Modeling and simulation of Poly(lactic acid) production process obtained from renewable feedstocks for biomedical use

O desenvolvimento de materiais para a aplicação em engenharia tecidual vem sendo um dos grandes desafios na pesquisa de biomateriais. Polímeros não tóxicos e biocompatíveis ao corpo humano são estudados para viabilizar sua aplicação em técnicas avançadas de biofabricação, como a prototipagem rápida. Estas técnicas utilizam biomateriais, permitindo manipular e depositar nestes, células vivas em um processo de construção por camadas de matrizes ou -scaffoldsII, possibilitando seu posterior uso como dispositivos médicos. Dentre os biomateriais que podem ser utilizados na prototipagem rápida para uso biomédico, encontra-se o poli (ácido láctico) ou PLA, o qual é sintetizado a partir do ácido láctico que pode ser obtido por fermentação de açúcares extraídos de fontes renováveis, tais como cana-de-açúcar e milho. O PLA é um polímero biocompatível usado em várias aplicações biomédicas, devido à sua degradabilidade em contato com fluidos corpóreos e capacidade de ser absorvido pelo corpo humano. Trata-se de um polímero muito versátil que pode ser produzido com ampla gama de propriedades. Devido a estas características, encontrar os valores ótimos de todas as variáveis para atingir propriedades específicas do produto, torna-se inviável experimentalmente, visto que há elevado custo e grande tempo requerido pelos experimentos. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver uma planta de processamento virtual para estudar e simular o processo de síntese do PLA a partir de fontes renováveis usando o simulador comercial ASPEN PLUS®. Através das simulações foram identificadas as relações das propriedades do polímero com as condições operacionais (temperatura, pressão, entre outras) e de projeto (volume reacional), visando obter um produto final com alta massa molar e purezaThe development of successful materials for use in tissue engineering has been one of the major challenges in biomaterials research. Biocompatible polymers as well as advanced biomanufacturing techniques, such as rapid prototyping, have been extensively studied. These techniques use biomaterials that allow the manipulation and deposition of living cells in a layer-by-layer building process to create- scaffoldsII for further use as medical devices. Poly (lactic acid) or PLA, which is synthesized from lactic acid obtained by fermentation of sugars derived from renewable sources such as sugar cane and corn, is one of the most common biomaterials employed in rapid prototyping. PLA is a biocompatible polymer used in several biomedical applications due to its high biodegradability in contact with body fluids and its ability to be absorbed by the human body. Furthermore, it is a very versatile polymer that can be produced with a wide range of properties. Therefore, the experimental process to adjust and optimize all the variables in order to achieve specific properties of the product is impractical, not only because of the high economic cost it involves, but also because of the time-consuming nature of the process. In this context, the study and simulation of the synthesis of PLA from renewable sources was proposed using the commercial simulator ASPEN PLUS® in order to identify the relationship between the polymer properties and the operating conditions (temperature, pressure, etc.) as well as the design conditions (reaction volume) so as to achieve a final product with high molecular weight numbe