پلی لاکتیک اسید PLA

پلی لاکتیک اسید یا PLA یک پلی استر ترموپلاستیک با فرمول (C₃H₄O2)_N یا [-C(CH₃)HC(=O)O-]_N است و با تغلیظ اسید لاکتیک حاصل می شود. همچنین می توان آن را با پلیمریزاسیون حلقه باز لاکتید تهیه کرد. PLA به دلیل تولید اقتصادی از منابع تجدیدپذیر به یکی از متریال های محبوب تبدیل شده است. در سال 2010 PLA دومین حجم مصرف را در میان بایوپلاستیک ها در کل جهان داشت؛ در حالی که هنوز یک commodity polymer به حساب نمی آید. PLA پر مصرف ترین فیلامنت پلاستیکی در پرینت سه بعدی است.

نام اسید پلی لاکتیک با نامگذاری استاندارد IUPAC مطابقت ندارد و مبهم و گیج کننده است زیرا که PLA یک پلی اسید نیست بلکه یک پلی استر است.

تولید PLA

این مونومر معمولا از نشاسته ی تخمیر شده ی گیاهانی چون ذرت، کاساوا، نیشکر یا تفاله ی چغندر قند ساخته می شود. مسیرهای صنعتی متعددی PLA مقرون به صرفه تولید می کنند. دو مونومر اصلی در این پروسه ها استفاده می شوند: لاکتیک اسید و دی استر حلقوی، لاکتید. رایج ترین مسیر رسیدن به PLA، پلیمریزاسیون حلقه باز لاکتید با کاتالیزورهای مختلف فلزی(به طور معمول اکتوات قلع) در محلول یا به صورت ساسپنشن است. واکنش کاتالیزور فلز سبب کاهش ویژگی های نژادی آن در قیاس با متریال اولیه می شود.

از تلغیظ مستقیم مونومرهای اسید لاکتیک نیز می توان جهت تولید PLA استفاده کرد. این پروسه باید در دمای کمتر از 200 درجه انجام شود.

خصوصیات PLA

خصوصیات شیمیایی PLA

به دلیل خاصیت کایرال بودن اسید لاکتیک، چندین شکل مختلف از پلی لاکتید وجود دارد: poly-L-lactide(PLLA)، محصول پلیمریزاسیون LL-LACTIDE. PLA در حلال ها، بنزن گرم، تتراهیدروفوران و دیوکسان محلول است.

خصوصیات فیزیکی و مکانیکی پلی لاکتیک اسید PLA

گستره ی پلیمرهای PLA از پلیمرهای شیشه ای آمورف تا پلیمرهای نیمه بلور و بسیار کریستالی با دمای انتقال شیشه ای 60 تا 60 درجه سانتی گراد، دمای ذب 130 تا 180 و مدول کششی 2.7 تا 16 GPa متغیر است. PLA مقاوم در برابر حرارت می تواند دمای 110 درجه را تاب بی آورد. خصوصیات مکانیکی پایه ی PLA چیزی مابین خصوصیات پلی استایرن وpet است. دمای ذوب PLLA می تواند تا 40-50 درجه افزایش داد و با ترکیب فیزیکی پلیمر با PDLA دمای انحراف گرما را می توان از تقریبا 60 درجه سانتی گراد تا 190 افزایش داد.

کاربرد PLA

PLA به عنوان فیلامنت در پرینترهای سه بعدی FFF رومیزی استفاده می شود.قطعات پرینت شده با PLA را می توان در قالب های گچ مانند قرار داد و سپس در کوزه سوزاند از این رو خلا ایجاد شده را می توان با فلز مذاب پر کرد. از این شیوه تحت عنوان Lost PLA Casting یاد می شود.

PLA می تواند به اسید لاکتیک بی ضرر تبدیل شود و در مصارف پزشکی همچون ایمپلنت ها مورد استفاده قرار گیرد. بسته به شیوه ی استفاده شده؛ در طی 6 ماه تا 2 سال در داخل بدن تجزیه می شود. این تخریب تدریجی برای سازه های ساپورت مناسب است زیرا با بهبود آن ناحیه از بدن به تدریج استخوان ها جایگزین می شوند. استحکام ایمپلنت های PLA و PLLA به طور کامل مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته و اثبات شده است.

از پلی لاکتیک اسید PLA می توان به عنوان متریال بسته بندی تجزیه پذیر نیز استفاده کرد. از این ماده در تولید لیوان و کیف ها هم استفاده شده است. جهت تولید بسته بندی ها، کیسه های کامپوست، بسته بندی مواد غذایی و ظروف یکبار مصرف نیز کاربرد دارد. به علاوه، PLA پتانسیل های بسیاری نیز در زمینه های، روکش مبلمان، لباس های تجزیه پذیر، سایبان ها، محصولات بهداشتی بانوان و پوشک ها دارد.

تخریب پلی لاکتیک اسید PLA

PLA با استفاده از سه مکانیزم تخریب می شود:

• هیدرولیز: گروه های استر زنجیره ی اصلی شکسته می شوند که سبب کاهش وزن مولکولی می شود.
• تخریب حرارتی: یک پدیده ی پیچیده منجر به ظهور ترکیبات مختلفی چون مولکول های سبک تر، الیگومر های خطی و حلقوی با Mw و لاکتیدهای متفاوت می شود.
• تجزیه ی نوری: اشعه ی ماورا بنفش سبب تخریب PLA می شود. این عامل عمدتا زمانی کاربرد دارد که PLA در معرض نور خورشید قرار گرفته است مانند زمانی که به عنوان ظروف بسته بندی و یا فیلم مورد استفاده قرار گرفته است.

پایان چرخه پلی لاکتیک اسید PLA

4 سناریو برای پایان زیست PLA امکان پذیر است:

• بازیافت: که هم می تواند به روش مکانیکی و هم شیمیایی صورت گیرد.
• کامپوست کردن: PLA در شرایط کامپوست صنعتی قابل تجزیه است و از پروسه ی هیدرولیز شیمیایی شروع می شود و به دنبال آن هضم میکروبی و در نهایت تخریب. تحت این شرایط با دمای 40 تا 50 درجه سانتی گراد، PLA می تواند ظرف مدت 50 تا 90 روز به آب و دی اکسید کربن تجزیه شود.
• سوزاندن: PLA م یتواند بدون انتشار مواد شیمیایی سمی سوزانده شود. PLA تنها حاوی اتم های اکسیژن، کربن و هیدروژن است و به خصوص حاوی اتم کلر نیست و از همین رو طی سوزاندن آن، دی اکسین تولید نمی شود.
• دفن کردن: آخرین گزینه که کمترین میزان مقبولیت را نیز دارد؛ دفن کردن PLA است زیرا در دمای محیط بسیار آهسته تخریب می شود که معمولا به آهستگی سایر پلاستیک ها است.

 

---

منبع: https://3dprinting.com