Acid polylactic

Acid polylactic
Nhận dạng
Số CAS	26100-51-6
Thuộc tính
Khối lượng riêng	1.210–1.430 g·cm^−3 [1]
Điểm nóng chảy	150–160 °C (423–433 K; 302–320 °F)[1]
Điểm sôi
Độ hòa tan trong nước	Không tan trong nước[2]
Các nguy hiểm
NFPA 704	1 0 0
Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho các vật liệu trong trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở 25 °C [77 °F], 100 kPa). Tham khảo hộp thông tin

Axit polylactic hoặc polylactic acid hoặc polylactide (PLA) là nhựa polyester nhiệt dẻo phân hủy sinh học có nguồn gốc từ các nguồn tài nguyên tái tạo, như tinh bột ngô (ở Hoa Kỳ và Canada), rễ sắn, khoai tây chiên hoặc tinh bột (chủ yếu ở châu Á) hoặc mía (ở phần còn lại của thế giới). Trong năm 2010, PLA có khối lượng tiêu thụ cao thứ hai của bất kỳ loại nhựa sinh học nào trên thế giới.^[3]

Tên "axit polylactic" không tuân theo danh pháp tiêu chuẩn IUPAC, và có khả năng mơ hồ hoặc khó hiểu, bởi vì PLA không phải là một polyacid (polyelectrolyte), mà là một polyester.^[4]

Sản xuất

Các nhà sản xuất có một số tuyến công nghiệp có thể sử dụng được (ví dụ: trọng lượng phân tử cao) PLA. Hai monome chính được sử dụng: axit lactic, và di-este tuần hoàn, lactide. Tuyến đường phổ biến nhất để PLA là trùng hợp mở vòng của lactide với các chất xúc tác kim loại khác nhau (thường là thiếc octoat) trong dung dịch, trong quá trình tan chảy, hoặc như một huyền phù. Phản ứng xúc tác kim loại có xu hướng gây ra quá trình raxemic hoá của PLA, làm giảm tính ổn định của nó so với vật liệu ban đầu (thường là tinh bột ngô).^[5]

Một đường khác đến PLA là sự ngưng tụ trực tiếp các monome axit lactic. Quá trình này cần phải được thực hiện ở dưới 200 °C; trên nhiệt độ đó, monomer lactide được ưa chuộng entropically được tạo ra. Phản ứng này tạo ra một lượng nước tương đương cho mỗi bước ngưng tụ (este hóa). Phản ứng ngưng tụ có thể đảo ngược và chịu sự cân bằng, do đó cần loại bỏ nước để tạo ra các loài có trọng lượng phân tử cao. Loại bỏ nước bằng cách sử dụng chân không hoặc bằng cách chưng cất đẳng hướng là cần thiết để thúc đẩy phản ứng đối với đa trùng ngưng. Trọng lượng phân tử của 130 kDa có thể thu được theo cách này. Ngay cả trọng lượng phân tử cao hơn cũng có thể đạt được bằng cách kết tinh cẩn thận polymer thô từ sự tan chảy. Do đó, nhóm axit cacboxylic và nhóm rượu cuối cùng tập trung ở vùng vô định hình của polymer rắn và do đó chúng có thể phản ứng. Trọng lượng phân tử của 128–152 kDa có thể đạt được.

Sự trùng hợp của một hỗn hợp racemic của L- và D-lactides thường dẫn đến sự tổng hợp poly-DL-lactide (PDLLA), là vô định hình. Sử dụng các chất xúc tác bố trí cố định trong không gian có thể dẫn đến PLA heterotactic đã được tìm thấy để hiển thị kết tinh. Mức độ kết tinh, và do đó nhiều tính chất quan trọng, phần lớn được kiểm soát bởi tỷ lệ của D đến L enantiomers được sử dụng, và đến một mức độ thấp hơn về loại chất xúc tác được sử dụng. Ngoài axit lactic và lactide, axit lactic O-carboxyanhydride ("lac-OCA"), một hợp chất có 5 thành phần cũng được sử dụng trong học tập. Hợp chất này có tính phản ứng cao hơn lactide, bởi vì sự trùng hợp của nó được điều khiển bởi sự mất đi một lượng tương đương với lượng khí carbon dioxide tương đương với axit lactic. Nước không phải là đồng sản phẩm.^[6]

