Produção e Aplicação de Material Biodegradável de Amido de Milho com PLA à base de

O que é material PLA?

O ácido polilático (PLA) é um polímero de poliéster obtido pela polimerização com ácido láctico como principal matéria-prima, geralmente feito de amido extraído de recursos vegetais renováveis (como milho, mandioca, etc.).

Os materiais PLA são amplamente utilizados no campo da impressão 3D devido às suas características de proteção ambiental e vantagens de fácil manuseio. Suas matérias-primas são derivadas de recursos renováveis, o que não apenas reduz a dependência de recursos petroquímicos tradicionais, mas também exibe uma baixa pegada de carbono no processo de produção. O PLA tem boa permeabilidade ao ar e transparência, e pode ser processado de várias maneiras, incluindo extrusão, fiação, moldagem por injeção e sopro, etc. Este material é altamente biocompatível, não tóxico para o corpo humano e pode até ser absorvido pelo corpo humano, por isso também tem uma ampla gama de perspectivas de aplicação no campo médico.

Além disso, embora a resistência ao calor e as propriedades mecânicas do PLA não sejam tão boas quanto as de alguns plásticos de engenharia, sua resistência à tração e módulo de flexão são suficientes para atender às necessidades do uso diário. Por exemplo, o PLA gradualmente substituiu os plásticos tradicionais em recipientes de alimentos, materiais de embalagem e alguns bens de consumo duráveis. O PLA também tem boa degradabilidade e é decomposto por microrganismos no solo para produzir dióxido de carbono e água, o que não causará poluição de longo prazo ao meio ambiente.

No geral, o PLA é considerado uma escolha de material sustentável ideal devido às suas propriedades ecológicas, biodegradáveis e multifuncionais. No futuro, com o avanço da ciência e da tecnologia e a melhoria da conscientização ambiental, espera-se que o escopo de aplicação do PLA seja expandido ainda mais.

Grânulos de PLA, também conhecidos como grânulos de ácido polilático, são as matérias-primas básicas para a fabricação de produtos de ácido polilático (PLA).

A fabricação de grânulos de PLA envolve várias etapas importantes que garantem que o produto final tenha excelente biodegradabilidade e propriedades mecânicas. Cada etapa do processo de fabricação, desde a seleção de matérias-primas até a polimerização final, é crucial. O método de fabricação de grânulos de PLA é descrito em detalhes abaixo:

1. Ingredientes

• Aquisição de matéria-prima: A fabricação do PLA começa com a seleção de recursos vegetais, como amido de milho e mandioca, que são triturados e o amido é extraído.
• Processo de sacarificação: O amido extraído é convertido em glicose pela sacarificação, que é obtida pela mistura e aquecimento de enzimas e outros produtos químicos.

2. Ferment

• Fermentação láctica: Em seguida, a glicose é convertida em ácido láctico usando um processo de fermentação microbiana. Nesse processo, a glicose é fermentada para produzir ácido láctico de alta pureza.

3. Síntese de PLA

• Método de policondensação direta: Na presença do agente desidratante, as moléculas de ácido láctico são diretamente condensadas e polimerizadas em oligômeros por desidratação térmica e, então, extensores de cadeia são adicionados para gerar PLA de alto peso molecular.
• Método de duas etapas: o ácido láctico é primeiro convertido em lactídeo dimérico cíclico e, então, polimerizado pela abertura do anel para formar PLA. Este método permite a produção de PLA com alto peso molecular e uma distribuição estreita de peso molecular.

4. Refinamento

• Purificação e ajuste: O PLA é purificado e finamente ajustado por meio de diferentes processos e condições de polimerização para obter polímeros com diferentes cristalinidades e pesos moleculares. Isso permite que as propriedades do material PLA sejam adaptadas às necessidades de diferentes aplicações.

Em resumo, o processo de fabricação de grânulos de PLA não considera apenas a compatibilidade ambiental e a sustentabilidade, mas também garante que o produto final tenha boas propriedades mecânicas e facilidade de processamento. Esta matéria-prima granular pode ser transformada em uma variedade de produtos industriais e de consumo por meio de derretimento subsequente, extrusão ou outros processos de processamento, tornando-a amplamente usada em uma variedade de campos.

Quais são as granulações de modificação física do PLA?

