POLI(HYDROKSY MAŚLAN)mgr inż. Paulina Kasprzyk, prof. Helena Janik

Polimery w ochronie środowiska

POLI(HYDROKSY MAŚLAN) PHB

• Polimer biodegradowalny• Poliester bakteryjny• Pierwszy polimer o właściwościach termoplastycznych pochodzący

z biosyntezy• PHB produkowany bakterie (bakterie Ralstonia eutropha H16 ) z

cukrów i lipidów w warunkach stresu• Wyodrębniony i scharakteryzowany po raz pierwszy w 1925.• Sztywny i kruchy, temperatura topnienia (180ºC) jest zaledwie o

10°C niższa od temperatury termicznego rozpadu

POLIESTRY BAKTERYJNE

POLI(HYDROKSY MAŚLAN) WŁAŚCIWOŚCI

Nierozpuszczalny w wodzie

Stosunkowo odporny na degradacja hydrolityczną

Rozpuszczalny w chloroformie i

węglowodorach zawierających chlor

Dobra odporność na promieniowanie UV

Niska odporność na działanie kwasów

Biokompatybilny

Nietoksyczny

POLI(HYDROKSY MAŚLAN) ZASTOSOWANIE

Produkcja opakowań

Kosmetologia (zwiększenie nawilżenia i

elastyczności skóry, redukcja zmarszczek)

Przyspieszenie gojenia ran

Modyfikator poliuretanów do

zastosowań medycznych

Dodatek do antybiotyków i leków przeciwnowotworowy

ch

Kontrolowane uwalnianie leków

POLIMERY BIODEGRADOWALNE

• Obszar intensywnych badań naukowców• Materiały biodegradowalne – ulegają degradacji (bakterie, grzyby, algi)• Przetwarzane na dwutlenek węgla, wodę i humus• Pochodzenia naturalnego oraz syntetyczne• Czas degradacji poszczególnych polimerów znacznie się różni• Alifatyczny poliestry ulegająca degradacji biologicznej ( katalizowanej

enzymami lub hydrolitycznej)• Okres połowicznego rozpadu PCL wynosi miesiące, poli(L-laktydu)- tygodnie,

a polietylenu – setki lat

POLIMERY BIODEGRADOWALNE

Polimery naturalne:• otrzymywane są z surowców odnawialnych, są to tzw.

agropolimery: polisacharydy, proteiny,• polimery mikrobiologiczne (bakteryjne) np.

poli(hydroksymaślan),• otrzymywane z zastosowaniem metod biotechnologicznych

np. polilaktyd.

Syntetyczne polimery biodegradowalne otrzymywane sąnatomiast z monomerów pochodzenia petrochemicznego np.poli(ɛ-kaprolakton).

POLIMERY BIODEGRADOWALNE -SYNTEZA

Metody syntezy:

• modyfikacja polimerów naturalnych (pozostają one w większejczęści niezmienione chemicznie) np. termoplastyczna skrobia,

• fermentacja monomerów syntezowanych biotechnologicznie np.polilaktyd,

• synteza bezpośrednio z udziałem mikrorganizmów lub z genetyczniemodyfikowanych zbóż np. poli(hydroksyalkaniany),

• polimeryzacja z otwarciem pierścienia (jonowa, koordynacyjna),• polikondensacja (w stopie, w stanie stałym) (poliestry alifatyczno-

aromatyczne) ,• modyfikacja na drodze chemicznej [poli(alkohol winylowy)]

materiały sanitarne butelki folie opakowaniowe, torebki sklepowe, torby na

śmieci, opakowania nieprzepuszczające O2 i H2O,opakowania na przynęty, torby stosowane wzakładach pogrzebowych, folie stosowane wpieluchach, w foliach przylepcowych

opakowania kartonowe sieci rybackie sztućce i kubki jednorazowego użycia

POLIMERY BIODEGRADOWALNE -ZASTOSOWANIE

PHB W MEDYCYNIE –ZAGADNIENIA W ŚWIETLE LITERATURY

1. Syntetyczne oligomery hydroksymaślanu są nietoksyczne i

biokompatybilne.

2. Technologie bioresorbowalnych wyrobów medycznych

3. Syntetyczny PHB zastosowany w syntezie biodegradowalnego

triblokowego kopolimeru z polietylenodiolem (PEO-PHB-PEO), jako

potencjalny materiału do kontrolowanego uwalniania leków.

4. Czysty PHB jest nie podatny na biodegradację pod wpływem enzymu PHB

depolimerazy, lecz ulega jej, po zmieszaniu z krystalicznymi (np.

polikaprolaktonodiolem PCL, PHB) lub amorficznymi polimerami

(polimetakrylanem metylu PMMA).

