Production et application de matériau biodégradable à base d'amidon de maïs à base de PLA

Qu'est-ce que le matériau PLA ?

L'acide polylactique (PLA) est un polymère de polyester obtenu par polymérisation avec de l'acide lactique comme matière première principale, généralement fabriqué à partir d'amidon extrait de ressources végétales renouvelables (comme le maïs, le manioc, etc.).

Les matériaux PLA sont largement utilisés dans le domaine de l’impression 3D en raison de leurs caractéristiques de protection de l’environnement et de leurs avantages en matière de facilité de manipulation. Ses matières premières sont dérivées de ressources renouvelables, ce qui non seulement réduit la dépendance aux ressources pétrochimiques traditionnelles, mais présente également une faible empreinte carbone dans le processus de production. Le PLA a une bonne perméabilité à l'air et une bonne transparence et peut être traité de diverses manières, notamment l'extrusion, le filage, le moulage par injection-soufflage, etc. Ce matériau est hautement biocompatible, non toxique pour le corps humain et peut même être absorbé par le corps humain. corps humain, il a donc également un large éventail de perspectives d'application dans le domaine médical.

De plus, bien que la résistance thermique et les propriétés mécaniques du PLA ne soient pas aussi bonnes que celles de certains plastiques techniques, sa résistance à la traction et son module de flexion sont suffisants pour répondre aux besoins d'une utilisation quotidienne. Par exemple, le PLA a progressivement remplacé les plastiques traditionnels dans les contenants alimentaires, les matériaux d’emballage et certains biens de consommation durables. Le PLA a également une bonne dégradabilité et il est décomposé par les micro-organismes présents dans le sol pour produire du dioxyde de carbone et de l'eau, ce qui ne causera pas de pollution à long terme pour l'environnement.

Dans l’ensemble, le PLA est considéré comme un choix de matériau durable idéal en raison de ses propriétés écologiques, biodégradables et polyvalentes. À l'avenir, avec les progrès de la science et de la technologie et l'amélioration de la conscience environnementale, le champ d'application du PLA devrait être encore élargi.

Les granulés de PLA, également appelés granulés d'acide polylactique, sont les matières premières de base pour la fabrication de produits en acide polylactique (PLA).

La fabrication de granulés de PLA implique plusieurs étapes importantes qui garantissent que le produit final possède d'excellentes propriétés biodégradables et mécaniques. Chaque étape du processus de fabrication, de la sélection des matières premières à la polymérisation finale, est cruciale. La méthode de fabrication des granulés de PLA est décrite en détail ci-dessous :

1. Ingrédients

• Acquisition de matières premières : La fabrication du PLA commence par la sélection de ressources végétales comme l'amidon de maïs et le manioc, qui sont broyées et extraites de l'amidon.
• Processus de saccharification : L'amidon extrait est converti en glucose par saccharification, obtenue en mélangeant et en chauffant des enzymes et d'autres produits chimiques.

2. Fermenter

• Fermentation lactique : Ensuite, le glucose est converti en acide lactique grâce à un processus de fermentation microbienne. Au cours de ce processus, le glucose est fermenté pour produire de l’acide lactique de haute pureté.

3. Synthèse du PLA

• Méthode de polycondensation directe : En présence d'un agent déshydratant, les molécules d'acide lactique sont directement condensées et polymérisées en oligomères par déshydratation thermique, puis des allongeurs de chaîne sont ajoutés pour générer du PLA de poids moléculaire élevé.
• Méthode en deux étapes : l'acide lactique est d'abord converti en lactide dimère cyclique, puis polymérisé par ouverture de cycle pour former du PLA. Cette méthode permet la production de PLA avec un poids moléculaire élevé et une distribution étroite du poids moléculaire.

4. Raffinement

• Purification et ajustement : Le PLA est purifié et finement ajusté grâce à différents processus et conditions de polymérisation pour obtenir des polymères de cristallinité et de poids moléculaires différents. Cela permet d’adapter les propriétés du matériau PLA aux besoins des différentes applications.

En résumé, le processus de fabrication des granulés PLA prend non seulement en compte le respect de l'environnement et la durabilité, mais garantit également que le produit final possède de bonnes propriétés mécaniques et une facilité de traitement. Cette matière première granulaire peut être transformée en une variété de produits industriels et de consommation par fusion, extrusion ou autres processus de traitement ultérieurs, ce qui la rend largement utilisée dans divers domaines.

Quelles sont les granulations de modification physique du PLA ?