Existem muitos métodos para modificação física e granulação de PLA, incluindo principalmente modificação de preenchimento, modificação de mistura, modificação morfológica e estrutural, etc.

Extrusora de parafuso duplo PLA >>

Como um material biodegradável ecologicamente correto, o PLA é usado para substituir plásticos tradicionais no campo de aplicações de embalagens na vida real, a fim de reduzir custos e aumentar a competitividade do mercado, as aplicações mais modificadas são modificação de enchimento e modificação de mistura, o seguinte se concentra nos métodos de modificação de enchimento e modificação de mistura e suas aplicações específicas:

1. Modificação de preenchimento

• Adição de pequenas moléculas inorgânicas ou orgânicas: Melhoria de certas propriedades pela adição de pequenas moléculas de substâncias inorgânicas ou orgânicas ao polímero. Este método é simples e barato, e é amplamente usado para melhorar a resistência, tenacidade e retardamento de chamas de materiais.
• Adição de polímeros: Este método, também conhecido como blending, modifica as propriedades da resina original incorporando uma ou mais outras resinas, incluindo plásticos e borrachas, em uma resina. A composição pode melhorar significativamente a compatibilidade e a processabilidade dos materiais.

2. Modificação de mistura

• Mistura de plastificantes: O PLA é um material rígido, e a adição de plastificantes como triacetrato, citrato de tributila, polietilenoglicol (PEG), etc., pode melhorar sua flexibilidade e resistência ao impacto. Estudos mostraram que plastificantes de citrato podem efetivamente reduzir a temperatura de transição vítrea e melhorar a fragilidade do PLA.
• Mistura de agentes nucleantes: A adição de agente nucleante ao PLA pode acelerar a cristalização e melhorar suas propriedades térmicas e mecânicas. Por exemplo, besilato de potássio e nanocristais de celulose de superfície modificada podem melhorar a cristalinidade e as propriedades antimicrobianas do PLA.
• Mistura de enchimento inorgânico: Silicatos em camadas, como caulim e montmorilonita, são misturados com PLA para preparar materiais compostos com altas propriedades mecânicas e estabilidade térmica. Por exemplo, carbonato de cálcio e PLA modificado com hidroxiapatita exibem maior resistência à tração e boa biocompatibilidade.
• Mistura de fibras naturais: O PLA é misturado com fibras naturais, como fibra de banana e fibra de coqueiro, o que pode não apenas melhorar suas propriedades mecânicas, mas também aumentar suas propriedades de degradação. Este material composto tem excelente desempenho em termos de estabilidade térmica e módulo de tração.
• Mistura com amido de milho: modificação de mistura de PLA e amido (farinha de tapioca, farinha de inhame, etc.), combinada com outros compatibilizadores e agentes de endurecimento, pode melhorar suas propriedades mecânicas, resistência à tração, aumentar suas propriedades de degradação e encurtar o tempo de degradação. Ao mesmo tempo, também reduz o custo de matérias-primas.

A granulação de modificação física do PLA abrange uma variedade de tecnologias, cada uma otimizada para diferentes necessidades de aplicação. Esses métodos de modificação não apenas melhoram as propriedades abrangentes do material, mas também reduzem o custo de produção e expandem a faixa de aplicação. Ao escolher o método de modificação correto, é necessário considerar fatores como o uso final do material, o custo e o impacto ambiental.

Introdução ao processo de produção de grânulos de PLA:

O processo de produção de pellets de PLA usa uma extrusora de dupla rosca com uma correia transportadora resfriada a ar para peletizar, e a seguir está uma análise das etapas detalhadas:

1. Pré-tratamento de matérias-primas

• Agitação e aquecimento: primeiro adicione amido, aditivos, etc. ao misturador, mexa e aqueça, para que o material seja totalmente misturado uniformemente e, finalmente, adicione PLA e PBAT, continue mexendo, a temperatura é de cerca de 100°, o objetivo desta etapa é: alterar a compatibilidade da superfície do enchimento, para que o material seja mais fácil de dispersar e misturar no equipamento posterior.

2. Composição e extrusão

• Extrusora de parafuso duplo extrusioe: Os materiais misturados são adicionados à extrusora de parafuso duplo juntos, e o excelente desempenho de mistura da extrusora de parafuso duplo é usado, e os materiais são completamente derretidos e distribuídos misturados no aquecimento do aquecedor externo. O material é extrudado em uma substância semelhante a macarrão através da matriz. A vantagem de uma extrusora de parafuso duplo é que ela mistura, plastifica e extruda materiais de forma contínua e eficiente

3. Resfriamento e peletização

• Resfriamento de correia transportadora refrigerada a ar: Os noodles de PLA extrudados são resfriados passando-os por uma correia transportadora resfriada a ar. Este método pode reduzir rapidamente a temperatura das partículas, evitar a adesão entre as partículas e garantir a dispersão e a qualidade das partículas.
• Peletização, o macarrão resfriado entra no peletizador e o macarrão será cortado em partículas de tamanho 3XD3mm por um cortador rotativo de alta velocidade

4. Peneiramento

• Triagem de partículas que atendem aos padrões: Por fim, as partículas processadas são peneiradas, e os grânulos que atendem aos padrões e precisam ser posteriormente processados em produtos plásticos são separados e selecionados.

Áreas de aplicação dos grânulos biodegradáveis de PLA:

Partículas de PLA, ou seja, partículas de ácido polilático, são plásticos degradáveis de base biológica obtidos por polimerização com ácido láctico como principal matéria-prima. Devido às suas características de proteção ambiental e excelentes propriedades físicas, as partículas de PAL são amplamente utilizadas em muitos campos. A seguir estão as principais áreas de aplicação das partículas de PAL:

1. Campo médico

• Sistema de liberação controlada de medicamentos: O PLA tem boa biocompatibilidade e biodegradabilidade, e a aplicação em transportadores de fármacos pode efetivamente atingir a liberação controlada de fármacos, reduzir o número de administrações de fármacos e melhorar a eficácia.
• Materiais de fixação interna ortopédica: Os materiais PLA podem ser usados para produzir parafusos, pregos, hastes e outros materiais de fixação interna ortopédica, que podem ser gradualmente degradados in vivo, evitando o problema de que os materiais tradicionais de fixação interna de metal precisam ser removidos por cirurgia secundária.

2. Indústria de embalagens

• Embalagem de alimentos: Materiais de embalagem de alimentos feitos de grânulos de PLA, como sacos plásticos, filmes, recipientes, etc., têm boa transparência e propriedades mecânicas e, ao mesmo tempo, tornam-se uma solução eficaz para a poluição branca devido à sua degradabilidade.
• Embalagens não alimentícias: O PLA também é usado em embalagens não alimentícias, como eletrônicos e cosméticos, fornecendo opções sustentáveis e ecologicamente corretas para reduzir o impacto ambiental.

3. Indústria têxtil

• Fibras de vestuário: Os pellets de PLA são processados em fibras que são usadas na produção de vários artigos de vestuário e têxteis. Esta fibra é respirável e confortável, ao mesmo tempo que é biodegradável, reduzindo a pegada ambiental da indústria de vestuário.
• Têxteis para o lar: Por exemplo, lençóis, cortinas e outros tecidos para o lar também começaram a usar materiais PLA, que não apenas atendem às necessidades de uso, mas também reduzem a poluição ambiental.

4. Agricultura

• Película de cobertura vegetal agrícola: O filme de cobertura agrícola feito de partículas de PLA não só tem a função de aquecimento e retenção de água do filme de cobertura plástico tradicional, mas também pode ser degradado naturalmente no solo após o uso, evitando a poluição do solo a longo prazo por fragmentos de filme plástico.
• Tigelas e recipientes para viveiro: O PLA também é usado para fazer recipientes para mudas e outros recipientes de plantio, que podem ser degradados diretamente após o uso, reduzindo o custo e a dificuldade de descarte de recipientes de lixo.

5. Indústria de utensílios de mesa

• Talheres descartáveis: Utensílios de mesa descartáveis feitos de grânulos de PLA, como tigelas, pratos, pauzinhos, etc., estão gradualmente substituindo os utensílios de mesa de plástico tradicionais com suas características de proteção ambiental e degradabilidade, especialmente nas indústrias de comida para viagem e embalagens de alimentos.

6. 3D o campo da impressão

• Materiais de impressão 3D: As partículas de PLA se tornaram um dos materiais mais comumente usados para impressão 3D devido à sua boa termoplasticidade e adesão intercamada. Os usuários podem imprimir uma ampla gama de formas e estruturas complexas sob demanda para prototipagem, ensino e fabricação em pequena escala.

