O plástico biodegradável mais comum na vida-grande explicação do PLA de ácido polilático!

O que é ácido polilático?

O ácido polilático (PLA) é um novo tipo de material biodegradável de base biológica e renovável, que é feito de matérias-primas de amido propostas por recursos vegetais renováveis (como milho, mandioca, etc.).

A matéria-prima de amido é sacarificada para obter glicose e, em seguida, fermentada a partir de glicose e certas cepas para produzir ácido láctico de alta pureza, e, em seguida, o método de síntese química é usado para sintetizar o ácido polilático com um certo peso molecular.

O ácido polilático tem boa biodegradabilidade. Após o uso, pode ser completamente degradado por microrganismos na natureza sob condições específicas e, finalmente, gera dióxido de carbono e água, que não poluem o meio ambiente. É muito benéfico proteger o meio ambiente e é reconhecido como um material ecológico.

O ácido polilático, também conhecido como polilactida, pertence à família do poliéster. O ácido polilático é um polímero obtido pela polimerização do ácido láctico como principal matéria-prima. A fonte de matérias-primas é suficiente e pode ser regenerada. Usa principalmente milho e mandioca como matéria-prima.

O processo de produção de ácido polilático é livre de poluição, e o produto pode ser biodegradado para realizar o ciclo na natureza, por isso é um material de polímero verde ideal.

O ácido polilático tem boa estabilidade térmica, temperatura de processamento de 170 ~ 230 °C, boa resistência ao solvente, pode ser processado de várias maneiras, como extrusão, fiação, alongamento biaxial, moldagem por sopro por injeção. Além de serem biodegradáveis, os produtos feitos de ácido polilático têm boa biocompatibilidade, brilho, transparência, sensação manual e resistência ao calor, bem como resistência a certas bactérias, retardamento de chama e resistência aos raios ultravioleta, então eles são muito úteis. Amplamente utilizado como materiais de embalagem, fibras e não tecidos, etc., atualmente usado principalmente em roupas (roupas íntimas, agasalhos), indústria (construção, agricultura, silvicultura, fabricação de papel) e campos médicos e de saúde.

O preço do PLA antes da industrialização em grande escala é de US $1000/kg. Mais tarde, a produção em grande escala foi realizada por meio da pesquisa de industrialização do grupo de pesquisa do professor Ramani Narayan, da Michigan State University.

A produção de ácido poliláctico ainda está em fase inicial de desenvolvimento no meu país. PLA tem muitas aplicações e pode ser usado em extrusão, moldagem por injeção, desenho de filme, fiação e outros campos.

Método de preparação de ácido polilático

Em geral, a preparação de ácido polilático (PLA) é sintetizada a partir do ácido láctico como matéria-prima. Existem muitos tipos de métodos sintéticos no momento, o mais maduro é o método de policondensação direta do ácido láctico, e o outro é sintetizar o lactídeo pelo ácido láctico primeiro, e então polimerização de abertura de anel sob o efeito do catalisador. Há também um método de polimerização de fase sólida.

01Método de polimerização direta de ácido láctico

O método de polimerização direta foi estudado já nas décadas de 1930 e 1940, mas como as principais tecnologias envolvidas na remoção de água na reação não podem ser bem resolvidas, o peso molecular dos produtos é baixo (todos abaixo de 4000), muito baixa resistência, fácil de decompor, sem praticidade.

Showa Polymer Co., Ltd. do Japão adota o método de aquecer lentamente o ácido láctico em um gás inerte e descomprimi-lo lentamente, de modo que o ácido láctico seja diretamente desidratado e condensado, e o reagente é ainda policondensado a 220 ~ 260 ° C e 133 Pa para obter um peso molecular de mais de 4000. Ácido poliláctico. No entanto, o tempo de reação deste método é longo, e o produto será envelhecido, decomposto, descolorido e desigual a uma alta temperatura no estágio posterior. A Mitsui Press Chemical Company do Japão usa o método de polimerização em solução para polimerizar diretamente o ácido lático para obter ácido polilático.

A principal característica do método direto é que o ácido polilático sintetizado não contém um catalisador. Portanto, quando a reação de policondensação progride até certo ponto, o sistema aparecerá em um estado de equilíbrio. Ele precisa ser aquecido e pressurizado para quebrar o equilíbrio da reação, e as condições de reação são relativamente severas. Nos últimos anos, através da inovação e melhoria da tecnologia, o método de polimerização direta fez alguns progressos, e deve ser aplicado à produção industrial em grande escala no futuro próximo, à medida que a tecnologia continua a amadurecer.

02Polimerização de abertura do anel

A polimerização de abertura de anel é o método de produção mais amplamente utilizado no mundo. Já no século mid-20th, os pesquisadores da DuPont obtiveram ácido polilático de alto peso molecular por polimerização de abertura de anel. Nos últimos anos, a pesquisa estrangeira sobre a síntese de ácido polilático tem se concentrado principalmente na polimerização de abertura de anel do lactídeo.

Os produtos da série de ácido poliláctico produzidos pela Boeheringer Zngelhelm na Alemanha por este método aparecem no mercado com a denominação comercial; o ácido polilático produzido pela Cargill nos Estados Unidos é processado por meltblown e spunbond para desenvolver produtos médicos não tecidos; E Existem apenas um punhado de empresas em meu país que podem sintetizar ácido polilático de polímero, como o Instituto de Pesquisa de Polímeros da Universidade Sun Yat-Sen.

