Proizvodnja i primjena biorazgradivog materijala kukuruznog škroba na bazi PLA

Što je PLA materijal?

Polilaktična kiselina (PLA) je poliesterski polimer dobiven polimerizacijom s mliječnom kiselinom kao glavnom sirovinom, koji se obično proizvodi od škroba ekstrahiranog iz obnovljivih biljnih izvora (kao što su kukuruz, kasava itd.).

PLA materijali naširoko se koriste u području 3D ispisa zbog svojih karakteristika zaštite okoliša i prednosti jednostavnog rukovanja. Njegove sirovine potječu iz obnovljivih izvora, što ne samo da smanjuje ovisnost o tradicionalnim petrokemijskim resursima, već također pokazuje nizak ugljični otisak u proizvodnom procesu. PLA ima dobru propusnost zraka i prozirnost te se može obraditi na različite načine, uključujući ekstruziju, predenje, injekcijsko puhanje, itd. Ovaj je materijal vrlo biokompatibilan, nije otrovan za ljudsko tijelo, a čak ga može apsorbirati ljudskom tijelu, tako da također ima širok raspon mogućnosti primjene u medicinskom polju.

Osim toga, iako otpornost na toplinu i mehanička svojstva PLA nisu tako dobri kao kod neke inženjerske plastike, njegova vlačna čvrstoća i modul savijanja dovoljni su da zadovolje potrebe svakodnevne uporabe. Na primjer, PLA je postupno zamijenio tradicionalnu plastiku u spremnicima za hranu, materijalima za pakiranje i nekim trajnim potrošnim dobrima. PLA također ima dobru razgradivost, a razgrađuju ga mikroorganizmi u tlu i proizvode ugljični dioksid i vodu, što neće uzrokovati dugoročno onečišćenje okoliša.

Sve u svemu, PLA se smatra idealnim izborom održivog materijala zbog svojih ekološki prihvatljivih, biorazgradivih i višenamjenskih svojstava. U budućnosti, s napretkom znanosti i tehnologije i poboljšanjem ekološke svijesti, očekuje se daljnje proširenje područja primjene PLA-a.

PLA granule, poznate i kao granule polilaktične kiseline, osnovne su sirovine za proizvodnju proizvoda polimliječne kiseline (PLA).

Proizvodnja PLA granula uključuje nekoliko važnih koraka koji osiguravaju izvrsnu biorazgradljivost i mehanička svojstva konačnog proizvoda. Svaki korak proizvodnog procesa, od odabira sirovina do konačne polimerizacije, ključan je. Metoda proizvodnje PLA granula detaljno je opisana u nastavku:

1. Sastojci

• Nabavka sirovina: Proizvodnja PLA počinje odabirom biljnih resursa kao što su kukuruzni škrob i kasava, koji se drobe i škrob se ekstrahira.
• Proces saharifikacije: Ekstrahirani škrob pretvara se u glukozu saharizacijom, koja se postiže miješanjem i zagrijavanjem enzima i drugih kemikalija.

2. Fermentirati

• Mliječno kisela fermentacija: Zatim se glukoza pretvara u mliječnu kiselinu pomoću procesa mikrobne fermentacije. U tom procesu glukoza se fermentira kako bi se proizvela mliječna kiselina visoke čistoće.

3. Sinteza PLA

• Metoda izravne polikondenzacije: U prisutnosti sredstva za dehidraciju, molekule mliječne kiseline izravno se kondenziraju i polimeriziraju u oligomere toplinskom dehidracijom, a zatim se dodaju produživači lanca kako bi se stvorio PLA visoke molekularne težine.
• Metoda u dva koraka: mliječna kiselina se najprije pretvara u ciklički dimerni laktid, a zatim polimerizira otvaranjem prstena u obliku PLA. Ova metoda omogućuje proizvodnju PLA visoke molekularne težine i uske distribucije molekularne težine.

4. Profinjenost

• Pročišćavanje i podešavanje: PLA se pročišćava i fino podešava različitim procesima i uvjetima polimerizacije kako bi se dobili polimeri različite kristalnosti i molekularne težine. To omogućuje prilagodbu svojstava PLA materijala potrebama različitih primjena.

Ukratko, proces proizvodnje PLA granula ne uzima u obzir samo ekološku prihvatljivost i održivost, već također osigurava da konačni proizvod ima dobra mehanička svojstva i jednostavnost obrade. Od ove granulirane sirovine mogu se napraviti različiti industrijski i potrošački proizvodi kroz naknadno topljenje, ekstruziju ili druge procese obrade, što ga čini širokom upotrebom u raznim područjima.

Koje su granulacije fizičke modifikacije PLA?

