Polyglykolid
|
|
| Namn | |
|---|---|
|
IUPAC-namn
Poly[oxi(1-oxo-1,2-etandiyl)]
|
|
| Identifierare | |
|
3D-modell ( JSmol )
|
|
| ChemSpider |
|
| ECHA InfoCard | 100.249.865 |
| UNII | |
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
|
|
| Egenskaper | |
| ( C2H2O2 ) n _ _ _ _ | |
| Molar massa | (58.04)n |
| Densitet | 1,530 g/cm3 vid 25°C |
| Smältpunkt | 225 till 230 °C (437 till 446 °F; 498 till 503 K) |
| Kokpunkt | Bryts ner |
|
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
|
Polyglykolid eller poly(glykolsyra) ( PGA ), även stavat som polyglykolsyra , är en biologiskt nedbrytbar , termoplastisk polymer och den enklaste linjära, alifatiska polyestern . Den kan framställas utgående från glykolsyra med hjälp av polykondensation eller ringöppningspolymerisation . PGA har varit känt sedan 1954 som en tuff fiberbildande polymer. På grund av dess hydrolytiska instabilitet har emellertid dess användning initialt varit begränsad. För närvarande används polyglykolid och dess sampolymerer ( poly(mjölk- ko -glykolsyra) med mjölksyra , poly(glykolid- ko -kaprolakton) med ε-kaprolakton och poly (glykolid- ko -trimetylenkarbonat) med trimetylenkarbonat ) i stor utsträckning som en material för syntes av absorberbara suturer och utvärderas inom det biomedicinska området.
Fysikaliska egenskaper
Polyglykolid har en glasövergångstemperatur mellan 35 och 40 °C och dess smältpunkt rapporteras vara i intervallet 225 till 230 °C. PGA uppvisar också en förhöjd grad av kristallinitet , cirka 45–55 %, vilket resulterar i olöslighet i vatten . Lösligheten för denna polyester är något ovanlig, eftersom dess högmolekylära form är olöslig i nästan alla vanliga organiska lösningsmedel ( aceton , diklormetan , kloroform , etylacetat , tetrahydrofuran ), medan oligomerer med låg molekylvikt skiljer sig tillräckligt mycket i sina fysikaliska egenskaper för att vara mer löslig. Emellertid är polyglykolid löslig i högfluorerade lösningsmedel som hexafluorisopropanol (HFIP) och hexafluoracetonseskvihydrat , som kan användas för att framställa lösningar av polymeren med hög molekylvikt för smältspinning och filmberedning. Fibrer av PGA uppvisar hög hållfasthet och modul (7 GPa ) och är särskilt styva.
Syntes
Polyglykolid kan erhållas genom flera olika processer som börjar med olika material:
- polykondensation av glykolsyra ;
- ringöppningspolymerisation av glykolid;
- polykondensation av halogenacetat i fast tillstånd
Polykondensering av glykolsyra är den enklaste processen som finns tillgänglig för att framställa PGA, men den är inte den mest effektiva eftersom den ger en produkt med låg molekylvikt. I korthet är proceduren följande: glykolsyra upphettas vid atmosfärstryck och en temperatur på cirka 175 till 185 °C hålls tills vattnet upphör att destillera . Därefter reduceras trycket till 150 mm Hg, varvid temperaturen fortfarande hålls oförändrad i cirka två timmar och polyglykoliden med låg MW erhålls.
Den vanligaste syntesen som används för att producera en form av polymeren med hög molekylvikt är ringöppnande polymerisation av "glykolid", den cykliska diestern av glykolsyra. Glykolid kan framställas genom upphettning under reducerat tryck låg MW PGA, uppsamling av diestern med hjälp av destillation. Ringöppningspolymerisation av glykolid kan katalyseras med hjälp av olika katalysatorer , inklusive antimonföreningar , såsom antimontrioxid eller antimontrihalider, zinkföreningar (zinklaktat) och tennföreningar som tennoktoat (tenn(II)2-etylhexanoat) eller tennalkoxider. Tennoktoat är den vanligaste initiatorn, eftersom den är godkänd av FDA som livsmedelsstabilisator. Användning av andra katalysatorer har också beskrivits, bland dessa är aluminiumisopropoxid , kalciumacetylacetonat och flera lantanidalkoxider (t.ex. yttriumisopropoxid). Proceduren som följs för ringöppningspolymerisation beskrivs kortfattat: en katalytisk mängd initiator tillsätts till glykolid under en kväveatmosfär vid en temperatur av 195 °C. Reaktionen får fortgå under cirka två timmar, varefter temperaturen höjs till 230°C under cirka en halvtimme. Efter stelning uppsamlas den resulterande polymeren med hög molekylvikt.
En annan procedur består i den termiskt inducerade fasta polykondensationen av halogenoacetater med den allmänna formeln X-—CH 2 COO − M + (där M är en envärd metall som natrium och X är en halogen som klor ), vilket resulterar i produktion av polyglykolid och små kristaller av ett salt . Polykondensation utförs genom att värma ett halogenacetat, såsom natriumkloracetat , vid en temperatur mellan 160 och 180 °C, varvid kväve kontinuerligt passerar genom reaktionskärlet. Under reaktionen bildas polyglykolid tillsammans med natriumklorid som fälls ut i den polymera matrisen; saltet kan lämpligen avlägsnas genom att tvätta produkten från reaktionen med vatten.