Il existe de nombreuses méthodes de modification physique et de granulation du PLA, notamment modification de remplissage, modification de mélange, modification morphologique et structurelle, etc.

Extrudeuse à double vis PLA >>

En tant que matériau biodégradable respectueux de l'environnement, le PLA est utilisé pour remplacer les plastiques traditionnels dans le domaine des applications d'emballage dans la vie réelle, afin de réduire les coûts et d'augmenter la compétitivité du marché, les applications les plus modifiées sont la modification remplie et la modification de mélange, ce qui suit se concentre sur le remplissage méthodes de modification et de modification par mélange et leurs applications spécifiques :

1. Remplir la modification

• Ajout de petites molécules inorganiques ou organiques : Amélioration de certaines propriétés en ajoutant des substances inorganiques ou organiques à petites molécules au polymère. Cette méthode est simple et peu coûteuse et est largement utilisée pour améliorer la résistance, la ténacité et le caractère ignifuge des matériaux.
• Ajout de polymères : Cette méthode, également connue sous le nom de mélange, modifie les propriétés de la résine d'origine en incorporant une ou plusieurs autres résines, notamment des plastiques et des caoutchoucs, dans une seule résine. Le mélange peut améliorer considérablement la compatibilité et la transformabilité des matériaux.

2. Modification du mélange

• Mélange de plastifiants : Le PLA est un matériau rigide et l'ajout de plastifiants tels que le triacétate, le citrate de tributyle, le polyéthylène glycol (PEG), etc., peut améliorer sa flexibilité et sa résistance aux chocs. Des études ont montré que les plastifiants citratés peuvent réduire efficacement la température de transition vitreuse et améliorer la fragilité du PLA.
• Mélange d'agents nucléants : L'ajout d'un agent nucléant au PLA peut accélérer la cristallisation et améliorer ses propriétés thermiques et mécaniques. Par exemple, le bésylate de potassium et les nanocristaux de cellulose modifiés en surface peuvent améliorer la cristallinité et les propriétés antimicrobiennes du PLA.
• Mélange de charges inorganiques : Des silicates en couches tels que le kaolin et la montmorillonite sont mélangés au PLA pour préparer des matériaux composites dotés de propriétés mécaniques et d'une stabilité thermique élevées. Par exemple, le carbonate de calcium et le PLA modifié à l’hydroxyapatite présentent une résistance à la traction plus élevée et une bonne biocompatibilité.
• Mélange de fibres naturelles : Le PLA est mélangé à des fibres naturelles telles que la fibre de bananier et la fibre de cocotier, ce qui peut non seulement améliorer ses propriétés mécaniques, mais également augmenter ses propriétés de dégradation. Ce matériau composite présente d'excellentes performances en termes de stabilité thermique et de module de traction.
• Mélange avec de l'amidon de maïs : la modification du mélange de PLA et d'amidon (farine de tapioca, farine d'igname, etc.), combinée à d'autres compatibilisants et agents de renforcement, peut améliorer ses propriétés mécaniques, sa résistance à la traction, augmenter ses propriétés de dégradation et raccourcir le temps de dégradation. Dans le même temps, cela réduit également le coût des matières premières.

La granulation par modification physique du PLA couvre une variété de technologies, chacune optimisée pour différents besoins d'application. Ces méthodes de modification améliorent non seulement les propriétés globales du matériau, mais réduisent également les coûts de production et élargissent la gamme d'applications. Lors du choix de la bonne méthode de modification, il est nécessaire de prendre en compte des facteurs tels que l’utilisation finale du matériau, le coût et l’impact environnemental.

Introduction au processus de production des granulés PLA :

Le processus de production de granulés de PLA utilise une extrudeuse à double vis avec une bande transporteuse refroidie par air pour la granulation. Voici une analyse des étapes détaillées :

1. Prétraitement des matières premières

• Agitation et chauffage : ajoutez d'abord l'amidon, les additifs, etc. au mélangeur, remuez et chauffez, afin que le matériau soit complètement mélangé uniformément, et enfin ajoutez le PLA et le PBAT, continuez à remuer, la température est d'environ 100°, le but de cette étape est : pour modifier la compatibilité de surface du mastic, afin que le matériau soit plus facile à disperser et à mélanger dans les équipements ultérieurs.

2. Composition et extrusion

• Extrusion d'extrudeuse à double vison: Les matériaux mélangés sont ajoutés ensemble à l'extrudeuse à double vis, et les excellentes performances de mélange de l'extrudeuse à double vis sont utilisées, et les matériaux sont complètement fondus et distribués mélangés lors du chauffage du chauffage externe. Le matériau est extrudé en une substance semblable à une nouille à travers la filière. L'avantage d'une extrudeuse bivis est qu'elle mélange, plastifie et extrude les matériaux de manière continue et efficace.