Postoje mnoge metode za fizičku modifikaciju i granulaciju PLA, uglavnom uključujući modifikacija ispune, modifikacija miješanja, morfološka i strukturna modifikacija itd.

PLA dvopužni ekstruder >>

Kao ekološki prihvatljiv biorazgradivi materijal, PLA se koristi za zamjenu tradicionalne plastike u području primjene pakiranja u stvarnom životu, kako bi se smanjili troškovi i povećala tržišna konkurentnost, najviše modificirane primjene su modifikacija punjenja i modifikacija miješanja, sljedeće se fokusira na punjenje modifikacije i metode modifikacije miješanja i njihove posebne primjene:

1. Izmjena ispune

• Dodavanje malih anorganskih ili organskih molekula: Poboljšanje određenih svojstava dodavanjem anorganskih ili organskih tvari malih molekula polimeru. Ova metoda je jednostavna i jeftina, a naširoko se koristi za povećanje čvrstoće, žilavosti i otpornosti na plamen materijala.
• Dodavanje polimera: Ova metoda, također poznata kao miješanje, modificira svojstva originalne smole ugradnjom jedne ili više drugih smola, uključujući plastiku i gumu, u jednu smolu. Kompaundiranje može značajno poboljšati kompatibilnost i mogućnost obrade materijala.

2. Modifikacija miješanja

• Miješanje plastifikatora: PLA je kruti materijal, a dodatak plastifikatora kao što su triacetrat, tributil citrat, polietilen glikol (PEG), itd., može poboljšati njegovu fleksibilnost i otpornost na udarce. Studije su pokazale da citratni plastifikatori mogu učinkovito smanjiti temperaturu staklenog prijelaza i poboljšati lomljivost PLA.
• Miješanje agensa za nukleaciju: Dodavanje agensa za nukleaciju u PLA može ubrzati kristalizaciju i poboljšati njegova toplinska i mehanička svojstva. Na primjer, kalijev besilat i površinski modificirani nanokristali celuloze mogu poboljšati kristalnost i antimikrobna svojstva PLA.
• Mješanje anorganskih punila: Slojeviti silikati poput kaolina i montmorilonita miješaju se s PLA za pripremu kompozitnih materijala s visokim mehaničkim svojstvima i toplinskom stabilnošću. Na primjer, kalcijev karbonat i hidroksiapatitom modificirani PLA pokazuju veću vlačnu čvrstoću i dobru biokompatibilnost.
• Mješavina prirodnih vlakana: PLA je pomiješan s prirodnim vlaknima kao što su vlakna banane i vlakna kokosove palme, koja ne samo da mogu poboljšati njegova mehanička svojstva, već i povećati njegova svojstva razgradnje. Ovaj kompozitni materijal ima izvrsne performanse u smislu toplinske stabilnosti i vlačnog modula.
• Miješanje s kukuruznim škrobom: Modifikacija miješanja PLA i škroba (tapiokino brašno, jam brašno, itd.), u kombinaciji s drugim kompatibilizatorima i tvarima za ojačavanje, može poboljšati njegova mehanička svojstva, vlačnu čvrstoću, povećati njegova svojstva razgradnje i skratiti vrijeme razgradnje. Istodobno, također smanjuje troškove sirovina.

PLA-ova granulacija fizičke modifikacije pokriva različite tehnologije, od kojih je svaka optimizirana za različite potrebe primjene. Ove metode modifikacije ne samo da poboljšavaju sveobuhvatna svojstva materijala, već također smanjuju troškove proizvodnje i proširuju raspon primjene. Prilikom odabira odgovarajuće metode modifikacije potrebno je uzeti u obzir čimbenike kao što su krajnja upotreba materijala, cijena i utjecaj na okoliš.

Uvod u proces proizvodnje PLA granula:

Proces proizvodnje PLA peleta koristi dvopužni ekstruder sa zrakom hlađenom pokretnom trakom za peletiranje, au nastavku je analiza detaljnih koraka:

1. Predobrada sirovina

• Miješanje i grijanje: prvo dodajte škrob, aditive itd. u mikser, miješajte i zagrijavajte, tako da se materijal potpuno ravnomjerno izmiješa, i na kraju dodajte PLA i PBAT, nastavite miješati, temperatura je oko 100°, svrha ovog koraka je: za promjenu površinske kompatibilnosti punila, tako da se materijal lakše raspršuje i miješa u kasnijoj opremi.

