Le plastique biodégradable le plus commun dans la vie-Acide polylactique PLA grande explication!

Qu'est-ce que l'acide polylactique?

L'acide polylactique (PLA) est un nouveau type de matériau biodégradable biosourcé et renouvelable, fabriqué à partir de matières premières amidon proposées par des ressources végétales renouvelables (telles que le maïs, le manioc, etc.).

La matière première d'amidon est saccharifiée pour obtenir du glucose, puis fermentée à partir du glucose et de certaines souches pour produire de l'acide lactique de haute pureté, puis la méthode de synthèse chimique est utilisée pour synthétiser l'acide polylactique avec un certain poids moléculaire.

L'acide polylactique a une bonne biodégradabilité. Après utilisation, il peut être complètement dégradé par les micro-organismes dans la nature dans des conditions spécifiques, et enfin générer du dioxyde de carbone et de l'eau, qui ne pollue pas l'environnement. Il est très bénéfique pour protéger l'environnement et est reconnu comme un matériau respectueux de l'environnement.

L'acide polylactique, également connu sous le nom de polylactide, appartient à la famille des polyester. L'acide polylactique est un polymère obtenu par polymérisation de l'acide lactique comme matière première principale. La source de matières premières est suffisante et peut être régénérée. Il utilise principalement le maïs et le manioc comme matières premières.

Le processus de production d'acide polylactique est sans pollution, et le produit peut être biodégradé pour réaliser le cycle dans la nature, c'est donc un matériau polymère vert idéal.

L'acide polylactique a une bonne stabilité thermique, une température de traitement de 170 à 230 ℃, une bonne résistance aux solvants, peut être traitée de diverses manières, telles que l'extrusion, le filage, l'étirement biaxial, le moulage par injection. En plus d'être biodégradables, les produits à base d'acide polylactique présentent une bonne biocompatibilité, une brillance, une transparence, une sensation de main et une résistance à la chaleur, ainsi qu'une certaine résistance aux bactéries, une ignifugation et une résistance aux UV, ils sont donc très utiles. Largement utilisé comme matériaux d'emballage, fibres et non-tissés, etc., actuellement principalement utilisés dans les vêtements (sous-vêtements, vêtements d'extérieur), l'industrie (construction, agriculture, foresterie, fabrication du papier) et les domaines médical et de la santé.

Le prix du PLA avant l'industrialisation à grande échelle est de 1000 $/kg. Plus tard, la production à grande échelle a été réalisée grâce à la recherche sur l'industrialisation du groupe de recherche du professeur Ramani Narayan de la Michigan State University.

La production d'acide polylactique en est encore au stade initial de développement dans mon pays. Le PLA a de nombreuses applications et peut être utilisé dans l'extrusion, le moulage par injection, le dessin de film, le filage et d'autres domaines.

Méthode de préparation de l'acide polylactique

En général, la préparation de l'acide polylactique (PLA) est synthétisée à partir d'acide lactique en tant que matière première. Il existe de nombreux types de méthodes synthétiques à l'heure actuelle, le plus mature est la méthode de polycondensation directe de l'acide lactique, et l'autre est de synthétiser le lactide par l'acide lactique d'abord, puis polymérisation d'ouverture d'anneau sous l'effet du catalyseur. Il existe également une méthode de polymérisation en phase solide.

01Méthode de polymérisation directe d'acide lactique

La méthode de polymérisation directe a été étudiée dès les années 1930 et 1940, mais comme les technologies clés impliquées dans l'élimination de l'eau dans la réaction ne peuvent pas être bien résolues, le poids moléculaire des produits est faible (tous en dessous de 4000), très faible résistance, facile à se décomposer, pas de praticité.

Showa Polymer Co., Ltd. du Japon adopte la méthode pour chauffer lentement l'acide lactique dans un gaz inerte et le décompresser lentement, de sorte que l'acide lactique soit directement déshydraté et condensé, et le réactif est en outre polycondensé à 220 ~ 260 ° C et 133 Pa pour obtenir un poids moléculaire supérieur à 4000. Acide polylactique. Cependant, le temps de réaction de cette méthode est long et le produit sera vieilli, décomposé, décoloré et inégal à une température élevée au stade ultérieur. La société japonaise Mitsui Press Chemical Company utilise la méthode de polymérisation en solution pour polymériser directement l'acide lactique afin d'obtenir de l'acide polylactique.

La principale caractéristique de la méthode directe est que l'acide polylactique synthétisé ne contient pas de catalyseur. Par conséquent, lorsque la réaction de polycondensation progresse dans une certaine mesure, le système apparaîtra dans un état d'équilibre. Il doit être chauffé et pressurisé pour rompre l'équilibre de la réaction, et les conditions de réaction sont relativement dures. Ces dernières années, grâce à l'innovation et à l'amélioration de la technologie, la méthode de polymérisation directe a fait des progrès, et il devrait être appliqué à la production industrielle à grande échelle dans un proche avenir à mesure que la technologie continue de mûrir.

02Polymérisation d'ouverture d'anneau

La polymérisation par ouverture d'anneau est la méthode de production la plus largement utilisée au monde. Dès le mid-20th siècle, les chercheurs de DuPont ont obtenu de l'acide polylactique de haut poids moléculaire par polymérisation par ouverture de cycle. Ces dernières années, les recherches étrangères sur la synthèse de l'acide polylactique se sont principalement concentrées sur la polymérisation par ouverture de cycle du lactide.

Les produits de la série acide polylactique fabriqués par Boeheringer Zngelhelm en Allemagne par cette méthode apparaissent sur le marché sous le nom commercial; l'acide polylactique produit par Cargill aux États-Unis est traité par fusion et spunbond pour développer des produits médicaux non tissés; Et Il n'y a qu'une poignée d'entreprises dans mon pays qui peuvent synthétiser l'acide polylactique polymère, comme l'Institut de recherche sur les polymères de l'Université Sun Yat-Sen.

