Παρασκευή πλαστικών από φυσικά μονομερή

            Ένα σημαντικό παράδειγμα είναι ο πολυεστέρας του γαλακτικού οξέος (PLA).


PLA

            Το πολυγαλακτικό οξύ είναι θερμοπλαστικό και κατεργάζεται με όλες τις κοινές μεθόδους κατεργασίας των πετροχημικών θερμοπλαστικών. Μπορεί να υποστεί μορφοποίηση λεπτής μεμβράνης ή φύλλου , έγχυσης , εμφύσησης , θερμομόρφωσης και επιμήκυνσης ίνας. Μπορεί να γίνει ελαστικό ή άκαμπτο , είναι εκ φύσεως διαφανές , αλλά μπορεί να γίνει και αδιαφανές. Μπορεί να δεχθεί πρόσθετα πλήρωσης και η υψηλή μηχανική αντοχή του επιτρέπει να μορφοποιείται σε πολύ λεπτά φύλλα.
Το PLA είναι αδιάλυτο στο νερό και έχει καλή αντοχή σε παρατεταμένη υγρασία και λιπαρότητα. Οι μηχανικές του ιδιότητες μπορούν να μεταβληθούν , ανάλογα με το βαθμό πολυμερισμού και κρυσταλλικότητας , είτε να τροποποιηθούν με την ύπαρξη συμπολυμερούς γλυκολικού οξέος ή καπρολακτόνης.

            Το πολυγαλακτικό οξύ είναι βιοδιασπάσιμο και κομποστοποιήσιμο. Διασπάται με υδρόλυση ακόμα και χωρίς την παρουσία ενζύμων γι’ αυτό και μπορεί να ανακυκλωθεί εύκολα δίνοντας ξανά γαλακτικό οξύ.
Τα προϊόντα του PLA χρησιμοποιούνται:

  • στις φυτοκαλλιέργειες για παρασκευή μεμβρανών που απλώνονται στο έδαφος , γύρω από τις ρίζες , για προστασία από τον παγετό και για την μείωση της εξάτμισης του νερού από το έδαφος
  • για σακούλες συλλογής υλικών για κομποστοποίηση και για σακούλες απορριμμάτων κυρίως τροφίμων
  • για διαφανή πλαστικά μπουκάλια ποτών , κύπελα γιαουρτιών , περιτυλίγματα καραμέλας
  • για μιας χρήσης πιάτα , μαχαιροπήρουνα , ποτήρια , καλαμάκια
  • για επίστρωση χαρτιού και χαρτονιών
  • και για υφαντικές ίνες ρούχων , χαλιών , σεντονιών , πετσετών και ταπετσαριών.

Ενδιαφέρον παρουσιάζουν και οι βιοϊατρικές εφαρμογές .
Συμπολυμερή του γαλακτικού με το γλυκολικό οξύ χρησιμοποιούνται για μικροκάψουλες , μικροσωματίδια και μι

Γλυκολικό οξύ


κροσφαιρίδια σε συστήματα μεταφοράς και απελευθέρωσης ενεργών φαρμακευτικών ουσιών. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η χορήγηση ηπαρίνης. Η ηπαρίνη είναι ετεροπολυσακχαρίτης που αποτελείται από επαναλαμβανόμενες δισακχαριτικές μονάδες ουρονικού οξέος και γλυκοζαμίνης. Η συνήθης μορφή της είναι η Α

 


Ηπαρίνη


Η ηπαρίνη χρησιμοποιείται για να διαλύσει πρόσφατα σχηματισμένους θρόμβους ή για την πρόληψη της δημιουργίας θρόμβων κατά τη διάρκεια χειρουργικών επεμβάσεων. Η ηπαρίνη δεν μπορεί να χορηγηθεί από το στόμα λόγω της γρήγορης υδρόλυσης της και έτσι απαιτείται συνεχής έγχυση της στα αιμοφόρα αγγεία. Αυτό επιτυγχάνεται με ενθυλάκωση της σε μικροσφαιρίδια συμπολυμερούς γαλακτικού - γλυκολικού οξέος. Τα μικροσφαιρίδια απομονώνονται σε ένα αλγινικό (Παράρτημα) jel από το οποίο παρέχεται η ηπαρίνη ελεγχόμενα σε περίοδο 25 ημερών.
Σημαντικής σημασίας εφαρμογή αποτελεί η οστική μεταμόσχευση. Η χρήση οστικού εμφυτεύματος από άλλο οστό του ασθενούς περιορίζει τις επιλογές. Επίσης προσφορά από άλλο δότη ενέχει κινδύνους απόρριψης λόγω ασυμβατότητας. Τέλος η χρήση μεταλλικών ράβδων και δίσκων που εφάπτονται με πίεση γύρω από το σημείο κατάγματος είναι μερικές φορές αιτία αργής συγκόλλησης του οστού και τοπικής οστεοπόρωσης. Ο λόγος είναι η «προστασία φορτίου» (stress-shielding) που παρέχει το μεταλλικό εμφύτευμα στο σπασμένο οστό. Το οστό επειδή δεν επιβαρύνεται καθόλου με φορτίο αδρανοποιείται και η οστική πυκνότητα μειώνεται.
Άριστες λύσεις σε αυτά τα προβλήματα δίνουν εμφυτεύματα συμπολυμερούς γαλακτικού - γλυκολικού οξέος. Η άριστη μηχανική αντοχή του συνθετικού εμφυτεύματος υποστηρίζει ικανοποιητικά το οστό ενώ η πορώδης υφή , που μπορεί να λάβει , παρέχει μεγάλη επιφάνεια στην οποία νέα οστικά κύτταρα αναπτύσσονται καθώς το οστό αυτοθεραπεύεται. Η προσθήκη μέσα στο πολυμερές και πρόσθετων παραγόντων οστικής ανάπτυξης με μορφή μικροσφαιριδίων επιταχύνει ακόμα περισσότερο την οστική αποκατάσταση. Σε όλο αυτό το διάστημα το βιοπλαστικό αποικοδομείται αργά , ανάλογα με τον όγκο του και το σχήμα του ,αλλά συνεχίζει να παρέχει αξιόπιστη μηχανική υποστήριξη ακόμα και για 24 μήνες.

