آخرین به روزرسانی
مقدمه
درباره روش های مختلف استفاده از PLA (پلی لاکتیک اسید) بیشتر بیاموزید.
PLA (پلی لاکتیک اسید) یک بیوپلاستیک است که از نشاسته گیاهان با استفاده از فرآیندی پایدار تولید می شود. سنتز PLA معمولاً از طریق پلیمریزاسیون با باز شدن حلقه انجام می شود. PLA تحت شرایط مناسب تجزیه پذیر است و به طور کلی به عنوان ایمن برای مواد غذایی در نظر گرفته می شود زیرا به اجزای سازنده اسید لاکتیک خود که غیر سمی هستند، تجزیه می شود.
PLA به طور گسترده در تجهیزات پزشکی، بسته بندی مواد غذایی، قالب گیری تزریقی و کاربردهای ساخت افزایشی (چاپ سه بعدی) استفاده می شود. PLA را می توان به سه زیرگروه اصلی مختلف تقسیم کرد: PDLLA (پلی DL-لاکتیک اسید)، PLLA (پلی (L-لاکتیک اسید)) و PDLA (پلی (D-لاکتیک اسید)). این سه زیرگروه PLA دارای ساختار شیمیایی یکسانی هستند اما در ساختار مولکولی سه بعدی آنها تفاوت دارند.
این مقاله به شرح چیستی PLA، کاربردهای آن، خواص مکانیکی آن و مزایا و معایب آن می پردازد.
فهرست مطالب
PLA (پلی لاکتیک اسید) چیست؟
PLA یک پلاستیک مات است که برای ساخت قطعات پزشکی و همچنین برای کاربردهای نمونه سازی مناسب است. PLA یک پلاستیک با استحکام بالا اما ترد است که نمی توان از آن در کاربردهایی که بار ضربه ای را تجربه می کنند استفاده کرد. اجزای سازنده لاکتیک اسید PLA را می توان از نشاسته گیاهی تخمیر شده مانند ذرت تحت شرایط کنترل شده به دست آورد. برای تولید PLA نسبت به ترموپلاستیک های مبتنی بر نفت به انرژی کمتری نیاز است و باعث می شود نسبتاً سازگار با محیط زیست باشد.
PLA اغلب به عنوان تجزیه پذیر در نظر گرفته می شود. با این حال، باید توجه داشت که PLA به طور طبیعی در محیط تجزیه نمی شود و باید تحت مجموعه خاصی از شرایط مانند دمای حداقل ۶۰ درجه سانتیگراد و رطوبت ۹۰ درصد که باید طی دوره ای ۶۰ تا ۹۰ روز حفظ شود، کمپوست شود. PLA به دی اکسید کربن، اسید لاکتیک و آب تجزیه می شود.
پلی لاکتیک اسید از چه ساخته شده است؟
پلی لاکتیک اسید (PLA) یک بیوپلاستیک ساخته شده از مونومرهای تکرارشونده با فرمول شیمیایی C3H4O2 است. از نظر شیمیایی، PLA از مولکولهای اسید لاکتیک ساخته شده است. اسید لاکتیک از مواد گیاهی تحت شرایط کاملاً کنترل شده تخمیر می شود. دایمر لاکتید با دهیدراته کردن اسید لاکتیک و سپس تخریب حرارتی الیگومرهای اسید لاکتیک تولید می شود. سپس لاکتید با استفاده از پلیمریزاسیون با باز شدن حلقه در حضور کاتالیزور پلیمریزه می شود.
پلیمر PLA با استفاده از پلیمریزاسیون حلقه گشا(ring-opening polymerization) یا پلیمریزاسیون تراکمی(condensation polymerization) که دو مورد از محبوب ترین تکنیک های سنتز هستند، تولید می شود. روش پلیمریزاسیون تراکمی نوعی PLA با وزن مولکولی پایین تر از فرآیند پلیمریزاسیون با باز شدن حلقه تولید می کند. این توانایی در تولید PLA با وزن مولکولی بالاتر، پلیمریزاسیون با باز شدن حلقه را به روش ترجیحی برای تولید PLA تبدیل می کند.
تاریخچه و تکامل پلی لاکتیک اسید
تاریخچه پلی لاکتیک اسید
پلی لاکتیک اسید (PLA) اولین بار در اوایل قرن بیستم به عنوان یک بیوپلاستیک مورد توجه قرار گرفت. این ماده به طور اولیه توسط شیمیدانان فرانسوی در سال ۱۹۲۰ کشف شد، اما تنها در دهه ۱۹۸۰ بود که توجه بیشتری به آن جلب شد.
- ۱۹۲۰s: کشف PLA و ویژگیهای اولیه آن. اولین سنتز PLA به وسیلهٔ کشف شیمیایی با استفاده از اسید لاکتیک، که از تخمیر کربوهیدراتها به دست میآید، انجام شد.
- ۱۹۸۰s: توجه به PLA به دلیل نگرانیهای زیستمحیطی و نیاز به پلاستیکهای قابل تجزیه افزایش یافت. محققان در این دوره موفق به توسعه روشهای پلیمریزاسیون جدید برای تولید PLA با کیفیت بالا شدند.
- ۱۹۹۰s: تجاریسازی PLA آغاز شد. شرکتهای مختلف، از جمله شرکت Cargill و Dow، تولید انبوه PLA را آغاز کردند. این دوره شاهد افزایش استفاده از PLA در بستهبندیهای مواد غذایی و تجهیزات پزشکی بود.
- ۲۰۰۰s: بهبود در تکنیکهای تولید و تحقیقاتی برای افزایش خواص مکانیکی PLA و کاهش هزینهها. PLA به یکی از پلاستیکهای مورد توجه در صنعت چاپ سهبعدی تبدیل شد.
تکامل پلی لاکتیک اسید
- تکنیکهای تولید اولیه: در اوایل، PLA عمدتاً از طریق پلیمریزاسیون تراکمی تولید میشد. این روش نسبت به تکنیکهای جدید، کارایی کمتری داشت و محصولات به دست آمده، وزن مولکولی کمتری داشتند.
- پلیمریزاسیون با باز شدن حلقه: در دهه ۱۹۹۰، روش پلیمریزاسیون با باز شدن حلقه بهبودهای زیادی در کیفیت PLA به همراه داشت. این روش به تولید PLA با وزن مولکولی بالاتر و خواص مکانیکی بهتر کمک کرد.
- پلاستیکهای تقویتشده: با پیشرفت در علم مواد، تولید PLA با افزودنیها و ترکیبات جدید امکانپذیر شد. PLA+ (یا PLA Plus) به عنوان یک نسخه تقویتشده از PLA معرفی شد که مقاومت و چقرمگی بیشتری نسبت به نسخههای قبلی دارد.
- فناوری چاپ سهبعدی: PLA به یکی از مواد اولیه محبوب برای چاپ سهبعدی تبدیل شده است. تکنیکهای جدید در این زمینه، مانند استفاده از PLA با رنگهای مختلف و ویژگیهای خاص، به توسعه بیشتر این ماده کمک کرده است.
- پایداری و محیط زیست: تحقیقات اخیر به بهبود قابلیتهای تجزیه زیستی PLA و کاهش اثرات زیستمحیطی آن تمرکز دارد. روشهای جدید برای تولید PLA از منابع غیر غذایی و بهبود فرایندهای کمپوستینگ نیز در حال توسعه است.
در کل، تاریخچه و تکامل PLA نشاندهنده یک روند پایدار از تحقیق و توسعه به سوی بهبود ویژگیها و کاربردهای این ماده است. از کشف اولیه تا بهبودهای اخیر، PLA به عنوان یک گزینه پایدار و کاربردی در صنایع مختلف مورد توجه قرار گرفته است.
فرآیندهای تولید پلی لاکتیک اسید
پلیمریزاسیون با باز شدن حلقه (Ring-Opening Polymerization – ROP):
- شرح: این روش شامل استفاده از لاکتید (یک دایمر از اسید لاکتیک) و کاتالیزور برای تولید PLA با وزن مولکولی بالا است.
- پیشرفتهای جدید: استفاده از کاتالیزورهای جدید و بهبود فرآیندهای کنترل شده در این تکنیک به افزایش کیفیت و ویژگیهای مکانیکی PLA کمک کرده است. همچنین، تحقیقات جدید به بهبود دمای ذوب و خواص مکانیکی PLA با استفاده از کاتالیزورهای نوین توجه دارند.
پلیمریزاسیون تراکمی (Condensation Polymerization):
- شرح: در این روش، اسید لاکتیک مستقیماً به PLA پلیمریزه میشود. این تکنیک معمولاً برای تولید PLA با وزن مولکولی پایینتر استفاده میشود.
- پیشرفتهای جدید: پیشرفتهای اخیر شامل بهینهسازی دما و فشار در فرآیند پلیمریزاسیون تراکمی برای بهبود خواص نهایی PLA و کاهش هزینههای تولید است.
تکنولوژی نانوذرات (Nanoparticle Technology):
- شرح: استفاده از نانوذرات مانند نانوذرات سیلیکون دیاکسید یا نانوذرات دیگر به منظور بهبود خواص PLA، از جمله مقاومت حرارتی و مکانیکی.
- پیشرفتهای جدید: تحقیقات نشان دادهاند که افزودن نانوذرات به PLA میتواند به بهبود خواص مکانیکی و حرارتی آن کمک کند و به ایجاد PLA با ویژگیهای بهتری مانند مقاومت در برابر حرارت و دوام بالاتر منجر شود.
تولید پلی لاکتیک اسید از منابع غیر غذایی:
- شرح: استفاده از مواد اولیه غیر غذایی مانند ضایعات کشاورزی (مثلاً ساقههای ذرت یا برگها) برای تولید PLA.
- پیشرفتهای جدید: بهبود فرآیندهای استخراج و تبدیل این منابع به اسید لاکتیک، به کاهش هزینهها و اثرات زیستمحیطی کمک کرده است.
ترکیبات جدید و اصلاح شده:
- شرح: ترکیب PLA با دیگر پلیمرها یا افزودنیها به منظور بهبود خواص خاص.
- پیشرفتهای جدید: استفاده از پلاستیکهای ترکیبی مانند PLA/PEG (پلی اتیلن گلیکول) برای بهبود چقرمگی و انعطافپذیری PLA، و همچنین افزودن مواد مختلف برای بهبود خواص مقاومت در برابر آب و حرارت.
مقایسه روشهای مختلف تولید پلی لاکتیک اسید
روش تولید | هزینه | کیفیت | تاثیرات زیستمحیطی |
---|---|---|---|
پلیمریزاسیون با باز شدن حلقه | بالاتر (به دلیل نیاز به کاتالیزور و کنترل دقیق) | کیفیت بالا، وزن مولکولی بالا | مناسب، اما نیاز به شرایط خاص کمپوستینگ دارد |
پلیمریزاسیون تراکمی | پایینتر (کمتر نیاز به کاتالیزور) | کیفیت پایینتر نسبت به ROP | اثرات مشابه، کمپوستینگ ممکن است سختتر باشد |
تکنولوژی نانوذرات | متوسط (به دلیل هزینه نانوذرات) | بهبود یافته، مقاومت بهتر | بهبود خواص محیطی ممکن است به هزینه افزوده منجر شود |
تولید از منابع غیر غذایی | متغیر (بسته به منبع و تکنولوژی) | ممکن است متغیر باشد، بهبود در حال توسعه | کاهش اثرات زیستمحیطی و بهبود پایداری |
ترکیبات جدید و اصلاح شده | ممکن است بالا باشد (افزودنیهای خاص) | بهبود ویژگیهای خاص | وابسته به نوع افزودنی، ممکن است تاثیرات مختلفی داشته باشد |
در کل، هر روش تولید PLA دارای مزایا و معایب خاص خود است و انتخاب بهترین روش بستگی به نیازهای خاص تولید، هزینهها و تاثیرات زیستمحیطی مورد نظر دارد. تکنیکهای جدید و پیشرفتهای فناوری به طور مداوم در حال بهبود هستند و به توسعه PLA با کیفیت بالاتر و تاثیرات زیستمحیطی کمتر کمک میکنند.
کاربردهای پلی لاکتیک اسید چیست؟
پلی لاکتیک اسید PLA یک پلاستیک زیست سازگار، قابل تجزیه زیستی و قابل پردازش آسان است. به همین دلیل، از آن برای ایمپلنت های پزشکی مانند استنت ها و داروهای قابل کاشت استفاده می شود که برای تجزیه زیستی در طول زمان طراحی شده اند. PLA در بسته بندی مواد غذایی و ظروف یکبار مصرف استفاده می شود و می توان آن را به الیاف برای لباس تبدیل کرد. همچنین به دلیل دمای ذوب پایین و سهولت استفاده، یکی از پرکاربردترین فیلامنت های چاپ سه بعدی برای مدل سازی رسوب مذاب (FDM) است.
