیرآلی یا توده­های زنده­ است. مکانیسم عمده برای تخریب ماده، عملکرد آنزیمی میکروارگانیسم­هایی است که باعث تخریب می­شوند

[2] Phisiological Environments

[3] Aerobic

[4] Anaerobic

[5] Hydrolitic Cleavage

[6] Domain

[7] Poly(ester urethane) (PEU)

[8] Poly (lactic acid) – PLA

[9] Diisocyanate

[10] Chain Extender

[11] Polyol

[12] Multiblock PU

[13] Segmented PU

[14] Biomedical Applications

[15] Poly (lactic acid) – PLA

[16] Hydroxyl-terminated PLA (PLA-OH)

[17] Stannous Octoate (Tin(II) Octoate)

[18] Allophanate

[19] Lactide

[20] Bischoff and Walden

[21] Carothers

[22] DuPont

[23] Ethicon

[24] VICRYL

[25] Shimadzu

[26] Kanebo Gohsen

[27] Lactron

[28] Fiber-Web France

[29] Deposa

[30] Chiral

[31] Enantiomer

[32] Meso Form

[33] Racemic

[34] Glycogenolysis

[35] Glycogen : ماده شبیه به نشاسته، موجود در بافت­های حیوانات (نشاسته حیوانی) و قابل تبدیل به دکستروز (گلوکز)

[36] Glucose

[37] Fermentation

[38] Cargill Dow Polymers

[39] Mitsui Chemicals

تعداد صفحه : 38

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --