PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ÁCIDO POLILACTICO (APL) A PARTIR PARTIR DE LA POLIMERIZACIÓN POLIMERIZAC IÓN DEL ÁCIDO LÁCTICO
http://www.textoscientifcos.com http://www .textoscientifcos.com/polimeros/acido-poli /polimeros/acido-polilactico lactico INTRODUCCION
Bajo Bajo la denomi denominac nación ión de biopl bioplást ástico icos s se englob engloba a a los tipos tipos de plásti plásticos cos derivados de productos productos vegetales, tales tales como el aceite aceite de soja o el ma!, "ue a di#erencia de los plásticos convencionales provienen del petróleo. $l plástico tradicional está compuesto por el polmero denominado polietileno, sinteti!ado a partir del petróleo por la industria petro"umica. %a limitaciones de las reser reservas vas existe existente ntes s de ese combu combusti stible ble #ósil, #ósil, la conta contamina minacio cion n & el hecho de "ue acabará por agotarse, ha llevado a algunas partes de la industria a buscar alternativas. $l ácido poliláctico, sinteti!ado a partir del ma!, es una de las alternativas más prometedoras.
ÁCIDO POLILACTICO
$l poli poli 'áci 'ácido do láct láctic ico( o( o ácid ácido o poli polilá láct ctic ico o ')%*( ')%*( es un poli poli+s +ste terr ali# ali#át átic ico o termoplástico derivado de recursos renovables.$s un biopolmero biopolmero termoplástico cu&a mol+cula precursora es el ácido láctico. ebido a su biodegradabilidad, propiedades de barrera & biocompatibilidad, +ste biopolmero ha encontrado nume numerrosas osas apli aplica caci cion ones es &a "ue "ue pres presen enta ta un ampl amplio io rang rango o inus inusua uall de propiedades, desde el estado amor#o hasta el estado cristalino propiedades "ue pueden lograrse manipulando las me!clas entre los isómeros '-( & %'(, los pesos moleculares & la copolimeri!ación. copolimeri!ación.
ÁCIDO POLILÁCTICO
El ácido láctico es utilizado ampliamente en la industria alimenticia, química, farmacéutica, del plástico, textil, la agricultura, la alimentación animal, entre otros; sin embargo, la aplicación más interesante del ácido láctico radica en la posibilidad que ofrece de producir ácido poliláctico (PL!"
Ácido láctico con sus isó!"os D # L
PROPIEDADES Las propiedades físicas # mecánicas, farmacéuticas # de reabsorción dependen de la composición del polímero, de su peso molecular # de su cristalinidad" La cristalinidad puede a$ustarse desde un %alor de &' a &' en forma de )omopolímeros lineales o ramificados, # como copolimeros al azar o de bloque" La temperatura de procesamiento (*g"! está entre +& # -./0 # depende de la proporción de 1 o L ácido láctico en el polímero" 2in embargo el PL puede ser plastificado con su monómero o alternati%amente con ácido láctico oligomérico # esto permite disminuir *g" El PL tiene propiedades mecánicas en el mismo rango de los polímeros petroquímicos, a excepción de una ba$a elongación" 2in embargo esta propiedad puede ser afinada durante la polimerización (por copolimerización! o por modificaciones post polimerización (por e$emplo plastificantes!"
El PL puede ser tan duro como el acrílico o tan blando como el polietileno, rígido como el poliestireno o flexible como un elastómero" Puede además ser f ormulado para dar una %ariedad de resistencias" Las resinas de PL pueden ser sometidas a esterilización con ra#os gama # es estable cuando se expone a los ra#os ultra%ioleta" l PL se le atribu#en también propiedades de interés como la sua%idad, resistencia al ra#ado # al desgaste"
PRODUCCIÓN$ 0argill fue una de las primeras compa3ías que desarrollo los polímeros de ácido poliláctico" 0argill comenzó a in%estigar la tecnología de producción de PL en 456, # su producción en planta data de 44-" En 446 0argill se asoció con la empresa 1o7 0)emical0ompan#, creando 8ature9or:s LL0" tras empresas productoras de PL son< *eofan (lemania!, =#cail (=olanda!, >itsui0)emicals?nc (@apón! Pero no son las Anicas también cabe destacar a 2terling0)emicals (EE"BB"!, >usas)ino0)emical (@apón!, 00 bioc)emical CD 8et)erlands con plantas en Europa, Crasil # EE"BB", rc)er1aniels >idland (1>! (EE"BB"!
Empresas productoras a nivel global
E%"!s&
U'ic&ción
P"oducto co!"ci&l
0argill L00
EE"BB"
8ature9or:s
>itsubis)i
@apón
Ecolo$u
0)ronopol
EE"BB"
=eplon
=#cail
=olanda
=#cail =>, L>
*o#ota
@apón
*o#ota EcoPlastic
PuracCiomaterials
=olanda
PurasorbF
1urect
EE"BB"
LactelF
2)imadzu
@apón
Lact#F
*otal GHalactic
Célgica
IuterroFF
*reofan
=olanda
*reofan
>itsui0)em
@apón
Lacea
* Especialidades medicinales ** En etapa de proyecto El consumo de PL en -&&6 fue de alrededor de +& mil toneladas #, )asta el momento, sólo el J&' del ácido láctico producido se utiliza para fabricar PL" El productor más importante es sin dudas el de 8ature9or:s (8ebras:a, EEBB! con una capacidad de & mil tonKa3o
OTENCIÓN DE ÁCIDO POLILÁCTICO Se han desarrollado dos vías fundamentales para convertir el ácido láctico en polímeros de alto peso molecular: − −
El proceso indirecto ,por polimerización tras la apertura del anillo de L-lactida (!": rin# openin#polymerization$% El proceso directo de polimerización ,p or condensacióndirecta del ácido láctico &m'os productos son a#rupados 'ao la denominación "L&%
*&s %&"& l& %oli!"i+&ción d!l ácido %oliláctico
El primer camino, empleado por )ar#ill, es un proceso continuo utilizando polimerización por apertura de anillo (!" por sus si#las en in#ls$ del láctido% La condensación del ácido láctico acuoso produce un prepolímero (oli#omero$ de 'ao peso molecular% El prepolímero se depolimeriza incrementando la temperatura de policondensación, reduciendo la presión y utilizando un catalizador or#anometálico, resultando en una mezcla de estreo isómeros de láctido% La mezcla de láctidos es purificada por destilación al vacío, puesto +ue su composición determina las propiedades del producto final% En el paso final, el polímero de alto peso molecular se produce por polimerización catalítica por apertura del anillo del diláctido ,usando por lo #eneral un octoato de estao como catalizador% Los monómeros remanentes se remueven por vacío y se reciclan% El mtodo !" incluye policondensación del ácido láctico se#uido de una despolimerización afín de o'tener el dímero cíclico deseado, la lactida, polímeros de alto peso molecular pueden ser o'tenidos tras la apertura del anillo% La despolimerización permite aumentar la temperatura de policondensación y disminuir la presión, y destilación de la lactida producida% La ventaa de la polimerización por !" es +ue la reacción se puede controlar más fácilmente, variando así las características del polímero resultante de una manera más controlada%
am'in se ha conse#uido o'tener un polímero de elevado peso molecular mediante un .nico paso de policondensación #racias a un disolvente azeotrópico apropiado% Los pesos moleculares medios más 'aos para la síntesis de "L& por policondensación es de /%0 1 /234, mientras +ue los pesos moleculares sintetizados se#.n el !" están comprendidos entre 5 1 /234 a 0%6 1 /237%
En la se#unda vía, utilizada por 8itsui)hem, puesto +ue la condensación es una reacción de e+uili'rio, e1isten dificultades para eliminar cierta cantidad de a#ua durante las .ltimas etapas de la polimerización lo cual limita el peso molecular del polímero o'tenido por este mtodo%
A%lic&cion!s d!l PLA INDUSTRIA DEL EMPA,UETADO El PL es una sustancia H2 (reconocida como segura! # puede ser utilizada como material de empaque para alimentos " >ateriales constituidos de &' de PL más 4&' de copoliester, &' de PL más 4&' de copoliamida, &' de PL más 4&' de almidón, &' de PL más 4&' de policaprolactona (PL0!, )an sido utilizados como material de empaque de #ogurt, mantequilla, margarina # quesos de untar" Estos empaques, )an cumplido funciones de protección mecánica, barrera a la )umedad, a la luz, a las grasas # a los gases" =an sido utilizados además como M%entanasM en empaques para productos secos como el pan, donde cumplen una función de barrera contra la )umedad, # en la elaboración derecipientes de papel recubiertos de PL para el en%asado de bebidas, donde cumple también una función de barrera a la )umedad" La aplicación más prometedora del PL es en en%ases # empaques para alimentos # producción de películas para la protección de culti%os en estadios primarios" 2in embargo, el alto crecimiento fAngico en los materiales obtenidos de bases biodegradables es un factor negati%o para el uso en alimentos" Por lo tanto los bioempaques son más con%enientes para alimentos con alta respiración # de %ida de almacenamiento corto como %egetales, # para el empaque de algunos productos de panadería"
El empaquetado con PL a)orra un J& ' con respecto al PE*" 1ada esta reducción, un en%ase de ensalada en PE* puede pesar . gramos" El mismo en PL, J-"
Las botellas son la aplicación más no%edosa del PL que ofrece sus me$ores prestaciones en aguas, lec)e # #ogur, aceite %egetal # zumos frescos" 8o así en bebidas carbónicas, para las cuales su barrera a los gases no es suficiente" La empresa británica Celu9ater %ende una botella de agua )ec)a con PL desde $ulio -&&."
Embase tipo almeja
Bolsitas de té
Botella de agua Bolsas para ensalada
INDUSTRIA M-DICA . /ARMACEUTICA El ácido poliláctico se )a con%ertido en un material indispensable en la industria médica, donde es utilizado desde )ace -. a3os" El ácido poliláctico es un polímero biodegradable, bioabsorbible (que significa que puede ser asimilado por nuestro sistema biológico!" 2us características # absorbibilidad )acen del PL un candidato ideal para implantes en el )ueso o en el te$ido (cirugía ortopédica, oftalmología, ortodoncia, lanzamiento controlado de medicamentos contra el cáncer!, # para suturas (cirugía del o$o, cirugía del pec)o # abdomen!" En los te$idos %i%os, el PL se despolimeriza totalmente por )idrólisis química" Esta característica )ace que el PL sea ampliamente utilizado para la producción de )ilo para sutura, implantes, cápsulas para la liberación lenta de fármacos, prótesis, etc" En el campo de la cirugía el LP"L"" tiene grandes aplicaciones; los materiales disponibles en el mercado son< >aterial de sutura reabsorbible (cirugía oftalmológica, con$unti%al, toracoabdominal, anastomosis neurológicas!, material de cirugía ortopédica (implantes reabsorbibles!, tornillos, broc)es, placas, grapas, cirugía reconstructi%a craneofacil maxilofacial (te$idos óseos # te$idos blandos! El PL es utilizado en la creación de matrices para regeneración guiada de te$idos como piel, cartílagos, )uesos, estructuras cardio%asculares, intestino, te$ido urinario entre otros "Es utilizado para microencacapsular # nanoencapsular medicamentos de liberación lenta como insulina ; cisplatin , taxol, somatostatina NJ+O, antiinflamatorios , ganciclo%ir NJ5O, in)ibidores angiogénicos , etc" El medicamento es absorbido en el centro de una matriz de microesferas de polímeros de PL, la cual es capaz de proteger el medicamento o el organism" medida que la matriz se )idroliza, el medicamento se %a liberando" *ambién se utiliza en la aplicación de quimioterapia anticancerosa o en contracepción" Las características mecánicas, farmacéuticas # de bioabsorción son dependientes de parámetros controlables tales como la composición química # el peso molecular del polímero" El margen de tiempo para la bioabsorción del polímero puede ser de tan sólo unas semanas a algunos a3os # se puede regular por medio de di%ersas formulaciones # de la adición de radicales en sus cadenas"
Ropa desechable para intervenciones quirúrgicasTornillos PLDLLA T!P para andamiaje "seo
INDUSTRIA TE0TIL
El PL también tiene muc)as aplicaciones potenciales en su presentación como fibra" Presentan unas características mu# atracti%as para muc)os usos tradicionales" Los polímeros de ácido poliláctico son más )idrofílicos que el PE*, tienen una densidad más ba$a, alta resistencia al moldeado # doblado" La contracción de los materiales del PL # sus temperaturas respecti%as son fácilmente controlables" Estos polímeros tienden a ser estables a la luz ultra%ioleta dando como resultado telas con poca decoloración" Es un material ignifugo # de ba$a generación de )umos"
Entre sus aplicaciones destacamos< las prendas de %estir, la tapicería de ciertos muebles, los pa3ales, los productos femeninos de la )igiene, las telas resistentes a la radiación BD para el uso exterior (toldos, cubiertas etc"!"
IODE1RADAILIDAD La degradación del PL es más lenta si la cristalinidad es ele%ada, si el contenido de L P"L"" es fuerte # si el peso molecular es ele%ado"En presencia de PL, los microorganismos ()ongos # bacterias! colonizan la superficie del polímero # son capaces de segregar enzimas que rompen en peque3os fragmentos el polímero; la colonización de la superficie depende de factores tales como la tensión superficial, porosidad # textura superficial # accesibilidad a las cadenas de polímeros" Los grupos )idrófilos de las enzimas (0=, =,8= ! atacan los grupos ester de las -cadenas de polímeros mediante reacciones de )idrólisis seguida por reacciones de oxidación, de esta forma reducen el polímero a fragmentos de peso molecular inferiores a .&&gKmol, los cuales
pueden ser digeridos por los microorganismos" Las reacciones enzimáticas ocurren generalmente en medio acuoso" Las condiciones necesarias para que se pueda producir el proceso de biodegradación son< Presencia de microorganismos, oxigeno, )umedad, nutrientes minerales, temperaturas entre -& a +&/0 dependiendo del microorganismo # p= entre .5
