Produktion och applicering av majsstärkelse biologiskt nedbrytbart material med PLA-baserat

Vad är PLA-material?

Polymjölksyra (PLA) är en polyesterpolymer som erhålls genom polymerisation med mjölksyra som huvudråvara, som vanligtvis tillverkas av stärkelse som utvinns från förnybara växtresurser (som majs, kassava, etc.).

PLA-material används i stor utsträckning inom 3D-utskrift på grund av deras miljöskyddsegenskaper och enkla hanteringsfördelar. Dess råvaror kommer från förnybara resurser, vilket inte bara minskar beroendet av traditionella petrokemiska resurser, utan också uppvisar ett lågt koldioxidavtryck i produktionsprocessen. PLA har god luftgenomsläpplighet och transparens och kan bearbetas på en mängd olika sätt, inklusive extrudering, spinning, formsprutning, etc. Detta material är mycket biokompatibelt, icke-toxiskt för människokroppen och kan till och med absorberas av människokroppen, så det har också ett brett spektrum av tillämpningsmöjligheter inom det medicinska området.

Dessutom, även om värmebeständigheten och de mekaniska egenskaperna hos PLA inte är lika bra som vissa tekniska plaster, är dess draghållfasthet och böjmodul tillräckliga för att möta behoven för daglig användning. Till exempel har PLA successivt ersatt traditionell plast i livsmedelsbehållare, förpackningsmaterial och vissa sällanköpsvaror. PLA har också god nedbrytbarhet, och det bryts ner av mikroorganismer i marken för att producera koldioxid och vatten, vilket inte kommer att orsaka långvarig förorening av miljön.

Sammantaget anses PLA vara ett idealiskt hållbart materialval på grund av dess miljövänliga, biologiskt nedbrytbara och multifunktionella egenskaper. I framtiden, med framsteg inom vetenskap och teknik och förbättring av miljömedvetenhet, förväntas tillämpningsområdet för PLA att utökas ytterligare.

PLA-granulat, även känt som polymjölksyragranulat, är de grundläggande råvarorna för tillverkning av polymjölksyra (PLA) produkter.

Tillverkningen av PLA-granulat innefattar flera viktiga steg som säkerställer att slutprodukten har utmärkt biologisk nedbrytbarhet och mekaniska egenskaper. Varje steg i tillverkningsprocessen, från valet av råmaterial till den slutliga polymerisationen, är avgörande. Tillverkningsmetoden för PLA-granulat beskrivs i detalj nedan:

1. Ingredienser

• Råvaruanskaffning: Tillverkningen av PLA börjar med urvalet av växtresurser som majsstärkelse och kassava, som krossas och stärkelse extraheras.
• Försockringsprocessen: Den extraherade stärkelsen omvandlas till glukos genom försockring, vilket uppnås genom att blanda och värma enzymer och andra kemikalier.

2. Jäs

• Mjölksyrajäsning: Därefter omvandlas glukos till mjölksyra med hjälp av en mikrobiell jäsningsprocess. I denna process fermenteras glukos för att producera mjölksyra med hög renhet.

3. Syntes av PLA

• Direkt polykondensationsmetod: I närvaro av dehydratiseringsmedel kondenseras mjölksyramolekyler direkt och polymeriseras till oligomerer genom termisk dehydrering, och sedan tillsätts kedjeförlängare för att generera PLA med hög molekylvikt.
• Tvåstegsmetod: mjölksyra omvandlas först till cyklisk dimer laktid och polymeriseras sedan genom ringöppning för att bilda PLA. Denna metod tillåter framställning av PLA med en hög molekylvikt och en snäv molekylviktsfördelning.

4. Förfining

• Rening och justering: PLA renas och finjusteras genom olika polymerisationsprocesser och betingelser för att erhålla polymerer med olika kristallinitet och molekylvikter. Detta gör att egenskaperna hos PLA-materialet kan anpassas till olika applikationers behov.

Sammanfattningsvis tar tillverkningsprocessen av PLA-granulat inte bara hänsyn till miljövänlighet och hållbarhet, utan säkerställer också att slutprodukten har goda mekaniska egenskaper och enkel bearbetning. Detta granulära råmaterial kan göras till en mängd olika industri- och konsumentprodukter genom efterföljande smältning, extrudering eller andra bearbetningsprocesser, vilket gör det allmänt använt inom en mängd olika områden.

