В 2022 году биопластик под названием полимолочная кислота (PLA) потреблялся в первую очередь среди всех биопластиков в мире, занимая около 26% от общего спроса на биопластики. Эта значительная доля рынка свидетельствует о растущей важности PLA как экологичной альтернативы традиционным пластикам.
Вам, возможно, интересно, почему PLA так популярен. Он производится из возобновляемых ресурсов, таких как кукурузный крахмал, что делает его экологически безопасным вариантом для самых разных применений: от упаковки пищевых продуктов до медицинских имплантатов и 3D-печати.
Исследуя мир PLA, вы откроете для себя его уникальные свойства, преимущества и ограничения, а также поймете, подходит ли этот материал для ваших нужд.
Что такое PLA-пластик?
ПЛА (полимолочная кислота) — это термопластичный полиэфир, получаемый из ферментированного растительного крахмала. Сейчас вы узнаете больше об этом универсальном материале и процессе его производства.
Определение и химический состав
ПЛА — это биопластик, состоящий из повторяющихся мономеров с химической формулой C3H4O2. Он состоит из молекул молочной кислоты, которые полимеризуются с образованием длинных цепей, что обуславливает уникальные свойства материала. Химическая структура ПЛА влияет на его свойства, делая его биоразлагаемым при определённых условиях и подходящим для различных применений.
Как производится PLA
Производство PLA включает несколько этапов. Сначала из таких растений, как кукуруза, сахарный тростник или корни маниоки, извлекают крахмал. Затем крахмал преобразуется в сахар методом мокрого помола. Сахар ферментируется для получения молочной кислоты, которая затем преобразуется в лактид. Наконец, лактид полимеризуется для получения PLA. Большая часть PLA производится из кукурузы, поскольку это один из самых дешёвых и доступных сахаров в мире.
Свойства полимолочной кислоты
Понимание свойств полимолочной кислоты (ПЛА) имеет решающее значение для определения её пригодности для различных применений. Чтобы в полной мере оценить её ценность, необходимо учитывать как её физические, так и механические свойства.
Физические свойства
Физические свойства PLA делают его привлекательным материалом для потребительских товаров. Его плотность варьируется от 1210 до 1430 кг/м³, он часто обладает прозрачностью и естественным блеском. Температура стеклования PLA составляет 60–65 °C, а температура плавления — от 130 до 180 °C. Эти термические свойства существенно влияют на поведение PLA в процессе переработки и использования.
Механические свойства
Механические свойства PLA находятся между свойствами полистирола и ПЭТ. Он обладает хорошей термосвариваемостью, но очень хрупкий, с удлинением при разрыве менее 10%. Прочность на разрыв материала сопоставима с ПЭТ, но он значительно менее гибок и ударопрочен. Свойства PLA можно изменять с помощью добавок, смешивания с другими полимерами или применения различных методов обработки, чтобы улучшить его эксплуатационные характеристики для различных целей.
Преимущества и недостатки PLA
Понимание плюсов и минусов PLA-пластика имеет решающее значение для определения его пригодности для различных применений. PLA-пластик обладает рядом преимуществ, что делает его привлекательной альтернативой традиционным пластикам.
Преимущества использования PLA
Производство PLA требует на 65% меньше энергии, чем производство пластиков на основе нефти, и выделяет на 68% меньше парниковых газов. PLA — это биоматериал, получаемый из возобновляемых сельскохозяйственных ресурсов, и является экологичным выбором. Он также биоразлагаем в условиях промышленного компостирования, распадаясь на безвредную молочную кислоту, углекислый газ и воду. Кроме того, PLA одобрен FDA для использования в контакте с пищевыми продуктами, что делает его идеальным материалом для упаковки продуктов питания.
Ограничения НОАК
Несмотря на свои преимущества, PLA имеет ряд ограничений. Он обладает низкой термостойкостью, что делает его непригодным для использования в условиях высоких температур. PLA также относительно хрупкий и обладает ограниченными барьерными свойствами, что может повлиять на его эксплуатационные характеристики в некоторых областях применения. Кроме того, гидрофобность PLA может влиять на его деградационные характеристики в зависимости от конкретных условий.
