PLA 기반의 옥수수 전분 생분해성 소재의 생산 및 적용

6월 26, 2024

PLA 소재란 무엇인가요?

폴리락트산(PLA)은 젖산을 주원료로 중합하여 얻은 폴리에스테르 폴리머로, 일반적으로 옥수수, 카사바 등 재생 가능한 식물 자원에서 추출한 전분으로 만들어집니다.

PLA 소재는 환경 보호 특성과 취급이 용이하다는 장점으로 인해 3D 프린팅 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 재생 가능한 자원에서 원료를 추출하기 때문에 기존 석유화학 자원에 대한 의존도를 낮출 뿐만 아니라 생산 과정에서 탄소 발자국도 적습니다. PLA는 통기성과 투명성이 우수하며 압출, 방적, 사출 블로우 성형 등 다양한 방식으로 가공할 수 있습니다. 이 소재는 생체 적합성이 높고 인체에 무독성이며 인체에 흡수될 수도 있어 의료 분야에서도 폭넓게 응용될 수 있습니다.

또한 PLA의 내열성과 기계적 특성은 일부 엔지니어링 플라스틱만큼 우수하지는 않지만 인장 강도와 굴곡 계수는 일상적인 사용 요구를 충족하기에 충분합니다. 예를 들어, PLA는 식품 용기, 포장재 및 일부 소비자 내구재에서 기존 플라스틱을 점차적으로 대체하고 있습니다. PLA는 또한 분해성이 좋으며 토양의 미생물에 의해 분해되어 이산화탄소와 물을 생성하여 환경에 장기적인 오염을 일으키지 않습니다.

전반적으로 PLA는 친환경적이고 생분해성이며 다목적이라는 특성으로 인해 지속 가능한 이상적인 소재로 꼽힙니다. 앞으로 과학 기술의 발전과 환경 인식의 개선으로 PLA의 적용 범위는 더욱 확대될 것으로 예상됩니다.

폴리락트산 과립이라고도 하는 PLA 과립, 는 폴리락트산(PLA) 제품 제조의 기본 원료입니다.

PLA 과립의 제조에는 최종 제품의 우수한 생분해성과 기계적 특성을 보장하기 위한 몇 가지 중요한 단계가 포함됩니다. 원료 선택부터 최종 중합에 이르기까지 제조 공정의 모든 단계가 중요합니다. PLA 과립의 제조 방법은 아래에 자세히 설명되어 있습니다:

1. 재료

원자재 획득: PLA의 제조는 옥수수 전분과 카사바와 같은 식물 자원을 선별하여 분쇄하고 전분을 추출하는 것으로 시작됩니다.
당화 과정: 추출된 전분은 효소 및 기타 화학 물질을 혼합하고 가열하여 당화를 통해 포도당으로 전환됩니다.

2. 발효

젖산 발효: 다음으로 포도당은 미생물 발효 과정을 통해 젖산으로 전환됩니다. 이 과정에서 포도당은 발효되어 고순도 젖산을 생성합니다.

3. PLA 합성

직접 중축합 방법: 탈수제가 있는 상태에서 젖산 분자를 직접 응축하고 열 탈수를 통해 올리고머로 중합한 다음 사슬 연장제를 첨가하여 고분자량 PLA를 생성합니다.
2단계 방법: 젖산을 먼저 고리형 이합체 락타이드로 전환한 다음 고리 개구부에 의해 중합하여 PLA를 형성합니다. 이 방법을 사용하면 고분자량과 좁은 분자량 분포를 가진 PLA를 생산할 수 있습니다.

4. 세련미

정화 및 조정: PLA는 다양한 중합 공정과 조건을 통해 정제되고 미세하게 조정되어 다양한 결정도와 분자량을 가진 폴리머를 얻을 수 있습니다. 이를 통해 PLA 소재의 특성을 다양한 애플리케이션의 요구에 맞게 조정할 수 있습니다.

요약하면, PLA 과립의 제조 공정은 환경 친화성과 지속 가능성을 고려할 뿐만 아니라 최종 제품의 우수한 기계적 특성과 가공 용이성을 보장합니다. 이 과립형 원료는 후속 용융, 압출 또는 기타 가공 공정을 통해 다양한 산업 및 소비재 제품으로 만들 수 있어 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.

PLA의 물리적 변형 입자란 무엇인가요?