7. Indústria eletrônica

• Peças plásticas de dispositivos eletrônicos: As partículas de PLA são usadas para fabricar peças plásticas de alguns dispositivos eletrônicos devido às suas boas propriedades de isolamento e degradabilidade, de modo a reduzir a poluição ambiental e, ao mesmo tempo, garantir o desempenho.

Devido às suas excelentes características de proteção ambiental e propriedades físicas, as partículas de PLA têm sido amplamente utilizadas em muitos campos, como médico, embalagem, têxtil, agricultura, utensílios de mesa, impressão 3D e eletrônicos. Com o aumento da conscientização ambiental global e o avanço da tecnologia, a perspectiva de aplicação das partículas de PLA será mais ampla. Em aplicações práticas, o método de modificação ou composição apropriado pode ser selecionado de acordo com as necessidades específicas para otimizar as propriedades do material para atender aos requisitos específicos de diferentes campos.

O PLA é seguro?

Como um material biodegradável emergente, a segurança do ácido polilático (PLA) se tornou o foco das atenções.

1. Biocompatível

• Aplicações biomédicas: O PLA provou sua excelente biocompatibilidade em uma ampla gama de aplicações biomédicas, como a produção de aparelhos de infusão descartáveis e suturas cirúrgicas não desmontáveis.
• Biodegradabilidade: O PLA pode ser completamente degradado por microrganismos na natureza após o uso e, finalmente, gerar dióxido de carbono e água, o que não polui o meio ambiente, o que é muito benéfico para a proteção do meio ambiente e é reconhecido como um material ecologicamente correto.

2. Propriedades físicas e químicas

• Estabilidade: O PLA tem boa estabilidade térmica, ampla faixa de temperatura de processamento (170~230°C) e boa resistência a solventes.
• Propriedades mecânicas: O PLA tem boas propriedades mecânicas, como resistência à tração, alongamento na ruptura e resistência ao impacto, tornando-o adequado para uma variedade de métodos de processamento.

3. Segurança durante o processamento e uso

• Segurança de processamento: O PLA pode ser processado por extrusão, fiação, estiramento biaxial, moldagem por injeção e sopro e outros métodos, além de ser atóxico e inofensivo durante o processamento.
• Segurança de uso: Os produtos PLA não liberam substâncias nocivas durante o uso, como embalagens de alimentos, lancheiras de fast food, etc., e são inofensivos ao corpo humano.

4. Impacto ambiental

• Degradabilidade: O PLA pode ser completamente degradado no ambiente natural, evitando a poluição ambiental causada pelos plásticos tradicionais.
• Pegada de carbono: Comparado aos plásticos à base de petróleo, o PLA, como um plástico de origem biológica, tem uma pegada de carbono menor durante a produção e o uso, ajudando a reduzir as emissões de gases de efeito estufa.

5. Retardante de chama e toxicidade da fumaça

• Retardante de chamas: O PLA tem um certo grau de retardamento de chamas, o que pode retardar a propagação do fogo até certo ponto.
• Toxicidade dos gases de combustão: O gás de combustão produzido durante a combustão do PLA tem toxicidade relativamente baixa e é menos prejudicial ao corpo humano.

6. Segurança no contato com a pele e uso prolongado

• Segurança no contato pele a pele: Os produtos PLA não causam irritação ou reações alérgicas, mesmo em contato direto com a pele.
• Segurança de uso a longo prazo: Os produtos PLA têm desempenho estável durante o uso a longo prazo e não liberam substâncias nocivas devido ao envelhecimento.

Em resumo, a segurança do PLA tem sido amplamente reconhecida, e tem mostrado boa segurança em termos de biocompatibilidade, propriedades físicas e químicas, processamento e uso, impacto ambiental, retardamento de chama e toxicidade de gás de combustão. Ao mesmo tempo, o PLA tem amplas perspectivas de aplicação, não apenas no campo biomédico, mas também em embalagens de vida diária, têxteis e outras indústrias também mostram grande potencial. Com o avanço da tecnologia e a expansão da capacidade de produção, espera-se que o PLA se torne uma força importante para substituir os plásticos tradicionais, contribuindo para a realização do desenvolvimento sustentável e proteção ambiental.