El ácido poliláctico, Producción, Las propiedades químicas y físicas, Aplicaciones, Reciclaje

El ácido poliláctico o polilactida es un poliéster alifático termoplástico derivado de recursos renovables, como el almidón de maíz, raíces de mandioca, patatas o almidón, o caña de azúcar.

El nombre "ácido poliláctico" no cumple con la nomenclatura estándar IUPAC, y es potencialmente ambigua o confusa, porque PLA no es un poliácido, sino más bien un poliéster.

Producción

Hay varias rutas industriales para que puedan utilizarse PLA. Dos monómeros principales se utilizan: ácido láctico, y la lactida cíclico di-éster,. La ruta más común de PLA es la polimerización de apertura de anillo de lactida con diversos catalizadores de metales en solución, en la masa fundida, o como una suspensión. La reacción catalizada por metal tiende a causar la racemización del PLA, la reducción de su estereorregularidad en comparación con el material de partida.

Otra ruta de PLA es la condensación directa de monómeros de ácido láctico. Este proceso debe ser llevado a cabo a menos de 200 C; encima de esa temperatura, se genera el monómero de lactida entrópicamente favorecido. Esta reacción genera un equivalente de agua por cada etapa de condensación, y que no es deseable porque hace que el agua de transferencia de cadena que lleva a material de bajo peso molecular. La condensación directa por lo tanto se lleva a cabo de una manera gradual, donde el ácido láctico se oligomeriza primero a oligómeros PLA. A partir de entonces, la policondensación se lleva a cabo en la masa fundida o como una solución, donde las unidades oligoméricas cortos se combinan para dar una hebra de alto peso molecular. La eliminación del agua mediante la aplicación de un vacío o por destilación azeotrópica es crucial para favorecer policondensación más de transesterificación. Los pesos moleculares de 130 kDa, puede obtenerse de esta manera. Pesos moleculares aún más altos se pueden obtener mediante la cristalización cuidadosamente el polímero crudo de la masa fundida. Ácido carboxílico y grupos terminales de alcohol son por lo tanto concentrados en la región amorfa del polímero sólido, y para que puedan reaccionar. Los pesos moleculares de 128-152 kDa se pueden obtener por lo tanto.

La polimerización de una mezcla racémica de L-y D-lactidas por lo general conduce a la síntesis de poli-DL-lactida, que es amorfo. El uso de catalizadores estereoespecíficos puede conducir a heterotáctico PLA que se ha encontrado para mostrar cristalinidad. El grado de cristalinidad, y por lo tanto muchas de las propiedades importantes, es controlada en gran medida por la relación de D a L enantiómeros utilizados, y en menor medida en el tipo de catalizador utilizado. Aparte de ácido láctico y lactida, ácido láctico O-alanina, un compuesto cíclico de cinco miembros se ha usado académicamente así. Este compuesto es más reactivo que lactida, debido a que su polimerización es impulsado por la pérdida de un equivalente de dióxido de carbono por equivalente de ácido láctico. El agua no es un co-producto.

La biosíntesis directa de PLA similar a los polígonos se ha informado también.

Fabricantes

En junio de 2010, NatureWorks fue el principal productor de PLA en los Estados Unidos. Otras compañías involucradas en la fabricación de PLA son Biomateriales PURAC y varios fabricantes chinos. El productor principal de PDLLA es PURAC, una filial de propiedad total de CSM se encuentra en los Países Bajos. Petroquímica galácticos y Total operan una empresa conjunta, Futerro, que está desarrollando un producto de ácido poliláctico segunda generación. Este proyecto incluye la construcción de una planta piloto de PLA en Bélgica capaz de producir 1.500 toneladas/año.

Desde 2009, ha estado produciendo PURAC láctidos D y L - monómeros para la producción de PLA - en una planta en España con una capacidad de producción de varios miles de toneladas. En marzo de 2010, PURAC comenzó la construcción de una planta de lactida 75.000 ton/año en su planta de producción en Tailandia. PURAC desarrolló la tecnología para polimerizar estas lactidas con Sulzer, una compañía de ingeniería suiza. Purac colabora con varios socios de producción de PLA para aumentar la producción y desarrollar nuevos mercados para PLA. Gracias a la disponibilidad de D-láctico, socios PURAC serán capaces de utilizar las tecnologías de estéreo-complejos para producir nuevos tipos de PLA estables hasta 180 º C. En una colaboración tripartita entre PURAC, Sulzer y Synbra, se desarrollaron soluciones para permitir Synbra para producir PLA y, posteriormente, E-PLA, una atractiva alternativa biodegradable a base de bio y, potencialmente, a la espuma de EPS en una variedad de áreas de aplicación. Esta colaboración fue otorgado por Frost y Sullivan a la Innovación del Año en 2008.

