PLA пластик який росте

Якщо ви коли-небудь здійснювали автомобільні подорожі, то неодмінно помічали приголомшливо кількість кукурудзи, що вирощується, і виникає питання: «Ми дійсно їмо всю цю кукурудзу?».

Проста відповідь немає, ми не тільки споживаємо її в їжу або годуємо тварин. Надлишок кукурудзи широко використовується в промисловості, і цілком ймовірно, що у вас є кілька котушок полімолочної кислоти поруч із вашим 3D принтером.

Більшість із нас не замислюються про те, звідки беруться пластмаси, і не припускають, що вони виробляють із нафти. Протягом більшої частини історії полімерної промисловості це було оптимальне рішення, але з впровадженням інженерних біопластиків у галузі з'явилася нова сировина з рослин. Мати Природа напрочуд хороший хімік за полімерами.

Незалежно від того, чи є біополімер природним чи синтезованим у промисловості, основні принципи однакові. Всі полімери складаються з невеликих ланок, що повторюються, званих мономерами, які хімічно пов'язані один з одним в довгі ланцюги. Простим прикладом небіополімеру є поліетилен, де мономерами є двовуглецевий алкен етилен. Властивості мономерів, їх кількість і конфігурація ланцюжків багато в чому визначають характеристики одержуваного пластику, а величезна кількість комбінацій цих факторів призводить до неймовірної різноманітності матеріалів, що використовуються сьогодні.

У той час як полімолочна кислота, яка більш правильно називається «полі (молочна кислота)», хоча мономер молочна кислота набув широкого поширення лише порівняно недавно, його історія походить від 1930-х років. Це був ще один продукт дослідних лабораторій компанії EI du Pont de Nemours у Вілмінгтоні, штат Делавер. Це також було дітищем Уоллеса Каротерса, хіміка відповідального за нейлон та неопрен. Каротерс грав із синтезом і зумів зробити PLA у лабораторії, але він так і не зміг придумати комерційно життєздатний процес для його виробництва. PLA залишався нішевим полімером протягом десятиліть, настільки, що DuPont навіть не спромігся запатентувати винахід до 1950-х років.

Робота з перетворення PLA на комерційний продукт відновилася у 1980-х роках. З появою нафтових ембарго 1970-х років і необхідністю альтернативи нафти. Хіміки чоловік і дружина Пет і Саллі Грубер вивчали PLA, часто роблячи пробні партії на своїй кухні, вони змогли розробити метод перетворення кукурудзяних зерен на PLA в 1989 році. Перша партія коштувала 200 доларів за фунт, але процес було запущено.

Комерційний виробничий процес був удосконалений за ці роки, і ціна за фунт помітно впала. Є кілька шляхів виготовлення, але все починається з кукурудзи. Вихідною сировиною може бути будь-який крохмалистий рослинний матеріал, який може бути підданий ферментації, але враховуючи величезні купи кукурудзяного крохмалю, це кращий матеріал. Крохмаль ферментується у величезних резервуарах контрольованим чином, щоб виробляти молочну кислоту, а не етанол. Молочна кислота або безпосередньо полімеризується PLA, або вступає в реакцію з лактидом, циклічною молекулою, яка виглядає як дві молочні кислоти, з'єднані разом. В результаті реакції полімеризації утворюється вода, яку необхідно видалити або вакуумом або дистиляцією. Отриманий пластик технічно є складним поліефіром, оскільки мономери пов'язані за допомогою складноефірних груп.

Комерційно вироблений PLA володіє широким спектром властивостей залежно від рецепту, що використовується, але в цілому класифікується як термопласт. Як випливає з назви, термопласти розм'якшуються і плавляться вище за характерну температуру, знову затвердіючи при цій температурі. Термопластичність важлива для 3D-друку, що робить PLA кандидатом на заміну пластиків на нафтовій основі.

Інший недолік (а іноді гідність) PLA це його біорозкладність. За достатньої кількості часу і за правильних умов PLA розкладається назад на молочну кислоту, тоді як більша частина пластику зберігатиметься у навколишньому середовищі набагато довше. Це робить PLA привабливим для виробництва предметів, призначених для утилізації, таких як упаковка для харчових продуктів, таці та обгортки для напівфабрикатів і т.д.

PLA не тільки біорозкладний, а й біосумісний. Це робить його чудовим вибором для медичних імплантатів, які призначені для поглинання організмом. Залежно від застосування та розташування в організмі імплант з PLA (більш конкретно PLLA, полі-L-молочна кислота, що складається виключно з енантіомерів L-типу лактиду) забезпечує підтримку та захист під час загоєння або є основою для зростання нових тканин, а потім руйнується організмом. Ця властивість може бути ключем до хваленого майбутнього 3D-друкарських органів.
Враховуючи, наскільки корисний цей матеріал, дивно, скільки часу йому знадобилося щоб стати комерційним.