La polymérisation par ouverture d'anneau utilise principalement l'octoate stanneux comme initiateur, le poids moléculaire peut atteindre des millions et la résistance mécanique est élevée. La polymérisation et la séparation sont réalisées en deux étapes:

La première étape consiste à obtenir du lactide par cyclisation de la déshydratation de l'acide polylactique;

La deuxième étape consiste à obtenir le polylactide par polymérisation par ouverture de cycle du lactide;

Cependant, cette méthode de polymérisation par ouverture de cycle a des exigences extrêmement élevées sur la pureté du catalyseur et la pureté du monomère pendant la polymérisation. Même une très petite quantité d'impuretés rendra le poids moléculaire du PLA inférieur à 100,000 et les conditions de polymérisation telles que la température, la pression, le catalyseur, etc. Le type et la quantité de PLA, le temps de réaction, etc. affecteront également grandement le poids moléculaire du PLA, Donc la synthèse du PLA de haut poids moléculaire est une difficulté technique.

03Polymérisation à l'état solide

Cette méthode est obtenue par polymérisation de la résine de bas poids moléculaire obtenue par le procédé de polymérisation directe dans des conditions de pression et de vide réduits et de température entre Tg et Tm, de manière à augmenter son degré de polymérisation et à augmenter le poids moléculaire, améliorant ainsi la résistance et les performances de traitement du matériau.

Le processus de préparation de l'acide polylactique

Nous parlons principalement de la méthode de polymérisation par ouverture de cycle la plus couramment utilisée, et son processus est à peu près le suivant:

01Basé sur

Les cultures en coquille telles que le maïs sont broyées pour extraire l'amidon, qui est ensuite transformé en glucose non raffiné. Maintenant, de nombreuses technologies de pointe ont surmonté le processus de broyage et d'extraire les matières premières directement à partir d'un grand nombre de cultures.

02Fermentation

Le glucose est fermenté d'une manière similaire à la production de bière ou d'alcool, qui devient de l'acide lactique similaire à la nourriture ajoutée pour une utilisation dans le tissu musculaire humain.

03Produits intermédiaires

Le monomère d'acide lactique est converti en un produit intermédiaire-l'acide lactique réduit dans l'eau, à savoir le lactide, par un processus de concentration spécial.

04Agrégation

Une fois que le monomère lactide a été purifié sous vide, un processus de dissolution sans solvant est utilisé pour compléter l'action d'ouverture du cycle afin de polymériser le monomère.

05Modification du polymère

En raison de la différence de poids moléculaire et de cristallinité du polymère, les propriétés du matériau peuvent être considérablement modifiées, de sorte que le PLA est modifié différemment pour différentes applications.

Champs d'application de l'acide polylactique

01Champ biomédical

Dans le domaine de la biomédecine, les matériaux acides polylactiques peuvent être utilisés comme matériaux de transport de médicaments, matériaux d'échafaudage d'ingénierie tissulaire, matériaux de réparation osseuse, etc.

Le domaine médical est un domaine d'application précoce du PLA et de ses composés. À l'heure actuelle, des recherches fondamentales approfondies et des applications cliniques ont été menées dans les domaines de la chirurgie orthopédique, de la chirurgie thoracique, de la chirurgie maxillo-faciale et de la thérapie ciblée sur les tumeurs.

02Industrie et agriculture

L'acide polylactique a une bonne plasticité, résistance à la chaleur et propriétés de traitement physique. Il peut être transformé en film de paillis agricole pour compenser les défauts fragiles et non dégradables du film de paillis traditionnel. Cordes, matériaux à libération lente pour pesticides et engrais, etc.

La dégradabilité du film de paillis de polyéthylène ordinaire (PE) et du film de paillis d'acide polylactique a été comparée et étudiée, ainsi que la croissance du coton sous différents films de paillage. Il a été constaté que le film de paillis d'acide polylactique a commencé à se dégrader en environ 20 jours et que la zone de dégradation peut atteindre environ 80% pendant la période de récolte du coton. Et le film plastique dégradable a montré de meilleures performances d'isolation thermique.

Les effets du film de paillis PE ordinaire et du film de paillis d'acide polylactique (PLA) sur la plantation de pastèque ont été comparés et étudiés. Le test a montré que le film de paillis PLA était dégradable et ne causerait pas de pollution de l'environnement. La couverture du film de paillis PLA pourrait favoriser la croissance et le développement de la pastèque.

03Matériaux d'emballage alimentaire

Comparé au polyéthylène (polyéthylène, PE), au polychlorure de vinyle (PVC), au polypropylène (polypropylène, PP) et à d'autres matériaux, l'acide polylactique a une bonne biodégradabilité, d'excellentes propriétés antibactériennes et antifongiques.

En utilisant un film composite PLLA-PVA-PCL et des matériaux d'emballage ajoutés à la nisine pour l'emballage sous vide de viande réfrigérée, la durée de conservation de la viande emballée est beaucoup plus longue que celle du film plastique PE, et la viande est relativement bien conservée en couleur et en qualité.

Dans différentes conditions de gaz, les résultats des tests de l'emballage non emballé, sous atmosphère modifiée PLA, emballage sous atmosphère modifiée en PE, emballage sous vide en PLA, et l'emballage sous vide en PE sur l'effet de conservation frais de la carambole montrent que les sacs d'emballage en film PLA peuvent bien préserver la qualité de l'apparence et le groupe nutritionnel de la carambole. Points, prolongeant la durée de conservation du fruit étoilé.

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