PGA - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos



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PGA

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Ácido poliglicólico o poliglicólico (PGA)

El ácido poliglicólico se observó en 1954 como un polímero capaz de formar una fibra fundida fuerte, pero se debió a su inestabilidad idolítica y su uso limitado. El ácido poliglicólico o poliglicólico (PGA) es un polímero termoplástico biodegradable, parte de la familia lineal de poliéster alifático y está representado por el elemento más simple. Se produce solo en pequeñas cantidades como un producto extremadamente costoso con alto valor agregado porque no existe una tecnología que permita la producción en serie económica. PGA es una nueva resina biodegradable que ofrece alta resistencia mecánica y alto rendimiento de barrera de gas. Una instalación de producción comercial está actualmente en funcionamiento. Dado que el PGA de alto peso molecular se puede producir a un costo menor que antes, se han desarrollado varias aplicaciones que aprovechan sus características. El uso de PGA en la exploración de petróleo y gas de esquisto es interesante porque PGA puede proporcionar materiales ultra resistentes y biodegradables. Algunos grados tienen una tasa de biodegradación similar a la celulosa y se descomponen en condiciones de compostaje de CO2 en agua en un mes.

Propiedad PGA

  • Propiedades químicas
  • Número de CAS 26009-03-0
  • Densidad 1.53 g / cm³
  • Punto de fusión 225-230 ° C
  • Masa molar 58.04 g / mol
  • Peso molecular 58.0358
  • Fórmula molecular (C2H2O2) n
  • Nombre IUPAC Poli [ox (1-oxo-1,2-etanodiilo)]
  • La sutura PGA ofrece una tasa de absorción predecible y alta resistencia a la tracción, más alta que el estándar USP, brindando soporte a los tejidos artificiales durante el período crítico de curación.
  • Excelente deformación plasto
  • Excelente manejo
  • Alta resistencia a la tracción
  • Alta resistencia a la rotura

Propiedades térmicas PGA

El ácido poliglicólico tiene una transición de vidrio Tg entre 35-40 ° C y una temperatura de fusión identificable entre 225-230 ° C.

Propiedades físicas

El poliglicólico se caracteriza por la inestabilidad hidrolítica debido a la presencia del enlace éster en su columna vertebral. El proceso de degradación es erosivo y parece ocurrir en dos fases durante las cuales el polímero se convierte nuevamente en ácido glicólico monomérico: primero, el agua se difunde en las regiones amorfas (no cristalinas) de la matriz polimérica, rompiendo los enlaces de los ésteres; El segundo paso comienza después de que las regiones amorfas se hayan erosionado, dejando la porción cristalina del polímero sensible al ataque hidrolítico. A medida que las regiones cristalinas colapsan, la cadena de polímero se disuelve. Si se expone a condiciones fisiológicas, el ácido poliglicólico se degrada por hidrólisis aleatoria y aparentemente también se descompone por algunas enzimas, en particular aquellas con actividad esterasa. El producto de descomposición, el ácido glicólico, no es tóxico y puede ingresar al ciclo del ácido tricarboxílico, después de lo cual se excreta en forma de agua y dióxido de carbono. Parte del ácido glicólico también se excreta en la orina. Los estudios con suturas poliglicólicas han demostrado que el material pierde la mitad de su resistencia después de dos semanas y el 100% después de cuatro semanas. El polímero es completamente reabsorbido por el cuerpo en un período de cuatro a seis meses. La degradación es más rápida in vivo que in vitro, un fenómeno que se cree que se debe a la actividad enzimática celular.

Propiedades quimicas PGA

Si se degrada por hidruro, es absorbido y metabolizado por el cuerpo humano. El proceso de absorción es seguido por un período de masa y reabsorbido en su totalidad a los 90 días. La solubilidad del ácido poliglicólico en general representa un caso muy particular, ya que su forma de alto peso molecular es insoluble en casi cualquier disolvente orgánico comúnmente utilizado (acetona, diclorometano, cloroformo, acetato de etilo y tetrahidrofurano), mientras que los oligómeros de bajo peso se caracterizan por propiedades físicas que son lo suficientemente diferentes como para ser solubles. Sin embargo, los disolventes que contienen una gran cantidad de átomos de flúor, como el 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol y la hexafluoroacetona pueden disolver el ácido poliglicólico a altas PM, lo que permite la preparación de soluciones útiles. en la preparación de fibras y películas. Las fibras PGA, que son muy rígidas, se caracterizan por un alto valor de módulo joven de 6-7 GPa.

Polimerización PGA

La síntesis más común utilizada para producir una forma de polímero de alto peso molecular es la polimerización de apertura de anillo de "glicólido", el diéster cíclico del ácido glicólico. El glicólido se puede preparar calentándolo a baja y baja presión, recogiendo el diéster por destilación. La polimerización de glicólido de apertura de anillo puede catalizarse usando diferentes catalizadores, incluidos compuestos de antimonio, tales como trióxido de antimonio o trihaluros de antimonio, compuestos de zinc (lactato de zinc) y compuestos de estaño como el octoato estacionario (estaño (II) 2-etilhexanoato) o alcóxidos de estaño. El octanato de estannato es el iniciador más utilizado, ya que está aprobado por la FDA como estabilizador de alimentos. También se ha descrito el uso de otros catalizadores, que incluyen isopropóxido de aluminio, acetilacetonato de calcio y varios alcóxidos de lantánidos (por ejemplo, isopropóxido de itrio). El procedimiento seguido para la polimerización de apertura del anillo se describe brevemente: agregar una cantidad catalítica de iniciador al glicolato en una atmósfera de nitrógeno a una temperatura de 195ºC. Se deja que la reacción continúe durante aproximadamente dos horas y la temperatura se eleva a 230°C durante aproximadamente media hora. Después de la solidificación, se recoge el polímero resultante de alto MW

La policondensación del ácido glicólico es el proceso más simple disponible para preparar PGA, pero no es el más eficiente porque produce un producto de bajo peso molecular. En resumen, el procedimiento es el siguiente: el ácido glicólico se calienta a presión atmosférica y se mantiene una temperatura de aproximadamente 175-185 ° C hasta que el agua deja de destilar. Posteriormente, la presión se reduce a 150 mm Hg, manteniendo la temperatura sin cambios durante aproximadamente dos horas y se obtiene el poliglicólido de bajo MW.

Para producir PGA de alto peso molecular a escala industrial en masa, se usa un método de alto rendimiento usando glicólido como intermedio (GL) con altos niveles de pureza. El poliglicólico se puede obtener a través de varios procesos, comenzando con diferentes materiales:

  • policondensación de ácido glicólico
  • polimerización de apertura del anillo de glicólido
  • policondensación de acetato halogenado en estado sólido

Otro procedimiento implica la policondensación en estado sólido inducida térmicamente de acetatos de halógeno con la fórmula general X - CH2COO-M + (donde M es un metal monovalente como el sodio y X es un halógeno como el cloro), lo que resulta en la producción de poliglicoles y pequeños cristales de sal. La policondensación se lleva a cabo calentando un acetato de halógeno, tal como cloroacetato de sodio, a una temperatura entre 160 y 180°C, con nitrógeno que pasa continuamente a través del recipiente de reacción. Durante la reacción, se forma poliglicólido junto con el cloruro de sodio que precipita dentro de la matriz polimérica; la sal se puede eliminar fácilmente lavando el producto de reacción con agua.

El PGA también se puede obtener haciendo reaccionar monóxido de carbono, formaldehído o uno de sus compuestos relacionados, como paraformaldehído o trioxano, en presencia de un catalizador ácido. En una atmósfera de monóxido de carbono, se carga un autoclave con el catalizador (ácido clorosulfónico), diclorometano y trioxano, luego se carga con monóxido de carbono hasta que se alcanza una presión específica; La reacción se agita y se deja actuar a una temperatura de aproximadamente 180°C durante dos horas. Una vez completado, el monóxido de carbono sin reaccionar se descarga y se recoge una mezcla de poliglicólicos de bajo y alto MW.
                
Aplicaciones PGA

Actualmente, la PGA y sus copolímeros se usan ampliamente como materiales para la preparación de suturas reabsorbibles y también están en el centro de los estudios biomédicos. PGA y sus copolímeros tales como poli (ácido láctico-co-glicólico) y poli (glicólido-co-caprolactona) se usan en numerosas aplicaciones. Debido a la muy baja permeabilidad de PGA a O2 y CO2, puede usarse como una película de embalaje para productos sensibles al oxígeno, por ejemplo, como una capa intermedia entre dos películas de poliéster. Otras aplicaciones importantes incluyen la extracción de gas de esquisto y otros procesos industriales, así como suturas sintéticas de rápida absorción para cirugía interna. Se utiliza principalmente como aditivo para resinas para mejorar las propiedades de procesamiento y las propiedades de uso final, como la tenacidad, la flexibilidad, la compresión y la resistencia al desgarro. Encuentra aplicaciones en adhesivos, agentes y películas compatibles, así como en medicina. El uso más común de la policaprolactona como aditivo es en la producción de poliuretanos especiales. Las policaprolactonas confieren buena resistencia al agua, aceites, solventes y cloro en el poliuretano producido. Encuentra aplicaciones en adhesivos, agentes y películas compatibles, así como en medicina. PCL a menudo se usa como aditivo para otros polímeros. Y con un bajo punto de fusión, se utiliza como plástico moldeado a mano, útil para la creación de prototipos, la reparación de piezas de plástico y artesanías. También ha recibido gran atención por su uso como biomaterial para implantes en el cuerpo humano.

Ejemplos de ácido poliglicólico

Ejemplos comunes de polímeros alifáticos biodegradables son ácido poliglicólico (PGA), polihidroxibutirato (PHB), polihidroxi-co-beta butirato, valerato de hidroxilo (PHBV), policaprolactona (pcl) y nylon-2-Nylon-6.
Acido poliglicolico (PGA) Ácido poliglicólico
Properties UNIT VALUE TEST METHOD
Melt index  (2,16 Kg/250°c) g/10min 22~6 ISO 1133
Melt Viscosity Pas 360~950 270C,122sec-1
Density g/cm3 1.5-1.6 Density Gradient Column Method
Thermal properties      
Melt Temperature °C 225 ASTM  D 3418
Crystallization Temperature °C 95 ASTM  D 3418
Glass Transition Temperature °C 40 ASTM  D 3418
Thermal Expansion 1/K 5.40E-05 ASTM D696
Thermal Conductivity W/mK 0.35 ASTM C177
Combustion Heat KJ/g 12 JIS-M 8814-1996
Specific Heat J/g°C 1.12 JIS-K 7123
Optical properties      
Refractive index   1.45-1.51 ASTM D542
Haze % <1.0 JIS-K 6714
Physical properties*      
Tensile Strength Mpa 220 ASTM D882, 23°C-50%RH
Elongation % 25 ASTM D882, 23°C-50%RH
Young's Modulus GPa 6.5 ASTM D882, 23°C-50%RH
Barrier properties*      
O2 Transmission Rate -  20°C-0%RH cc/m2dayatm 0.9 ISO 14663-2
O2 Transmission Rate -  20°C-80%RH cc/m2dayatm 0.9 ISO 14663-2
O2 Transmission Rate -  90°C-0%RH cc/m2dayatm 1.1 ISO 14663-2
Water Vapor  Transmission Rate - 40°C-90%RH g/m2day 11 JIS-Z 0208
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