Что такое полимолочная кислота PLA?

PLA (полимолочная кислота) или полилактид : определение, применение, типы

PLA (полимолочная кислота) — это биопластик, который производится из растительных крахмалов с использованием устойчивого процесса.

Синтез PLA чаще всего осуществляется путем полимеризации с раскрытием кольца. PLA является биоразлагаемым в соответствующих условиях и обычно считается безопасным для пищевых продуктов, поскольку он снова разлагается на нетоксичные строительные блоки молочной кислоты.

PLA широко используется в медицинских устройствах, пищевой упаковке, литье под давлением и аддитивном производстве (3D-печать).

PLA можно разделить на три различных основных подсемейства, а именно: PDLLA (поли-DL-молочная кислота), PLLA (поли-(L-молочная кислота) и PDLA (поли-D-молочная кислота)). Эти три подгруппы PLA имеют одинаковый химический состав, но отличаются трехмерной молекулярной структурой.

В этой статье будет описано, что такое PLA, его применение, механические свойства, преимущества и недостатки.

Что такое PLA (полилактид)?

PLA — это непрозрачный пластик, подходящий для изготовления медицинских компонентов, а также для прототипирования.

PLA — это высокопрочный, но хрупкий пластик, который нельзя использовать в приложениях, испытывающих ударные нагрузки.

Строительные блоки молочной кислоты PLA могут быть изготовлены из ферментированного растительного крахмала, такого как кукуруза, в контролируемых условиях.

Для производства PLA требуется меньше энергии, чем для производства термопластов на нефтяной основе, что делает его относительно экологичным.

PLA часто считается биоразлагаемым. Однако следует отметить, что PLA не разлагается естественным образом в окружающей среде и должен компостироваться при особом наборе условий, таких как температура не менее 60 °C и влажность 90 %, которые должны поддерживаться в течение 60 до 90 дней. PLA разлагается на углекислый газ, молочную кислоту и воду.

Состав PLA

Полимолочная кислота (PLA) представляет собой биопластик, изготовленный из повторяющихся мономеров, имеющих химическую формулу C3H4O2.

Химически PLA состоит из молекул молочной кислоты. Молочная кислота ферментируется из растительного сырья в точно контролируемых условиях.

Димер лактида получают путем дегидратации молочной кислоты и последующего термического разложения олигомеров молочной кислоты.

Затем лактид полимеризуют, используя полимеризацию с раскрытием цикла в присутствии катализатора.

Полимер PLA получают с использованием либо полимеризации с раскрытием кольца, либо конденсационной полимеризации, которые являются двумя наиболее популярными методами синтеза.

Метод конденсационной полимеризации дает форму PLA с более низкой молекулярной массой, чем процесс полимеризации с раскрытием кольца.

Эта способность производить PLA с более высокой молекулярной массой делает полимеризацию с раскрытием кольца предпочтительным методом производства PLA.

Применение PLA

Полимолочная кислота (PLA) — это простой в обработке, биосовместимый, биоразлагаемый пластик.

Таким образом, он используется для медицинских имплантатов, таких как стенты и имплантируемые дозаторы лекарств, которые со временем разлагаются биологически.

PLA используется в упаковке для пищевых продуктов и одноразовых столовых приборах, из него можно формовать волокна для одежды.

Это также одна из наиболее широко используемых нитей для 3D-печати для моделирования методом наплавления (FDM) из-за низкой температуры плавления и простоты использования.

Свойства PLA

Свойства полимолочной кислоты (PLA) перечислены в таблице 1 ниже:

Таблица 1: Свойства PLA
Свойство Ценить

Плотность (г/см3)

1,27

Прочность на растяжение (МПа)

59

Удлинение при разрыве (%)

7

Модуль упругости (МПа)

3500

Модуль сдвига (МПа)

1287

Прочность на изгиб (МПа)

106

Твердость по Роквеллу (HRA)

88

Температура стеклования (°C)

55

Температура плавления PLA (°C)

165

Преимущества PLA

Некоторые из преимуществ PLA-пластика перечислены ниже:

