ポリ乳酸：構造、特性、合成、用途 - 化学 - 2025

ポリ乳酸、その正しい名前ポリ（乳酸）であるが、乳酸を重合して形成された材料です。乳酸の二量体であるラクチドの分解と重合により得られることから、ポリラクチドとしても知られています。

ポリ（乳酸）またはPLAは酸ではなく、それを構成するモノマーに見られるポリエステルです。生分解しやすいポリマーで、生体適合性があります。どちらの特性も、環境と人体または動物の体の両方で容易に加水分解できるという事実によるものです。さらに、その分解は有毒化合物を生成しません。

乳酸またはポリ（乳酸）のポリマーの簡略式。ポリメレク。出典：ウィキペディアコモンズ。

外科手術中に縫合するためのフィラメントへのPLAの関与は何年も前から知られています。また、徐放性医薬品として製薬業界で使用されています。

それは人体のインプラントに使用されており、生物組織での使用や、最も多様なアプリケーションの3次元（3D）プリンティングに関する多くの研究があります。

最も生分解性が高く、毒性のないポリマーの1つであるため、その生産者は、現在数千の用途で使用されているすべての石油由来プラスチックをこの材料で置き換えることを提案しています。

さらに、製造業者によると、再生可能資源から来るため、PLAの製造と使用は、石油化学産業からプラスチックを製造するときに発生するCO ₂の量を削減する方法です。

構造

ポリ（乳酸）はポリエステルです。つまり、次の図に示すように、エステル単位の繰り返し-（C = O）-ORがあります。

ポリ（乳酸）またはPLAの構造。ジュ。出典：ウィキペディアコモンズ。

命名法

-ポリ-（乳酸）

-ポリラクチド

-PLA

-ポリ-（L-乳酸）またはPLLA

-ポリ-（D、L-乳酸）またはPDLLA

-ポリ乳酸

プロパティ

体調

-ポリ（D、L-乳酸）：アモルファス固体。

-ポリ（L-乳酸）：壊れやすいまたはもろい透明な半結晶性固体。

分子量

材料の重合度に依存します。

ガラス転移温度

それより低い温度では、ポリマーは硬く、もろく、もろくなり、それを超えると、ポリマーは弾性を持ち、展性を持ちます。

-ポリ（L-乳酸）：63ºC。

-ポリ（D、L-乳酸）：55ºC。

融点

-ポリ（L-乳酸）：170-180ºC。

・ポリ（D、L-乳酸）：アモルファスなので融点がありません。

分解温度

227-255°C。

密度

-アモルファス：1,248 g / cm ³

-結晶：1,290 g / cm ³

その他の特性

メカニカル

ポリ（L-乳酸）はポリ（D、L-乳酸）よりも機械的強度が高いです。

PLAは熱可塑的に処理するのが簡単なので、このポリマーから非常に細いフィラメントを得ることができます。

生体適合性

分解生成物である乳酸は、無害で完全に生体適合性です。人間の場合、筋肉や赤血球で産生されます。

生分解性

人体、動物、微生物などでの加水分解により熱分解し、加水分解と呼ばれます。

その特性の簡単な変更

それらの物理的、化学的、および生物学的特性は、適切な修飾、共重合、およびグラフト化によって調整できます。

合成

それは、真空下で乳酸を加熱することによって1932年に最初に得られました。HO-CH3-CH-COOH乳酸は、キラル中心（つまり、4つの異なるグループに結合した炭素原子）を持つ分子です。

このため、2つの鏡像異性体または鏡像異性体があります（これらは、2つの分子は同じですが、原子の空間方向が異なります）。

エナンチオマーはL-乳酸とD-乳酸であり、偏光の偏向方法によって互いに区別されます。それらは鏡像です。

乳酸エナンチオマー。左：L-乳酸。右：D-乳酸。すじにくシチチュー。出典：ウィキペディアコモンズ。

L-乳酸は、糖蜜、ジャガイモデンプン、トウモロコシブドウ糖などの天然糖の微生物による発酵から得られます。これは、現在入手するために推奨される方法です。

L-乳酸からポリ（乳酸）を調製すると、ポリ（L-乳酸）またはPLLAが得られます。

一方、L-乳酸とD-乳酸の混合物からポリマーを調製すると、ポリ-（D、L-乳酸）またはPDLLAが得られる。

この場合、酸混合物は、石油のエチレンから合成によって得られる、DおよびLエナンチオマーの等量の組み合わせです。この取得方法は、現在ほとんど使用されていません。

PLLAとPDLLAのプロパティは少し異なります。重合は2つの方法で実行できます：

-中間体の形成：ラクチドと呼ばれる環状二量体。その重合を制御でき、目的の分子量の生成物を得ることができます。

PLAを得るためのラクチド重合。ジュ。出典：Wikipedia Commons。–真空条件下での乳酸の直接縮合：低または中程度の分子量のポリマーを生成します。

PLAの2つの合成形態の比較。RLM0518。出典：ウィキペディアコモンズ。

医学での使用

その分解生成物は無毒であり、この分野でのその適用を支持しています。

縫合

縫合フィラメントの基本的な要件は、自然治癒によって接合部に強力な組織がもたらされるまで組織を所定の位置に保持することです。

1972年以来、Vicrylと呼ばれる縫合材料が製造されています。これは、非常に強力な生体吸収性のフィラメントまたは糸です。この糸はグリコール酸と乳酸のコポリマー（90:10）でできており、縫合部位で急速に加水分解されるため、体に吸収されやすくなります。

人体では、PLAは約168日で63％、1。5年で100％分解すると推定されています。

医薬品の使用

PLAの生分解性は、医薬品の制御放出に役立ちます。

ほとんどの場合、薬物は、医薬品を含むリザーバー（ポリマーで作られた）の加水分解と形態変化により徐々に放出されます。

他の場合では、薬物は高分子膜を通してゆっくりと放出されます。

インプラント

PLAは人体のインプラントとサポートに効果的であることが証明されています。骨折や骨切り術や骨手術の固定で良い結果が得られています。

生体組織工学

現在、組織や臓器の再建におけるPLAの応用について多くの研究が行われています。

PLAフィラメントは、麻痺した患者の神経を再生するために開発されました。

PLA繊維は、以前はプラズマによって処理され、細胞の成長を受け入れます。修復される神経の端は、プラズマで処理されたPLAの人工セグメントを使用して結合されます。

このセグメントでは、特別な細胞が播種され、神経の両端間の隙間を成長させて埋め、それらを結合します。時間の経過とともに、PLAサポートは摩耗し、神経細胞の継続的なチャネルが残ります。

また、膀胱の再建にも使用され、尿路上皮細胞（膀胱と尿路系の臓器を覆う細胞）と平滑筋細胞が播種される足場またはプラットフォームとして機能します。

繊維材料での使用

PLAの化学的性質により、繊維の特定の特性を制御できるため、さまざまな繊維、衣類、家具の用途に適しています。

たとえば、水分を吸収する能力と、水分と臭いの保持力が低いため、高性能アスリート向けの衣類を作るのに役立ちます。低アレルギー性で、皮膚を刺激しません。

ペットの服にも使え、アイロンがけも不要です。密度が低いため、他の繊維よりも軽量です。

それは再生可能資源から来ており、その生産は安価です。

様々な用途

PLAは、さまざまな用途（シャンプー、ジュース、水）のボトルを作るのに適しています。これらのボトルは、輝き、透明性、透明性を持っています。さらに、PLAは臭いや風味に対する非常に優れたバリアです。

ただし、これらの温度に達すると変形する傾向があるため、50〜60℃未満の温度での使用です。

使い捨ての皿、カップ、食器、ヨーグルト、フルーツ、パスタ、チーズなどの食品容器や、生鮮食品を詰めるPLAフォームトレイの製造に使用されます。グリース・油・水分を吸収せず、柔軟性があります。廃PLAは堆肥化できます。

PLAストロー、ストロー、またはストロー。F. Kesselring、FKuR Willich。出典：ウィキペディアコモンズ。

また、ポテトチップスなどの食品を包装するための薄いシートを作るためにも使用されます。

キャンディーのPLAパッケージ。F. Kesselring、FKuR Willich。出典：ウィキペディアコモンズ。

電子トランザクションカードやホテルの部屋のキーカードを作成するために使用できます。PLAカードは、セキュリティ機能を満たし、磁気テープの適用を可能にします。

電子機器や化粧品などの非常にデリケートな製品のボックスやカバーの製造に広く使用されています。この用途のために特別に準備されたグレードが使用され、他のファイバーと結合されます。

PLAから発泡フォームを作成して、繊細な楽器や物体を輸送するための衝撃吸収材として使用できます。

それは子供のためのおもちゃを作るために使用されます。

工学および農業での使用

PLAは、建設現場での排水溝、カーペットなどの床建設資材、ラミネートフローリング、カーペットやカークッションファブリックの壁紙に使用されます。

その使用は、導線のコーティングとして、電気業界で開発中です。

その用途には、PLAによる土壌保護フィルムが製造された農業の用途があります。これにより、雑草防除が可能になり、肥料の保持が促進されます。PLAフィルムは生分解性であり、収穫の終わりに土壌に組み込むことができるため、栄養素を提供できます。

作物の土壌保護PLAフィルム。F. Kesselring、FKuR Willich。出典：ウィキペディアコモンズ。

最近の研究

PLAへのナノコンポジットの追加は、耐熱性、結晶化速度、難燃性、帯電防止および導電特性、UV防止および抗菌特性などの特性のいくつかを改善するために研究されています。

一部の研究者は、グラフェンナノ粒子を追加することにより、PLAの機械的強度と導電率を向上させることに成功しました。これにより、PLAが3D印刷に関連して使用できるアプリケーションが大幅に増加します。

他の科学者は、有機リン酸ホスホリルコリンをPLA足場またはプラットフォームに移植することにより、（人体の動脈を修復するための）血管パッチの開発に成功しました。

血管パッチは、血管組織工学に有望であると考えられるような好ましい特性を示した。

その特性には、溶血（赤血球の崩壊）を引き起こさない、細胞に毒性がない、血小板の付着に抵抗する、血管を裏打ちする細胞に対して優れた親和性があるという事実が含まれます。

参考文献

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