3. Refroidissement et granulation

• Refroidissement de la bande transporteuse refroidie par air : Les nouilles PLA extrudées sont refroidies en les faisant passer sur un tapis roulant refroidi par air. Cette méthode peut rapidement réduire la température des particules, empêcher l'adhésion entre les particules et garantir la dispersion et la qualité des particules.
• Lors de la pelletisation, les nouilles refroidies entrent dans le pelletiseur et les nouilles seront coupées en particules de 3 x 3 mm par un coupeur rotatif à grande vitesse.

4. Tamisage

• Criblage de particules répondant aux normes : Enfin, les particules traitées sont tamisées et les granulés qui répondent aux normes et doivent être transformés en produits plastiques sont triés et sélectionnés.

Domaines d'application des granulés biodégradables PLA :

Les particules de PLA, c'est-à-dire les particules d'acide polylactique, sont des plastiques biosourcés dégradables obtenus par polymérisation avec de l'acide lactique comme matière première principale. En raison de ses caractéristiques de protection de l’environnement et de ses excellentes propriétés physiques, les particules PAL sont largement utilisées dans de nombreux domaines. Voici les principaux domaines d’application des particules PAL :

1. Domaine médical

• Système de libération contrôlée des médicaments : Le PLA a une bonne biocompatibilité et biodégradabilité, et son application dans les supports de médicaments peut efficacement permettre une libération contrôlée du médicament, réduire le nombre d'administrations de médicaments et améliorer l'efficacité.
• Matériel de fixation interne orthopédique : Les matériaux PLA peuvent être utilisés pour produire des vis, des clous, des tiges et d'autres matériaux de fixation interne orthopédiques, qui peuvent être progressivement dégradés in vivo, évitant ainsi le problème selon lequel les matériaux de fixation interne métalliques traditionnels doivent être retirés par une chirurgie secondaire.

2. Industrie de l'emballage

• Emballages alimentaires: Les matériaux d'emballage alimentaire constitués de granulés de PLA, tels que les sacs en plastique, les films, les récipients, etc., ont une bonne transparence et de bonnes propriétés mécaniques, et deviennent en même temps une solution efficace contre la pollution blanche en raison de leur dégradabilité.
• Emballages non alimentaires : Le PLA est également utilisé dans les emballages non alimentaires tels que les produits électroniques et les cosmétiques, offrant des options durables et respectueuses de l'environnement pour réduire l'impact environnemental.

3. Industrie textile

• Fibres vestimentaires : Les granulés de PLA sont transformés en fibres utilisées dans la production de divers vêtements et textiles. Cette fibre est respirante et confortable, tout en étant biodégradable, réduisant ainsi l'empreinte environnementale de l'industrie du vêtement.
• Textiles de maison : Par exemple, les draps, rideaux et autres textiles de maison ont également commencé à utiliser des matériaux PLA, qui non seulement répondent aux besoins d'utilisation, mais réduisent également la pollution de l'environnement.

4. Agriculture

• Film de paillage agricole : Le film de paillis agricole composé de particules de PLA a non seulement la fonction de chauffage et de rétention d'eau du film de paillis plastique traditionnel, mais peut également être naturellement dégradé dans le sol après utilisation, évitant ainsi la pollution à long terme du sol par des fragments de film plastique.
• Bols et contenants de pépinière : Le PLA est également utilisé pour fabriquer des bols de semis et d'autres conteneurs de plantation, qui peuvent être directement dégradés après utilisation, réduisant ainsi le coût et la difficulté d'élimination des conteneurs à déchets.

5. Industrie des arts de la table

• Vaisselle jetable : La vaisselle jetable composée de granulés de PLA, comme les bols, les assiettes, les baguettes, etc., remplace progressivement la vaisselle traditionnelle en plastique avec ses caractéristiques respectueuses de l'environnement et dégradables, notamment dans les industries de la vente à emporter et de l'emballage alimentaire.

6. 3D le domaine de l'impression

• Matériaux d'impression 3D : Les particules de PLA sont devenues l'un des matériaux les plus couramment utilisés pour l'impression 3D en raison de leur bonne thermoplasticité et de leur adhérence intercouche. Les utilisateurs peuvent imprimer à la demande une large gamme de formes et de structures complexes à des fins de prototypage, d’enseignement et de fabrication à petite échelle.