Типы PLA и методы обработки
Для полного использования PLA важно понимать его различные типы и способы переработки. PLA можно разделить на три основных подсемейства: PDLLA (поли-DL-молочная кислота), PLLA (поли(L-молочная кислота)) и PDLA (поли(D-молочная кислота)). Эти типы имеют одинаковый химический состав, но различаются трёхмерной молекулярной структурой.
Различные формы PLA
Три основных типа PLA используются в различных областях в зависимости от их свойств. PLLA — наиболее распространённый тип, используемый в потребительских товарах и 3D-печати благодаря своим благоприятным свойствам. PDLA и PDLLA, с другой стороны, находят специфическое применение в медицине и промышленности, где их уникальные характеристики играют важную роль.
Как обрабатывается PLA
ПЛА-пластик можно обрабатывать различными методами, включая 3D-печать, литье под давлением, экструзию, механическую обработку и сварку растворителем. В 3D-печати ПЛА-пластик широко используется в виде филамента диаметром 1.75 или 2.85 мм. Параметры обработки, такие как температура и скорость охлаждения, можно регулировать для улучшения эксплуатационных характеристик ПЛА-пластика в конкретных областях применения.
Применение пластика PLA
ПЛА-пластик универсален и находит применение в различных отраслях. Его уникальные свойства делают его пригодным для широкого спектра применений: от потребительских товаров до медицинских приборов и 3D-печати.
Потребительское и промышленное использование
ПЛА-пластик используется в различных потребительских товарах, включая одноразовую посуду, упаковку для продуктов питания и компостные мешки. Крупные компании внедряют упаковку из ПЛА-пластика, чтобы снизить своё воздействие на окружающую среду.
Медицинские применения
ПЛА используется в медицине для производства биорассасывающихся шовных материалов, имплантатов, систем доставки лекарств и каркасов для тканевой инженерии. Преимуществами ПЛА являются его биоразлагаемость и биосовместимость.
3D-печать с использованием PLA
В 3D-печати PLA-пластик популярен благодаря простоте использования, минимальной деформации и возможности создания мельчайших деталей. Он идеально подходит как для любителей, так и для профессионалов.
Биоразлагаемость и воздействие на окружающую среду
Потенциал PLA-пластика в плане сокращения количества пластиковых отходов зависит от его биоразлагаемости и условий, необходимых для его разложения. Следует понимать, что PLA обычно считается компостируемым в условиях промышленного компостирования, но не в условиях домашнего. Процесс разложения включает три механизма: гидролиз, термическое разложение и фотодеградацию.
Для эффективного биоразложения PLA необходимы температура выше 60°C и высокая влажность, что обычно наблюдается в промышленных компостных цехах. Эта специфика условий часто приводит к заблуждениям об экологической пользе PLA, поскольку в обычных условиях он не разлагается в домашних компостных контейнерах, океанах или на свалках.
Варианты утилизации изделий из PLA включают промышленное компостирование, химическую переработку и включение в существующие процессы переработки, хотя существуют и некоторые сложности. Новые технологии переработки PLA позволяют преобразовывать использованный PLA обратно в строительные блоки, потенциально создавая замкнутую систему.
FAQ
Из чего сделана полимолочная кислота?
Полимолочная кислота производится из возобновляемых ресурсов, таких как кукурузный крахмал, сахарный тростник или картофельный крахмал, которые ферментируются для получения молочной кислоты — строительных блоков этого биопластика.
Поддается ли полимолочная кислота биоразложению?
Да, в контролируемых условиях компостирования полимолочная кислота может биоразлагаться, что снижает ее воздействие на окружающую среду по сравнению с традиционными пластиками на основе нефти.
Подходит ли полимолочная кислота для 3D-печати?
Да, полимолочная кислота является популярным филаментом для 3D-печати из-за простоты использования, низкой деформации и минимального выделения запаха во время печати.
Как процесс производства полимолочной кислоты влияет на ее свойства?
Производственный процесс, включая метод и условия полимеризации, может существенно влиять на физико-механические свойства конечного продукта.
Каковы ограничения использования полимолочной кислоты?
К недостаткам можно отнести относительно низкую ударную вязкость, чувствительность к влаге и ограниченную термостойкость, что может ограничивать его применение в определенных областях.
