PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.2. Poly (axit lactic) (PLA)
PLA là một polyeste tổng hợp từ monome axit lactic. Nó là một trong các polyme sinh học được sản xuất từ các loại bột ngô, lúa mì, khoai tây...
Monome ban đầu của PLA là axit lactic được tạo thành khi vi khuẩn sử dụng tinh bột làm thức ăn. Axit lactic có 2 dạng đồng phân có hoạt tính quang học là L (+) axit lactic (PLLA) và D (-) axit lactic (PDLA). PLLA có độ kết tinh cao, còn PDLA tồn tại chủ yếu dưới dạng vô định hình [7].
Hình 1.3. Hai dạng cấu hình của LA
Do axit lactic tồn tại ở 2 dạng đồng phân không gian nên poly (axit lactic) tạo thành sẽ có 3 dạng cấu hình: D,D-lactic (gọi là D-lactic), L,L- lactic (L-lactic) và L,D- lactic hoặc D,L- lactic (meso-lactic) (trong đó, D và L-lactic có hoạt tính quang học nhưng meso thì không nên PLA có nhiều loại khác nhau). Nói chung PLA thương mại thường là copolyme của L-lactic và D-lactic. Để ứng dụng trong lĩnh vực y sinh người ta thường sử dụng cấu hình dạng L (PLLA) vì nó có cấu trúc tinh thể nên có khả năng tương thích sinh học với cơ thể người tốt hơn [1, 41].
PLA là polyme có nhiều tính chất tốt như dễ gia công, khả năng tương hợp tốt và có khả năng phân huỷ sinh học. Tốc độ phân huỷ, tính chất cơ lý thay đổi trong khoảng rộng phụ thuộc vào khối lượng phân tử (KLPT), thành phần và cấu trúc kết tinh của PLA. Hàm lượng D- lactic có trong PLA được dùng để điều chỉnh độ kết tinh và tính chất của PLA thu được [54, 55].
PLA là nhựa ở dạng hạt có màu trắng đục, cứng. Tỷ trọng của PLLA là
1,25–1,29 g/cm3 và PDLLA là 1,27 g/cm3. Khi tăng hàm lượng tinh thể, độ bền của PLA tăng lên. PLA thu được bằng trùng ngưng axit lactic có KLPT thấp và chứa nhiều nhóm –COOH và – OH cuối mạch nên chúng có thể tham gia phản ứng với các monome hay polyme chứa nhóm chức cuối mạch như các nhóm cacboxyl, hyđroxyl, amino, anhyđrit axit... Kết quả là PLA được nối dài thêm, KLPT tăng.
Tính chất nhiệt của PLA phụ thuộc nhiều vào cấu trúc lập thể [38].
PLA nóng chảy ở 130 - 215oC. PLLA có Tm ở 170–183oC. Độ bền nhiệt của PLA giảm nhanh trong điều kiện nhiệt độ và hơi ẩm cao.
Độ tan của PLA phụ thuộc vào KLPT, độ kết tinh. PLA tan trong các dung môi clorua hay florua hữu cơ, đioxan, furan, axeton, pyridin, etyl lactat, tetrahydrofuran, xylen, etylaxetat, dimetylsulfoxit, N,N-dimetylfocmamit và metyl etyl xeton. Nó không tan trong nước, rượu (metanol, etanol, propylen glycol) và hydrocarbon chưa thế (hexan, heptan) [22].
PLA là một polyme bán tinh thể, có cơ tính cao như các nhựa nhiệt dẻo thông dụng. Nó có độ cứng cao, dễ tạo thành nếp khi gấp, độ bền mài mòn cơ học cao, modul lớn, độ bền kéo đứt lớn nhưng khả năng dãn dài kém và độ mềm dẻo không cao so với poly etylen (PE) hay poly propylen (PP). Để tăng khả năng mềm dẻo của PLA, người ta thường đưa vào chất hóa dẻo như poly (etylen glycol) (PEG), poly (etylen oxit) (PEO), poly caprolacton (PCL)
… Tính chất cơ học của PLA có thể thay đổi trong phạm vi rộng từ mềm, dãn dẻo tới cứng và nhựa có độ bền kéo cao, phụ thuộc vào thành phần và KLPT của PLA. Khi KLPT tăng, cơ tính PLA tăng [30].
PLA chống thấm khí khá tốt. Khả năng thấm khí của PLA với N2, O2
và CO2 thấp hơn nhiều so với PE. Do đó, PLA che chắn không khí tốt hơn PE nhiều. Ngoài ra, PLA giữ mùi hương tốt, cách nhiệt tốt, độ bóng và trong cao, trơ với chất béo [48]. PLA có khả năng chống cháy, chống bức xạ tử ngoại, ít bị phai màu [42]. Nó dễ nhuộm màu với tỷ lệ chất màu rất nhỏ.
PLA là một polyeste nên dễ bị thủy phân. Tác nhân thúc đẩy thuỷ phân PLA là nhiệt độ, độ ẩm và các chất xúc tác như axit, bazơ và enzym của vi sinh vật. Hai yếu tố ảnh hưởng chính đến thủy phân của PLA là sự thấm nước và cơ chế tự xúc tác [22]. PLA có các nhóm axit cacboxylic cuối mạch có thể xúc tác thủy phân PLA xảy ra nhanh hơn [19]. Cơ chế tự xúc tác thể
hiện rừ khi ngõm mẫu PLA trong dung dịch đệm có pH = 7,4 ở 37°C. Các phản ứng thủy phân PLA tự xúc tác diễn ra như sau:
(1.6)
(1.7)
PLA dễ bị phân huỷ nhanh ở môi trường có độ ẩm cao và nhiệt độ cao (55 - 70°C). Độ bền của PLA phụ thuộc KLPT và hàm lượng tinh thể. PLA có
KLPT càng thấp càng dễ bị phân huỷ. Quá trình thủy phân enzym và phân hủy của PLA trong các môi trường chứa vi sinh cũng chịu ảnh hưởng lớn bởi KLPT và độ kết tinh của PLA ban đầu [46]. KLPT của PLLA càng nhỏ thì tốc độ phân hủy sinh học càng lớn.
Ngoài nhược điểm là dễ bị thủy phân, PLA còn có một số nhược điểm khác như giòn, độ dãn dài khi đứt thấp, quy trình điều chế phức tạp và giá thành cao đã hạn chế khả năng sử dụng của nó. Để khắc phục được các nhược điểm này, PLA đã được trộn hợp với các polyme khác hay với các chất độn bằng nhiều phương pháp khác nhau để tạo ra các polyme blend và compozit có tính chất như mong muốn, đáp ứng yêu cầu sử dụng [1].
PLA như một polyme đa năng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có lĩnh vực y tế. PLA dùng làm vỏ bọc của viên thuốc, môi trường nuôi cầu khuẩn, tạo gel nước, làm chỉ khâu vết thương, mô tế bào… Một số
đồ dùng y tế cũng làm từ polyme này. Sau thời gian sử dụng nhất định trong cơ thể con người, chúng phân hủy và không gây độc hại trong cơ thể. Ngoài ra, PLA còn có khả năng khử trùng hiệu quả và tương đối ổn định trong điều kiện nhiệt độ khác nhau. Do độ bền kéo khá cao và tỷ trọng khá nhẹ so với kim loại nên PLA được dùng làm nẹp đỡ trong phẫu thuật chỉnh hình. PLA còn có khả năng khống chế tỷ lệ giải phóng các chất gây mê trong y dược theo yêu cầu sử dụng. Thông thường, một lượng nhỏ PLA được đưa vào cơ thể người có tác dụng làm chậm quá trình giải phóng, kéo dài tác dụng của thuốc trong một thời gian dài [16].
1.3. Vật liệu compozit trên cơ sở PLA và HAp