7. Industrie électronique

• Pièces en plastique des appareils électroniques : Les particules de PLA sont utilisées pour fabriquer des pièces en plastique de certains appareils électroniques en raison de leurs bonnes propriétés d'isolation et de leur dégradabilité, afin de réduire la pollution de l'environnement tout en garantissant leurs performances.

En raison de ses excellentes caractéristiques de protection de l'environnement et de ses propriétés physiques, les particules PLA ont été largement utilisées dans de nombreux domaines tels que le médical, l'emballage, le textile, l'agriculture, la vaisselle, l'impression 3D et l'électronique. Avec l’amélioration de la conscience environnementale mondiale et les progrès de la technologie, les perspectives d’application des particules PLA seront plus larges. Dans les applications pratiques, la méthode de modification ou de composition appropriée peut être sélectionnée en fonction des besoins spécifiques pour optimiser les propriétés du matériau afin de répondre aux exigences spécifiques de différents domaines.

Le PLA est-il sûr ?

En tant que matériau biodégradable émergent, la sécurité de l'acide polylactique (PLA) est devenue le centre d'attention.

1. Biocompatible

• Applications biomédicales : Le PLA a prouvé son excellente biocompatibilité dans un large éventail d’applications biomédicales, telles que la production d’appareils de perfusion jetables et de sutures chirurgicales non démontables.
• Biodégradabilité : Le PLA peut être complètement dégradé par les micro-organismes dans la nature après utilisation, et finalement générer du dioxyde de carbone et de l'eau, ce qui ne pollue pas l'environnement, ce qui est très bénéfique pour la protection de l'environnement et est reconnu comme un matériau respectueux de l'environnement.

2. Propriétés physiques et chimiques

• La stabilité: Le PLA a une bonne stabilité thermique, une large plage de températures de traitement (170 ~ 230 °C) et une bonne résistance aux solvants.
• Propriétés mécaniques: Le PLA possède de bonnes propriétés mécaniques, telles que la résistance à la traction, l’allongement à la rupture et la résistance aux chocs, ce qui le rend adapté à une variété de méthodes de traitement.

3. Sécurité pendant le traitement et l'utilisation

• Sécurité du traitement : Le PLA peut être traité par extrusion, filage, étirement biaxial, moulage par injection-soufflage et d'autres méthodes, et il est non toxique et inoffensif pendant le traitement.
• Sécurité d'utilisation : Les produits PLA ne libèrent pas de substances nocives lors de leur utilisation, telles que les emballages alimentaires, les boîtes à lunch de restauration rapide, etc., et sont inoffensifs pour le corps humain.

4. Impact environnemental

• Dégradabilité : Le PLA peut être complètement dégradé dans l’environnement naturel, évitant ainsi la pollution environnementale causée par les plastiques traditionnels.
• Empreinte carbone: Comparé aux plastiques à base de pétrole, le PLA, en tant que plastique d'origine biologique, a une empreinte carbone plus faible lors de sa production et de son utilisation, contribuant ainsi à réduire les émissions de gaz à effet de serre.

5. Retardateur de flamme et toxicité de la fumée

• Ignifuge: Le PLA a un certain degré d’ignifugation, ce qui peut ralentir dans une certaine mesure la propagation du feu.
• Toxicité des fumées : Les gaz de combustion produits lors de la combustion du PLA ont une toxicité relativement faible et sont moins nocifs pour le corps humain.

6. Sécurité en cas de contact avec la peau et d'utilisation à long terme

• Sécurité du contact peau à peau : Les produits PLA ne provoqueront pas d’irritation ni de réactions allergiques même s’ils sont en contact direct avec la peau.
• Sécurité d'utilisation à long terme : Les produits PLA ont des performances stables lors d'une utilisation à long terme et ne libèrent pas de substances nocives dues au vieillissement.

En résumé, la sécurité du PLA a été largement reconnue et a montré une bonne sécurité en termes de biocompatibilité, de propriétés physiques et chimiques, de traitement et d'utilisation, d'impact environnemental, d'ignifugation et de toxicité des gaz de combustion. Dans le même temps, le PLA a de larges perspectives d'application, non seulement dans le domaine biomédical, mais aussi dans l'emballage de la vie quotidienne, le textile et d'autres industries qui présentent également un grand potentiel. Avec les progrès technologiques et l’expansion de la capacité de production, le PLA devrait devenir une force importante pour remplacer les plastiques traditionnels, contribuant ainsi à la réalisation du développement durable et de la protection de l’environnement.