Sinh tổng hợp PLA trực tiếp tương tự với poly (hydroxyalkanoate) s cũng đã được báo cáo.^[7]

Một phương pháp khác được đưa ra là bằng cách liên hệ với axit lactic với một zeolit. Phản ứng ngưng tụ này là một quá trình một bước và hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn 100 °C.^[8][9]

Tính chất vật liệu

Tính chất hóa học

Do tính chất đối xứng bàn tay của axit lactic, một số dạng polylactide khác biệt tồn tại: poly-L-lactide (PLLA) là sản phẩm từ quá trình trùng hợp L, L-lactide (còn được gọi là L-lactide). PLA hòa tan trong dung môi clo, benzen nóng, tetrahydrofuran và dioxan.^[10]

Tính chất cơ học và vật lý

Các polyme PLA từ polyme thủy tinh vô định hình đến polyme bán tinh thể và tinh thể cao với quá trình chuyển pha thủy tinh 60oC và các điểm nóng chảy 130-180oC.^[11] PLLA có nhiệt độ chuyển pha thủy tinh 60–65 °C, nhiệt độ nóng chảy 173–178 °C và mô đun kéo căng 2,7–16 MPa.^[12][13] PLA chịu nhiệt có thể chịu được nhiệt độ 110 °C.^[14] Các tính chất cơ học cơ bản của PLA là giữa các polystyrene và PET. Nhiệt độ nóng chảy của PLLA có thể tăng lên 40-50 °C và nhiệt độ biến dạng nhiệt của nó có thể tăng từ khoảng 60 °C lên đến 190 °C bằng cách pha trộn polymer với PDLA (poly-D-lactide). PDLA và PLLA tạo thành một stereocomplex rất thường xuyên với sự kết tinh tăng lên. Sự ổn định nhiệt độ được tối đa hóa khi sử dụng hỗn hợp 1: 1, nhưng ngay cả ở nồng độ thấp hơn 3–10% PDLA, vẫn còn một sự cải thiện đáng kể. Trong trường hợp sau, PDLA hoạt động như một tác nhân tạo mầm, do đó làm tăng tốc độ kết tinh. Phân hủy sinh học của PDLA chậm hơn so với PLA do độ kết tinh cao hơn của PDLA. Các mô đun uốn của PLA cao hơn polystyrene và PLA có khả năng chịu nhiệt tốt.

Một số công nghệ như ủ,^[15][16][17] thêm chất tạo mầm, tạo thành vật liệu tổng hợp bằng sợi hoặc hạt nano,^[18][19][20] mở rộng chuỗi^[21][22] và giới thiệu các cấu trúc liên kết ngang đã được sử dụng để tăng cường tính chất cơ học của các polyme PLA. Axit polylactic có thể được xử lý giống như hầu hết nhựa nhiệt dẻo thành sợi (ví dụ, sử dụng quy trìnhkéo sợi nóng chảy truyền thống) và màng. PLA có các tính chất cơ học tương tự như PETE, nhưng có nhiệt độ sử dụng liên tục tối đa thấp hơn đáng kể.^[23] Với năng lượng bề mặt cao, PLA có khả năng in dễ dàng làm cho nó được sử dụng rộng rãi trong in 3-D. Độ bền kéo cho PLA in 3-D đã được xác định trước đó.^[24]

Ngoài ra còn có nhiều (L-lactide-co-D, L-lactide) (PLDLLA) - được sử dụng làm giàn giáo PLDLLA / TCP cho kỹ thuật xương.^[25][26]

Hàn dung môi

PLA có thể được hàn dung môi bằng cách sử dụng dichloromethan.^[27]

Ứng dụng

Màng phim làm bằng hỗn hợp PLA "bio-flex"

Cốc PLA phân hủy sinh học được sử dụng tại nhà hàng

Túi trà bằng PLA. Trà bạc hà được bao bọc.