Vilka är de fysiska modifieringsgranuleringarna av PLA?

Det finns många metoder för fysisk modifiering och granulering av PLA, främst inklusive fyllningsmodifiering, blandningsmodifiering, morfologisk och strukturell modifiering, etc.

PLA Twin Screw Extruder >>

Som ett miljövänligt biologiskt nedbrytbart material används PLA för att ersätta traditionella plaster inom förpackningsapplikationer i verkligheten, för att minska kostnaderna och öka marknadens konkurrenskraft, de mest modifierade applikationerna är fylld modifiering och blandningsmodifiering, följande fokuserar på fyllningsmodifiering och blandningsmodifieringsmetoder och deras specifika tillämpningar:

1. Fyll modifiering

• Tillsats av små oorganiska eller organiska molekyler: Förbättring av vissa egenskaper genom att tillsätta oorganiska eller organiska ämnen med små molekyler till polymeren. Denna metod är enkel och billig och används i stor utsträckning för att förbättra hållfastheten, segheten och flamskyddet hos material.
• Tillsats av polymerer: Denna metod, även känd som blandning, modifierar egenskaperna hos det ursprungliga hartset genom att införliva ett eller flera andra hartser, inklusive plast och gummi, i ett harts. Sammansättning kan avsevärt förbättra kompatibiliteten och bearbetbarheten hos material.

2. Blandningsmodifiering

• Mjukgörare blandning: PLA är ett styvt material och tillsats av mjukgörare som triacetrat, tributylcitrat, polyetylenglykol (PEG) etc. kan förbättra dess flexibilitet och slaghållfasthet. Studier har visat att citratmjukgörare effektivt kan minska glasets övergångstemperatur och förbättra sprödheten hos PLA.
• Kärnbildande blandning: Tillsatsen av kärnbildande medel till PLA kan påskynda kristalliseringen och förbättra dess termiska och mekaniska egenskaper. Till exempel kan kaliumbesylat och ytmodifierade nanokristaller av cellulosa förbättra kristalliniteten och antimikrobiella egenskaper hos PLA.
• Oorganisk fyllmedelsblandning: Skiktade silikater som kaolin och montmorillonit blandas med PLA för att framställa kompositmaterial med höga mekaniska egenskaper och termisk stabilitet. Till exempel uppvisar kalciumkarbonat och hydroxiapatitmodifierad PLA högre draghållfasthet och god biokompatibilitet.
• Blandning av naturliga fibrer: PLA blandas med naturliga fibrer som bananfiber och kokospalmfiber, vilket inte bara kan förbättra dess mekaniska egenskaper, utan också öka dess nedbrytningsegenskaper. Detta kompositmaterial har utmärkta prestanda när det gäller termisk stabilitet och dragmodul.
• Blandning med majsstärkelse: PLA och stärkelse (tapiokamjöl, garnmjöl, etc.) blandningsmodifiering, i kombination med andra kompatibiliseringsmedel och härdningsmedel, kan förbättra dess mekaniska egenskaper, draghållfasthet, öka dess nedbrytningsegenskaper och förkorta nedbrytningstiden. Samtidigt minskar det också kostnaderna för råvaror.

PLA:s fysiska modifieringsgranulering täcker en mängd olika teknologier, var och en optimerad för olika applikationsbehov. Dessa modifieringsmetoder förbättrar inte bara materialets omfattande egenskaper, utan minskar också produktionskostnaden och utökar applikationsområdet. När man väljer rätt modifieringsmetod är det nödvändigt att ta hänsyn till faktorer som materialets slutanvändning, kostnaden och miljöpåverkan.

Introduktion till produktionsprocessen för PLA-granulat:

PLA-pelletsproduktionsprocessen använder en dubbelskruvsextruder med ett luftkylt transportband för att pelletisera, och följande är en analys av de detaljerade stegen:

1. Förbehandling av råvaror

• Omrörning och uppvärmning: tillsätt först stärkelse, tillsatser etc. till mixern, rör om och värm, så att materialet blandas helt jämnt, och till sist tillsätt PLA och PBAT, fortsätt att röra, temperaturen är ca 100°, syftet med detta steg är: att ändra ytkompatibiliteten hos fyllmedlet, så att materialet är lättare att sprida och blanda i den senare utrustningen.