PLA의 물리적 변형 및 과립화에는 주로 다음과 같은 여러 가지 방법이 있습니다. 채우기 수정, 혼합 수정, 형태적 및 구조적 수정 등.

PLA 트윈 스크류 압출기 >>

환경 친화적 인 생분해 성 소재 인 PLA는 실생활의 포장 응용 분야에서 기존 플라스틱을 대체하는 데 사용되며 비용을 절감하고 시장 경쟁력을 높이기 위해 가장 많이 수정 된 응용 분야는 충전 수정 및 혼합 수정이며 다음은 충전 수정 및 혼합 수정 방법과 특정 응용 분야에 중점을 둡니다:

1. 채우기 수정

작은 무기 또는 유기 분자의 추가: 폴리머에 저분자 무기 또는 유기 물질을 첨가하여 특정 특성을 향상시킵니다. 이 방법은 간단하고 저렴하며 재료의 강도, 인성 및 난연성을 향상시키는 데 널리 사용됩니다.
폴리머 추가: 블렌딩이라고도 하는 이 방법은 플라스틱과 고무를 포함한 하나 이상의 다른 수지를 하나의 수지에 통합하여 원래 수지의 특성을 변경하는 것입니다. 컴파운딩은 재료의 호환성과 가공성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

2. 블렌딩 수정

가소제 블렌딩: PLA는 단단한 소재로 트리아세테이트, 구연산 트리부틸, 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 등의 가소제를 첨가하면 유연성과 내충격성을 향상시킬 수 있습니다. 연구에 따르면 구연산염 가소제는 유리 전이 온도를 효과적으로 낮추고 PLA의 취성을 개선할 수 있는 것으로 나타났습니다.
핵 생성제 블렌딩: PLA에 핵 형성제를 첨가하면 결정화 속도를 높이고 열적 및 기계적 특성을 개선할 수 있습니다. 예를 들어, 베실산 칼륨과 표면 개질 셀룰로오스 나노결정은 PLA의 결정성과 항균성을 향상시킬 수 있습니다.
무기 필러 블렌딩: 카올린과 몬모릴로나이트와 같은 층상 규산염을 PLA와 혼합하여 기계적 특성과 열 안정성이 높은 복합 소재를 제조합니다. 예를 들어 탄산칼슘과 하이드 록시 아파타이트 개질 PLA는 인장 강도가 높고 생체 적합성이 우수합니다.
천연 섬유 혼합: PLA는 바나나 섬유 및 코코넛 야자 섬유와 같은 천연 섬유와 혼합되어 기계적 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 분해 특성도 향상시킬 수 있습니다. 이 복합 소재는 열 안정성과 인장 계수 측면에서 뛰어난 성능을 발휘합니다.
옥수수 전분과 혼합: PLA와 전분(타피오카 가루, 참마 가루 등) 혼합 수정은 다른 호환제 및 강화제와 결합하여 기계적 특성, 인장 강도를 개선하고 분해 특성을 높이며 분해 시간을 단축할 수 있습니다. 동시에 원자재 비용도 절감할 수 있습니다.

PLA의 물리적 변형 과립화는 다양한 기술을 포괄하며, 각각은 다른 응용 분야 요구 사항에 맞게 최적화되어 있습니다. 이러한 변형 방법은 재료의 포괄적인 특성을 개선할 뿐만 아니라 생산 비용을 줄이고 응용 분야 범위를 확장합니다. 올바른 변형 방법을 선택할 때는 재료의 최종 용도, 비용 및 환경 영향과 같은 요소를 고려해야 합니다.

PLA 과립의 생산 공정에 대해 소개합니다:

PLA 펠릿 생산 공정은 공랭식 컨베이어 벨트가 장착된 이중 스크류 압출기를 사용하여 펠릿을 생산하며, 다음은 세부 단계에 대한 분석입니다.

1. 원료의 전처리

교반 및 가열: 먼저 믹서기에 전분, 첨가제 등을 넣고 교반하면서 가열하여 재료가 완전히 균일하게 혼합되도록 합니다. 마지막으로 PLA와 PBAT를 넣고 계속 교반합니다. 이때 온도는 약 100°입니다. 이 단계의 목적은 필러의 표면 적합성을 변경하여 이후 장비에서 재료를 더 쉽게 분산시키고 혼합할 수 있도록 하는 것입니다.