PLA có thể được xử lý bằng cáchép đùn như in 3D,ép phun, đúc thành tấm phim và màng mỏng và kéo sợi, cung cấp truy cập vào nhiều loại vật liệu.

in 3D sọ người với dữ liệu từ Tomography tính toán. PLA trong suốt.

PLA được sử dụng làm vật liệu cho các máy in 3D được chế tạo bằng sợi nóng chảy để bàn (ví dụ: RepRap).^[28][29] Các chất rắn in PLA có thể được bọc trong các vật liệu đúc giống như thạch cao, sau đó đốt cháy trong lò nung để có thể lấp đầy khoảng trống kết quả bằng kim loại nóng chảy. Điều này được gọi là "đúc PLA chảy", một loại đúc mẫu chảy.

Có khả năng phân hủy thành axit lactic vô hại, PLA được sử dụng như vật cấy ghép y tế dưới dạng neo, đinh vít, đĩa, ghim, que và lưới.^[30] Tùy thuộc vào từng loại cụ thể, nó tự hủy bên trong cơ thể trong vòng 6 tháng đến 2 năm. Sự suy thoái dần dần này là mong muốn đối với một cấu trúc hỗ trợ, bởi vì nó dần dần chuyển tải tới cơ thể (ví dụ xương) khi khu vực đó lành lại. Đặc tính độ bền của cấy ghép PLA và PLLA được ghi nhận rõ ràng.^[31]

PLA cũng có thể được sử dụng như một vật liệu đóng gói có thể phân hủy, hoặc đúc, ép phun, hoặc bên thành sợi. Ly và túi đã được làm từ vật liệu này. Với dạng tấm phim, nó co lại khi gia nhiệt và được sử dụng trong các ống co. Nó rất hữu ích cho sản xuất bao bì đựng dạng rời, túi chất thải, bao bì thực phẩm, và bộ đồ ăn dùng một lần. Ở dạng sợi và vải không dệt, PLA cũng có nhiều công dụng tiềm năng, ví dụ như vải nhồi đệm, quần áo dùng một lần, mái hiên, sản phẩm vệ sinh phụ nữ và tã lót. Nhờ khả năng tương thích sinh học và khả năng phân hủy sinh học của nó, PLA cũng đã tìm thấy nhiều sự quan tâm như một giàn giáo polymer cho mục đích phân phối thuốc.

Racemic và PLLA thường xuyên có nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh thấp, điều không mong muốn. Stereocomplex của PDLA và PLLA có nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh cao hơn, cho nó sức mạnh cơ học lớn hơn. Nó có một số các ứng dụng, chẳng hạn như áo sơ mi dệt (sắt), khay vi sóng, các ứng dụng điền đầy trạng thái nóng và thậm chí cả nhựa kỹ thuật (trong trường hợp này, stereocomplex được pha trộn với một polymer giống như cao su như ABS). Hỗn hợp như vậy cũng có độ ổn định hình dạng tốt và minh bạch trực quan, hữu ích cho các ứng dụng bao bì cấp thấp. Axit poly-L-lactic tinh khiết (PLLA), mặt khác, là thành phần chính trong Sculptra, một chất tăng cường bề mặt lâu dài, chủ yếu được sử dụng để làm tan mỡ gò má. Tiến bộ trong công nghệ sinh học đã dẫn đến sự phát triển của sản xuất thương mại của các hình thức enantiomer D, một điều không thể cho đến gần đây.^[32]

PLA cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp thuốc lá điện tử. IQOS của Philip Morris đã có sẵn, bao gồm PLA để làm chậm hơi nước mà không cần hấp thụ nó, cho nó thời gian để nguội đến nhiệt độ dễ chịu hơn trước khi hít vào nó.