A polimerização de abertura de anel usa principalmente octoato estanoso como iniciador, o peso molecular pode chegar a milhões e a resistência mecânica é alta. A polimerização e a separação são realizadas em duas etapas:

O primeiro passo é obter lactídeo através da desidratação ciclização do ácido poliláctico;

O segundo passo é obter polilactídeo por polimerização de abertura de anel de lactídeo;

No entanto, este método de polimerização de abertura de anel tem requisitos extremamente altos sobre a pureza do catalisador e a pureza do monômero durante a polimerização. Mesmo uma quantidade muito pequena de impurezas fará com que o peso molecular do PLA seja inferior a 100.000 e as condições de polimerização, como temperatura, pressão, catalisador, etc. O tipo e a quantidade de PLA, tempo de reação, etc. também afetarão muito o peso molecular do PLA, Então a síntese de PLA de alto peso molecular é uma dificuldade técnica.

03Polimerização em estado sólido

Este método é obtido por polimerização da resina de baixo peso molecular obtida pelo método de polimerização direta sob as condições de pressão reduzida e vácuo e temperatura entre Tg e Tm, de modo a aumentar o seu grau de polimerização e aumentar o peso molecular, melhorando assim a resistência e o desempenho de processamento do material.

O processo de preparação do ácido polilático

Falamos principalmente sobre o método de polimerização de abertura de anel mais comumente usado, e seu processo é aproximadamente o seguinte:

01Baseado em

Culturas de casca, como o milho, são trituradas para extrair o amido, que é então transformado em glicose não refinada. Agora, muitas tecnologias de ponta superaram o processo de moagem e extração de matérias-primas diretamente de um grande número de culturas.

02Fermentação

A glicose é fermentada de maneira semelhante à produção de cerveja ou álcool, que se torna ácido lático semelhante ao alimento adicionado para uso no tecido muscular humano.

03Produtos Intermediários

O monômero de ácido láctico é convertido em um produto intermediário-ácido láctico reduzido em água, a saber, lactídeo, por um processo de concentração especial.

04Agregação

Depois que o monômero de lactídeo é purificado a vácuo, um processo de dissolução livre de solvente é usado para completar a ação de abertura do anel para polimerizar o monômero.

05Modificação de polímero

Devido à diferença no peso molecular e na cristalinidade do polímero, as propriedades do material podem ser muito alteradas, de modo que o PLA é modificado de forma diferente para diferentes aplicações.

Campos de aplicação de ácido polilático

01Campo biomédico

No campo da biomedicina, os materiais de ácido polilático podem ser usados como materiais de transporte de drogas, materiais de andaimes de engenharia de tecidos, materiais de reparo ósseo, etc.

O campo médico é um campo inicial de aplicação do PLA e seus compostos. Atualmente, pesquisas básicas extensas e aplicações clínicas foram realizadas nas áreas de cirurgia ortopédica, cirurgia torácica, cirurgia maxilofacial e terapia direcionada ao tumor.

02Indústria e Agricultura

O ácido polilático tem boa plasticidade, resistência ao calor e propriedades de processamento físico. Ele pode ser processado em filme de cobertura agrícola para compensar os defeitos frágeis e não degradáveis do filme mulch tradicional. Cordas, materiais de liberação lenta para pesticidas e fertilizantes, etc.

A degradabilidade do filme mulch de polietileno comum (PE) e do filme mulch de ácido polilático foi comparada e estudada, bem como o crescimento do algodão sob diferentes filmes de mulching. Verificou-se que o filme mulch de ácido polilático começou a se degradar em cerca de 20 dias, e a área de degradação pode atingir cerca de 80% durante o período de colheita do algodão. E o filme plástico degradável mostrou melhor desempenho de isolamento térmico.

Os efeitos do filme mulch de PE comum e do filme mulch de ácido polilático (PLA) no plantio de melancia foram comparados e estudados. O teste mostrou que o filme mulch PLA era degradável e não causaria poluição ambiental. Cobrir o filme mulch PLA pode promover o crescimento e o desenvolvimento da melancia.

03Materiais de Embalagem de Alimentos

Comparado com polietileno (polietileno, PE), cloreto de polivinila (PVC), polipropileno (polipropileno, PP) e outros materiais, o ácido polilático tem boa biodegradabilidade, excelentes propriedades antibacterianas e antifúngicas.

Usando filme composto PLLA-PVA-PCL e materiais de embalagem adicionados com nisina para embalagem a vácuo de carne resfriada, a vida útil da carne embalada é muito maior do que a do filme plástico PE, e a carne é mantida relativamente bem cor e qualidade.

Sob diferentes condições de gás, os resultados do teste de embalagem não embalada, PLA modificado atmosfera, PE modificado atmosfera embalagem, PLA embalagem a vácuo, e as embalagens a vácuo PE sobre o efeito de manutenção da carambola mostram que os sacos de embalagem de filme PLA podem preservar a qualidade da aparência e o grupo nutricional da carambola. Pontos, estendendo o prazo de validade da fruta da estrela.

Fonte do artigo: Internet

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