Las propiedades químicas y físicas

Debido a la naturaleza quiral del ácido láctico, varias formas distintas de polilactida existe: poli-L-lactida es el producto resultante de la polimerización de L, L-lactida. PLLA tiene una cristalinidad de alrededor de 37%, una temperatura de transición vítrea entre 60-65 C, una temperatura de fusión entre 173-178 C y un módulo de tracción entre 2,7 a 16 GPa. Sin embargo, a prueba de calor PLA puede soportar temperaturas de 110 C. PLA es soluble en disolventes clorados, benceno caliente, tetrahidrofurano y dioxano.

PLA tiene propiedades mecánicas similares a polímero PETE, pero tiene una temperatura de uso continuado máxima significativamente menor.

El ácido poliláctico puede ser procesada como la mayoría de los termoplásticos en fibra y película. La temperatura de fusión de PLLA se puede aumentar 40-50 C y su temperatura de deformación por calor se puede aumentar desde aproximadamente 60 º C a un máximo de 190 º C por mezcla física del polímero con PDLA. PDLA y PLLA forman un stereocomplex altamente regular con mayor cristalinidad. La estabilidad de la temperatura se maximiza cuando se utiliza una mezcla 50:50, pero incluso a concentraciones más bajas de 3-10% de PDLA, todavía hay una mejora sustancial. En este último caso, PDLA actúa como un agente de nucleación, aumentando de este modo la velocidad de cristalización. Biodegradación de PDLA es más lenta que la PLA debido a la mayor cristalinidad del PDLA.

También hay poli - utilizado como PLDLLA/TCP andamios para la ingeniería de hueso.

Aplicaciones

Poli puede ser procesado por extrusión, moldeo por inyección, y la hoja de película de colada, y el hilado, proporcionar acceso a una amplia gama de materiales.

Ser capaz de degradar en ácido láctico inocua, PLA se utiliza como implantes médicos en la forma de tornillos, pernos, varillas, y como una malla. Dependiendo del tipo exacto utilizado, se descompone en el cuerpo dentro de los 6 meses a 2 años. Esta degradación gradual es deseable para una estructura de soporte, porque transfiere gradualmente la carga al cuerpo como el órgano cura.

PLA también se puede utilizar como un material de envasado compostable, ya sea fundido, moldeado por inyección, o hilado. Copas y bolsas han hecho de este material. En la forma de una película, que se reduce por calentamiento, lo que le permite ser utilizada en túneles de retracción. Es útil para la producción de envases a granel, bolsas de abono, envasado de alimentos, y vajilla desechable. En la forma de fibras y de textiles no tejidos, el PLA también tiene muchos usos potenciales, por ejemplo como la tapicería, prendas desechables, toldos, productos de higiene femenina y pañales.

PLLA racémica y regular tiene una temperatura de transición vítrea baja, lo que es indeseable. A stereocomplex de PLLA y PDLA tiene una mayor temperatura de transición vítrea prestarlo más fuerza mecánica. Tiene una amplia gama de aplicaciones, tales como camisas tejidas, bandejas para microondas, aplicaciones de llenado en caliente e incluso plásticos de ingeniería. Estas mezclas también tienen buena forma, la estabilidad y la transparencia visual, que los hace útiles para aplicaciones de embalaje de gama baja. Ácido poli-L-láctico puro, por otra parte, es el ingrediente principal en Sculptra, una larga duración facial volumen potenciador, que se utiliza principalmente para la lipoatrofia de las mejillas. El progreso en la biotecnología ha traducido en el desarrollo de la producción comercial de la forma de enantiómero D, algo que no era posible hasta hace poco.

PLA también se utiliza como un material de materia prima en impresoras 3D tales como Reprap y MakerBot.

Reciclaje

Actualmente, el código de identificación de resina SPI 7 es aplicable para PLA. En Bélgica, Galáctica comenzó la primera unidad piloto para reciclar químicamente PLA. A diferencia de reciclado mecánico, material de desecho puede contener varios contaminantes. El ácido poliláctico puede ser reciclado a monómero por despolimerización térmica, o la hidrólisis. Cuando purificado, el monómero se puede utilizar para la fabricación de PLA virgen sin pérdida de las propiedades originales.