WPŁYW PHB NA WŁAŚCIWOŚCI PUR DLA CELÓW MEDYCZNYCH

ZASTOWANIE POLIMERÓW W MEDYCYNIE

Implanty dentystyczne

Protezy naczyniowe

Sztuczne komory serca

Protezy piersi i sutków

Cement kostny

Sztuczne kolano

Sztuczne biodro

Staw paliczkowy i rdzenie paznokci

Sztuczna chrząstka

Proteza powłoki brzusznej

Pręty i krążki kręgosłupa

Blaszki kostne i śruby

Ścięgna i więzadła

MATERIAŁ BIOKOMPATYBILNY

• Nie może wywoływać infekcji ani alergii

• Nie może być kancero- i mutagenny

• Nie może wpływać negatywnie na komórki krwi i tkanek

• Nie może zmieniać swojej struktury podczas przetwórstwa oraz sterylizacji

• Nie może zawierać żadnych małocząsteczkowych dodatków typu nieprzereagowane monomery lub plastyfikatory

METODY STEROWANIA WŁAŚCIWOŚCIAMI PUR DLA CELÓW MEDYCZNYCH

1. Modyfikacja powierzchni

Szczepienie powierzchni poliuretanu analogiem fosfolipidów -

winylowym monomerem 2-(metakrylooksy)etylofosforylocholiny

prowadzi do uzyskania materiału o dobrej hemokompatybilności.

2. Dobór odpowiednich surowców oraz ich wzajemny stosunek

Zastosowanie alifatycznego 1,4-diizocyjanianu butylu, mocznikodiolu

zbudowanego z tyrozyny i tyraminy oraz polietylenodiolu pozwala

uzyskać segmentowe, biokompatybilne elastomery poliuretanowe.

SUROWCE DO SYNTEZY PUR MODYFIKOWANYCH PHB

H12MDI

PCL PTMG

PHB

MDIBDO

WPŁYW PHB NA WŁAŚCIWOŚCI PUR

• Przesunięcie Tg segmentów giętkich w stronę wyższych wartościtemperatur

• Pogorszenie właściwości mechanicznych (obniżenie wartości naprężeniazrywającego, wydłużenia względnego i twardości)

• Wprowadzenie PHB, z boczną grupą metylową, do makrołańcucha PURpowoduje zwiększenie przestrzeni między łańcuchami, co było przyczynąwiększej sorpcji wody i oleju roślinnego

• PUR zawierających MDI w segmencie sztywnym posiada lepsze właściwościmechaniczne oraz niższą sorpcję wody i oleju roślinnego w porównaniu do PURotrzymanych z zastosowaniem HMDI

• Nie zaobserwowano zmian w ilości czerwonych krwinek i hemoglobiny poczasowym kontakcie z próbkami badanych poliuretanów

• Stwierdzono niewielki wpływ badanych poliuretanów na stężenie białychkrwinek, płytek krwi oraz na układ krzepnięcia krwi

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!

Literatura

1. Borkowski K., Przemysł tworzyw sztucznych – materiałów XXI wieku Plastics industry – manufacturingmaterials for 21st century, MECHANIK NR 4/2015

2. https://www.magazynprzemyslowy.pl/produkcja/Tworzywa-sztuczne-przyjazne-srodowisku,7914,13. Gołebiewski J., Gibas E., Malinowski R., Wybrane polimery biodegradowalne – otrzymywanie,

właściwości, zastosowanie, Polimery 2008, 53: 11- 124. Ślęzak R., Krzystek L., Ledakowicz S., Grzelak J., Produkcja polihydroksymaślanu przez Cupriavidus necator,

Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 2015, 54(3):121-1225. Krucińska I, Boguń M., Chrzanowska O., Kowalczuk M.M., Technologie bioresorbowalnych wyrobów

medycznych – opracowane w wyniku realizacji projektu kluczowego „Biodegradowalne wyrobywłókniste”, Chemik 2014, 68(8):665-678

6. Brzeska J., Dacko P., Janeczek H., Kowalczuk M., Janik H., Rutkowska M., Wpływ syntetycznegopolihydroksymaślanu na wybrane właściwości nowych, otrzymywanych z jego udziałem poliuretanów dozastosowań medycznych, Polimery 2011, 56(1):27-34

7. Brzeska J., Dacko P., Janeczek H., Kowalczuk M., Janik H., Rutkowska M., Wpływ syntetycznegopolohydroksymaślanu na wybrane właściwości nowych, otrzymywanych z jego udziałem poliuretanów dozastosowań medycznych, Polimery 2010, 55(1):41-46

8. P.Matzinos V.Tserki A.Kontoyiannis C.Panayiotou, Processing and characterization ofstarch/polycaprolactone products, Polymer Degradation and Stability 2002, 77(1):17-24

9. Derval dos Santos Rosa, Túlio César Rodrigues, Cristina das Graças Fassina Guedes, Maria Regina Calil,Effect of thermal aging on the biodegradation of PCL, PHB‐V, and their blends with starch in soil compostJ Appl Polym Sci 2003, 89: 3539–3546.