إنتاج وتطبيق المواد القابلة للتحلل الحيوي من نشا الذرة باستخدام مادة PLA

ما هي مادة جيش التحرير الشعبى الصينى؟

حمض البولي لاكتيك (PLA) هو بوليمر بوليستر يتم الحصول عليه عن طريق البلمرة مع حمض اللاكتيك كمادة خام رئيسية، والتي عادة ما تكون مصنوعة من النشا المستخرج من الموارد النباتية المتجددة (مثل الذرة والكسافا وغيرها).

تُستخدم مواد PLA على نطاق واسع في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد نظرًا لخصائص حماية البيئة ومزايا سهولة التعامل معها. وتستمد موادها الخام من موارد متجددة، الأمر الذي لا يقلل الاعتماد على الموارد البتروكيماوية التقليدية فحسب، بل يُظهر أيضًا بصمة كربونية منخفضة في عملية الإنتاج. يتمتع PLA بنفاذية هواء جيدة وشفافية، ويمكن معالجته بعدة طرق، بما في ذلك البثق، والغزل، والقولبة بالنفخ، وما إلى ذلك. هذه المادة متوافقة حيويًا للغاية، وغير سامة لجسم الإنسان، ويمكن حتى أن يمتصها الجسم البشري. جسم الإنسان، لذلك لديها أيضًا مجموعة واسعة من آفاق التطبيق في المجال الطبي.

بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن مقاومة الحرارة والخواص الميكانيكية لـ PLA ليست جيدة مثل تلك الموجودة في بعض اللدائن الهندسية، إلا أن قوة الشد ومعامل الانحناء كافية لتلبية احتياجات الاستخدام اليومي. على سبيل المثال، حل جيش التحرير الشعبى الصينى تدريجيا محل المواد البلاستيكية التقليدية في حاويات المواد الغذائية، ومواد التعبئة والتغليف، وبعض السلع الاستهلاكية المعمرة. يتمتع PLA أيضًا بقابلية جيدة للتحلل، ويتحلل بواسطة الكائنات الحية الدقيقة في التربة لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء، والذي لن يسبب تلوثًا طويل الأمد للبيئة.

بشكل عام، يعتبر PLA خيارًا مثاليًا للمواد المستدامة نظرًا لخصائصه الصديقة للبيئة والقابلة للتحلل البيولوجي ومتعددة الأغراض. في المستقبل، مع تقدم العلوم والتكنولوجيا وتحسين الوعي البيئي، من المتوقع أن يتم توسيع نطاق تطبيق PLA.

حبيبات PLA، والمعروفة أيضًا باسم حبيبات حمض البوليلاكتيك، هي المواد الخام الأساسية لتصنيع منتجات حمض البوليلاكتيك (PLA).

يتضمن تصنيع حبيبات PLA عدة خطوات مهمة تضمن أن المنتج النهائي يتمتع بقابلية ممتازة للتحلل الحيوي والخصائص الميكانيكية. تعتبر كل خطوة من خطوات عملية التصنيع، بدءًا من اختيار المواد الخام وحتى البلمرة النهائية، أمرًا بالغ الأهمية. يتم وصف طريقة تصنيع حبيبات PLA بالتفصيل أدناه:

1. المكونات

• الحصول على المواد الخام: يبدأ تصنيع PLA باختيار الموارد النباتية مثل نشا الذرة والكسافا، والتي يتم سحقها واستخلاص النشا.
• عملية التسكر: يتم تحويل النشا المستخرج إلى جلوكوز عن طريق التسكر، والذي يتم عن طريق خلط وتسخين الإنزيمات والمواد الكيميائية الأخرى.

2. التخمير

• تخمر حمض اللاكتيك: بعد ذلك، يتم تحويل الجلوكوز إلى حمض اللاكتيك باستخدام عملية التخمير الميكروبي. في هذه العملية، يتم تخمير الجلوكوز لإنتاج حمض اللاكتيك عالي النقاء.

3. توليف جيش التحرير الشعبى الصينى

• طريقة التكثيف المباشر: في وجود عامل التجفيف، يتم تكثيف جزيئات حمض اللاكتيك وبلمرتها مباشرة إلى أوليغومرات عن طريق التجفيف الحراري، ثم تتم إضافة موسعات السلسلة لتوليد PLA ذو الوزن الجزيئي العالي.
• طريقة من خطوتين: يتم أولاً تحويل حمض اللاكتيك إلى لاكتيد ثنائي الثناية الحلقي، ثم يتم بلمرته عن طريق فتح الحلقة لتكوين PLA. تسمح هذه الطريقة بإنتاج PLA بوزن جزيئي مرتفع وتوزيع ضيق للوزن الجزيئي.

4. الصقل

• التنقية والتكيف: تتم تنقية PLA وضبطه بدقة من خلال عمليات وظروف بلمرة مختلفة للحصول على بوليمرات ذات بلورة وأوزان جزيئية مختلفة. وهذا يسمح بتكييف خصائص مادة PLA مع احتياجات التطبيقات المختلفة.

باختصار، لا تأخذ عملية تصنيع حبيبات PLA في الاعتبار الصداقة البيئية والاستدامة فحسب، بل تضمن أيضًا أن المنتج النهائي يتمتع بخصائص ميكانيكية جيدة وسهولة المعالجة. يمكن تحويل هذه المادة الخام الحبيبية إلى مجموعة متنوعة من المنتجات الصناعية والاستهلاكية من خلال الصهر أو البثق أو عمليات المعالجة الأخرى، مما يجعلها مستخدمة على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من المجالات.

ما هي حبيبات التعديل الجسدي لـ PLA؟

هناك العديد من الطرق للتعديل المادي وتحبيب PLA، بما في ذلك بشكل رئيسي تعديل الحشو، تعديل المزج، التعديل المورفولوجي والهيكلي، إلخ.

PLA التوأم برغي الطارد >>

باعتبارها مادة قابلة للتحلل صديقة للبيئة، يتم استخدام PLA لتحل محل المواد البلاستيكية التقليدية في مجال تطبيقات التعبئة والتغليف في الحياة الحقيقية، من أجل تقليل التكاليف وزيادة القدرة التنافسية في السوق، يتم ملء التطبيقات الأكثر تعديلاً وتعديل المزج، فيما يلي التركيز على التعبئة طرق تعديل التعديل والمزج وتطبيقاتها المحددة:

1. ملء التعديل

• إضافة جزيئات صغيرة غير عضوية أو عضوية: تعزيز بعض الخصائص عن طريق إضافة جزيئات صغيرة من المواد غير العضوية أو العضوية إلى البوليمر. هذه الطريقة بسيطة وغير مكلفة، وتستخدم على نطاق واسع لتعزيز قوة المواد ومتانتها ومقاومتها للهب.
• إضافة البوليمرات: تعمل هذه الطريقة، المعروفة أيضًا باسم المزج، على تعديل خصائص الراتنج الأصلي عن طريق دمج واحد أو أكثر من الراتنجات الأخرى، بما في ذلك البلاستيك والمطاط، في راتنج واحد. يمكن أن يؤدي التركيب إلى تحسين توافق المواد وقابليتها للمعالجة بشكل كبير.

2. تعديل المزج

• مزج الملدنات: PLA عبارة عن مادة صلبة، ويمكن أن تؤدي إضافة الملدنات مثل ثلاثي الأسيتات وسيترات ثلاثي بوتيل والبولي إيثيلين جلايكول (PEG) وما إلى ذلك إلى تحسين مرونتها ومقاومتها للصدمات. أظهرت الدراسات أن ملدنات السيترات يمكنها تقليل درجة حرارة التزجج بشكل فعال وتحسين هشاشة PLA.
• مزج عامل النواة: يمكن أن تؤدي إضافة عامل النواة إلى PLA إلى تسريع عملية التبلور وتحسين خصائصه الحرارية والميكانيكية. على سبيل المثال، يمكن أن تعمل بيسيلات البوتاسيوم والبلورات النانوية السليلوزية المعدلة سطحيًا على تحسين التبلور والخصائص المضادة للميكروبات لـ PLA.
• مزج الحشو غير العضوي: يتم مزج السيليكات ذات الطبقات مثل الكاولين والمونتموريلونيت مع PLA لتحضير مواد مركبة ذات خصائص ميكانيكية عالية وثبات حراري. على سبيل المثال، تظهر كربونات الكالسيوم وPLA المعدل بالهيدروكسيباتيت قوة شد أعلى وتوافقًا حيويًا جيدًا.
• مزج الألياف الطبيعية: يتم مزج PLA مع الألياف الطبيعية مثل ألياف الموز وألياف نخيل جوز الهند، والتي لا يمكنها تحسين خصائصها الميكانيكية فحسب، بل تزيد أيضًا من خصائص التحلل. تتمتع هذه المادة المركبة بأداء ممتاز من حيث الثبات الحراري ومعامل الشد.
• الخلط مع نشا الذرة: يمكن لتعديل خلط PLA والنشا (دقيق التابيوكا، ودقيق اليام، وما إلى ذلك)، جنبًا إلى جنب مع المتوافقات الأخرى وعوامل التقوية، تحسين خواصه الميكانيكية، وقوة الشد، وزيادة خصائص التحلل، وتقصير وقت التحلل. وفي الوقت نفسه، فإنه يقلل أيضًا من تكلفة المواد الخام.

