PLA - polilaktyd, polikwas mlekowy, (ang. polylactic acid), jest biodegradowalnym termoplastycznym poliestrem, wytwarzanym z surowców odnawialnych. Największym producentem polilaktydu na świecie jest firma Nature Works LLC z USA.
Przeźroczysty PLA można porównać do termoplastycznych tworzyw konwencjonalnych nie tylko dzięki jego właściwościom, lecz także dzięki temu, że może być przerabiany na typowych urządzeniach do przetwórstwa tworzyw bez ich dodatkowych ulepszeń. Najczęściej spotykany jest w formie granulatów. Granulaty PLA i jego blend stosowane są do produkcji np. folii, kubków, butelek, włókien, włóknin.
Pod względem właściwości PLA zbliżony jest do polistyrenu, jednakże zmodyfikowany posiada właściwości zbliżone do polipropylenu i polietylenu. PLA ma zdolność do krystalizacji przez rozciąganie, do krystalizacji temperaturowej, można modyfikować jego udarność, kopolimeryzować i przetwarzać na większości urządzeń do przetwórstwa. Można z niego otrzymać transparentne folie lub wtryskowo formować w preformy do rozdmuchu, tak jak PET. Ma doskonałe właściwości organoleptyczne, i jest idealny do kontaktu z żywnością.
Pomimo, że PLA ma dobre właściwości fizyczne i reologiczne, łączy się go z wieloma dodatkami w celu optymalizacji dla specjalnych zastosowań. Modyfikacje te prowadzone są poprzez mieszanie PLA z różnymi dodatkami. Pierwszym przypadkiem jest dodatek napełniaczy lub włókien do PLA. Stosuje się blendy z polisacharydami: skrobią, która obniża cenę i skraca czas biologicznego rozkładu, celulozą w postaci włókien, zwiększającą sztywność i odporność na temperaturę, Kolejnym rodzajem blend są to blendy z napełniaczami nieorganicznymi takimi jak talk, mika, szkło etc. Poprawa wytrzymałości na pękanie przy rozciąganiu, którą zobrazować można w takiej sytuacji jak np. odporność kubka na pękanie po jego ściśnięciu, wiąże się z dodatkiem kauczuków. Stosuje sie blendy z kauczukiem naturalnym, elastomerami poliuretanowymi, alifatycznymi poliestrami, alifatyczno/aromatycznymi poliestrami, modyfikowanymi funkcjonalnymi elastomerami poliolefinowymi.
PLA z innymi termoplastami np z poliolefinami jest niemieszalny, ze względu na dużą różnicę polarności (zarówno z polietylenem jak i polipropylenem) co powoduje ich niekompatybilność. Mieszalność z poliglikolami jest możliwa przy ich niskich ciężarach cząsteczkowych (300 - 1000 Mw), przy wyższych stają się niekompatybilne. Mieszalność z polioctanem winylu jest dobra, za wyjątkiem sytuacji kiedy PVA jest częściowo zhydrolizowany. Kauczuki styrenowe nie są raczej kompatybilne, ze względu na swoją niepolarność. W przypadku blend PLA z poliacetalami otrzymuje się transparentne produkty, nawet przy zawartości 30% acetalu. Blendy te mają dobrą odporność termiczną, szereg z takich mieszanek zawierających additiwy i napełniacze zostało opatentowanych. Poliakrylany, a zwłaszcza PMMA dobrze mieszają się z PLA, folie z nich są transparentne, mają wyższą temperaturę zeszklenia lecz niższą krystaliczność w stosunku do czystego PLA. Poliwęglany poprawiają odporność na temperaturę i wytrzymałość na pękanie przy rozciąganiu. Firmy Fujitsu i Toray opracowały blendę 50/50 PC&PLA do zastosowań w notebookach. Mieszalność z ABS również jest dobra, blendy te są nieprzeźroczyste, z właściwościami fizycznymi i termicznymi charakterystycznymi dla mieszanek dwufazowych.
Zaletą PLA jest to, że można regulować szybkość jego biodegradacji, która może wynosić kilka miesięcy lub kilka lat, w zależności od wymagań jaką rolę powinien spełniać produkt z niego wykonany.
Obszary zastosowania PLA, jego mieszanek i kopolimerów to nie tylko szybko rozkładające się materiały opakowaniowe. Światowy rynek dla polimerów i tworzyw transparentnych jest ogromny, i nie można go szacować wyłącznie w obszarze opakowań lecz także zastosowań w przemyśle budowlanym, technice, optyce i przemyśle samochodowym. Super przykładem są tutaj ogniwa fotowoltaiczne, do których stosowanie tworzyw z surowców odnawialnych jest możliwe ze względu na ich przeźroczystość, a dodatkową korzyścią jest obniżenie kosztów produkcji tych ogniw. Bardzo lukratywnymi rynkami dla PLA są medycyna i farmacja, gdzie jest on już od dawna stosowany w postaci implantów, śrub, nici chirurgicznych itp.
Do produkcji PLA najczęściej wykorzystywana jest kukurydza lub buraki cukrowe. Do wyprodukowania 1 kg PLA potrzebne jest ok 2,5 kg ziarna kukurydzy (o wilgotności 15%). Ilość ta zależna jest od zawartości skrobii w ziarnach, oraz od wydajności każdego z etapów procesu produkcji polimeru: konwersji skrobii do dekstrozy, konwersji dekstrozy do kwasu mlekowego i reakcji polimeryzacji (wg danych Nature Works).
Jedną z metod produkcji polikwasu mlekowego jest reakcja polimeryzacji z otwarciem pierścienia (ring opening polimerization, skrót ROP). W procesie fermentacji surowców roślinnych powstaje kwas mlekowy, który jest najpierw oligomeryzowany w reakcji polikondensacji a następnie w reakcji dehydratacji powstaje cykliczny dimer, który jest polimeryzowany w reakcji ROP. Polimeryzacja z otwarciem pierścienia może być prowadzona w roztworze, w masie, w stopie i suspensji, mechanizm tej reakcji polimeryzacji może być kationowy, anionowy, koordynacji lub rodnikowy.
Inną metodą produkcji PLA jest reakcja polikondensacji, jednakże w jej wyniku otrzymuje się polimer o niższej masie cząsteczkowej niż podczas ROP. W reakcji polikondensacji masy cząsteczkowe wynoszą ok 16.000, podczas gdy polimeryzacja z otwarciem pierścienia daje masy cząsteczkowe 20.000 do 680.000.
Ze względu na chiralną naturę kwasu mlekowego można wyróżnić kilka form polilaktydu: poli-L-laktyd (PLLA), poli-D-laktyd (PDLA). Polimeryzacja racemicznej mieszanki L i D-laktydów prowadzi do syntezy poli-DL-laktydu (PDLLA), który nie jest krystaliczny lecz amorficzny. Temperatura topnienia PLA wynosi generalnie od 150-180 stopni Celsjusza, jest uzależniona od stopnia krystaliczności polimeru. Można ją podwyższać poprzez mieszanie PLLA z PDLA, nawet o 40-50 stopni. Na szybkość biodegradacji PLA także między innymi wpływa stopień jego krystaliczności.
Blendy PLLA i PDLA zdecydowanie wpływają na zwiększenie ilości aplikacji PLA. Produkty otrzymane z takich mieszanek nadają się do produkcji materiałów (można je prasować), naczynia do mikrofalówek, opakowania na gorące produkty i innych podobnych. /Źródło: www.biotworzywa.pl/