خواص PLA
خواص پلی لاکتیک اسید (PLA) در جدول 1 زیر آمده است:
خاصیت | مقدار |
---|---|
چگالی (گرم بر سانتی متر مکعب) | 1.27 |
مقاومت کششی (مگاپاسکال) | 59 |
ازدیاد طول در شکست (%) | 7 |
مدول الاستیک (مگاپاسکال) | 3500 |
مدول برشی (مگاپاسکال) | 1287 |
استحکام خمشی (مگاپاسکال) | 106 |
سختی راکول (HRA) | 88 |
دمای انتقال شیشه ای (°C) | 55 |
نقطه ذوب PLA (°C) | 165 |
مزایای PLA
برخی از مزایای پلاستیک PLA در زیر ذکر شده است:
- زیست سازگاری: PLA برای انسان غیر سمی است. می تواند برای مدت طولانی بدون هیچ گونه اثر منفی با پوست تماس داشته باشد. محصولات تجزیه PLA نیز غیر سمی هستند: به اسید لاکتیک بی ضرر تجزیه می شود. این ماده اغلب برای استنت ها و بخیه هایی استفاده می شود که برای تجزیه شدن در داخل بدن طی چند ماه طراحی شده اند.
- انرژی کم برای تولید: تولید PLA در مقایسه با سایر پلاستیک های مبتنی بر نفت به دلیل نقطه ذوب نسبتاً پایین 165 درجه سانتیگراد به انرژی کمتری نیاز دارد. پلیمریزاسیون PLA همچنین 25 تا 55 درصد انرژی کمتری نسبت به سایر پلیمرهای معمولی مبتنی بر نفت مصرف می کند.
- خواص مکانیکی: PLA دارای استحکام و سختی خوب در دمای اتاق است، اما برای بارهای ضربه ای ناگهانی مناسب نیست.
- ایمنی مواد غذایی: PLA غیر سمی است و به طور کلی توسط FDA (سازمان غذا و دارو) به عنوان ایمن شناخته می شود.
- قابل کمپوست شدن: در حالی که PLA از نظر تئوری قابل کمپوست شدن است، باید تحت شرایط خاص دما و فشار که فقط در برخی از تاسیسات کمپوست موجود است، فرآوری شود.
معایب PLA
برخی از معایب پلاستیک پلی لاکتیک اسید (PLA) در زیر ذکر شده است:
- مواد آبگریز: در حالی که آبگریزی می تواند در برخی کاربردها یک خاصیت مفید باشد، می تواند اثرات منفی در داخل بدن مانند تورم موضعی ایجاد کند.
- مقاومت حرارتی کم: در حالی که دمای ذوب پایین آن پردازش را آسان تر می کند، PLA به دلیل دمای انتقال شیشه ای 55 درجه سانتیگراد، نمی تواند در کاربردهایی که بالاتر از 50 درجه سانتیگراد هستند استفاده شود.
- چقرمگی کم: PLA یک ماده شکننده است که به جای خم شدن تمایل به شکستن دارد و نمی تواند در برابر بارگذاری ضربه ای مقاومت کند.
- نفوذپذیری بالا: PLA برای گازها و آب ها نفوذپذیر است که از طریق مواد عبور می کنند.