يغطي تحبيب التعديل المادي لـ PLA مجموعة متنوعة من التقنيات، تم تحسين كل منها لتلبية احتياجات التطبيقات المختلفة. لا تؤدي طرق التعديل هذه إلى تحسين الخصائص الشاملة للمادة فحسب، بل تقلل أيضًا من تكلفة الإنتاج وتوسع نطاق التطبيق. عند اختيار طريقة التعديل الصحيحة، من الضروري مراعاة عوامل مثل الاستخدام النهائي للمادة، والتكلفة، والأثر البيئي.

مقدمة لعملية إنتاج حبيبات PLA:

تستخدم عملية إنتاج الحبيبات PLA جهاز بثق مزدوج اللولب مع حزام ناقل مبرد بالهواء للتكوير، وفيما يلي تحليل للخطوات التفصيلية:

1. المعالجة المسبقة للمواد الخام

• التحريك والتسخين: قم أولاً بإضافة النشا والمواد المضافة وما إلى ذلك إلى الخلاط، وحركه وسخنه، بحيث يتم خلط المادة بالكامل بالتساوي، وأخيرًا أضف PLA وPBAT، واستمر في التحريك، ودرجة الحرارة حوالي 100 درجة، والغرض من هذه الخطوة هو: لتغيير توافق سطح الحشو، بحيث تكون المادة أسهل في التفريق والخلط في المعدات اللاحقة.

2. يضاعف والبثق

• التوأم برغي الطارد extrusiسن: تتم إضافة المواد المخلوطة إلى جهاز البثق المزدوج اللولب معًا، ويتم استخدام أداء الخلط الممتاز للطارد المزدوج اللولب، ويتم صهر المواد بالكامل وتوزيعها مختلطة في تسخين السخان الخارجي. يتم بثق المادة إلى مادة تشبه المعكرونة من خلال القالب. تتمثل ميزة الطارد المزدوج اللولب في أنه يقوم بخلط المواد ولينها وبثقها بشكل مستمر وفعال

3. التبريد والتكوير

• تبريد الحزام الناقل بالهواء: يتم تبريد شعيرية PLA المبثوقة عن طريق تمريرها عبر حزام ناقل مبرد بالهواء. يمكن لهذه الطريقة أن تقلل درجة حرارة الجزيئات بسرعة، وتمنع الالتصاق بين الجزيئات، وتضمن تشتت وجودة الجزيئات.
• التكوير، تدخل المعكرونة المبردة إلى آلة التكوير، وسيتم تقطيع المعكرونة إلى جزيئات بحجم 3XD3mm بواسطة قاطعة دوارة عالية السرعة

4. النخل

• فحص الجسيمات التي تلبي المعايير: أخيرًا، يتم فحص الجزيئات المعالجة، ويتم فرز واختيار الحبيبات التي تلبي المعايير والتي تحتاج إلى مزيد من المعالجة لتحويلها إلى منتجات بلاستيكية.

مجالات تطبيق حبيبات PLA القابلة للتحلل:

جزيئات PLA، أي جزيئات حمض البوليلاكتيك، هي عبارة عن مواد بلاستيكية قابلة للتحلل الحيوي يتم الحصول عليها عن طريق البلمرة مع حمض اللاكتيك باعتباره المادة الخام الرئيسية. نظرًا لخصائص حماية البيئة والخصائص الفيزيائية الممتازة، تُستخدم جزيئات PAL على نطاق واسع في العديد من المجالات. فيما يلي مجالات التطبيق الرئيسية لجسيمات PAL:

1. المجال الطبي

• نظام إطلاق المخدرات الخاضع للرقابة: يتمتع PLA بتوافق حيوي جيد وقابلية للتحلل الحيوي، ويمكن للتطبيق في حاملات الأدوية أن يحقق بشكل فعال إطلاقًا خاضعًا للرقابة للأدوية، ويقلل من عدد إدارات الأدوية ويحسن الفعالية.
• مواد التثبيت الداخلي للعظام: يمكن استخدام مواد PLA لإنتاج البراغي والمسامير والقضبان وغيرها من مواد التثبيت الداخلي للعظام، والتي يمكن أن تتحلل تدريجيًا في الجسم الحي، مما يتجنب مشكلة الحاجة إلى إزالة مواد التثبيت الداخلي المعدنية التقليدية عن طريق الجراحة الثانوية.

