Spis treści:
Kryjący się pod zagadkowym skrótowcem polilaktyd świetnie kojarzą miłośnicy druku 3D. Materiał ten jest także chętnie stosowany w wielu innych miejscach czy też branżach. Uczyńmy go trochę przyjaźniejszym.
Uniwersalność PLA na świecie
W bardziej lub mniej wyspecjalizowanym przemyśle i usługach wysoko ceni się materiały uniwersalne, można powiedzieć: wielofunkcyjne. PLA jest obecnie wykorzystywany w wielu zastosowaniach biomedycznych, takich jak szwy, stenty, media dializacyjne i urządzenia do podawania leków. Rozpatruje się go także jako materiał do inżynierii tkankowej. PLA jawi się więc jako zrównoważona alternatywa dla produktów pochodzenia petrochemicznego, ponieważ laktydy, z których jest ostatecznie wytwarzany, mogą pochodzić z fermentacji produktów rolniczych.
PLA może być alternatywą dla wysokoudarowego polistyrenu poprzez zastosowanie nawet 1 % wagowo nie-PLA ze względu na tworzenie kopolimerów, które mogą wzmacniać tworzywo PLA.
Właściwości PLA
Zebraliśmy właściwości polilaktydu w przyjaznej do zapamiętania liście.
- powstaje w wyniku polimeryzacji kwasu mlekowego lub laktydu.
- nie jest łatwopalny.
- jest nietoksyczny i niemal bezwonny.
- Opary PLA nie są toksyczne.
- wykazuje niską temperaturę topnienia.
- jest termoplastyczny – staje się płynny w temperaturze od 150°C do 160°C.
- może być przetwarzany poprzez wytłaczanie, formowanie wtryskowe, odlewanie, termoformowanie i przędzenie włókien.
- jest biodegradowalny.
- nie nadaje się do wysokich temperatur i do stosowania przy silnych obciążeniach. Może wykazywać oznaki mięknięcia lub deformacji nawet w gorący letni, dzień.
Zastosowania PLA
PLA jest stosowany w wielu różnych produktach konsumenckich, takich jak jednorazowe zastawy stołowe, sztućce, obudowy urządzeń kuchennych i elektroniki czy talerze w kuchenkach mikrofalowych. Ważne rozróżnienie – mówimy o talerzach, które obracają nasze jedzenie w środku, bo PLA nie nadaje się do talerzy wkładanych do mikrofalówki ze względu na niską temperaturę zeszklenia.
PLA znajdziemy w produkcji worków na kompost, opakowań na żywność i luźno wypełnianych materiałów opakowaniowych, które są odlewane, formowane wtryskowo lub przędzone. Skoro w postaci folii kurczy się po podgrzaniu, to z kolei pozwala to na stosowanie go w tunelach obkurczających, więc stawiają na niego rozwijające się, nowoczesne technologie pakowania. PLA zagląda także do agrotechniki i rybołówstwa. W postaci włókien wykorzystywany jest do produkcji monofilamentowych linek i siatek, co zapobiega zachwaszczaniu i rozwojowi wegetacji na ich powierzchni. W postaci włóknin stosowany jest do produkcji tapicerki, odzieży jednorazowej, markiz, kobiecych produktów higienicznych i pieluszek.
Korzysta nawet motoryzacja – spotykamy go w produkcji części i akcesoriów takich jak dywaniki podłogowe, panele i pokrycia. Jego odporność na ciepło i trwałość są gorsze od szeroko stosowanego polipropylenu (PP), ale jego właściwości są poprawiane za pomocą innych środków.
Warto tutaj wspomnieć o tym, że chemia to nauka o przemianach i choć rozrysowanie struktur dwóch związków na kartce na poziomie atomowym może sugerować, że są podobne, to mają skrajnie inne właściwości i możliwe do zastosowania funkcjonalne “dodatki”.
PLA w medycynie
PLA jest obiecującym biopolimerem do różnych zastosowań w dziedzinie biomedycznej. Jest wykorzystany do produkcji implantów i urządzeń opartych na bio-źródłach. PLA i jego kopolimery zostały wykorzystane w różnych zastosowaniach biomedycznych, w tym w produkcji szwów i śrub.
Kopolimery PLA zostały również wykorzystane jako nośnik leków. Ma duży potencjał do tego, aby zastąpić poliwęglan (PC) – to akurat dotyczy bardziej produkcji obudów do elektroniki.
Czy PLA jest bezpieczny?
Za najlepszą odpowiedź posłuży opis pochodzenia poliaktydu. PLA pochodzi z fermentacji produktów (lub produktów ubocznych) rolnictwa bogatych w węglowodany, takich jak:
- skrobia kukurydziana,
- kukurydza,
- cukier,
- pszenica.
PLA to więc biodegradowalny, biokompatybilny i odnawialny termoplastyczny poliester. Całkowity czas degradacji PLA wynosi kilka lat. Jest określany jako materiał neutralny chemicznie i praktycznie bezpieczny dla żywności. To częste pytanie zadają właśnie posiadacze drukarek 3D, którzy planują stworzenie różnych przedmiotów codziennego użytku związanych z żywnością albo na przykład zabawek dla zwierząt. Zanieczyszczenia, a w konsekwencji niebezpieczeństwa wynikające z zastosowania filamentów PLA najczęściej powoduje hotend drukarki 3D. Warto postawić wówczas na hotend ze stali nierdzewnej.
Producenci coraz częściej oznaczają swoje filamenty nazwami handlowymi takimi jak natural, aby podkreślić, że dany model nadaje się do kontaktu z żywnością. Choć PLA uchodzi za dość bezpieczne, to dodatki w postaci barwników (kolorowe filamenty) są już pod tym względem wątpliwe. Istnieje jednak wiele kolorowych filamentów PLA, które zostały zatwierdzone przez amerykańską agencję żywności i leków FDA jako bezpieczne w kontakcie z żywnością – wówczas można bez obaw napić się wody z kubka stworzonego z PLA albo wykorzystać niektóre przybory kuchenne stworzone z poliaktydu.
Skoro jesteśmy jeszcze w kuchni, to warto pamiętać, że PLA ma wyższą przepuszczalność niż inne, liczne tworzywa sztuczne. Wilgoć i tlen będą przechodzić przez niego łatwiej, co spowoduje to szybsze psucie się żywności i przez to nie jest zalecany do jej długoterminowego przechowywania.
Wszędobylski ten PLA. Niestety w druku 3D jego podatność na skurcz może powodować pęknięcia i wypaczenia, a w powstających w ten sposób zagłębieniach pojawiają się równie wszędobylskie bakterie. Odpada też mycie w zmywarce z uwagi na wpływ wysokich temperatur. Warto wówczas postawić na profesjonalne akcesoria do postprocessingu.
Koniec życia PLA - recykling, biodegradacja, odpady
Recykling PLA może być chemiczny lub mechaniczny. W przeciwieństwie do recyklingu mechanicznego, materiał odpadowy z recyklingu chemicznego może zawierać różne zanieczyszczenia. Kwas może być poddany chemicznemu recyklingowi do monomeru przez depolimeryzację termiczną lub hydrolizę. Po oczyszczeniu monomer może być użyty do produkcji PLA bez utraty oryginalnych właściwości.
Kompostowanie PLA poddaje go biodegradacji w warunkach kompostowania przemysłowego. Rozpoczyna się proces hydrolizy chemicznej, a następnie trawienie mikrobiologiczne w celu ostatecznego rozkładu PLA. W warunkach kompostowania przemysłowego (58°C), PLA może częściowo rozłożyć się na wodę i dwutlenek węgla w ciągu 60 dni, po czym reszta rozkłada się wolniej z szybkością zależną od stopnia krystaliczności materiału. Argument za ekologią jest jasny – w środowiskach bez niezbędnych warunków nastąpi bardzo powolny rozkład podobny do tego, jaki zachodzi w przypadku niebioplastycznych tworzyw sztucznych, które nie rozłożą się w pełni przez setki albo nawet tysiące lat.
PLA może być spalany bez wytwarzania chemikaliów zawierających chlor lub metale ciężkie, ponieważ zawiera tylko atomy węgla, tlenu i wodoru. Skoro nie zawiera chloru, to nie wytwarza dioksyn ani kwasu solnego podczas spalania. Może zostać spalony bez pozostałości, więc wbrew powszechnemu przekonaniu spalanie też może być przyjazną dla środowiska formą utylizacji odpadów – oczywiście nie wszystkich! Logiczna konsekwencja jest taka, że składowanie odpadów z PLA to najmniej preferowana opcja, ponieważ PLA ulega degradacji bardzo wolno w temperaturze otoczenia, często tak wolno jak inne tworzywa sztuczne.
PLA w druku 3D
No, nareszcie! Na pewno jesteście nieco zaskoczeni, że mówimy o tym dopiero na końcu. Ale nie bylibyśmy czołowym w Polsce sklepem dla pasjonatów druku 3D, gdybyśmy o tym przynajmniej nie wspomnieli. To dlatego, że materiałów na temat PLA i drukarek 3D powstało (i wciąż powstaje) całkiem sporo. Zachęcamy do zapoznania się z artykułami o PLA w kategorii Druk 3D na Botland Blog. Znajdziecie tam niezbędne amatorom i profesjonalistom kompleksowe wskazówki w kwestii tego, co oferują filamenty PLA i dlaczego warto postawić właśnie na nie.
