Понимание биопластиков PLA: состав, применение и устойчивость

Выбор материала — одно из самых важных решений, которое может принять инженер или дизайнер продукта. Материал детали будет иметь прямое воздействие на ее механические и химические свойства. Например, использование смеси акрилонитрил-бутадиен-стирола (ABS) и поликарбоната (PC) придаст литой под давлению детали уникальную смесь прочности и термостойкости PC и гибкости ABS.

Как часть продолжающегося перехода к более устойчивым, экологичным материалам, происходящего во всех отраслях, как традиционные, так и аддитивные провайдеры производственных услуг в последние годы инвестируют более активно в эко-сознательные материалы. Биопластики стали популярной альтернативой нефтепродуктовым пластикам. По данным European Bioplastics, глобальный рынок биопластиков ожидается вырастет на 25% к 2023 году, а глобальный выпуск биопластиков достигнет 26,2 млн тонн в год.

В честь Дня Земли мы копнем в биопластики PLA. Всё, что нужно знать об этом экологичном материале.

Что такое биопластики PLA?

Биопластики PLA сделаны из полилактидовой кислоты, прозрачного термопластичного алифатического полиэстера, полученного из возобновляемых ресурсов. Био-базированные пластики вроде PLA производятся из биомассы вроде кукурузы, сахарного тростника, водорослей или даже раковин креветок. PLA также биоразлагаем, то есть он распадается в естественной среде и оставляет после себя только биомассу, углекислый газ и воду.

Важно отметить, что не все био-базированные пластики обязательно биоразлагаемы, и наоборот. Биопластики PLA — единственные коммерчески доступные биопластики, которые одновременно био-базированны и биоразлагаемы, и они один из немногих биопластиков, подходящих для 3D-принтеров.

Как делаются биопластики PLA?

На первом этапе производственного процесса биопластиков PLA кукурузный крахмал отделяется от влажно перемолотой кукурузы, соединяется с кислотой или ферментами и затем нагревается. Тепло разрушает кукурузный крахмал и производит декстрозу или кукурузный сахар.

Кукурузный сахар затем ферментируется для производства L-лактидовой кислоты, которая является главным компонентом PLA. Лактидовая кислота может использоваться в своем непосредственном состоянии, что увеличивает молекулярный вес и термические свойства PLA, или может быть напрямую полимеризована.

Распространенные типы PLA включают поли-L-лактид (PLLA), поли-D-лактид (PLDA) и поли-DL-лактид (PDLLA).

Плюсы и минусы биопластиков PLA

Биопластики PLA получают много внимания за экологичность. Поскольку они производятся из возобновляемых ресурсов, они не истощают конечные запасы нефти мира и почти полностью углеродно-нейтральны. Они механически перерабатываемы и не выделяют токсичных паров при оксидации. Биопластики PLA также имеют отличные механические свойства по сравнению с другими полиэстерами.

К сожалению, биопластики PLA не полностью безвредны для окружающей среды. Производство с любым пластиком несет определенное количество отходов и загрязнений — биопластики PLA не исключение. Все еще нужно учитывать выбросы при сборе, переработке и транспортировке.

Далее, некоторые задают вопрос о месте биопластиков PLA в более широкой картине экологизма и гуманитаризма. Например: этично ли использовать кукурузу для производства биопластиков PLA, когда проблема продовольственной безопасности мучает большую часть мира? Если больше пластиковых производителей переключатся на биопластики, области, пораженные вырубкой лесов, вроде тропических лесов, могут стать еще более уязвимыми.

Более того, врожденная перерабатываемость биопластиков легко компрометируется. Биопластики PLA часто смешивают с менее экологичными, неперерабатываемыми полимерами для увеличения их прочности и защиты от ломкости. Эти гибридные биопластики PLA разлагаются до нетоксичных материалов за три месяца при специфических условиях компостирования, но то же разложение может занять от 100 до 1000 лет на обычной свалке.

Распространенные применения и случаи использования

Тем не менее, биопластики PLA — экстремально универсальные материалы с широкой вариативностью случаев использования во многих отраслях. Экологичные стаканы, пластиковые контейнеры, бутылки и чайные пакетики — все делаются из биопластиков PLA. Они признаны безопасными для применений в пищевой упаковке Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA).

Многие инженеры в медицинской отрасли предпочитают биопластики PLA нефтепродуктовым пластикам, потому что они нетоксичны на всем пути до разложения. Продукты из биопластиков PLA могут растворяться в теле и безопасны для использования с минимальным воспалением и риском инфекции. Распространенные применения включают хирургические винты и сетки, системы доставки лекарств, костно-фиксирующие устройства и тканевую инженерию. Пока PLA доказала полезность для этих расходников, эко-материалы еще не разработаны для соответствия более строгим требованиям производительности высокоценных применений.

Давайте работать вместе за лучшее будущее

Пока место биопластиков PLA в грандиозном видении устойчивости в производственной отрасли все еще определяется, этот биоразлагаемый и био-базированный материал сравнительно экологичен. Он сделан из возобновляемых материалов и не оставит отходов. На данном этапе, однако, ни один пластик не идеален, и может быть невозможно полностью устранить все отходы и углеродные выбросы.

По мере того как производственная отрасль продолжает эволюционировать к более зеленому будущему, мы надеемся видеть больше деталей, произведенных с использованием биопластиков PLA и экологически-сознательных альтернатив нефтепродуктовым материалам с вредными углеродными следами. Любые шаги, которые мы можем сделать в сторону большей устойчивости — это шаги, стоящие того, чтобы их предпринять.

В Fast Radius мы хотим воплотить в жизнь продукты, создающие лучшее будущее. От масштабирования производства лицевых экранов для борьбы с COVID-19 до дела цепочки поставок более устойчивой, мы всегда ищем способы сделать новые вещи возможными через по запросу производство. Свяжитесь с нами сегодня, если у вас есть идея, которая может сделать мир немного зеленее — или если вы готовы начать свой следующий производственный проект.

Хотите узнать больше? Посмотрите ресурсный центр Fast Radius для дополнительной информации о передовых материалах и нашем полном спектре сервисных предложений.

Готовы приступить к производству деталей с Fast Radius?

Начните расчет стоимости