Растворимость олигомера молочной кислоты Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

РАСТВОРИМОСТЬ ОЛИГОМЕРА МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ

Иженбина Тамара Николаевна

Магистрант 1 года обучения кафедры Технология органических веществ и Полимерных материалов, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск

В последнее десятилетие большой интерес вызывают биорезорбируемые полимеры. Основной особенностью таких полимеров является их отличная совместимость с организмом человека и способность распадаться в нем до нейтральных веществ, поэтому главной областью применения биорезорбируемых полимеров является изготовление медицинских изделий. Например, давно известно применение биорезорбируемых полимеровдля выпуска шовных материалов, которые рассасываются в организме человека и не требуют дополнительного оперативного вмешательства для удаления остатков нитей. Биорезорбируемые полимеры позволяют живому организму регенерировать поврежденные ткани и сосуды. Так же эти полимеры используются в производстве имплантатов, шин в ортопедии, а также в кардиологии, трансплантологии, фармакологии, и других областях медицины. Еще одной особенностью биорезорбируемых полимеров является возможность контролируемого разложения изделий в организме при определенных условиях и более высокая стойкость к разложению в обычных условиях [3].

Полилактид (PLA) является одним из самых перспективных биорезорбируемых полимеров. PLA - это продукт, производимый из молочной кислоты (МК), которую в свою очередь получают ферментативным брожением возобновляемого сырья растительного происхождения. Из-за низкого барьера пропускания кислорода, водяного пара полилактид используется для изготовления пакетов и пленок, салатных банок, контейнеров для холодных закусок, а также контейнеров для фруктов и овощей, яиц, салатов и т. д. [2]. Поэтому с помощью изделий из полилактида также решается проблема «экологического мусора», т.е. эти изделия, попадая на полигоны ТБО, за короткий срок подвергаются компостированию.

Экспериментальная часть

HO

n

CH

>

t0C

OH

COOH

-HO

В работе использовались этилацетат (хч, ГОСТ 22300-76), бутилацетат (ч, ГОСТ 22300-76), толуол (чда, ГОСТ 5789-78), хлорбензол (ч, ГОСТ 646-84). Выбор растворителей осуществлялся исходя из ранее полученных данных по растворимости лактида [3].

В качестве сырья использовали 80% раствор молочной кислоты (Purac). Лактид и олигомер МК получали по ранее описанной методике [1].

Растворимость олигомеров определялась следующим образом. Навеску олигомера вносят в отмеренное количество растворителя и непрерывно встряхивают в течение 10 мин при комнатной температуре. При наличии не растворившегося осадка добавляют очередную порцию растворителя. Олигомер считают растворившимся, если в растворе при наблюдении в проходящем свете при перемешивании не обнаруживаются частицы вещества.

Содержание воды в растворителях и образцах лак-тида определяли методом титрования по Фишеру на приборе 870 KF Titrino plus metrohm. Контроль чистоты лак-тида также осуществляли по температуре плавления на приборе Melting point M 560.

Результаты и их обсуждения Существуют несколько способов получения поли-лактида:

• Термическая поликонденсациямолочной кислоты;

• Поликонденсацией МК с азеотропной отгонкой воды;

• Получение лактида (циклического эфира молочной кислоты) с последующей его каталитической полимеризацией [4,5]

Обычно в промышленности используется последний метод получения PLA, описываемый следующей схемой

CH,

O

O

O

CH,

OH

O

n

Молочная кислота Низкомолекулярный полимер Mw=800.. .5000

O

CH3

CH

O

O

CH3

OH

O

O

O

O

CH3

CH3

OH

O

n

Лактид Полимер Mw =80000.500000

Чтобы получить полимер высокого качества, требу- кислота, ее олигомер и вода. Перекристаллизацию лак-ется лактид высокой степени чистоты. Основными меша- тида обычно рекомендуют проводить из этилацетата (ЭА), ющими примесями в лактиде-сырце являются молочная но из-за высокой растворимости лактида в ЭА при перекристаллизации наблюдаются большие потери основного

3

вещества. Поэтому, чтобы отработать технологию процесса очистки лактида-сырца методом перекристаллизации, необходимы данные по растворимости олигомера и лактида в различных растворителях. Также необходимо, чтобы содержание воды в очищенном лактиде было минимальным, так как вода мешает образованию полилактида

с высоким молекулярным весом. Поэтому, выбранные растворители, а также очищенный лактид анализировались на содержание воды количественным методом Карла Фишера. Данные по содержанию воды в растворителях приведены в таблице 1.

Содержание воды в растворителях

Таблица 1.

Растворитель Содержание воды,%

Этилацетат 1,15

Бутилацетат 1,26

Толуол 0,07

Хлорбензол 0,11

Необходимо отметить, что содержание воды в эти- В таблице 2 приведены экспериментальные данные

лацетате и бутилацетате ощутимо превышает нормируе- по растворимости лактида. мые значения по ГОСТ 22300-76.

Таблица 2.

Вещество Растворитель Температура, °С Растворимость, г/100мл

Лактид Этилацетат 23 21,3

Бутилацетат 15,3

Хлорбензол 5,5

В таблице 3 представлены данные по растворимости олигомеров МК с различной молекулярной массой в различных растворителях

Таблица 3.

Растворитель Молекулярная масса олигомера, г/моль Растворимость, г/100мл

Этилацетат 720 48,9

Бутилацетат 42,6

Толуол -

Этилацетат 2110 33,4

Бутилацетат 31,7

Толуол 13,7

0

При определении растворимости олигомера в толуоле, обнаружилось, что олигомер с маленькой молекулярной массой растворялся с образованием мутного раствора с появлением жирных капель, поэтому этот результат по растворимости не удалось зафиксировать.

Полученные данные свидетельствуют что, чем меньше молекулярная масса олигомера, тем он лучше растворяется в сложных эфирах и количественно переходит в маточный раствор при перекристаллизации лактида. Растворимость олигомера, так же как и лактида выше в эти-лацетате и бутилацетате по сравнению с толуолом.

Список литературы: 1. Глотова В.Н., Новиков В.Т., Яркова А.В., Ижен-бина Т.Н., Гордеева О.С. Концентрирование растворов молочной кислоты для получения лак-тида//Фундаментальные исследования. - 2013-Часть 3.- №8.- с. 580-584.

2. Перспективы биопластика// Биоразлагаемая пластиковая упаковка - насущная необходимость или экзотика?; ред. Иванов А. Ю. [Электронный ресурс]/ - Электрон. дан. - 2010 - Режим доступа: http://upakovano.ru/

3. Тасекеев М.С., Еремеева Л.М. Производство биополимеров как один из путей решения проблем экологии и АПК: Аналит. Обзор. - Алматы: НЦНТИ, 2009. - 200 с.

4. Титова Н.Г., Семёнов О.В., Иженбина Т.Н., Глотова В.Н. Растворимость лактида и гликолида// XV Международная научно практическая конференция имени профессора Л.П. Кулева студентов и молодых ученых « Химия и химическая технология в XXI веке». - Томск: изд-во ТПУ, 2014. -с. 157-159.

5. Gupta A.P., Kumar V. New emerging trends in synthetic biodegradable polymers - Polylactide: A critique. European Polymer Journal, 2007.