انواع مختلف PLA
انواع مختلفی از پلاستیک PLA وجود دارد که از نظر نحوه ساختار زنجیره های شیمیایی در فضای سه بعدی با یکدیگر تفاوت دارند. این اشکال مختلف به عنوان استریوایزومر شناخته می شوند. استریوایزومرهای رایج PLA در جدول 2 نشان داده شده است:
نوع PLA | تعریف | تفاوت ها/کاربردها |
---|---|---|
PDLLA (پلی اسید D-L-لاکتیک) | یک پلاستیک نیمه کریستالی که از طریق فرآیند پلیمریزاسیون با باز شدن حلقه اسید D-لاکتیک تولید می شود. | سرعت تجزیه زیستی کندتر در مقایسه با سایر اشکال PLA دارد |
PLLA (پلی اسید L-لاکتیک) | یک پلاستیک نیمه کریستالی که از طریق فرآیند پلیمریزاسیون با باز شدن حلقه اسید L-لاکتیک تولید می شود. | ماده ای زیست سازگار که معمولاً برای کاربردهای آرایشی به عنوان ایمپلنت تزریقی برای تحریک تشکیل کلاژن استفاده می شود |
PLA (پلی اسید لاکتیک) | رایج ترین نوع PLA که در چاپ سه بعدی و قالب گیری تزریقی استفاده می شود. | PLA+ اغلب از PLLA با افزودنی |
PDLLA (پلی اسید DL-لاکتیک) | پلاستیکی آمورف که از طریق پلیمریزاسیون مونومرهای DL-لاکتید تولید می شود. | به سرعت در بدن تجزیه می شود و آن را به پلاستیکی ایده آل برای دارورسانی تبدیل می کند. |
مقایسه PLA با سایر مواد بیوپلاستیکی: PHA و PBS
بیوپلاستیکها به دلیل ویژگیهای زیستمحیطی و پایداری بیشتر نسبت به پلاستیکهای سنتزی مبتنی بر نفت توجه زیادی را جلب کردهاند. سه نوع از این مواد شامل پلیلاکتیک اسید (PLA)، پلیهیدروکسی آلکانوئاتها (PHA)، و پلیبوتیلهسینکونئاتها (PBS) هستند. در ادامه، مقایسهای بین این سه ماده از نظر ویژگیهای اصلی، خواص و کاربردها ارائه میشود:
1. پلیلاکتیک اسید (PLA)
ویژگیها:
- منبع: تولید شده از نشاسته گیاهان (مانند ذرت و نیشکر).
- تجزیهپذیری: تجزیهپذیر در شرایط کمپوست صنعتی (دمای بالا و رطوبت بالا).
- خواص مکانیکی: استحکام و سختی خوب، اما شکننده و حساس به دما.
- مقاومت حرارتی: دمای ذوب حدود 165 درجه سانتیگراد و دمای انتقال شیشهای حدود 55 درجه سانتیگراد.
- کاربردها: بستهبندی مواد غذایی، تجهیزات پزشکی، چاپ سهبعدی.
مزایا:
- تولید انرژی کمتر نسبت به پلاستیکهای نفتی.
- مناسب برای کاربردهای پزشکی و بستهبندی.
معایب:
- نیاز به شرایط خاص کمپوستینگ برای تجزیه.
- مقاومت حرارتی و چقرمگی پایین.
2. پلیهیدروکسی آلکانوئاتها (PHA)
ویژگیها:
- منبع: تولید شده از میکروارگانیسمها از طریق فرآیندهای بیوشیمیایی.
- تجزیهپذیری: تجزیهپذیر در محیطهای طبیعی (خاک و آب) و شرایط کمپوست.
- خواص مکانیکی: مقاومت بالا در برابر آب و دما، و چقرمگی خوب.
- مقاومت حرارتی: دمای ذوب متغیر (بسته به نوع PHA) و مقاومت بالا در برابر دماهای بالا.
- کاربردها: بستهبندی، کشاورزی، پزشکی، لوازم خانگی.
مزایا:
- تجزیهپذیری در محیطهای طبیعی.
- مقاوم در برابر آب و دماهای مختلف.
معایب:
- هزینه تولید بالاتر نسبت به PLA.
- تولید به روشهای بیوشیمیایی پیچیدهتر و هزینهبرتر.
3. پلیبوتیلهسینکونئاتها (PBS)
ویژگیها:
- منبع: تولید شده از مواد شیمیایی با فرآیندهای سنتزی شیمیایی.
- تجزیهپذیری: تجزیهپذیر در شرایط کمپوست صنعتی و محیطهای طبیعی.
- خواص مکانیکی: دارای مقاومت خوب در برابر ضربه و انعطافپذیری بالا.
- مقاومت حرارتی: دمای ذوب حدود 115 تا 120 درجه سانتیگراد.
- کاربردها: بستهبندی مواد غذایی، کشاورزی، و محصولات یکبار مصرف.
مزایا:
- چقرمگی بالا و مقاومت در برابر ضربه.
- تجزیهپذیری در شرایط کمپوست و محیطهای طبیعی.
معایب:
- هزینه تولید نسبتا بالا.
- نیاز به شرایط خاص برای تجزیه کامل در محیطهای طبیعی.