Tái chế

PLA có mã ID nhựa SPI số 7

Hiện tại, mã nhận dạng nhựa SPI 7 ("các loại khác") được áp dụng cho PLA. Tại Bỉ, Galactic là đơn vị thí điểm đầu tiên về tái chế hóa chất PLA (Loopla). Không giống như tái chế cơ học, chất thải có thể chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau. Polylactic acid có thể được tái chế thành monomer bằng cách khử nhiệt hoặc thủy phân nhiệt. Khi được tinh chế, monome có thể được sử dụng để sản xuất PLA nguyên chất mà không làm mất các đặc tính ban đầu (tái chế tái sinh).^{[Còn mơ hồ ]}

Biến chất

Amycolatopsisvà Saccharotrixcó thể làm biến chất PLA. Một protease tinh khiết từ Amycolatopsis sp., PLA depolymerase, cũng có thể làm biến chất PLA. Các enzyme như pronase và proteinase K hiệu quả nhất từ Tritirachium album làm biến chất PLA.^[33]

Màng PLA nguyên chất trải qua quá trình thủy phân chọn lọc khi được đặt trong môi trường dung môi của Eagle đã được bổ sung của Dulbecco (DMEM) bổ sung huyết thanh bò thai nhi (FBS) (một dung dịch bắt chước chất dịch cơ thể). Sau 30 ngày chìm trong DMEM + FBS, giàn giáo PLLA mất khoảng 20% trọng lượng của nó.^[34]

Xem thêm

• Cellophane, polyglycolide, vật liệu plastarch, poly-3-hydroxybutyrate - các polyme có nguồn gốc sinh học
• Polycaprolactone
• Zein, sơn cánh kiến - vật liệu phủ sinh học
• Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) - cũng được sử dụng cho in 3D

Tham khảo

1. ^ “Matbase”. Lưu trữ bản gốc ngày 10 tháng 2 năm 2012. Truy cập ngày 6 tháng 2 năm 2012.
2. PLA MSDS. ampolymer.com
3. Ceresana. “Bioplastics - Study: Market, Analysis, Trends - Ceresana”. www.ceresana.com. Lưu trữ bản gốc ngày 4 tháng 11 năm 2017. Truy cập ngày 9 tháng 5 năm 2018.
4. Martin, O; Avérous, L (2001). “Poly(lactic acid): plasticization and properties of biodegradable multiphase systems”. Polymer. 42 (14): 6209–6219. doi:10.1016/S0032-3861(01)00086-6.
5. Anders Södergård; Mikael Stolt. “3. Industrial Production of High Molecular Weight Poly(Lactic Acid)”. Trong Rafael Auras; Loong-Tak Lim; Susan E. M. Selke; Hideto Tsuji (biên tập). Poly(Lactic Acid): Synthesis, Structures, Properties, Processing, and Applications. doi:10.1002/9780470649848.ch3.
6. Kricheldorf, Hans R.; Jonté, J. Michael (1983). “New polymer syntheses”. Polymer Bulletin. 9 (6–7). doi:10.1007/BF00262719.
7. Jung, Yu Kyung; Kim, Tae Yong (2009). “Metabolic Engineering of Escherichia coli for the production of Polylactic Acid and Its Copolymers”. Biotechnology and Bioengineering. 105 (1): 161. doi:10.1002/bit.22548. PMID 19937727.
8. Drury, Jim. “Cheaper, greener, route to bioplastic”. reuters.com. Lưu trữ bản gốc ngày 1 tháng 12 năm 2017. Truy cập ngày 9 tháng 5 năm 2018.
9. Dusselier, Michiel; Wouwe, Pieter Van; Dewaele, Annelies; Jacobs, Pierre A.; Sels, Bert F. (ngày 3 tháng 7 năm 2015). “Shape-selective zeolite catalysis for bioplastics production”. Science. 349 (6243): 78–80. Bibcode:2015Sci...349...78D. doi:10.1126/science.aaa7169. PMID 26138977. Lưu trữ bản gốc ngày 24 tháng 9 năm 2017. Truy cập ngày 9 tháng 5 năm 2018 – qua science.sciencemag.org.
10. Donald Garlotta (2001). “A Literature Review of Poly(Lactic Acid)”. Journal of Polymers and the Environment. 9 (2). Lưu trữ bản gốc ngày 26 tháng 5 năm 2013.
11. “Large-scale production, properties and commercial applications of polylactic acid polymers”. Polymer Degradation and Stability (bằng tiếng Anh). 59 (1–3): 145–152. ngày 3 tháng 1 năm 1998. doi:10.1016/S0141-3910(97)00148-1. ISSN 0141-3910.
12. Södergård, Anders; Mikael Stolt (tháng 2 năm 2002). “Properties of lactic acid based polymers and their correlation with composition”. Progress in Polymer Science. 27 (6): 1123–1163. doi:10.1016/S0079-6700(02)00012-6. Chú thích có tham số trống không rõ: |quotes= (trợ giúp)
13. Middelton, John C.; Arthur J. Tipton (2000). “Synthetic biodegradable polymers as orthopedic devices”. Biomaterial. 21 (23): 2335–2346. doi:10.1016/S0142-9612(00)00101-0. Chú thích có tham số trống không rõ: |quotes= (trợ giúp)
14. Gina L. Fiore; Feng Jing; Victor G. Young Jr.; Christopher J. Cramer; Marc A. Hillmyer (2010). “High Tg Aliphatic Polyesters by the Polymerization of Spirolactide Derivatives”. Polymer Chemistry. 1 (6): 870–877. doi:10.1039/C0PY00029A.
15. “Degradation of poly(l-lactic acid) by γ-irradiation”. Polymer Degradation and Stability (bằng tiếng Anh). 72 (2): 337–343. ngày 1 tháng 5 năm 2001. doi:10.1016/S0141-3910(01)00030-1. ISSN 0141-3910.
16. “Controlled crystal nucleation in the melt-crystallization of poly(l-lactide) and poly(l-lactide)/poly(d-lactide) stereocomplex”. Polymer (bằng tiếng Anh). 44 (19): 5635–5641. ngày 1 tháng 9 năm 2003. doi:10.1016/S0032-3861(03)00583-4. ISSN 0032-3861.
17. “Properties and morphologies of poly(l-lactide): 1. Annealing condition effects on properties and morphologies of poly(l-lactide)”. Polymer (bằng tiếng Anh). 36 (14): 2709–2716. ngày 1 tháng 1 năm 1995. doi:10.1016/0032-3861(95)93647-5. ISSN 0032-3861.
18. Urayama, Hiroshi; Ma, Chenghuan; Kimura, Yoshiharu (tháng 7 năm 2003). “Mechanical and Thermal Properties of Poly(L-lactide) Incorporating Various Inorganic Fillers with Particle and Whisker Shapes”. Macromolecular Materials and Engineering (bằng tiếng Anh). 288 (7): 562–568. doi:10.1002/mame.200350004. ISSN 1438-7492.
