Bine ați venit la un tutorial complet despre mecanismul de degradare al PLA și răspunsul la întrebarea de ce filamentul PLA devine fragil. În acest blog, primul aspect care va fi abordat este o scurtă istorie a acidului polilactic (PLA) și a factorilor care au lucrat la degradarea acestuia apoi vom trece la detaliile mecanismului de degradare. Există multe aspecte necunoscute în jurul acestui material. Vom aduce răspunsuri la întrebări precum de ce PLA este slab în structură de ce are atât de mulți produse de degradare și cât de important procesul de degradare modifică diferitele grade de filament PLA. Pregătiți-vă să pășiți în lumea degradării PLA, a aplicațiilor sale și multe altele, în ceea ce va fi o experiență interesantă și informativă care dezvăluie știința din spatele PLA. Acestea fiind spuse, să începem!
Ce este PLA și cum se degradează?
Prezentare generală asupra acidului polilactic și a utilizărilor sale cunoscute
PLA (Acidul Polilactic) este un termoplastic biodegradabil care se obține din resurse regenerabile precum amidonul de porumb sau trestia de zahăr. Datorită economiilor în creștere rapidă, piața sa potențială include imprimare 3D și 4D, ambalare și implanturi medicale, printre multe altele. Modul principal în care PLA este degradat este hidroliza, un proces biochimic care constă în descompunerea unui compus prin adăugarea de apă. Hidroliza, în acest caz, se poate întâmpla mai rapid atunci când anumiți factori cresc, de exemplu temperatura, umiditatea și lumina UV care, în cele din urmă, fac ca materialul să devină mai fragil și poros în timp.
Mecanismul de degradare de bază al PLA
Hidroliza este procesul prin care PLA este descompusă, în care legăturile esterice sunt scindate cu moleculele de apă tăind lanțurile lungi de polimer în bucăți mai scurte. Degradarea se poate produce din cauza expunerii îndelungate la căldură, umiditate și lumină UV, care poate slăbi structura materialului în timp, făcându-l astfel fragil.
Factori care influențează rata de degradare a PLA
În opinia mea, pe lângă structura chimică de bază a materialului, există un număr destul de mare de factori care influențează degradarea PLA, cel mai important fiind temperatura. Pentru început, dacă temperatura crește, crește și viteza de hidroliză, ceea ce are ca rezultat scindarea lanțurilor polimerice. De asemenea, am observat că zonele umede au tendința de a crește rata de degradare, deoarece moleculele de apă sunt critice în procesul de hidroliză. Zonele cu conținut ridicat de umiditate sau chiar contactul cu apa tind să grăbească procesul de degradare. În plus, degradarea PLA este alimentată de expunerea la lumina UV, care modifică structura de legătură a materialului și acest lucru este mai mult atunci când PLA este aplicat în aer liber sau în locuri cu un nivel ridicat de umiditate. iluminare. Toți acești factori sunt interrelaționați în ilustrarea modului în care unele condiții de mediu sau de utilizare a materialelor pot afecta în mod dramatic durata de viață a PLA.
De ce PLA devine fragil în timp?
Contribuția degradării hidrolitice în compozitele fragile ale PLA
Pe măsură ce trece timpul, moleculele de apă fac ca lanțurile polimerice ale PLA să se scurteze, ceea ce duce la pierderea flexibilității și a rezistenței mecanice, ceea ce contribuie la fragilitate. În plus, expunerea la căldură, umiditate și UV agravează dezintegrarea structurală, făcându-l mai puțin durabil și mai fragil.
Dependența ratei de hidroliză de factorii de mediu în timpul descompunerii PLA și consecințele acestora
Factorii de mediu sunt critici atunci când se ia în considerare complexitatea degradării PLA. Creșterea temperaturii favorizează hidroliza, îmbunătățind descompunerea lanțurilor polimerice. Umiditatea catalizează, de asemenea, această reacție, în timp ce, atunci când planta matură este expusă prea mult timp la UV, dăunează structurii la nivel molecular. Acestea duc împreună la deteriorarea proprietăților mecanice și de flexibilitate ale PLA, făcându-l casant rapid.
Rolul structurii lanțului polimeric asupra proprietății fragile
În opinia mea, fragilitatea materialelor PLA depinde de structurile lanțului polimeric. Procesul de degradare a materialului face ca lanțurile polimerice să se scurteze, ceea ce are ca rezultat mai puțină flexibilitate, făcând materialul mai fragil. Acesta este un efect comun pe care l-am văzut în diferite ocazii, de exemplu atunci când umiditatea, căldura sau alți factori fac ca procesul de defalcare internă să înceapă mult mai rapid. Când selectez sau aplic PLA, tind să iau întotdeauna în considerare proprietățile mecanice ale materialului, precum și condițiile care reduc riscul de fragilitate și cresc durata de viață a materialului.
