Полилактид
Полилакти́д (ПЛА, PLA) — биоразлагаемый, биосовместимый, термопластичный, алифатический полиэфир, мономером которого является молочная кислота. Сырьем для производства служат ежегодно возобновляемые ресурсы, такие как кукуруза и сахарный тростник. Используется для производства изделий с коротким сроком службы (пищевая упаковка, одноразовая посуда, пакеты, различная тара), а также в медицине, для производства хирургических нитей и штифтов (обычно данный материал проходит специальную медицинскую сертификацию).
Полилактид | |
|---|---|
 | |
Общие | |
| Систематическое наименование | поли (3,6-диметил-1,4-
диоксан-2,5-дион |
| Сокращения | ПЛА |
| Хим. формула | (C₃H₆O₃)x |
Физические свойства | |
| Молярная масса | (72)n |
| Плотность | 1,290\1,248 г/см³ (кристалличный\аморфный)[1] |
Термические свойства | |
| Т. плав. | 170—180 ℃ (100 % L-ПЛА) |
| Т. стекл. | 54—58\50—53 ℃ (L-ПЛА\L,D-ПЛА) |
| Удельная теплота плавления | 93 Дж/г (100 % L-ПЛА) |
Классификация | |
| Номер CAS | 26100-51-6 |
| ChEBI | 53407 |
| Приводятся данные для стандартных условий (25 ℃, 100 кПа), если не указано иное. | |
Синтез
Существует два способа синтеза полилактида: поликонденсация молочной кислоты и полимеризация лактида. В промышленности используется их комбинация. Поликонденсацией молочной кислоты можно получать только низкомолекулярный полилактид, так как в процессе выделяется побочный продукт — вода, отвести которую из реакции сложно, и поэтому растущая полимерная цепь разрушается. Получившийся низкомолекулярный полилактид деполимеризуют до димера молочной кислоты, лактида. Полученный лактид полимеризуют при высокой температуре с добавлением катализатора октаноата олова, получая высокомолекулярный полилактид.
Свойства и структура
И молочная кислота, и лактид проявляют оптическую активность, то есть существуют в виде двух L- и D- стереоизомеров, являющихся зеркальным отображением друг друга. Варьируя относительное содержание этих форм в полилактиде, можно задавать свойства получаемого полимера, а также получать различные классы полилактидных материалов.
Полилактид из 100 % L-лактида (L-ПЛА) имеет высокую степень стереорегулярности, что придает ему кристалличность. Температура стеклования L-ПЛА: 54—58 °C[2], температура плавления 170—180 °C, скачок теплоёмкости 100 % аморфного ПЛА 0,54 Дж/(г·К).
Используя при полимеризации смесь D- и L- форм лактида, получают аморфный полилактид (L,D-ПЛА), температура стеклования которого составляет 50—53 °C[3], плавление отсутствует, так как нет кристаллической фазы.
Самая высокая температура плавления у стереокомплекса, состоящего из чистого L-ПЛА и чистого D-ПЛА. Две цепочки сплетаются, и образующиеся дополнительные взаимодействия между ними ведут к повышению температуры плавления (до 220 °C).
Физические свойства
| Величина | Значение |
|---|---|
| Температура плавления | 173-178 °C |
| Температура размягчения | 50 °C |
| Твердость (по Роквеллу) | R70-R90 |
| Относительное удлинение при разрыве | 3,8 % |
| Прочность на изгиб | 55,3 МПа |
| Прочность на разрыв | 57,8 МПа |
| Модуль упругости при растяжении | 3,3 ГПа |
| Модуль упругости при изгибе | 2,3 ГПа |
| Температура стеклования | 60—65 °C |
| Плотность | 1,23—1,25 г/см³ |
| Размер мельчайших деталей | 0,3 мм |
| Объёмная усадка при изготовлении изделий | обычно не более 0,8% [4] |
| Влагопоглощение | 0,5—50 % |
Применения
Полилактид отвечает концепции устойчивого развития, так как для его синтеза используются ежегодно возобновляемые природные ресурсы. Упаковочные изделия из полилактида — экологически чистая альтернатива традиционной бионеразлагаемой упаковке на основе химически стойких полимеров.
Полилактид применяется для производства экологически чистой биоразлагаемой упаковки, одноразовой посуды[5], средств личной гигиены. Биоразлагаемые пакеты из полилактида используются в таких крупных торговых сетях как Wal-Mart Stores и Kmart.
Ввиду своей биосовместимости, полилактид широко применяется в медицине: для производства хирургических нитей и штифтов, а также в системах доставки лекарств.
Полилактид также применяется в 3D-принтерах в качестве исходного материала для печати.[6]
Производство
Самый крупный производитель L-ПЛА — американская компания Nature Works (140 000 тонн/год). Также ПЛА производится компанией Toyota (Япония), Hitachi (Япония), DuPont (США), Galactic (Бельгия), Hisun Biomaterials (Китай), а основной производитель L,D-ПЛА — компания PURAC и Total Corbion (Нидерланды).
В России же PLA не синтезируется в промышленных масштабах, но на 2019 год появилось уже более 20 производств, перерабатывающих данный полимер, большая часть из которых относится к сфере аддитивных технологий. Однако, биоразлагаемая посуда и упаковка импортируется из разных стран несколькими компаниями. С 2015 года в России налажено производство медицинского высокочистого PLA на мощностях АО «ВНИИСВ». В феврале 2020 года ВТБ заявил о начале производства банковских карт из полилактида.[7]. В декабре 2020 года российская компания ПК «Натуральные Материалы» подписала соглашение с швейцарским производителем оборудования Sulzer о постройке завода по производству PLA мощностью в 10 000 тонн/год[8].
См. также
Примечания
- Polymer Data Handbook, Oxford University Press 1999.
- T. Maharanaa, B. Mohantyb, Y.S. Negi. Melt-solid polycondensation of lactic acid and its biodegradability; Progress in Polymer Science 34(2009) 99—124
- Garlotta D. A literature review of poly(lactic acid). J Polym Environ 2001;9:63—84.
- Kamluk A. N., Likhamanau A. O. Experimental determination of the rational geometrical parameters of the sprinkler frame arms and deflector on the expansion rate and stability of foam // Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Physical-Technical Series. — 2019. — 28 марта (т. 64, № 1). — С. 60—68. — ISSN 2524-244X. — doi:10.29235/1561-8358-2019-64-1-60-68.
- ИКЕА отзывает почти 160 000 тарелок, мисок и кружек из-за «опасности ожогов» после недовольных отзывов покупателей в США // Газета.ru, 27.05.2021
- Откуда ручки растут. «Лента.ру» протестировала первый в мире ручной 3D-принтер
- ВТБ начнет выпускать банковские карты без пластика
- PLASTINFO: portal of plastic industry. plastinfo.ru. Дата обращения: 17 января 2021.