19. Trimaille, T.; Pichot, C.; Elaïssari, A.; Fessi, H.; Briançon, S.; Delair, T. (ngày 1 tháng 11 năm 2003). “Poly(d,l-lactic acid) nanoparticle preparation and colloidal characterization”. Colloid and Polymer Science (bằng tiếng Anh). 281 (12): 1184–1190. doi:10.1007/s00396-003-0894-1. ISSN 0303-402X.
20. Hu, Xiao; Xu, Hong-Sheng; Li, Zhong-Ming (ngày 4 tháng 5 năm 2007). “Morphology and Properties of Poly(L-Lactide) (PLLA) Filled with Hollow Glass Beads”. Macromolecular Materials and Engineering (bằng tiếng Anh). 292 (5): 646–654. doi:10.1002/mame.200600504. ISSN 1438-7492.
21. Li, Bo-Hsin; Yang, Ming-Chien (2006). “Improvement of thermal and mechanical properties of poly(L-lactic acid) with 4,4-methylene diphenyl diisocyanate”. Polymers for Advanced Technologies (bằng tiếng Anh). 17 (6): 439–443. doi:10.1002/pat.731. ISSN 1042-7147.
22. Di, Yingwei; Iannace, Salvatore; Di Maio, Ernesto; Nicolais, Luigi (ngày 4 tháng 11 năm 2005). “Reactively Modified Poly(lactic acid): Properties and Foam Processing”. Macromolecular Materials and Engineering (bằng tiếng Anh). 290 (11): 1083–1090. doi:10.1002/mame.200500115. ISSN 1438-7492.
23. “Compare Materials: PLA and PETE”. Makeitfrom.com. Lưu trữ bản gốc ngày 1 tháng 5 năm 2011. Truy cập ngày 11 tháng 4 năm 2011.
24. Giordano, R.A.; Wu, B.M.; Borland, S.W.; Cima, L.G.; Sachs, E.M.; Cima, M.J. (1997). “Mechanical properties of dense polylactic acid structures fabricated by three dimensional printing”. Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition. 8 (1): 63–75. doi:10.1163/156856297x00588.
25. Lam, C. X. F.; Olkowski, R.; Swieszkowski, W.; Tan, K. C.; Gibson, I.; Hutmacher, D. W. (2008). “Mechanical and in vitro evaluations of composite PLDLLA/TCP scaffolds for bone engineering”. Virtual and Physical Prototyping. 3 (4): 193–197. doi:10.1080/17452750802551298.
26. Bose, S.; Vahabzadeh, S.; Bandyopadhyay, A. (2013). “Bone tissue engineering using 3D printing”. Materials Today. 16 (12): 496–504. doi:10.1016/j.mattod.2013.11.017.
27. Thingiverse.com. “Dichloromethane Vapor Treating PLA parts by Aggresive”. www.thingiverse.com. Lưu trữ bản gốc ngày 1 tháng 12 năm 2017. Truy cập ngày 9 tháng 5 năm 2018.
28. “PLA”. Reprap Wiki. ngày 4 tháng 4 năm 2011. Lưu trữ bản gốc ngày 16 tháng 7 năm 2011. Truy cập ngày 11 tháng 4 năm 2011.
29. “PLA”. MakerBot Industries. Lưu trữ bản gốc ngày 23 tháng 4 năm 2011. Truy cập ngày 11 tháng 4 năm 2011.
30. Rafael Auras; Loong-Tak Lim; Susan E. M. Selke; Hideto Tsuji biên tập (2010). Poly(Lactic Acid): Synthesis, Structures, Properties, Processing, and Applications. doi:10.1002/9780470649848. ISBN 9780470293669.
31. Nazre, A.; Lin, S. (1994). Harvey, J. Paul; Games, Robert F. (biên tập). Theoretical Strength Comparison of Bioabsorbable (PLLA) Plates and Conventional Stainless Steel and Titanium Plates Used in Internal Fracture Fixation. tr. 53. ISBN 0-8031-1897-X.
32. “Bioengineers succeed in producing plastic without the use of fossil fuels”. Physorg.com. Lưu trữ bản gốc ngày 6 tháng 6 năm 2011. Truy cập ngày 11 tháng 4 năm 2011.
33. Yutaka Tokiwa; Buenaventurada P. Calabia; Charles U. Ugwu; Seiichi Aiba (tháng 9 năm 2009). “Biodegradability of Plastics”. International Journal of Molecular Sciences. 10 (9): 3722–3742. doi:10.3390/ijms10093722. PMC 2769161. PMID 19865515.
34. Pavia FC; La Carrubba V; Piccarolo S; Brucato V (tháng 8 năm 2008). “Polymeric scaffolds prepared via thermally induced phase separation: tuning of structure and morphology”. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 86 (2): 459–466. doi:10.1002/jbm.a.31621. PMID 17975822.

Liên kết ngoài

• "Your plastic pal" | The Economist