2. 컴파운딩 및 압출

트윈 스크류 압출기 압출영형N: 혼합된 원료를 트윈 스크류 압출기에 함께 넣고 트윈 스크류 압출기의 우수한 혼합 성능을 활용하여 외부 히터의 가열로 원료를 완전히 녹여 분산 혼합한다. 원료는 다이를 통해 국수와 같은 물질로 압출된다. 트윈 스크류 압출기의 장점은 원료를 지속적이고 효율적으로 혼합, 가소화, 압출한다는 것이다.

3. 냉각 및 펠렛화

공랭식 컨베이어 벨트 냉각: 압출된 PLA 국수는 공랭 컨베이어 벨트를 통과하여 냉각됩니다. 이 방법은 입자의 온도를 빠르게 낮추고 입자 간의 접착을 방지하며 입자의 분산 및 품질을 보장할 수 있습니다.
펠렛화 냉각된 국수는 펠렛타이저에 들어가고 고속 회전 커터에 의해 국수는 3XD3mm 크기의 입자로 절단됩니다.

4. 체질

기준을 충족하는 입자의 스크리닝: 마지막으로, 가공된 입자를 걸러내고, 기준을 충족하고 플라스틱 제품으로 추가 가공이 필요한 과립을 분류하여 선택합니다.

PLA 생분해성 과립의 적용 분야:

PLA 입자, 즉 폴리락트산 입자는 락트산을 주원료로 중합하여 얻은 생물 기반 분해성 플라스틱입니다. 환경 보호 특성과 뛰어난 물리적 특성으로 인해 PAL 입자는 많은 분야에서 널리 사용됩니다. 다음은 PAL 입자의 주요 적용 분야입니다.

1. 의료 분야

약물 제어 방출 시스템: PLA는 생체적합성과 생분해성이 좋으며, 약물 운반체에 적용하면 약물의 방출을 효과적으로 조절하고, 약물 투여 횟수를 줄이며 효능을 향상시킬 수 있습니다.
정형외과 내부 고정 재료: PLA 소재는 나사, 못, 막대 및 기타 정형외과 내부 고정 재료를 생산하는 데 사용할 수 있으며, 이러한 재료는 생체 내에서 점차적으로 분해되어 전통적인 금속 내부 고정 재료가 2차 수술로 제거되어야 하는 문제를 피할 수 있습니다.

2. 포장산업

식품 포장: PLA 과립으로 만든 식품 포장재(예: 비닐봉지, 필름, 용기 등)는 투명성과 기계적 성질이 좋고, 동시에 분해성이 뛰어나 백색 오염에 대한 효과적인 솔루션이 됩니다.
비식품 포장: PLA는 전자제품 및 화장품과 같은 비식품 포장에도 사용되어 환경 영향을 줄이는 지속 가능하고 환경 친화적인 옵션을 제공합니다.

3. 섬유산업

의류용 섬유: PLA 펠릿은 다양한 의류 및 직물 생산에 사용되는 섬유로 가공됩니다. 이 섬유는 통기성이 좋고 편안하며 생분해성이 있어 의류 산업의 환경적 발자국을 줄입니다.
가정용 직물: 예를 들어, 침대 시트, 커튼 및 기타 가정용 직물에도 PLA 소재가 사용되기 시작했는데, 이는 사용 요구를 충족할 뿐만 아니라 환경 오염도 줄이는 효과가 있습니다.

4. 농업

농업용 멀칭 필름: PLA 입자로 만든 농업용 멀치 필름은 기존 플라스틱 멀치 필름의 가열 및 보수 기능을 가지고 있을 뿐만 아니라, 사용 후 토양에서 자연적으로 분해되어 플라스틱 필름 조각으로 인한 토양의 장기 오염을 피할 수 있습니다.
육아용 그릇과 용기: PLA는 묘목 그릇과 기타 재배 용기를 만드는 데도 사용되는데, 사용 후 바로 분해될 수 있어 폐기물 용기 폐기 비용과 어려움을 줄여줍니다.

5. 식기산업

일회용 식기: PLA 알갱이로 만든 일회용 식기(예: 그릇, 접시, 젓가락 등)는 점차 환경 보호 및 분해성 특성으로 인해 전통적인 플라스틱 식기를 대체하고 있으며, 특히 테이크어웨이 및 식품 포장 산업에서 그 인기가 높아지고 있습니다.