مقایسه کلی PLA، PHA و PBS
ویژگی | PLA (پلیلاکتیک اسید) | PHA (پلیهیدروکسی آلکانوئاتها) | PBS (پلیبوتیلهسینکونئاتها) |
---|---|---|---|
منبع | نشاسته گیاهان (ذرت، نیشکر) | میکروارگانیسمها (فرآیندهای بیوشیمیایی) | مواد شیمیایی (فرآیندهای سنتزی شیمیایی) |
تجزیهپذیری | تجزیهپذیر در شرایط کمپوست صنعتی | تجزیهپذیر در محیطهای طبیعی و کمپوست | تجزیهپذیر در شرایط کمپوست و محیطهای طبیعی |
خواص مکانیکی | استحکام خوب، شکننده، حساس به دما | مقاومت بالا در برابر آب و دما، چقرمگی خوب | چقرمگی بالا، انعطافپذیری خوب |
مقاومت حرارتی | دمای ذوب: ~165°C، دمای انتقال شیشهای: ~55°C | دمای ذوب متغیر، مقاوم در برابر دماهای بالا | دمای ذوب: 115-120°C |
کاربردها | بستهبندی مواد غذایی، تجهیزات پزشکی، چاپ سهبعدی | بستهبندی، کشاورزی، پزشکی، لوازم خانگی | بستهبندی مواد غذایی، کشاورزی، محصولات یکبار مصرف |
مزایا | – تولید کمهزینه – مناسب برای پزشکی و بستهبندی | – تجزیهپذیری در محیطهای طبیعی – مقاومت در برابر آب و دما | -چقرمگی بالا و مقاومت در برابر ضربه. -تجزیهپذیری در شرایط کمپوست و محیطهای طبیعی |
معایب | – نیاز به شرایط خاص کمپوستینگ – مقاومت حرارتی و چقرمگی پایین | – هزینه تولید بالاتر – فرآیند تولید پیچیدهتر | – هزینه تولید نسبتا بالا – نیاز به شرایط خاص برای تجزیه |
هزینه تولید | کم | بالا | نسبتا بالا |
این جدول به صورت خلاصه ویژگیها و مقایسهای از سه نوع بیوپلاستیک شامل PLA، PHA و PBS ارائه میدهد و به شما کمک میکند تا بر اساس نیازهای خاص کاربرد خود انتخاب مناسبی داشته باشید.
پایداری و آینده PLA
پایداری زیستمحیطی
۱. تاثیرات محیطی PLA در طول عمر محصول
- تجزیهپذیری: PLA به عنوان یک پلاستیک بیوپلاستیک به طور طبیعی در محیط زیست تجزیه نمیشود و نیاز به شرایط خاص کمپوستینگ (دمای بالا و رطوبت) برای تجزیه دارد. در شرایط کمپوستینگ صنعتی، PLA میتواند در طی ۶۰ تا ۹۰ روز به دیاکسید کربن، آب و اسید لاکتیک تجزیه شود. اما در محیطهای طبیعی، مانند خاک و آب، تجزیه آن به شدت کندتر و غیرقابل پیشبینی است.
- اثرات زیستمحیطی در طول عمر: در مقایسه با پلاستیکهای سنتزی مبتنی بر نفت، تولید PLA انرژی کمتری نیاز دارد و از منابع تجدیدپذیر تولید میشود. این به کاهش اثرات کربنی در مرحله تولید کمک میکند. با این حال، اگر PLA به درستی کمپوست نشود، میتواند به تجمع در محیط زیست منجر شود.
- بازیافت: PLA قابل بازیافت است، اما فرآیند بازیافت آن پیچیدهتر از پلاستیکهای معمولی است و نیاز به سیستمهای بازیافت خاص دارد. بازیافت PLA به دلیل نیاز به جدا کردن آن از سایر پلاستیکها و سیستمهای بازیافت خاص، هنوز به طور گسترده در دسترس نیست.
۲. پایداری در شرایط کمپوست
- شرایط کمپوستینگ: PLA به طور مؤثر در تاسیسات کمپوست صنعتی که شرایط دما و رطوبت مناسب دارند، تجزیه میشود. این فرآیند تولید دیاکسید کربن و آب است، و به طور کلی تأثیر زیستمحیطی آن به حداقل میرسد. با این حال، نیاز به تاسیسات ویژه کمپوستینگ ممکن است محدودیتهایی را برای پذیرش گسترده PLA ایجاد کند.
- چالشها: عدم دسترسی عمومی به تاسیسات کمپوستینگ صنعتی میتواند مانع از تجزیه مؤثر PLA در بسیاری از مناطق شود. همچنین، کمپوستینگ در محیطهای خانگی به دلیل نیاز به شرایط خاص، ممکن است به طور مؤثر انجام نشود.