2. صناعة التغليف

• تغليف الطعام: تتمتع مواد تغليف المواد الغذائية المصنوعة من حبيبات PLA، مثل الأكياس البلاستيكية والأفلام والحاويات وغيرها، بشفافية جيدة وخصائص ميكانيكية، وفي الوقت نفسه تصبح حلاً فعالاً للتلوث الأبيض بسبب قابليتها للتحلل.
• التغليف غير الغذائي: ويستخدم PLA أيضًا في التغليف غير الغذائي مثل الإلكترونيات ومستحضرات التجميل، مما يوفر خيارات مستدامة وصديقة للبيئة لتقليل التأثير البيئي.

3. صناعة النسيج

• ألياف الملابس: تتم معالجة كريات PLA لتحويلها إلى ألياف تُستخدم في إنتاج الملابس والمنسوجات المختلفة. هذه الألياف قابلة للتنفس ومريحة، في حين أنها قابلة للتحلل البيولوجي، مما يقلل من البصمة البيئية لصناعة الملابس.
• المنسوجات المنزلية: على سبيل المثال، بدأت أيضًا ملاءات الأسرة والستائر والمنسوجات المنزلية الأخرى في استخدام مواد PLA، والتي لا تلبي احتياجات الاستخدام فحسب، بل تقلل أيضًا من التلوث البيئي.

4. الزراعة

• فيلم المهاد الزراعي: لا يتمتع فيلم المهاد الزراعي المصنوع من جزيئات PLA بوظيفة التسخين والاحتفاظ بالمياه التي تتميز بها طبقة المهاد البلاستيكية التقليدية فحسب، بل يمكن أيضًا أن يتحلل بشكل طبيعي في التربة بعد الاستخدام، مما يتجنب تلوث التربة على المدى الطويل بشظايا الغشاء البلاستيكي.
• أوعية وحاويات الحضانة: يُستخدم PLA أيضًا في صنع أوعية الشتلات وحاويات الزراعة الأخرى، والتي يمكن أن تتحلل مباشرة بعد الاستخدام، مما يقلل من التكلفة وصعوبة التخلص من حاويات النفايات.

5. صناعة أدوات المائدة

• أدوات المائدة المتاح: أدوات المائدة التي تستخدم لمرة واحدة والمصنوعة من حبيبات PLA، مثل الأطباق والأطباق وعيدان تناول الطعام وما إلى ذلك، تحل تدريجياً محل أدوات المائدة البلاستيكية التقليدية بخصائصها المقاومة للبيئة والقابلة للتحلل، خاصة في صناعات الوجبات الجاهزة وتغليف المواد الغذائية.

6. مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد

• مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد: أصبحت جزيئات PLA واحدة من المواد الأكثر استخدامًا للطباعة ثلاثية الأبعاد بسبب اللدونة الحرارية الجيدة والالتصاق البيني. يمكن للمستخدمين طباعة مجموعة واسعة من الأشكال والهياكل المعقدة حسب الطلب للنماذج الأولية والتدريس والتصنيع على نطاق صغير.

7. صناعة الإلكترونيات

• الأجزاء البلاستيكية للأجهزة الإلكترونية: تُستخدم جزيئات PLA في تصنيع الأجزاء البلاستيكية لبعض الأجهزة الإلكترونية نظرًا لخصائصها العازلة الجيدة وقابليتها للتحلل، وذلك لتقليل التلوث البيئي مع ضمان الأداء.

نظرًا لخصائص حماية البيئة الممتازة والخصائص الفيزيائية، فقد تم استخدام جزيئات PLA على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل الطب والتعبئة والتغليف والمنسوجات والزراعة وأدوات المائدة والطباعة ثلاثية الأبعاد والإلكترونيات. ومع تعزيز الوعي البيئي العالمي والتقدم التكنولوجي، فإن احتمالات تطبيق جزيئات PLA ستكون أوسع. في التطبيقات العملية، يمكن اختيار طريقة التعديل أو التركيب المناسبة وفقًا للاحتياجات المحددة لتحسين خصائص المواد لتلبية المتطلبات المحددة لمختلف المجالات.