6. 3D 프린팅 분야

3D 프린팅 재료: PLA 입자는 우수한 열가소성과 층간 접착력으로 인해 3D 프린팅에 가장 일반적으로 사용되는 재료 중 하나가 되었습니다. 사용자는 프로토타입 제작, 교육 및 소규모 제조를 위해 다양한 복잡한 모양과 구조를 필요에 따라 인쇄할 수 있습니다.

7. 전자산업

전자기기의 플라스틱 부품: PLA 입자는 절연성과 분해성이 뛰어나 일부 전자 장치의 플라스틱 부품을 제조하는 데 사용되어 성능을 보장하는 동시에 환경 오염을 줄입니다.

PLA 입자는 뛰어난 환경 보호 특성과 물리적 특성으로 인해 의료, 포장, 섬유, 농업, 식기, 3D 인쇄 및 전자와 같은 많은 분야에서 널리 사용되었습니다. 글로벌 환경 의식이 높아지고 기술이 발전함에 따라 PLA 입자의 응용 전망이 더 넓어질 것입니다. 실제 응용 분야에서는 특정 요구 사항에 따라 적절한 개질 또는 복합화 방법을 선택하여 다양한 분야의 특정 요구 사항을 충족하도록 재료 특성을 최적화할 수 있습니다.

PLA는 안전한가요?

새로운 생분해성 소재로서 폴리락트산(PLA)의 안전성이 주목을 받고 있습니다.

1. 생체적합성

생물의학적 응용 분야: PLA는 일회용 주입 기구 및 비분해 수술 봉합사 생산을 포함한 광범위한 생물의학 응용 분야에서 뛰어난 생체적합성을 입증했습니다.
생분해성: PLA는 사용 후 자연상의 미생물에 의해 완전히 분해되며, 최종적으로 이산화탄소와 물을 생성하는데, 이는 환경을 오염시키지 않아 환경 보호에 매우 유익하며 친환경 소재로 인정받고 있습니다.

2. 물리적 및 화학적 특성

안정: PLA는 열 안정성이 좋고, 가공 온도 범위가 넓으며(170~230°C) 내용제성이 좋습니다.
기계적 특성: PLA는 인장강도, 파단신율, 충격강도 등 기계적 특성이 좋아 다양한 가공방법에 적합합니다.

3. 가공 및 사용 중 안전

처리 안전: PLA는 압출, 방사, 이축 연신, 사출 블로우 성형 및 기타 방법을 통해 가공할 수 있으며 가공 중에 독성이 없고 무해합니다.
사용의 안전성: PLA 제품은 식품 포장재, 패스트푸드 도시락 상자 등으로 사용되는 포장재로 사용 시 유해물질을 방출하지 않으며, 인체에 무해합니다.

4. 환경 영향

분해성: PLA는 자연 환경에서 완전히 분해될 수 있으므로 기존 플라스틱이 일으키는 환경 오염을 피할 수 있습니다.
탄소발자국: 석유 기반 플라스틱과 비교해 PLA는 생물 기반 플라스틱으로서 생산 및 사용 과정에서 탄소 발자국이 적어 온실 가스 배출을 줄이는 데 도움이 됩니다.

5. 난연성 및 연기 독성

난연성: PLA는 일정 수준의 난연성을 갖고 있어 화재 확산을 어느 정도 늦출 수 있습니다.
연기가스 독성: PLA 연소 중 생성되는 연기가스는 독성이 비교적 낮고 인체에 해롭지 않습니다.

6. 피부 접촉 및 장기 사용 시 안전성

피부 대 피부 접촉 안전: PLA 제품은 피부와 직접 접촉하더라도 자극이나 알레르기 반응을 일으키지 않습니다.
장기 사용 안전성: PLA 제품은 장기간 사용에도 성능이 안정적이며, 노화로 인해 유해물질이 방출되지 않습니다.

요약하자면 PLA의 안전성은 널리 인정받았으며 생체적합성, 물리화학적 특성, 가공 및 사용, 환경 영향, 난연성 및 연도 가스 독성 측면에서 우수한 안전성을 보였습니다. 동시에 PLA는 생물의학 분야뿐만 아니라 일상 생활 포장, 섬유 및 기타 산업에서도 큰 잠재력을 보여주는 광범위한 응용 전망을 가지고 있습니다. 기술의 발전과 생산 능력의 확장으로 PLA는 기존 플라스틱을 대체하는 중요한 힘이 되어 지속 가능한 개발과 환경 보호의 실현에 기여할 것으로 기대됩니다.

카테고리