آینده PLA
۱. نوآوریهای ممکن
- پلاستیکهای قابل تجزیه بهبود یافته: تحقیقات در حال حاضر بر روی توسعه PLA با قابلیتهای تجزیهپذیری بهتر و کمتر وابسته به تاسیسات کمپوستینگ تمرکز دارد. این شامل ایجاد PLA با ساختارهای جدید و افزودنیهایی است که تجزیه آن را تسریع کنند.
- ترکیبات جدید و بهبود خواص: توسعه PLA با افزودنیها و نانوذرات برای بهبود خواص مکانیکی، حرارتی و عملکردی در حال گسترش است. این پیشرفتها میتوانند به افزایش کاربردهای PLA در صنایع مختلف کمک کنند.
- تولید از منابع غیر غذایی: تحقیقات در حال حاضر بر روی استفاده از منابع غیر غذایی و پایدار برای تولید PLA تمرکز دارند. این میتواند شامل استفاده از ضایعات کشاورزی، جلبکها یا سایر منابع بیولوژیکی باشد که اثرات زیستمحیطی را کاهش دهد.
۲. روندهای جدید در صنعت
- افزایش استفاده در صنایع مختلف: با پیشرفت در تکنیکهای تولید و بهبود خواص PLA، استفاده از آن در صنایع مختلف از جمله بستهبندی، تجهیزات پزشکی، و چاپ سهبعدی به طور مداوم در حال افزایش است.
- توسعه زیرساختهای کمپوستینگ: به منظور تسهیل تجزیه مؤثر PLA، توسعه و گسترش تاسیسات کمپوستینگ صنعتی و خانگی مورد توجه قرار گرفته است. این روند میتواند به پذیرش گستردهتر PLA کمک کند و تأثیرات زیستمحیطی آن را کاهش دهد.
- پایدارسازی زنجیره تأمین: تلاش برای پایدارسازی زنجیره تأمین مواد اولیه PLA، از جمله استفاده از منابع تجدیدپذیر و کاهش ضایعات، در حال افزایش است. این روند به کاهش اثرات زیستمحیطی تولید PLA کمک میکند.
در نهایت، آینده PLA به طور عمده به پیشرفتهای تکنولوژیکی و نوآوریها در تولید، بهبود خواص و زیرساختهای کمپوستینگ بستگی دارد. با توجه به توجه روزافزون به مسائل زیستمحیطی و نیاز به مواد پایدار، PLA به عنوان یک گزینه مهم در صنعت پلاستیکهای بیوپلاستیک به رشد و توسعه ادامه خواهد داد.
PLA چگونه در چاپ سه بعدی استفاده می شود؟
PLA به عنوان فیلامنت در چاپ سه بعدی استفاده می شود. مواد اولیه PLA به شکل فیلامنت پلاستیکی با قطر 1.75 یا 2.85 میلی متر تشکیل می شود. این فیلامنت به یک اکسترودر گرم شده تغذیه می شود که پلاستیک مذاب را از طریق نازل برای ساخت لایه به لایه قطعه بیرون می راند. PLA به تخت(بستر) چاپ گرم شده نیاز ندارد و دمای اکسترودر آن به طور معمول بین 190 تا 220 درجه سانتیگراد تنظیم می شود. استفاده از فیلامنت PLA آسان است و تمایل کمی به تاب برداشتن در طول فرآیند چاپ دارد.
سوالات متداول(FAQ)
PLA چیست و از چه موادی تولید میشود؟
پلیلاکتیک اسید (PLA) یک بیوپلاستیک است که از نشاسته گیاهان، مانند ذرت یا نیشکر، تولید میشود. این پلاستیک از طریق فرآیند پلیمریزاسیون با باز شدن حلقه، که اسید لاکتیک را به پلیلاکتیک اسید تبدیل میکند، ساخته میشود.
PLA در چه کاربردهایی استفاده میشود؟
PLA به دلیل ویژگیهای زیستسازگاری و پردازش آسان، در بستهبندی مواد غذایی، تجهیزات پزشکی، و چاپ سهبعدی استفاده میشود. همچنین از آن در ساخت لوازم خانگی و محصولات یکبار مصرف نیز بهرهبرداری میشود.