Πολλά τριγλυκερίδια φυτών και ζώων αποτελούν πρώτες ύλες για μια νέα ομάδα ανθεκτικών και σταθερών πολυμερών , που έχουν χρήσιμο και μακροχρόνιο κύκλο ζωής.
Τα τριγλυκερίδια αρχικά μετατρέπονται σε χημικά πιο ενεργή μορφή ώστε να μπορούν να πολυμεριστούν. Η εποξείδωση είναι μια τέτοια μέθοδος.

 


Εποξειδωμένο τριγλυκερίδιο σογιέλαιου

Το αρχικό υγρό της ρητίνης είναι χαμηλού μοριακού βάρους και μετά την επίδραση καταλυτών και επιταχυντών αναπτύσσεται το δίκτυο των διασταυρούμενων δεσμών. Στη συνέχεια ακολουθεί η έγχυση σε κατάλληλο εκμαγείο , το οποίο περιέχει ίνες ενισχυτικές του πολυμερούς , όπου με θερμομόρφωση ολοκληρώνεται η παρασκευή του στιβαρούς θερμοπλαστικού.
Ρητίνες σογιέλαιου με ενισχυτικές ίνες γυαλιού μπορούν να μετατραπούν σε μακρόβια και ισχυρά θερμοπλαστικά. Τέτοια υλικά βρίσκουν εφαρμογή σε εφόδια αγροπονίας , υλικά αυτοκινητοβιομηχανίας , εξοπλισμούς κατασκευαστικών εταιριών κ.α.
Αυτά τα νέα υλικά διαφέρουν πολύ από τα βιοπλαστικά σόγιας που είχε παρασκευάσει ο Henry Ford. Τότε ο Ford αναγκάστηκε να συμπολυμερίσει την πρωτεΐνη , που έμενε στη βιομάζα σόγιας μετά την έκθλιψη και την αφαίρεση του σογιέλαιου , με ρητίνη φαινόλης - φορμαλδεΰδης ή ουρίας – φορμαλδεΰδης έτσι ώστε να ενισχυθούν οι μηχανικές ιδιότητες του τελικού προϊόντος με πλέγμα διασταυρούμενων δεσμών. Τα νέα υλικά είναι αποκλειστικά από ανανεώσιμα υλικά , δεν περιέχουν φορμαλδεΰδη αλλά είναι εξίσου ισχυρά και αξιόπιστα.
Εκτός από σογιέλαιο και ίνες γυαλιού μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλα παρόμοια υλικά. Φυτικές ίνες από ξύλο , ψάθα , άχυρο , λινάρι , σπάγγο , παρουσιάζουν άριστα αποτελέσματα όταν συνδυάζονται με ρητίνες σογιέλαιου. Αν αντί για ίνες ξύλου στην κατασκευή μοριοσανίδων (κόντρα- πλακέ) μαζί με ριτίνες τριγλυκεριδίων μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ίνες άχυρου τότε η βιομηχανία προϊόντων ξύλου θα μπορούσε να προτείνει μια νέα και σημαντική χρήση για ένα άφθονο ,φθηνό και γρήγορα ανανεώσιμο αγροτικό αγαθό.

            Εποξειδωμένο σογιέλαιο πολυμερίζεται με κιτρικό οξύ δημιουργώντας ένα επίστρωμα του χαρτιού τύπου Κραφτ. Το νέο χαρτί παράγει ένα νέο τύπο βιοδιασπώμενου χαρτιού φυτοπροστασίας ριζών από παγετό και μείωσης ζιζανίων και εξάτμισης νερού από το έδαφος. Η επίστρωση αυτή αυξάνει την αντοχή στην υγρασία και αυξάνει το χρόνο βιοδιάσπασης του χαρτιού από 6 σε 10 εβδομάδες.

            Όλα τα παραπάνω υλικά παίζουν σημαντικό ρόλο στην αναδυόμενη βιομηχανία βιοπλαστικών γιατί για την παρασκευή τους χρησιμοποιούνται τα ήδη υπάρχοντα μέσα της πετροχημικής πλαστικοβιομηχανίας. Οι πιθανοί συνδυασμοί των ανανεώσιμων υλικών για παρασκευή βιοπλαστικών είναι πολυάριθμοι και οι δυνατότητες ποικίλες. Υπάρχουν όμως ορισμένοι παράγοντες οι οποίοι θα καθορίσουν την εξέλιξη τους καθώς και την ανάπτυξης και διεύρυνση των εμπορικών τους εφαρμογών.