Explorarea produselor de degradare ale PLA
Principalele produse secundare și consecințele lor
Produsele secundare cel mai frecvent observate ale degradării polilactidei sunt oligomerii și lactida. Acestea apar ca urmare a hidrolizarii lanțului polimeric în monomerii săi. Cea mai bună parte a acidului lactic este ecologic, deoarece nu este toxic și poate fi ușor absorbit în sistemele naturale. Singura problemă cu uleiul lactid este că se poate concentra ipotetic în sisteme închise, care pot apoi întrerupe accesul sistemelor înconjurătoare, care pot distruge aplicația și ecosistemul în acest proces.
Cum se asociază acidul lactic cu degradarea PLA
În linii mari, acidul lactic are un impact asupra degradarii PLA, deoarece este în primul rând produsul secundar generat de hidroliză. Când are loc hidroliza, lactida este un reziduu care rămâne. Este doar o chestiune de timp până când cantitatea mai mare de acid lactic declanșează un răspuns în zona locală care scade nivelul pH-ului rezultând degradarea hidrolizei în echilibru.
Dezmembrarea PLA Matrix: O explicație.
Din experiența mea, hidroliza este primul pas de dizolvare a matricei PLA. Include molecule de apă care pătrund în polimeri și rup legăturile esterice din lanțurile polimerilor. Am observat că atunci când are loc acest lucru, materialul începe să își piardă integritatea structurală și devine mai slab și mai fragil cu timpul. Alte lucruri care sunt importante în acest proces includ umiditatea și temperatura. De exemplu, o presiune mai umedă va fixa intrarea apei, în timp ce o temperatură mai ridicată este utilă în scindarea legăturii. Astfel de situații există destul de des în lucrul cu PLA, în care materialul vâscoelastic nu este ușor de descompus și, prin urmare, necesită depozitare la rece și uscat. Cu toate acestea, dacă intenția de utilizare a PLA este în medii cu defecțiuni predominante, atunci cunoașterea acestui mecanism mă ajută să îmbunătățesc performanța pentru acel mecanism special de schimbare.
Cum afectează procesul de degradare filamentul PLA?
Cum sunt afectate de degradare modificările proprietăților mecanice ale PLA
Filamentul PLA este atât de degradat încât acum limitează ceea ce poate fi folosit. Acest lucru este același pentru majoritatea polimerilor sipercarnivori. Pe măsură ce trece timpul, hidroliza continuă să aibă loc, ceea ce scurtează lanțurile polimerice, făcând materialul mai fragil și scurtând rezistența la tracțiune. Ca urmare, filamentul își pierde flexibilitatea, precum și capacitatea de suportare a sarcinii, făcându-l mai puțin util în aplicații mecanice, cu excepția cazului în care, desigur, intră degradarea pentru un caz de utilizare specific.
Analizarea comportamentului de degradare al compozitelor pe bază de PLA și PLA
În opinia mea, merită remarcate mai multe tendințe, deoarece PLA este comparată cu compozitele bazate pe PLA, în special comportamentul său în ceea ce privește degradarea. PLA neat este un constitutiv unidirecțional cu proprietăți mecanice consistente atunci când este plasat în aceleași condiții de mediu, astfel încât degradarea sa este de așteptat să fie uniformă și la o rată constantă. Între timp, compozitele pe bază de PLA sunt mult mai diverse datorită incluziunilor sau armăturilor diferite adăugate, ceea ce duce la un comportament de degradare variat, de exemplu compozite cu umpluturi organice, fibrele de lemn ar putea fi predispuse la absorbția umidității, care apar mai frecvent, ar putea declanșa o zonă să sufere hidroliză. Alternativ, penetrarea umidității poate fi ușor restricționată în compozitele armate cu sticlă de umplutură anorganică sau fibre de carbon care limitează puțin degradarea. Din experiența mea, acest nivel de detaliu este destul de important, mai ales atunci când avem de-a face cu materiale care sunt susceptibile de a fi expuse la diferite aspecte de mediu / în cele din urmă își schimbă proprietățile făcându-le mai potrivite pentru scenarii specifice.
Este PLA cu adevărat biodegradabil?
Investigarea degradării naturale a PLA în diverse condiții
Condițiile în care este plasat PLA determină biodegradabilitatea acestuia. De exemplu, dacă temperatura, umiditatea și activitatea microbiană sunt adecvate în compostul industrial, PLA se poate biodegrada în dioxid de carbon, apă și biomasă într-o perioadă de 3 luni sau mai puțin. Dimpotrivă, dacă PLA este expusă la condiții naturale și la setari precum oceanul, degradarea este total opusă, deoarece condițiile sunt fosile, ceea ce duce la o întârziere extinsă a procesului, deoarece nu există microorganisme care ar putea consuma PLA. Prin urmare, s-ar putea spune că PLA este biodegradabil, dar există o captură, nu se dizolvă într-un timp eficient în multe medii fără condițiile potrivite.
Problemele asociate cu descompunerea completă a PLA
Una dintre problemele majore care împiedică indivizii să descompună complet PLA este lipsa facilităților pentru a genera condiții optime. Condiții precum temperaturile ridicate, solul umed și alte condiții diferite se găsesc în instalațiile de compostare, care dacă sunt idealizate în alte medii, PLA s-ar dezintegra complet. Lipsa de temperatură, umiditate și suficiente colonii microbiene duc la descompunerea ineficientă a PLA, ceea ce este posibil doar prin tehnici adecvate de eliminare a deșeurilor și de compostare.
Oportunități viitoare pentru PLA în utilizare durabilă
În opinia mea, PLA poate fi clasificat drept biodegradabil, deși este necesar să-l calificăm; se descompune ușor doar în anumite condiții, ca în composturile industriale. În ecosistemele naturale, fie că sunt soluri sau oceane, temperatura necesară pentru obliterare și microorganismele sunt absente și, prin urmare, PLA durează mult mai mult pentru a se biodegrada în aceste ecosisteme. Pentru a o elimina total, trebuie să existe sisteme de management al poluării pelagice, prin urmare biodegradabilitatea sa depinde foarte mult de modul în care gestionăm și tratăm deșeurile PLA.
Surse de referință
Producători de top de extrudere reactive din China
Întrebări frecvente (FAQ)
Î: Ce este PLA și de ce este clasificat ca biocompostabil?
R: PLA, cunoscut și sub numele de acid polilactic, este o formă de plastic care este fabricată din resurse regenerabile, cum ar fi amidonul de porumb sau trestia de zahăr. Este clasificat ca fiind biocompostabil deoarece, în anumite condiții de mediu, poate fi hidrolizat în acid l-lactic, calificându-l astfel drept unul dintre polimerii biodegradabili.
Î: Ce factori afectează degradarea polimerilor PLA?
R: Degradarea PLA este practic condiționată de condițiile de degradare ale temperaturii, umidității și pH-ului. Hidroliza PLA are loc mai rapid în intervalul de temperatură umedă și caldă.
Î: Greutatea moleculară a PLA influențează procesele sale de biodegradare? Dacă da, cum?
R: S-a observat că PLA cu greutate moleculară mare este mai rezistent la degradarea rapidă decât PLA cu greutate moleculară mică. Acest lucru se datorează faptului că moleculele de acid d-lactic și acid l-lactic găsite în lanțul scurt pla necesită un timp mai scurt pentru a se degrada în timpul procesului decât moleculele cu lanț lung pla.
Î: Este posibil să reciclați PLA și cum se poate face acest lucru?
R: Corect, PLA poate fi reciclat, dar procedura implicată nu este aceeași cu cea pentru alte materiale plastice. Necesită colectarea și sortarea produselor PLA, urmată de un proces în care PLA este degradat în monomeri într-un mediu controlat și poate fi apoi produs în noi produse PLA.
Î: Care sunt diferitele tehnici de degradare folosite pe PLA?
R: Degradarea hidrolitică, degradarea termică și biodegradarea sunt diferitele tehnici de degradare dezvoltate pentru PLA. Fiecare aproximare folosește un set unic de condiții pentru a descompune structura PLA.
Î: Cât timp trebuie să așteptați ca PLA să se descompună?
R: Variația în intervalul de timp de degradare pentru PLA este instigată de factorii de mediu și de parametrii de degradare. De exemplu, în instalațiile de compostare industrială, acest material poate dura aproximativ 6 luni pentru a se degrada, în timp ce în circumstanțe naturale poate dura ani.
Î: Există vreo zonă în medicină în care PLA poate fi folosit?
R: PLA este aplicat în domeniul medical, inclusiv suturi și șuruburi și plăci, deoarece este biocompatibil și sigur pentru a fi absorbit de organism. Viteza cineticii de degradare este crucială pentru a permite PLA să fie metabolizată într-o manieră uniformă.
Î: Cum afectează cristalizarea degradarea PLA?
R: Viteza de cristalizare a PLA îi afectează proprietățile mecanice și rata de degradare. Forma cristalină a PLA are rate mai lente de degradare în prezența apei, în timp ce forma amorfă prezintă rate mai mari de degradare.
Î: Puteți detalia diferențele care există între in vitro făcut în laborator și in vivo făcut în organism.
R: Cercetătorii care au condus experimentul in vitro au afirmat că faptul că se face într-un mediu de laborator controlat poate afecta rata de degradare a PLA decât cea in vivo care se face pe om. In vitro da, puteți modifica multe lucruri despre mediu, cum ar fi temperatura, pH-ul și enzimele care pot influența degradarea PLA.