PGA kan också erhållas genom att reagera kolmonoxid, formaldehyd eller en av dess besläktade föreningar som paraformaldehyd eller trioxan , i närvaro av en sur katalysator. I en kolmonoxidatmosfär laddas en autoklav med katalysatorn ( klorsulfonsyra ), diklormetan och trioxan, sedan laddas den med kolmonoxid tills ett specifikt tryck uppnås; reaktionen omrörs och får fortgå vid en temperatur av ca 180°C under två timmar. När den är färdig släpps den oreagerade kolmonoxiden ut och en blandning av polyglykolid med låg och hög MW samlas upp.
Degradering
Polyglykolid kännetecknas av hydrolytisk instabilitet på grund av närvaron av esterbindningen i dess ryggrad. Nedbrytningsprocessen är erosiv och tycks ske i två steg under vilka polymeren omvandlas tillbaka till sin monomerglykolsyra: först diffunderar vatten in i de amorfa (icke-kristallina) områdena av polymermatrisen och klyver esterbindningarna; det andra steget börjar efter att de amorfa regionerna har eroderats, vilket lämnar den kristallina delen av polymeren mottaglig för hydrolytisk attack. Vid kollaps av de kristallina områdena löses polymerkedjan.
När den utsätts för fysiologiska förhållanden bryts polyglykolid ned genom slumpmässig hydrolys, och uppenbarligen bryts den också ner av vissa enzymer , särskilt de med esterasaktivitet . Nedbrytningsprodukten, glykolsyra , är ogiftig, men precis som etylenglykol metaboliseras den till oxalsyra , vilket kan göra den farlig. En del av glykolsyran utsöndras också med urin .
Studier som genomförts med polyglykolidgjorda suturer har visat att materialet tappar hälften av sin styrka efter två veckor och 100 % efter fyra veckor. Polymeren resorberas fullständigt av organismen inom en tidsram av fyra till sex månader. Nedbrytningen är snabbare in vivo än in vitro , detta fenomen tros bero på cellulär enzymatisk aktivitet.
Används
_01.JPG)
Även om det var känt sedan 1954, hade PGA inte funnits mycket nytta på grund av dess känslighet för hydrolys jämfört med andra syntetiska polymerer. Men 1962 användes denna polymer för att utveckla den första syntetiska absorberbara suturen som marknadsfördes under varumärket Dexon av Davis & Geck- dotterbolaget till American Cyanamid Corporation. Efter beläggning med polykaprolakton och kalciumstearat säljs den under varumärket Assucryl.
PGA-sutur klassificeras som en syntetisk, absorberbar, flätad multifilament. Den är belagd med N- laurin och L- lysin , vilket gör tråden extremt slät, mjuk och säker för knutning . Det är också belagt med magnesiumstearat och slutligen steriliserat med etylenoxidgas . Det bryts naturligt ned i kroppen genom hydrolys och absorberas som vattenlösliga monomerer, avslutat mellan 60 och 90 dagar. Äldre, anemiska och undernärda patienter kan absorbera suturen snabbare. Dess färg är antingen violett eller ofärgad och den säljs i storlekarna USP 6-0 (1 metrisk) till USP 2 (5 metriska). Den har fördelarna med hög initial draghållfasthet, smidig passage genom vävnad, enkel hantering, utmärkt knutförmåga och säker knutning. Det används vanligtvis för subkutana suturer, intrakutana förslutningar, buk- och bröstkirurgi.
PGA:s traditionella roll som ett biologiskt nedbrytbart suturmaterial har lett till dess utvärdering inom andra biomedicinska områden. Implanterbara medicinska apparater har tillverkats med PGA, inklusive anastomosringar , stift, stavar, plattor och skruvar. Det har också undersökts för vävnadsteknik eller kontrollerad läkemedelstillförsel. Vävnadstekniska ställningar gjorda med polyglykolid har tillverkats enligt olika tillvägagångssätt, men i allmänhet erhålls de flesta av dessa genom textilteknologier i form av non-woven filtar .
Kureha Chemical Industries har kommersialiserat polyglykolid med hög molekylvikt för livsmedelsförpackningar under varumärket Kuredux. Produktionen sker i Belle, West Virginia, med en avsedd kapacitet på 4000 årliga metriska ton. Dess egenskaper som barriärmaterial är resultatet av dess höga kristallisationsgrad, grunden för en slingrande vägmekanism för låg permeabilitet. Det förväntas att versionen med hög molekylvikt kommer att användas som ett mellanskikt mellan lager av polyetylentereftalat för att ge förbättrat barriärskydd för lättfördärvliga livsmedel, inklusive kolsyrade drycker och livsmedel som förlorar fräschhet vid långvarig exponering för luft. Tunnare plastflaskor som fortfarande bibehåller önskvärda barriäregenskaper kan också möjliggöras av denna polyglykolid-mellanskiktsteknologi. En version med låg molekylvikt (ungefär 600 amu) är tillgänglig från The Chemours Company (tidigare del av DuPont ) och påstås vara användbar i olje- och gastillämpningar.