هل جيش التحرير الشعبى الصينى آمن؟

باعتبارها مادة قابلة للتحلل الحيوي، أصبحت سلامة حمض البوليلاكتيك (PLA) محور الاهتمام.

1. متوافق حيويا

• التطبيقات الطبية الحيوية: أثبت PLA توافقه الحيوي الممتاز في مجموعة واسعة من التطبيقات الطبية الحيوية، مثل إنتاج أجهزة التسريب التي تستخدم لمرة واحدة والخيوط الجراحية غير المفككة.
• قابلية التحلل البيولوجي: يمكن أن يتحلل PLA بالكامل بواسطة الكائنات الحية الدقيقة في الطبيعة بعد الاستخدام، وأخيرًا ينتج ثاني أكسيد الكربون والماء، الذي لا يلوث البيئة، وهو مفيد جدًا لحماية البيئة ومعترف به كمواد صديقة للبيئة.

2. الخصائص الفيزيائية والكيميائية

• استقرار: يتمتع PLA بثبات حراري جيد، نطاق واسع لدرجة حرارة المعالجة (170 ~ 230 درجة مئوية)، ومقاومة جيدة للمذيبات.
• الخواص الميكانيكية: يتمتع PLA بخصائص ميكانيكية جيدة، مثل قوة الشد، والاستطالة عند الكسر وقوة التأثير، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من طرق المعالجة.

3. السلامة أثناء المعالجة والاستخدام

• سلامة المعالجة: يمكن معالجة PLA عن طريق البثق، والغزل، والتمدد ثنائي المحور، والقولبة بالنفخ بالحقن وغيرها من الطرق، وهو غير سام وغير ضار أثناء المعالجة.
• سلامة الاستخدام: لن تطلق منتجات PLA مواد ضارة أثناء الاستخدام، مثل تغليف المواد الغذائية وصناديق الغداء للوجبات السريعة وما إلى ذلك، وهي غير ضارة لجسم الإنسان.

4. التأثير البيئي

• التحلل: يمكن أن يتحلل PLA تمامًا في البيئة الطبيعية، مما يتجنب التلوث البيئي الناجم عن المواد البلاستيكية التقليدية.
• أثار الكربون: بالمقارنة مع البلاستيك القائم على البترول، فإن PLA، باعتباره بلاستيكًا حيويًا، له بصمة كربونية أقل أثناء الإنتاج والاستخدام، مما يساعد على تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة.

5. مثبطات اللهب وسمية الدخان

• مقاوم للهب: يتمتع PLA بدرجة معينة من تثبيط اللهب، مما يمكنه إبطاء انتشار الحريق إلى حد ما.
• سمية غاز المداخن: إن غاز المداخن الناتج أثناء احتراق جيش التحرير الشعبى الصينى له سمية منخفضة نسبيا وأقل ضررا على جسم الإنسان.

6. الأمان عند ملامسته للجلد والاستخدام طويل الأمد

• سلامة ملامسة الجلد للجلد: لن تسبب منتجات PLA تهيجًا أو حساسية حتى لو كانت على اتصال مباشر بالجلد.
• سلامة الاستخدام على المدى الطويل: تتمتع منتجات PLA بأداء مستقر أثناء الاستخدام طويل الأمد ولن تطلق مواد ضارة بسبب تقدم السن.

باختصار، تم الاعتراف بسلامة PLA على نطاق واسع، وقد أظهر سلامة جيدة من حيث التوافق الحيوي، والخصائص الفيزيائية والكيميائية، والمعالجة والاستخدام، والأثر البيئي، وتثبيط اللهب وسمية غاز المداخن. وفي الوقت نفسه، يتمتع جيش التحرير الشعبى الصينى بآفاق تطبيق واسعة، ليس فقط في مجال الطب الحيوي، ولكن أيضًا في تغليف الحياة اليومية والمنسوجات وغيرها من الصناعات التي تظهر أيضًا إمكانات كبيرة. ومع تقدم التكنولوجيا وتوسيع القدرة الإنتاجية، من المتوقع أن يصبح جيش التحرير الشعبى الصينى قوة مهمة لتحل محل المواد البلاستيكية التقليدية، مما يساهم في تحقيق التنمية المستدامة وحماية البيئة.