2. Kompaundiranje i ekstruzija

• Ekstruder dvopužnog ekstruderaon: Pomiješani materijali se zajedno dodaju u dvopužni ekstruder, a koristi se izvrsna izvedba miješanja dvopužnog ekstrudera, a materijali se potpuno tope i miješaju u zagrijavanju vanjskog grijača. Materijal se kroz matricu istiskuje u tvar sličnu rezancima. Prednost dvopužnog ekstrudera je u tome što kontinuirano i učinkovito miješa, plastificira i istiskuje materijale

3. Hlađenje i peletiranje

• Zrakom hlađena transportna traka za hlađenje: Ekstrudirani PLA rezanci se hlade prolaskom kroz zrakom hlađenu pokretnu traku. Ova metoda može brzo smanjiti temperaturu čestica, spriječiti prianjanje između čestica i osigurati disperziju i kvalitetu čestica.
• Peletiranjem, ohlađeni rezanci ulaze u peletizator, a rezanci će biti izrezani na čestice veličine 3XD3 mm rotirajućim rezačem velike brzine

4. Prosijavanje

• Pregled čestica koje zadovoljavaju standarde: Na kraju se prerađene čestice prosijavaju, a granule koje zadovoljavaju standarde i koje treba dalje preraditi u plastične proizvode se sortiraju i selektiraju.

Područja primjene PLA biorazgradivih granula:

PLA čestice, odnosno čestice polilaktične kiseline, razgradive su plastike na biološkoj osnovi dobivene polimerizacijom s mliječnom kiselinom kao glavnom sirovinom. Zbog svojih svojstava zaštite okoliša i izvrsnih fizičkih svojstava, PAL čestice imaju široku primjenu u mnogim područjima. Slijede glavna područja primjene PAL čestica:

1. Medicinsko polje

• Sustav kontroliranog oslobađanja lijeka: PLA ima dobru biokompatibilnost i biorazgradivost, a primjenom u nosačima lijekova može se učinkovito postići kontrolirano otpuštanje lijeka, smanjiti broj davanja lijeka i poboljšati učinkovitost.
• Ortopedski materijali za unutarnju fiksaciju: PLA materijali mogu se koristiti za proizvodnju vijaka, čavala, šipki i drugih ortopedskih materijala za unutarnju fiksaciju, koji se mogu postupno razgraditi in vivo, izbjegavajući problem da se tradicionalni metalni materijali za unutarnju fiksaciju moraju ukloniti sekundarnom operacijom.

2. Ambalažna industrija

• Pakiranje hrane: Materijali za pakiranje hrane izrađeni od PLA granula, kao što su plastične vrećice, folije, spremnici itd., imaju dobru prozirnost i mehanička svojstva, a ujedno postaju učinkovito rješenje za bijelo onečišćenje zbog svoje razgradivosti.
• Neprehrambena ambalaža: PLA se također koristi u pakiranju neprehrambenih proizvoda kao što su elektronika i kozmetika, pružajući održive i ekološki prihvatljive opcije za smanjenje utjecaja na okoliš.

3. Tekstilna industrija

• Vlakna za odjeću: PLA pelete se prerađuju u vlakna koja se koriste u proizvodnji razne odjeće i tekstila. Ovo vlakno je prozračno i udobno, dok je biorazgradivo, smanjujući utjecaj industrije odjeće na okoliš.
• Kućni tekstil: Na primjer, posteljina, zavjese i drugi kućni tekstil također su počeli koristiti PLA materijale, koji ne samo da zadovoljavaju potrebe korištenja, već i smanjuju zagađenje okoliša.

4. Poljoprivreda

• Malč folija za poljoprivredu: Poljoprivredna malč folija izrađena od PLA čestica ne samo da ima funkciju grijanja i zadržavanja vode kao tradicionalna plastična malč folija, već se također može prirodno razgraditi u tlu nakon upotrebe, izbjegavajući dugoročno onečišćenje tla fragmentima plastične folije.
• Dječje zdjele i posude: PLA se također koristi za izradu zdjela za sadnice i drugih spremnika za sadnju, koji se mogu izravno razgraditi nakon upotrebe, smanjujući troškove i poteškoće u odlaganju spremnika za otpad.

5. Industrija posuđa

• Posuđe za jednokratnu upotrebu: Jednokratno posuđe izrađeno od PLA granula, poput zdjelica, tanjura, štapića za jelo itd., postupno zamjenjuje tradicionalno plastično posuđe sa svojim ekološkim i razgradivim karakteristikama, posebno u industriji pakiranja hrane za van.

6. 3D polje ispisa

• Materijali za 3D ispis: PLA čestice postale su jedan od najčešće korištenih materijala za 3D ispis zbog svoje dobre termoplastičnosti i prianjanja među slojevima. Korisnici mogu ispisati širok raspon složenih oblika i struktura na zahtjev za izradu prototipova, podučavanje i proizvodnju u malim serijama.