  1. Биосовместимость: PLA не токсичен для человека. Он может оставаться в контакте с кожей в течение длительного времени без каких-либо негативных последствий. Продукты разложения PLA также нетоксичны: он распадается на безвредную молочную кислоту. Он часто используется для стентов и швов, которые разрушаются в организме в течение нескольких месяцев.
  2. Низкое энергопотребление для производства: для производства PLA требуется меньше энергии по сравнению с другими пластиками на нефтяной основе из-за его относительно низкой температуры плавления 165 ° C. Полимеризация PLA также потребляет на 25-55 % меньше энергии, чем другие обычные полимеры на нефтяной основе.
  3. Механические свойства: PLA обладает хорошей прочностью и жесткостью при комнатной температуре, но не подходит для внезапных ударных нагрузок.
  4. Безопасен для пищевых продуктов: PLA не токсичен и признан безопасным FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов).
  5. Компостируемый: хотя PLA теоретически является компостируемым, он должен обрабатываться при особых условиях температуры и давления, которые доступны только на некоторых предприятиях по компостированию.

Недостатки PLA

Некоторые из недостатков пластика на основе полимолочной кислоты (PLA) перечислены ниже:

  1. Гидрофобный материал: Хотя гидрофобность может быть полезным свойством в некоторых областях применения, она может вызывать отрицательные эффекты in vivo, такие как локальный отек.
  2. Низкое термическое сопротивление: несмотря на то, что его низкая температура плавления облегчает обработку, PLA нельзя использовать при температурах выше 50 °C из-за его низкой температуры стеклования 55 °C.
  3. Низкая прочность: PLA — это хрупкий материал, который скорее ломается, чем изгибается, и не выдерживает ударных нагрузок.
  4. Высокая проницаемость: PLA проницаем для газов и воды, которые проходят сквозь материал.

Типы PLA

Существует множество различных типов PLA-пластика, отличающихся структурой химических цепей в трехмерном пространстве. Эти различные формы называются стереоизомерами. Общие стереоизомеры PLA показаны в таблице 2:

Таблица 2. Типы ПЛА
Типы ПЛА Определение Отличия/использование

PDLA (поли-D-молочная кислота)

Полукристаллический пластик, полученный в процессе полимеризации D-молочной кислоты с раскрытием цикла.

Имеет более медленную скорость биоразложения по сравнению с другими формами PLA.

PLLA (поли-L-молочная кислота)

Полукристаллический пластик, полученный в процессе полимеризации с раскрытием кольца L-молочной кислоты.

Биосовместимый материал, обычно используемый в косметических целях в качестве инъекционного имплантата для стимуляции образования коллагена.

Наиболее распространенный сорт PLA, используемый в 3D-печати и литье под давлением.

PLA+ часто делают из PLLA с дополнительными добавками для повышения прочности.

PDLLA (поли-DL-молочная кислота)

Аморфный пластик, полученный путем полимеризации мономеров DL-лактида.

Расщепляется в организме относительно быстро, что делает его идеальным пластиком для доставки лекарств.

Какой тип PLA лучше?

Лучший тип PLA зависит от конкретных требований приложения. Например, если вы ищете самый прочный тип PLA, PLA+ — лучший вариант. Если требуется высокая скорость биоразложения, следует использовать PDLLA. Для более долгосрочной биосовместимости предпочтительным является PLLA. Тем не менее, PLLA является наиболее часто используемым сортом PLA и имеет хороший баланс между свойствами и стоимостью.

Как PLA используется в 3D-печати?

PLA используется в качестве филамента в 3D-печати. Сырье PLA формуется в пластиковую нить диаметром 1,75 или 2,85 мм.

Эта нить подается в нагретый экструдер, который проталкивает расплавленный пластик через сопло, чтобы наращивать деталь слой за слоем.

PLA не требует обогреваемой печатной платформы, а температура экструдера обычно устанавливается между 190 и 220 °C. Нить PLA проста в использовании и практически не деформируется в процессе печати.

Совместим ли PLA с 3D-печатью?

Да, PLA совместим с 3D-печатью. На самом деле, PLA является одним из наиболее часто используемых пластиков в FDM (моделировании плавленым напылением) из-за его простоты использования.

Для получения дополнительной информации см. наше руководство по 3D-печати .

В чем разница между PLA и PLA Plus?

PLA Plus или PLA+, как правило, прочнее PLA, а это означает, что он не такой хрупкий, как стандартный PLA.

Точная химическая разница между этими двумя компонентами зависит от того, как различные производители пластика PLA определяют термин PLA+, поскольку для него нет формального определения.

В стандартном PLA используется множество различных добавок, которые затем называются «PLA Plus».

В этой статье был представлен PLA (полимолочная кислота), объяснено, что это такое, а также обсуждены области ее применения и различные типы.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

восемнадцать + 18 =

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: