آشنایی با PLA

در فیلامنت 1001 قصد داریم پیش از شروع توضیح در مورد فیلامنت PLA ابتدا در مورد خود ماده PLA، از تاریخچه تا روش تولید و کاربردهای آن بدانیم.

از چه ماده ای تولید می شود؟

پلی لاکتیک اسید یا PLA یک پلی استر آلیفاتیک ترموپلاستیک است که از منابع تجدیدپذیر مانند نشاسته ذرت ، ریشه تاپیوکا(گیاهی که بیشتر در برزیل یافت می شود) یا نیشکر به دست می آید. 

نام رسمی و تاریخچه

 در سال 2010، PLA دومین پلاستیک مهم زیستی جهان از نظر حجم مصرف بود. نام “پلی (لاکتیک اسید)” با نامگذاری استاندارد IUPAC مطابقت ندارد و به طور بالقوه مبهم یا گیج کننده است، زیرا PLA یک پلی اسید (پلی الکترولیت) نیست، بلکه یک پلی استر است.

 البته ما  در عامه از همان پلی لاکتیک اسید استفاده می کنیم.

PLA در دهه 1920 توسط والاس کاروترز، دانشمندی که نایلون را اختراع کرد، کشف شد، اما هرگز با موفقیت در مقیاس بزرگ تجاری سازی نشد. پلی لاکتیک اسید نوعی پلاستیک زیستی است که از اسید لاکتیک ساخته شده و در صنایع غذایی برای بسته بندی محصولات غذایی حساس استفاده می شود.

 با این حال، PLA بسیار شکننده است و با بسیاری از فرآیندهای تولید بسته بندی سازگار نیست. بنابراین باید با مواد افزودنی تقویت شود.

بزرگترین تولید کنندگان PLA

بر اساس بررسی های فیلامنت 1001 بزرگترین تولید کنندگان PLA در جهان عبارتند از:

NatureWorks یک شرکت مشترک بین cargill آمریکا و Ptt تایلند است.

 WeforYou یک شرکت اتریشی دوست دار محیط زیست که به طور تخصصی به ساخت پلیمر های زیست تخریب پذیر می پردازد.

Evonik اگر اهل فوتبال باشید این نام برای شما آشناست درست است این شرکت آلمانی همان اسپانسر پیشین باشگاه بورسیا دورتموند است این شرکت یکی از بزرگترین شرکت های تولیدکننده PLA است.

Total Carbion یک شرکت هلندی که به صورت تخصصی بر روی تولید PLA تمرکز دارد.

انواع مختلف پلی لاکتیک اسید چیست و چرا اغلب از آن استفاده می شود؟

چندین نوع مختلف از پلی لاکتیک اسید وجود دارد که شامل راسمیک PLLA (اسید پلی-ال-لاکتیک)، PLLA معمولی (اسید پلی-ال-لاکتیک)، PDLA (اسید پلی-دی-لاکتیک) و PDLLA (پلی-ال-لاکتیک اسید) می‌شود. هر کدام دارای ویژگی‌های کمی متفاوت هستند، اما از این نظر مشابه هستند که از یک منبع تجدیدپذیر (اسید لاکتیک: C3H6O3) تولید می‌شوند، برخلاف پلاستیک‌های سنتی که از نفت تجدید ناپذیر مشتق می‌شوند.

تولید PLA یک ایده محبوب است زیرا نشان دهنده تحقق رویای تولید پلاستیک غیر نفتی و مقرون به صرفه است.

 مزیت بزرگ PLA به عنوان یک پلاستیک زیستی، تطبیق پذیری آن و این واقعیت است که به طور طبیعی و با روش صحیح در معرض محیط زیست تخریب می شود. به عنوان مثال، یک بطری PLA که در اقیانوس باقی می‌ماند، معمولاً در عرض 6 تا 24 ماه تخریب می‌شود.

 در مقایسه با پلاستیک های معمولی (که در یک محیط ممکن است چند صد تا هزار سال طول بکشد تا تخریب شوند) این واقعاً خارق العاده است. 

بر این اساس، پتانسیل بالایی برای PLA وجود دارد که در کاربردهای با طول عمر کوتاه بسیار مفید باشد.

جالب است بدانید، علیرغم توانایی آن در تجزیه ، PLA در هر کاربرد معمولی (به عنوان مثال به عنوان یک قطعه الکترونیکی پلاستیکی) بسیار قوی است.

PLA چگونه تولید می شود؟

مراحل اساسی برای ایجاد اسید پلی لاکتیک از ذرت به شرح زیر است: 1. ابتدا نشاسته ذرت باید از طریق آسیاب مرطوب به قند تبدیل شود. آسیاب مرطوب نشاسته را از هسته جدا می کند.

 پس از جدا شدن این اجزا، اسید یا آنزیم ها اضافه می شوند. سپس آنها را حرارت می دهند تا نشاسته را به دکستروز (معروف به شکر) تبدیل کنند. 

2. سپس، دکستروز تخمیر می شود. یکی از رایج ترین روش های تخمیر شامل افزودن باکتری لاکتوباسیلوس به دکستروز است. این به نوبه خود اسید لاکتیک ایجاد می کند. 

3. سپس اسید لاکتیک به لاکتید، یک دایمر حلقه‌ای اسید لاکتیک تبدیل می‌شود. این مولکول های لاکتید به یکدیگر متصل می شوند و پلیمرها را ایجاد می کنند. 

4.  نتیجه پلیمریزاسیون، قطعات کوچکی از مواد خام پلاستیک پلی لاکتیک اسید است که می تواند به مجموعه ای از محصولات پلاستیکی PLA تبدیل شود.

کاربردهای PLA

طبق تحقیقات فیلامنت 1001 طیف وسیعی از کاربردها برای پلی لاکتیک اسید وجود دارد. برخی از رایج‌ترین کاربردها شامل بطری‌ها و دستگاه‌های پزشکی زیست تخریب‌پذیر (مانند پیچ‌ها، پین‌ها، میله‌ها و صفحاتی هستند که انتظار می‌رود ظرف 6 تا 12 ماه تجزیه زیستی شوند).

 PLA تحت گرما منقبض می شود و در نتیجه برای استفاده به عنوان یک ماده بسته بندی کوچک مناسب است. 

علاوه بر این، سهولت ذوب PLA امکان استفاده در برخی از پرینترهای سه بعدی را فراهم می کند .

از سوی دیگر، دمای انتقال شیشه ای پایین آن، بسیاری از انواع PLA (به عنوان مثال، فنجان های پلاستیکی) را برای نگهداری مایع داغ نامناسب می کند.

حلال ها

PLA در حلال هایی از جمله دی اکسان، بنزن داغ و تتراهیدروفوران محلول است. PLA را می توان با استفاده از دی کلرومتان با حلال جوش داد، در حالی که استون سطح ماده را نرم می کند و بدون حل کردن آن باعث چسبندگی آن می شود تا بتوان آن را به سطح PLA دیگری جوش داد.

اتیل استات می تواند به عنوان یک حلال آلی استفاده شود، PLA را حل کرده و آن را به یک راه حل خوب برای از بین بردن تکیه گاه های چاپ PLA یا تمیز کردن سرهای اکسترودر چاپ سه بعدی تبدیل می کند. 

پروپیلن کربنات و پیریدین نیز می توانند به عنوان حلال استفاده شوند، اما نسبت به اتیل استات و کربنات پروپیلن مطلوبیت کمتری دارند، در وهله اول ایمنی کمتری دارند و در مورد دوم بوی بد ماهی متمایز می دهند.

آیا PLA سمی است؟ بودن یا نبودن مسئله این است.

به شکل جامد، خیر

در واقع، پلی لاکتیک اسید زیست تخریب پذیر است. اغلب در جابجایی مواد غذایی و ایمپلنت های پزشکی که در طول زمان در بدن تجزیه می شوند، استفاده می شود. اما مانند بسیاری از پلاستیک ها، در صورت استنشاق، پتانسیل سمی بودن را دارد.

در این مقاله از فیلانت 1001 با ‍‍‍‍‍‍پلی لاکتیک اسید یا همان PLA به صورت اجمالی آشنا شدیم اگر بخواهیم مطالب بالا را به صورت خلاصه مرور کنیم می توان این مقاله را در سه مورد خلاصه و شرح داد.

1-PLA در صورت دفع درست  یک ماده زیست تخریب پذیر بوده که از نشاسته ذرت ریشه تاپیوکا یا نیشکر تولید می شود.

2- از PLA برای بسته بندی های کوچک و در بخشی از دستگاه های پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد.

3- PLA بین 6 تا 24 ماه تخریب می شود به همین دلیل یکی از پر مصرف ترین پلیمرهای مورد استفاده در دنیاست.

در مقالات بعدی فیلامنت 1001 به توضیح و تفسیر فیلامنت PLA که یکی از پرکاربردترین فیلامنت های صنعت پرینترهای سه بعدی است می پردازیم.

  سهراب سپهری:

مثل کبریت کشیدن در باد

زندگی دشوار است

من خلاف جهت آب شنا کردن را

مثل یک معجزه باور دارم

آخرین دانه کبریتم را

می‌کشم در این باد

هرچه باداباد