7. Elektronička industrija

• Plastični dijelovi elektroničkih uređaja: PLA čestice se koriste za proizvodnju plastičnih dijelova nekih elektroničkih uređaja zbog svojih dobrih izolacijskih svojstava i razgradivosti, kako bi se smanjilo onečišćenje okoliša uz osiguravanje performansi.

Zbog izvrsnih svojstava zaštite okoliša i fizičkih svojstava, PLA čestice se široko koriste u mnogim područjima kao što su medicina, pakiranje, tekstil, poljoprivreda, posuđe, 3D ispis i elektronika. S povećanjem globalne ekološke svijesti i napretkom tehnologije, perspektiva primjene PLA čestica bit će šira. U praktičnim primjenama, odgovarajuća modifikacija ili metoda spajanja može se odabrati prema specifičnim potrebama za optimizaciju svojstava materijala kako bi se zadovoljili specifični zahtjevi različitih područja.

Je li PLA siguran?

Kao biorazgradivi materijal u nastajanju, sigurnost polilaktične kiseline (PLA) postala je središte pažnje.

1. Biokompatibilan

• Biomedicinske primjene: PLA je dokazao svoju izvrsnu biokompatibilnost u širokom rasponu biomedicinskih primjena, kao što je proizvodnja jednokratnih aparata za infuziju i kirurških konaca koji se ne rastavljaju.
• Biorazgradivost: PLA se može potpuno razgraditi mikroorganizmima u prirodi nakon upotrebe, te na kraju stvara ugljični dioksid i vodu, koja ne zagađuje okoliš, što je vrlo korisno za zaštitu okoliša i prepoznato je kao ekološki prihvatljiv materijal.

2. Fizikalna i kemijska svojstva

• Stabilnost: PLA ima dobru toplinsku stabilnost, širok raspon temperatura obrade (170~230°C) i dobru otpornost na otapala.
• Mehanička svojstva: PLA ima dobra mehanička svojstva, kao što su vlačna čvrstoća, istezanje pri prekidu i udarna čvrstoća, što ga čini prikladnim za razne metode obrade.

3. Sigurnost tijekom obrade i uporabe

• Sigurnost obrade: PLA se može prerađivati ekstruzijom, centrifugiranjem, biaksijalnim rastezanjem, injekcijskim puhanjem i drugim metodama, a nije toksičan i bezopasan tijekom obrade.
• Sigurnost upotrebe: PLA proizvodi neće ispuštati štetne tvari tijekom upotrebe, kao što su pakiranja hrane, kutije za brzu hranu i sl., te su bezopasni za ljudski organizam.

4. Utjecaj na okoliš

• Razgradivost: PLA se može potpuno razgraditi u prirodnom okruženju, izbjegavajući onečišćenje okoliša uzrokovano tradicionalnom plastikom.
• Ugljični otisak: U usporedbi s plastikom na bazi nafte, PLA, kao plastika na biološkoj osnovi, ima manji ugljični otisak tijekom proizvodnje i upotrebe, što pomaže u smanjenju emisije stakleničkih plinova.

5. Usporivač plamena i toksičnost dima

• Usporivač plamena: PLA ima određeni stupanj otpornosti na plamen, što može u određenoj mjeri usporiti širenje požara.
• Toksičnost dimnih plinova: Dimni plin koji nastaje tijekom izgaranja PLA ima relativno nisku toksičnost i manje je štetan za ljudsko tijelo.

6. Sigurnost u kontaktu s kožom i dugotrajnoj uporabi

• Sigurnost kontakta koža na kožu: PLA proizvodi neće izazvati iritacije ili alergijske reakcije čak i ako su u izravnom kontaktu s kožom.
• Sigurnost dugotrajne uporabe: PLA proizvodi imaju stabilne performanse tijekom dugotrajne uporabe i neće oslobađati štetne tvari zbog starenja.

Ukratko, sigurnost PLA je naširoko priznata i pokazao je dobru sigurnost u pogledu biokompatibilnosti, fizikalnih i kemijskih svojstava, obrade i upotrebe, utjecaja na okoliš, otpornosti na plamen i toksičnosti dimnih plinova. U isto vrijeme, PLA ima široke izglede za primjenu, ne samo u biomedicinskom području, već iu pakiranju u svakodnevnom životu, tekstilnoj i drugim industrijama također pokazuju veliki potencijal. S napretkom tehnologije i širenjem proizvodnih kapaciteta, očekuje se da će PLA postati važna sila koja će zamijeniti tradicionalnu plastiku, pridonoseći ostvarenju održivog razvoja i zaštiti okoliša.