2. Sammansättning och extrudering

• Extruder med dubbelskruvon: De blandade materialen läggs till dubbelskruvextrudern tillsammans, och den utmärkta blandningsprestandan hos tvillingskruvextrudern används, och materialen smälts fullständigt och fördelas blandat vid uppvärmningen av den externa värmaren. Materialet extruderas till en nudelliknande substans genom munstycket. Fördelen med en dubbelskruvsextruder är att den blandar, mjukgör och extruderar material kontinuerligt och effektivt

3. Kylning och pelletisering

• Luftkyld transportbandskylning: De extruderade PLA-nudlarna kyls genom att passera dem genom ett luftkylt transportband. Denna metod kan snabbt minska temperaturen på partiklarna, förhindra vidhäftning mellan partiklarna och säkerställa partiklarnas spridning och kvalitet.
• Vid pelletisering kommer de kylda nudlarna in i pelletiseringsmaskinen och nudlarna skärs till partiklar i storleken 3XD3 mm med en roterande skärare med hög hastighet

4. Siktning

• Sållning av partiklar som uppfyller standarderna: Slutligen siktas de bearbetade partiklarna och de granulat som uppfyller standarderna och som behöver vidareförädlas till plastprodukter sorteras och väljs ut.

Användningsområden för PLA biologiskt nedbrytbara granulat:

PLA-partiklar, dvs polymjölksyrapartiklar, är biobaserade nedbrytbara plaster som erhålls genom polymerisation med mjölksyra som huvudråvara. På grund av dess miljöskyddsegenskaper och utmärkta fysikaliska egenskaper används PAL-partiklar i stor utsträckning inom många områden. Följande är de huvudsakliga användningsområdena för PAL-partiklar:

1. Medicinskt område

• System för läkemedelskontrollerad frisättning: PLA har god biokompatibilitet och biologisk nedbrytbarhet, och applikationen i läkemedelsbärare kan effektivt uppnå kontrollerad läkemedelsfrisättning, minska antalet läkemedelsadministrationer och förbättra effektiviteten.
• Ortopediska inre fixeringsmaterial: PLA-material kan användas för att producera skruvar, spikar, stavar och andra ortopediska inre fixeringsmaterial, som gradvis kan brytas ned in vivo, vilket undviker problemet med att traditionella interna fixeringsmaterial av metall måste avlägsnas genom sekundär kirurgi.

2. Förpackningsindustrin

• Matförpackning: Livsmedelsförpackningsmaterial gjorda av PLA-granulat, såsom plastpåsar, filmer, behållare etc., har goda transparens och mekaniska egenskaper, och blir samtidigt en effektiv lösning för vita föroreningar på grund av deras nedbrytbarhet.
• Icke-livsmedelsförpackningar: PLA används också i icke-livsmedelsförpackningar som elektronik och kosmetika, vilket ger hållbara och miljövänliga alternativ för att minska miljöpåverkan.

3. Textilindustri

• Klädfibrer: PLA-pellets bearbetas till fibrer som används vid tillverkning av olika kläder och textilier. Denna fiber andas och är bekväm, samtidigt som den är biologiskt nedbrytbar, vilket minskar klädindustrins miljöavtryck.
• Hemtextilier: Till exempel har lakan, gardiner och andra hemtextilier också börjat använda PLA-material, som inte bara uppfyller användningsbehoven utan också minskar miljöföroreningarna.

4. Jordbruk

• Jordbrukskompostfilm: Jordbrukskompostfilmen gjord av PLA-partiklar har inte bara uppvärmnings- och vattenretentionsfunktionen som traditionell plastkompostfilm, utan kan också naturligt brytas ned i jorden efter användning, vilket undviker långvarig förorening av jorden av plastfilmfragment.
• Barnskålar och behållare: PLA används också för att tillverka planteringsskålar och andra planteringsbehållare, som kan brytas ned direkt efter användning, vilket minskar kostnaden och svårigheten att kassera avfallsbehållare.

5. Bordsbranschen

• Engångsservis: Engångsservis gjorda av PLA-granulat, såsom skålar, tallrikar, ätpinnar, etc., ersätter gradvis traditionell plastservis med dess miljöskydd och nedbrytbara egenskaper, särskilt inom takeaway- och livsmedelsförpackningsindustrin.

6. 3D utskriftsområdet

• 3D-utskriftsmaterial: PLA-partiklar har blivit ett av de mest använda materialen för 3D-utskrift på grund av deras goda termoplasticitet och mellanskiktsvidhäftning. Användare kan skriva ut ett brett utbud av komplexa former och strukturer på begäran för prototyper, undervisning och småskalig tillverkning.

7. Elektronikindustrin

• Plastdelar till elektroniska enheter: PLA-partiklar används för att tillverka plastdelar till vissa elektroniska enheter på grund av deras goda isoleringsegenskaper och nedbrytbarhet, för att minska miljöföroreningarna samtidigt som prestanda säkerställs.

På grund av dess utmärkta miljöskyddsegenskaper och fysikaliska egenskaper har PLA-partiklar använts i stor utsträckning inom många områden som medicin, förpackning, textil, jordbruk, porslin, 3D-utskrift och elektronik. Med förbättringen av den globala miljömedvetenheten och teknikens framsteg kommer applikationsmöjligheterna för PLA-partiklar att bli bredare. I praktiska tillämpningar kan lämplig modifierings- eller blandningsmetod väljas enligt de specifika behoven för att optimera materialegenskaperna för att möta de specifika kraven inom olika områden.

Är PLA säker?

Som ett framväxande biologiskt nedbrytbart material har säkerheten för polymjölksyra (PLA) blivit i fokus.

1. Biokompatibel

• Biomedicinska tillämpningar: PLA har bevisat sin utmärkta biokompatibilitet i ett brett spektrum av biomedicinska applikationer, såsom tillverkning av engångsinfusionsapparater och icke-demonterande kirurgiska suturer.
• Biologisk nedbrytbarhet: PLA kan brytas ned helt av mikroorganismer i naturen efter användning, och slutligen generera koldioxid och vatten, som inte förorenar miljön, vilket är mycket fördelaktigt för skyddet av miljön och är erkänt som ett miljövänligt material.

2. Fysikaliska och kemiska egenskaper

• Stabilitet: PLA har god termisk stabilitet, brett bearbetningstemperaturområde (170~230°C) och god lösningsmedelsbeständighet.
• Mekaniska egenskaper: PLA har goda mekaniska egenskaper, såsom draghållfasthet, brotttöjning och slaghållfasthet, vilket gör den lämplig för en mängd olika bearbetningsmetoder.

3. Säkerhet under bearbetning och användning

• Bearbetningssäkerhet: PLA kan bearbetas genom extrudering, spinning, biaxiell sträckning, formsprutning och andra metoder, och det är giftfritt och ofarligt under bearbetning.
• Säkerhet vid användning: PLA-produkter kommer inte att släppa ut skadliga ämnen under användning, såsom livsmedelsförpackningar, snabbmatslunchlådor etc., och är ofarliga för människokroppen.

4. Miljöpåverkan

• Nedbrytbarhet: PLA kan brytas ned fullständigt i den naturliga miljön, vilket undviker miljöföroreningar som orsakas av traditionell plast.
• Koldioxidavtryck: Jämfört med petroleumbaserad plast har PLA, som en biobaserad plast, ett lägre koldioxidavtryck under produktion och användning, vilket bidrar till att minska utsläppen av växthusgaser.

5. Flamskyddsmedel och röktoxicitet

• Flamskyddsmedel: PLA har en viss grad av flamskydd, vilket kan bromsa brandspridningen i viss utsträckning.
• Rökgastoxicitet: Rökgasen som produceras vid PLA-förbränning har relativt låg toxicitet och är mindre skadlig för människokroppen.

6. Säkerhet vid hudkontakt och långvarig användning

• Hud-mot-hud kontakt säkerhet: PLA-produkter kommer inte att orsaka irritation eller allergiska reaktioner även om de är i direkt kontakt med huden.
• Säkerhet vid långvarig användning: PLA-produkter har stabil prestanda under långvarig användning och kommer inte att släppa ut skadliga ämnen på grund av åldrande.

Sammanfattningsvis har säkerheten för PLA blivit allmänt erkänd, och den har visat god säkerhet när det gäller biokompatibilitet, fysikaliska och kemiska egenskaper, bearbetning och användning, miljöpåverkan, flamskydd och rökgastoxicitet. Samtidigt har PLA breda tillämpningsmöjligheter, inte bara inom det biomedicinska området, utan även inom dagliga förpackningar, textil- och andra industrier visar också stor potential. Med teknikens framsteg och utbyggnaden av produktionskapaciteten förväntas PLA bli en viktig kraft för att ersätta traditionell plast, vilket bidrar till förverkligandet av hållbar utveckling och miljöskydd.