Введение

Полигликолид или полигликолевая кислота (PGA), также называемая полигликолевой кислотой, является биоразлагаемым термопластичным полимером и простейшим линейным алифатическим полиэстером. Его можно получить из гликолевой кислоты посредством поликонденсации или полимеризации с раскрытием цикла. Полигликолид известен с 1954 года как прочный волокнообразующий полимер. Однако из-за его гидролитической нестабильности его применение первоначально было ограничено. В настоящее время полигликолид и его сополимеры (поли(молочная ко-гликолевая кислота) с молочной кислотой, поли(гликолид ко-капролактон) с ε-капролактоном и поли(гликолид ко-триметиленкарбонат) с триметиленкарбонатом) широко используются в качестве материала для синтеза рассасывающихся (поглощаемых) швов и изучаются в биомедицинской области.

Физические свойства

Полигликолид имеет температуру стеклования от 35 до 40 °C, а его температура плавления, по данным литературы, находится в диапазоне от 225 до 230 °C. PGA также демонстрирует высокую степень кристалличности, около 45–55%, что обуславливает его нерастворимость в воде. Волокна из PGA обладают высокой прочностью и модулем (7 ГПа) и отличаются особой жесткостью. Наиболее распространенным методом синтеза полимера с высокой молекулярной массой является полимеризация с раскрытием цикла "гликолида" – циклического диэстера гликолевой кислоты. Гликолид можно получить путем нагревания низкомолекулярного PGA под пониженным давлением с последующей дистилляцией диэстера. Полимеризация гликолида с раскрытием цикла может катализироваться различными катализаторами, включая соединения антимона, такие как триоксид антимона или тригалогениды антимона, соединения цинка (лактат цинка) и соединения олова, например, октаноат олова (II) (2-этилгексаноат олова) или алкоксиды олова. Октаноат олова (II) является наиболее часто используемым инициатором, поскольку он одобрен FDA в качестве стабилизатора пищевых продуктов. Также известно применение других катализаторов, таких как изопропоксид алюминия, ацетилацетонат кальция и некоторые алкоксиды лантаноидов (например, изопропоксид иттрия). Процедура полимеризации с раскрытием цикла вкратце следующая: каталитическое количество инициатора добавляют к гликолиду в атмосфере азота при температуре 195 °C. Реакцию проводят в течение примерно двух часов, после чего температуру повышают до 230 °C на около получаса. После затвердевания полученный полимер с высокой молекулярной массой собирают. PGA также можно получить путем взаимодействия монооксида углерода, формальдегида или его производных, таких как параформальдегид или триоксан, в присутствии кислотного катализатора. В атмосфере монооксида углерода в автоклав загружают катализатор (хлоросульфоновую кислоту), дихлорметан и триоксан, затем его заполняют монооксидом углерода до достижения определенного давления; реакционную смесь перемешивают и выдерживают при температуре около 180 °C в течение двух часов. По завершении реакции непрореагировавший монооксид углерода удаляют и собирают смесь полигликолидов с низкой и высокой молекулярной массой.

Деградация

Для полигликолида характерна гидролитическая нестабильность, обусловленная наличием сложноэфирной связи в его основной цепи. Процесс деградации является эрозионным и, по-видимому, протекает в два этапа, в ходе которых полимер превращается обратно в мономер – гликолевую кислоту: сначала вода диффундирует в аморфные (некристаллические) области полимерной матрицы, разрывая сложноэфирные связи; второй этап начинается после эрозии аморфных областей, что делает кристаллическую часть полимера восприимчивой к гидролитическому воздействию. После разрушения кристаллических областей полимерная цепь растворяется. В физиологических условиях полигликолид подвергается случайному гидролизу и, по всей видимости, также расщепляется под действием определенных ферментов, особенно тех, которые обладают эстеразной активностью. Продукт деградации, гликолевая кислота, нетоксичен, но, подобно этиленгликолю, метаболизируется в оксаловую кислоту, что может представлять опасность. Часть гликолевой кислоты также выводится с мочой. Исследования швов из полигликолида показали, что материал теряет половину своей прочности через две недели и 100% – через четыре недели. Полимер полностью рассасывается организмом в течение четырех-шести месяцев.

Применение

Хотя полигликолевая кислота (PGA) была известна с 1954 года, её применение было ограничено из-за чувствительности к гидролизу по сравнению с другими синтетическими полимерами. Однако в 1962 году этот полимер был использован для разработки первого синтетического рассасывающегося хирургического шва, который продавался под торговым названием Dexon. Производство осуществляется в городе Белл, штат Западная Вирджиния, с планируемой мощностью 4000 метрических тонн в год. Его барьерные свойства обусловлены высокой степенью кристалличности, которая лежит в основе механизма извилистого пути, обеспечивающего низкую проницаемость. Ожидается, что версия с высокой молекулярной массой найдет применение в качестве промежуточного слоя между слоями полиэтилентерефталата для повышения барьерной защиты скоропортящихся продуктов, включая газированные напитки и продукты, теряющие свежесть при длительном контакте с воздухом. Эта технология полигликолидных межслоев также может позволить создавать более тонкие пластиковые бутылки, сохраняющие необходимые барьерные свойства. Версия с низкой молекулярной массой (около 600 а.е.м.) доступна от компании The Chemours Company (ранее часть DuPont) и, как утверждается, полезна в нефтегазовой отрасли.