آیا PLA قابل تجزیهپذیر است؟
بله، PLA به طور نظری قابل تجزیهپذیر است، اما برای تجزیه کامل به شرایط خاص کمپوستینگ نیاز دارد. این شرایط شامل دمای بالا (حدود ۶۰ درجه سانتیگراد) و رطوبت بالا است که در کمپوستهای صنعتی فراهم میشود.
PLA در مقایسه با سایر بیوپلاستیکها مانند PHA و PBS چگونه است؟
PLA، PHA و PBS همه بیوپلاستیکهایی هستند که از مواد مختلفی تولید میشوند و ویژگیهای متفاوتی دارند:
PHA: تجزیهپذیر در محیطهای طبیعی و دارای مقاومت بالا در برابر آب و دما.
PBS: دارای چقرمگی بالا و مقاومت خوب در برابر ضربه، تجزیهپذیر در شرایط کمپوست و محیطهای طبیعی.
PLA: تولید کمهزینه و مناسب برای کاربردهای پزشکی و بستهبندی، اما نیاز به شرایط خاص کمپوستینگ برای تجزیه کامل دارد.
چگونه PLA در چاپ سهبعدی استفاده میشود؟
PLA به عنوان فیلامنت در چاپ سهبعدی استفاده میشود. این فیلامنت به دمایی بین ۱۹۰ تا ۲۲۰ درجه سانتیگراد نیاز دارد و به راحتی در چاپ سهبعدی استفاده میشود، زیرا تمایل کمی به تاب برداشتن دارد و نیازی به بستر گرم ندارد.
چه تفاوتهایی بین PLA و PLA Plus (PLA+) وجود دارد؟
PLA Plus یا PLA+ به طور کلی از PLA معمولی سختتر است و شکنندگی کمتری دارد. تفاوت دقیق شیمیایی بین PLA و PLA Plus به مواد افزودنی استفاده شده و فرمولاسیون خاص هر شرکت بستگی دارد، زیرا تعریف رسمی برای PLA+ وجود ندارد.
آیا PLA برای استفاده در محصولات غذایی ایمن است؟
بله، PLA به طور کلی توسط FDA (سازمان غذا و دارو) به عنوان مادهای ایمن برای تماس با مواد غذایی شناخته شده است. با این حال، باید از تولیدکنندگان معتبر و شرایط تولید مناسب اطمینان حاصل کنید.
چطور میتوان PLA را بازیافت کرد؟
PLA باید تحت شرایط خاص کمپوستینگ بازیافت شود. در حالی که PLA به خودی خود در محیط طبیعی تجزیه نمیشود، میتواند در تأسیسات کمپوست صنعتی با دمای بالا و رطوبت مناسب بازیافت شود. در حال حاضر، بازیافت PLA در مقیاس گسترده نسبت به پلاستیکهای نفتی کمتر متداول است.
کدام PLA قوی ترین است؟
PDLA و PLLA هر دو نیمه کریستالی هستند و در مقایسه با PDLLA آمورف، پیوندهای بین مولکولی قوی تری دارند. به همین ترتیب، قوی ترین انواع PLA، PDLA و PLLA هستند که خواص یکسانی دارند اما فقط ساختارهای مولکولی متفاوتی دارند. PLA+ اساساً PLLA با برخی افزودنی های اختصاصی است که چقرمگی مواد را بهبود می بخشد و به عنوان قوی ترین نوع PLA، به ویژه در کاربردهای چاپ سه بعدی شناخته می شود.
بهترین نوع PLA کدام است؟
بهترین نوع PLA به نیازهای خاص کاربرد بستگی دارد. به عنوان مثال، اگر به دنبال قوی ترین نوع PLA هستید، PLA+ بهترین گزینه است. اگر به سرعت تجزیه زیستی بالا نیاز دارید، باید از PDLLA استفاده شود. برای زیست سازگاری طولانی مدت، PLLA ترجیح داده می شود. با این حال، PLLA رایج ترین نوع PLA است و تعادلی خوب بین خواص و هزینه ارائه می دهد.
خلاصه
این مقاله PLA (پلی لاکتیک اسید) را معرفی کرد، توضیح داد که چیست و کاربردها و انواع مختلف آن را مورد بحث قرار داد.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه ساخت و تولید ایران به نشانی digimfg.ir منتشر شده است.
منابع
https://www.xometry.com/resources/materials/what-is-pla
سلب مسئولیت
محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگیهای طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه میشود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.