Кіріспе

Полигликолид немесе полигликоль қышқылы (PGA), сондай-ақ полигликоль қышқылы деп те жазылады, биодеградацияланатын, термопластикалық полимер және ең қарапайым тікелей, алифалық полиэстер. Оны гликоль қышқылынан поликонденсация немесе цикл ашу полимерлендіру арқылы алуға болады. PGA 1954 жылдан бері берік талшық түзететін полимер ретінде белгілі. Дегенмен, гидролитикалық тұрақсыздығына байланысты, бастапқыда оның қолданылуы шектеулі болды. Қазіргі уақытта полигликолид және оның сополимерлері (сүт қышқылымен поли(лактат-ко-гликоль қышқылы), ε-капролактонмен поли(гликолид-ко-капролактон) және триметилен карбонатымен поли(гликолид-ко-триметилен карбонат)) сіңірілетін тігістерді синтездеуге қолданылатын материал ретінде кеңінен пайдаланылады және биомедицина саласында зерттелуде.

Физикалық қасиеттері

Полигликолидтің шыны тәріздес температурасы 35-40 °C аралығында, ал балқу температурасы 225-230 °C шамасында болады. PGA сондай-ақ шамамен 45–55% жоғары кристаллизация дәрежесін көрсетеді, осының салдарынан суда ерімейді. PGA талшықтары жоғары беріктікке және модульге (7 ГПа) ие, әсіресе қатты болып келеді. Полимердің жоғары молекулалық салмақты түрін алу үшін ең көп қолданылатын синтез – гликолидтің (гликоль қышқылының циклдiк диэстері) айналма полимерленуі. Гликолидті төмен қысымда қыздыру арқылы, диэстерді дистилляциялау жолымен бөліп алып, төмен молекулалық салмақты PGA-ны дайындауға болады. Гликолидтің айналма полимерленуі әртүрлі катализаторлардың көмегімен жүзеге асырылуы мүмкін, олардың ішінде антимон қосылыстары (мысалы, антимон триоксиді немесе антимон тригалогендері), мырыш қосылыстары (мырыш лактаты) және қалайы қосылыстары (станноздық октоат – қалайы(II) 2-этилгексаноаты немесе қалайы алкоксидтері) бар. Станноздық октоат ең көп қолданылатын инициатор, себебі ол FDA тарапынан азық-түлік тұрақтандырғыш ретінде бекітілген. Басқа катализаторлардың да қолданылуы белгілі, соның ішінде алюминий изопропоксиді, кальций ацетилацетонаты және бірнеше лантаноид алкоксидтері (мысалы, иттрий изопропоксиді) бар. Айналма полимерлену процедурасы қысқаша былай сипатталады: гликолидке азот атмосферасында 195 °C температурада каталитикалық мөлшерде инициатор қосылады. Реакция шамамен екі сағатқа созылады, содан кейін температура шамамен жарты сағатқа 230 °C-қа дейін көтеріледі. Қатаюдан кейін жоғары молекулалық салмақты полимер жиналады. PGA көміртек оксиді, формальдегид немесе оның туысқан қосылыстары (параформальдегид немесе триоксан) сияқты заттарды қышқыл катализатордың қатысуымен реакцияға түсіру арқылы да алынуы мүмкін. Көміртек оксиді атмосферасында автоклав катализатормен (хлорсульфон қышқылымен), дихлорметанмен және триоксанмен толтырылады, содан кейін белгілі бір қысымға дейін көміртек оксидімен толтырылады; реакция араластырылып, шамамен 180 °C температурада екі сағат бойы жүргізіледі. Реакция аяқталғаннан кейін пайда болмаған көміртек оксиді шығарылады және төмен және жоғары молекулалық салмақты полигликолид қоспасы жиналады.

Деградация

Полигликолид полимер тізбегіндегі эфирлік байланыс болуына байланысты гидролиздік тұрақсыздықпен сипатталады. Бұл деградация процесі эрозиялық сипатта және полимердің гликоль қышқылы мономерыне айналуы екі кезеңде жүзеге асады: алғашқыда су полимер матрицасының аморфты (кристалдық емес) аймақтарына сіңіп, эфирлік байланыстарды үзеді; екінші кезең аморфты аймақтар эрозияға ұшырағаннан кейін басталады, нәтижесінде полимердің кристаллдық бөлігі гидролиздік әсерге ұшырайды. Кристаллдық аймақтардың ыдырауынан полимер тізбегі еріп кетеді. Физиологиялық жағдайларда полигликолид кездейсоқ гидролиз арқылы ыдырайды, сондай-ақ, әсіресе эстераза активтілігі бар белгілі бір ферменттердің әсерінен де ыдырайды. Деградация өнімі – гликоль қышқылы улы емес, бірақ этиленгликоль сияқты, ол оксаль қышқылына метаболизденеді, бұл қауіпті болуы мүмкін. Гликоль қышқылының бір бөлігі зәрмен шығарылады. Полигликолидтен жасалған тігістерді қолдану арқылы жүргізілген зерттеулер көрсеткендей, материал екі аптадан кейін күшінің жартысын, ал төрт аптадан кейін толығымен (100%) жоғалтады. Полимер организмде 4-6 ай ішінде толыққандай сіңіріледі.

Қолданылуы

1954 жылдан бері белгілі болған PGA, басқа синтетикалық полимерлермен салыстырғанда гидролизге сезімтал болғандықтан, аз қолданыс тапқан. Алайда, 1962 жылы бұл полимер алғашқы синтетикалық сіңірілетін тігіс жасау үшін пайдаланылды, ол "Дексон" сауда атауымен сатылды. Өндіріс Батыс Вирджиния штатының Белл қаласында орналасқан, жылдық қуаты 4000 метрикалық тоннаға дейін жетеді. Оның кедергілік қасиеттері жоғары дәрежеде кристалдануымен және төмен өткізгіштік үшін қисық жол механизмімен байланысты. Жоғары молекулалық салмақты нұсқасы полиэтилен терефталат қабаттары арасындағы аралық қабат ретінде қолданылуы күтілуде, бұл тез бұзылатын тағамдарды, соның ішінде газдалған сусындарды және ұзақ уақыт ауамен байланысқанда өзінің жаңалықтарын жоғалтатын тағамдарды жақсырақ қорғауға мүмкіндік береді. Бұл полигликолидті аралық қабат технологиясы арқасында қажетті кедергілік қасиеттерін сақтайтын жұқа пластикалық бөтелкелерді жасауға да болады. Төмен молекулалық салмақты нұсқасы (шамамен 600 аму) "The Chemours Company" (бұрынғы "DuPont" компаниясының бөлігі) арқылы қолжетімді және мұнай және газ саласында пайдалы болуы мүмкін.