Polimery w ochronie środowiska. POLI(HYDROKSY MAŚLAN) mgr inż. Paulina Kasprzyk, prof. Helena Janik

Transkrypt

1 Polimery w ochronie środowiska POLI(HYDROKSY MAŚLAN) mgr inż. Paulina Kasprzyk, prof. Helena Janik

2 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 Sztywny i kruchy, temperatura topnienia (180ºC) jest zaledwie o 10 C niższa od temperatury termicznego rozpadu

3 POLIESTRY BAKTERYJNE

4 POLI(HYDROKSY MAŚLAN) WŁAŚCIWOŚCI Nierozpuszczalny w wodzie Niska odporność na działanie kwasów Stosunkowo odporny na degradacja hydrolityczną Dobra odporność na promieniowanie UV Biokompatybilny Rozpuszczalny w chloroformie i węglowodorach zawierających chlor Nietoksyczny

5 POLI(HYDROKSY MAŚLAN) ZASTOSOWANIE Modyfikator poliuretanów do zastosowań medycznych Kosmetologia (zwiększenie nawilżenia i elastyczności skóry, redukcja zmarszczek) Dodatek do antybiotyków i leków przeciwnowotworowy ch Produkcja opakowań Przyspieszenie gojenia ran Kontrolowane uwalnianie leków

6 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

7 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 są natomiast z monomerów pochodzenia petrochemicznego np. poli(ɛ-kaprolakton).

8 POLIMERY BIODEGRADOWALNE - SYNTEZA Metody syntezy: modyfikacja polimerów naturalnych (pozostają one w większej części niezmienione chemicznie) np. termoplastyczna skrobia, fermentacja monomerów syntezowanych biotechnologicznie np. polilaktyd, synteza bezpośrednio z udziałem mikrorganizmów lub z genetycznie modyfikowanych zbóż np. poli(hydroksyalkaniany), polimeryzacja z otwarciem pierścienia (jonowa, koordynacyjna), polikondensacja (w stopie, w stanie stałym) (poliestry alifatycznoaromatyczne), modyfikacja na drodze chemicznej [poli(alkohol winylowy)]

9 POLIMERY BIODEGRADOWALNE - ZASTOSOWANIE materiały sanitarne butelki folie opakowaniowe, torebki sklepowe, torby na śmieci, opakowania nieprzepuszczające O2 i H2O, opakowania na przynęty, torby stosowane w zakładach pogrzebowych, folie stosowane w pieluchach, w foliach przylepcowych opakowania kartonowe sieci rybackie sztućce i kubki jednorazowego użycia

10 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).

11 WPŁYW PHB NA WŁAŚCIWOŚCI PUR DLA CELÓW MEDYCZNYCH ZASTOWANIE POLIMERÓW W MEDYCYNIE Protezy naczyniowe Implanty dentystyczne Proteza powłoki brzusznej Ścięgna i więzadła Sztuczne komory serca Protezy piersi i sutków Pręty i krążki kręgosłupa Staw paliczkowy i rdzenie paznokci Sztuczna chrząstka Sztuczne biodro Blaszki kostne i śruby Sztuczne kolano Cement kostny

12 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

13 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.

14 SUROWCE DO SYNTEZY PUR MODYFIKOWANYCH PHB PCL PTMG PHB H12MDI MDI BDO

15 WPŁYW PHB NA WŁAŚCIWOŚCI PUR Przesunięcie Tg segmentów giętkich w stronę wyższych wartości temperatur Pogorszenie właściwości mechanicznych (obniżenie wartości naprężenia zrywającego, wydłużenia względnego i twardości) Wprowadzenie PHB, z boczną grupą metylową, do makrołańcucha PUR powoduje zwiększenie przestrzeni między łańcuchami, co było przyczyną większej sorpcji wody i oleju roślinnego PUR zawierających MDI w segmencie sztywnym posiada lepsze właściwości mechaniczne oraz niższą sorpcję wody i oleju roślinnego w porównaniu do PUR otrzymanych z zastosowaniem HMDI Nie zaobserwowano zmian w ilości czerwonych krwinek i hemoglobiny po czasowym kontakcie z próbkami badanych poliuretanów Stwierdzono niewielki wpływ badanych poliuretanów na stężenie białych krwinek, płytek krwi oraz na układ krzepnięcia krwi

16 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!

17 Literatura 1. Borkowski K., Przemysł tworzyw sztucznych materiałów XXI wieku Plastics industry manufacturing materials for 21st century, MECHANIK NR 4/ Gołebiewski J., Gibas E., Malinowski R., Wybrane polimery biodegradowalne otrzymywanie, właściwości, zastosowanie, Polimery 2008, 53: Ślęzak R., Krzystek L., Ledakowicz S., Grzelak J., Produkcja polihydroksymaślanu przez Cupriavidus necator, Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 2015, 54(3): Krucińska I, Boguń M., Chrzanowska O., Kowalczuk M.M., Technologie bioresorbowalnych wyrobów medycznych opracowane w wyniku realizacji projektu kluczowego Biodegradowalne wyroby włókniste, Chemik 2014, 68(8): Brzeska J., Dacko P., Janeczek H., Kowalczuk M., Janik H., Rutkowska M., Wpływ syntetycznego polihydroksymaślanu na wybrane właściwości nowych, otrzymywanych z jego udziałem poliuretanów do zastosowań medycznych, Polimery 2011, 56(1): Brzeska J., Dacko P., Janeczek H., Kowalczuk M., Janik H., Rutkowska M., Wpływ syntetycznego polohydroksymaślanu na wybrane właściwości nowych, otrzymywanych z jego udziałem poliuretanów do zastosowań medycznych, Polimery 2010, 55(1): P.Matzinos V.Tserki A.Kontoyiannis C.Panayiotou, Processing and characterization of starch/polycaprolactone products, Polymer Degradation and Stability 2002, 77(1): 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 compost J Appl Polym Sci 2003, 89: