کشف پتانسیل PLA به عنوان یک پلاستیک مهندسی همه کاره

در دنیای امروز، تصور پلاستیک به عنوان ماده ای که هم قابل استفاده و هم دوستدار محیط زیست است، می تواند چالش برانگیز باشد. در این دستیابی به مواد سازگار با محیط زیست، پلی لاکتیک اسید (PLA) یک پلاستیک مهندسی با وسعت فوق العاده است. اول از همه، یک استقبال گرم از وبلاگ ما که به طور جامع ویژگی های اسید پلی لاکتیک را به عنوان یک ماده مهندسی بررسی می کند، چطور؟ در این مقاله به بررسی مورفولوژی ترکیبات می پردازیم فرآیندهای تولید و پلیمریزاسیون، و ویژگی های فیزیکی و خواص PLA، در کنار کاربردهای دلگرم کننده آن. بیاموزید که چگونه به نظر می رسد PLA جایگزین مناسبی برای پلاستیک های سنتی است و چگونه گزینه هایی را برای آینده پایدار باز می کند. مهندسی راه حل ها زمان آن فرا رسیده است که از پتانسیل PLA استفاده کنیم و روش تمرکز خود را بر مشکلات مهندسی تغییر دهیم.

PLA چیست؟

پلی لاکتیک اسید (PLA)، یک پلاستیک زیستی، ثابت کرده است که یک ماده فوق العاده مفید و دوستدار محیط زیست است و به همین دلیل، مهندسان در سراسر جهان به آن علاقه نشان داده اند. آیا استفاده از PLA به غیر از سازگاری با محیط زیست، مزیت دیگری نیز دارد؟ پاسخ مثبت خواهد بود، زیرا پلی لاکتیک اسید از منابع تجدیدپذیر مانند نشاسته ذرت یا نیشکر به دست می آید، اگرچه PLA خود یک پلاستیک است. هنگامی که علاقه به PLA قوت می‌گیرد، راه بازگشتی وجود ندارد زیرا زمینه‌های استفاده از آن ممکن است شامل بسته‌بندی، چاپ سه بعدی و دستگاه‌های پزشکی و سایر موارد باشد. رشد در مهندسی بافت است زیرا با توجه به شرایط مناسب، یک ماده زیست تخریب پذیر و کمپوست پذیر است. به جرات می توان گفت که استفاده از PLA در طراحی ها یک انتخاب ایده آل است.

آشنایی با اسید پلی لاکتیک و ترکیب آن

پلی لاکتیک اسید (PLA) پلیمری است که کمپوست پذیر است و می تواند به طور طبیعی تجزیه شود. بنابراین، یک جایگزین پلاستیکی سازگار با محیط زیست است. همچنین از منابع تجدیدپذیر مانند نشاسته ذرت یا شکر نیشکر به دست می آید. همچنین، در محیط های مناسب، PLA تجزیه می شود، که برای بسیاری از صنایع مانند بسته بندی، چاپ سه بعدی و حتی تجهیزات پزشکی مفید خواهد بود. همچنین دارای برخی ویژگی های متمایز مانند استحکام مکانیکی خوب و مقاومت حرارتی است که آن را در زمینه های مختلف مفید می کند. در مجموع، به عنوان یک پلیمر زیست تخریب پذیر، PLA برای بسیاری از مهندسان و دیگر طراحان مواد ایمن برای محیط زیست فراهم می کند.

متمایز کردن PLA از پلاستیک های معمولی

با وجود طبقه بندی پلی لاکتیک اسید (PLA) به عنوان یک پلاستیک زیستی، ویژگی های مختلفی آن را از پلاستیک های سنتی متمایز می کند. این ویژگی ها عبارتند از:

1. منبع تجدیدپذیر: نشاسته ذرت و نیشکر دو مکانی هستند که می توان PLA را در آنها استخراج کرد و بنابراین یک وسیله تولید تجدید پذیر را فراهم می کند که کاملاً مانند پلاستیک های نفتی به سوخت های فسیلی متکی نیست.
2. ویژگی های زیست تخریب پذیر: PLA تحت شرایط خاصی زیست تخریب می شود و یک ترکیب آلی است به این معنی که در مقایسه با سایر اشکال پلاستیکی که قرن ها دوام می آورند، در محیط عمر طولانی ندارد.
3. میزان انتشار: ردپای کربن کمتری پس از تولید PLA باقی می‌ماند، زیرا هنگام تولید بیوپلاستیک، انتشار قابل‌توجهی وجود ندارد.
4. کاربردهای فراوان: Biopolymer PLA دارای چندین ویژگی اضافی از جمله پایداری دما است که امکان استفاده از آن را در صنایع متعددی مانند بسته بندی، دستگاه های پزشکی و چاپ سه بعدی فراهم می کند.
5. استفاده کمتر از سوخت های فسیلی: پلاستیک های زیستی را می توان بدون استفاده زیاد از سوخت های فسیلی تولید کرد، بنابراین جایگزینی قوی برای صنعت تولید می شود.
6. پتانسیل بازیافت: حتی اگر آنها متفاوت تولید می شوند، محصولات PLA هنوز هم می توانند تولید شوند همراه با پلاستیک های دیگر بازیافت می شود محصولات در صورت انجام اقدامات مناسب

با توجه به این ویژگی ها، PLA چشم انداز روشنی برای استفاده در بسیاری از برنامه های مهندسی و همچنین در زمینه طراحی دارد. این واقعیت که تأثیر زیست محیطی خنثی دارد یک مزیت اضافه است که مطمئناً برای بسیاری از صنایع جذاب خواهد بود.

نقش اسید لاکتیک در تولید PLA

اسید لاکتیک نقش مهمی در سنتز PLA (اسید پلی لاکتیک) ایفا می کند که یکی از قابل دوام ترین پلیمرهای زیست تخریب پذیر است. PLA از منابع تجدیدپذیر یعنی نشاسته ذرت یا نیشکر و با استفاده از یک سری مراحل به دست می آید.

اولین قدم تخمیر کربوهیدرات ها است، به عنوان مثال گلوکز یا نشاسته با استفاده از باکتری ها یا قارچ ها. این فرآیند تخمیر منجر به تبدیل کربوهیدرات ها به اسید لاکتیک می شود. سپس خالص سازی اسید لاکتیک انجام می شود و این اسید لاکتیک تحت یک سری واکنش های شیمیایی قرار می گیرد تا لاکتید به دست آید که یک دایمر حلقوی اسید لاکتیک است.

در فاز بعدی، لاکتید تحت فرآیند پلیمریزاسیون قرار می‌گیرد که در آن مولکول‌های حلقوی الیگومری با هم ترکیب می‌شوند تا زنجیره‌های ماکرومولکولی را تشکیل دهند و در نتیجه منجر به تولید PLA می‌شوند. فرآیند پلیمریزاسیون قابل کنترل است و از این رو می تواند سنتز PLA با وزن های مولکولی مختلف وجود داشته باشد که به نوبه خود بر ویژگی ها و موارد استفاده از مواد تأثیر می گذارد.

پیامدهای استفاده از اسید لاکتیک به عنوان پیش ماده طبق این اختراع برای ساخت PLA سه مورد است. اول، از آنجا که اسید لاکتیک را می توان از منابع تجدید پذیر به دست آورد، این امر وابستگی به سوخت های فسیلی و اسید لاکتیک تجاری را کاهش می دهد. دوم، اسید لاکتیک PLA زیست تخریب پذیر است، بنابراین وابستگی به پلاستیک را کاهش می دهد. سوم، اسید لاکتیک را می توان به صورت آنلاین با چندین تکنیک تخمیر تهیه کرد که در تهیه و تولید آسان است.

با کمک ویژگی های خاص اسید لاکتیک، PLA برای صنایعی که به دنبال چنین موادی هستند، مفید و سازگار با محیط زیست شده است. بسته بندی و محصولات یکبار مصرف، دارو یا حتی چاپ سه بعدی، PLA برای مهندسان و طراحانی که می خواهند راه حل های پایدار جدیدی را پیاده سازی کنند جذاب است.

PLA چگونه تولید می شود؟

فرآیند سنتز و پلیمریزاسیون

فرآیند تولید پلی لاکتیک اسید (PLA) یک فرآیند چند مرحله ای است که با تخمیر اسید لاکتیک با استفاده از مواد اولیه بیولوژیکی خاص مانند نشاسته ذرت یا نیشکر شروع می شود. این واکنش زیستی از طریق یک گروه انتخابی از باکتری ها به دست می آید که قندها را به اسید لاکتیک تخمیر می کنند.

سپس پلیمریزاسیون اسید لاکتیک برای تولید زنجیره های بلند PLA انجام می شود. به عنوان یک روش استاندارد، پلیمریزاسیون تراکمی معمولاً انجام می شود، که شامل هیدراته شدن مونومرهای اسید لاکتیک به پلیمرهای لاکتید در حین تخلیه مولکول های آب است.

با استفاده از پارامترهای واکنش مانند دما و فشار و با وارد کردن کاتالیزور به فرآیند تولید مثل، وزن مولکولی و ویژگی‌های PLA را می‌توان کنترل کرد. بسته به کاربرد، رزین PLA بدست‌آمده را می‌توان متعاقباً به صورت گلوله‌ها یا فیلم‌ها یا رشته‌ها اکسترود کرد.

لازم به ذکر است که PLA در طول سنتز و پلیمریزاسیون به منظور دستیابی به PLA با کیفیت خوب، نیاز به دما و فشار بالا دارد. همچنین لازم به ذکر است که کاربرد PLA به دلیل این واقعیت که از منابع تجدیدپذیر ساخته شده است که امروزه یک نیاز رو به رشد است، بسیار گسترده است.

برای مهندسان و طراحان مهم است که در مورد فرآیند ساخت و تبدیل PLA به پلاستیک بیاموزند تا بتوانند بر اساس ویژگی ها، اثرات زیست محیطی و قابلیت های تجزیه مواد، تعیین کنند که چه وظایف خاصی مناسب و در محدوده مواد است. .

مراحل کلیدی در تولید PLA

1. تهیه مواد اولیه: همه چیز با تهیه مواد اولیه شروع می شود که در آن مواد اولیه شکر از منابع تجدیدپذیر مانند ذرت، نیشکر یا کاساوا استخراج می شود. سپس این مواد اولیه برای تبدیل مواد کربوهیدرات پیچیده به قندهای ساده هیدرولیز می شوند.
2. تخمیر: قندهای استخراج شده زودتر می توانند به عنوان بستر تخمیر توسط میکروارگانیسم هایی مانند باکتری ها یا مخمرها عمل کنند. در روند تخمیر، میکروارگانیسم ها ابتدا قندها را پس از انجام یک سری واکنش های شیمیایی به اسید لاکتیک تبدیل می کنند.
3. تصفیه: اسید لاکتیک خام به دست آمده از مرحله تخمیر با حذف ناخالصی ها به اسید لاکتیک ریز تبدیل می شود. مراحل این فرآیند تصفیه شامل فیلتر کردن، تقطیر و کریستالیزاسیون فراکسیون ها برای بازیابی اسید لاکتیک با خلوص بالا می باشد.
4. بسپارش: هنگامی که اسید لاکتیک به سطح خلوص مورد نیاز رسید، در معرض پلیمریزاسیون قرار می گیرد. در این مرحله، اسید لاکتیک گرم شده با کاتالیزورها مخلوط می شود تا واکنش پلیمریزاسیون را آغاز کند. در نتیجه زنجیره های پلی لاکتیک اسید با زنجیره ای طولانی از مولکول های اسید لاکتیک تشکیل می شود.
5. ریسندگی مذاب یا پلیمریزاسیون حالت جامد: بسته به شکل PLA مورد نیاز، ممکن است تعدادی مرحله مورد نیاز باشد. به منظور ایجاد رشته ها یا الیاف، PLA ذوب شده از طریق نازل های کوچک عبور داده می شود و سپس به سرعت خنک می شود تا ثابت شود. همچنین پلیمریزاسیون حالت جامد می تواند برای بهبود خواص پلیمر استفاده شود.
6. برش و شکل دهی: این فرآیند اکنون شامل برش دادن جسم تشکیل‌شده PLA به بخش‌ها یا قطعات کوچک‌تر است که استفاده نسبتاً آسان‌تری برای سایر عملیات‌ها دارند، و این قطعات کوچک‌تر می‌توانند برای ساختن یک محصول گسترده‌تر با پیچیدگی بیشتر استفاده شوند. من را وادار به تعجب می کند که آیا برعکس این عمل نیز ممکن است؟ هرچند احتمالش زیاد نیست همچنین می توان قطعات تشکیل شده را با فرآیندهای خاصی مانند قالب گیری تزریقی یا اکستروژنو حتی پرینت سه بعدی.

با آگاهی از رویه های اساسی مرتبط با تولید PLA، برای مهندس و همچنین طراح آسان تر است که انتخاب کند که آیا PLA را در کار خود به کار ببرد یا نه.

تاثیر وزن مولکولی بر کیفیت PLA

وزن مولکولی پلیمراز اسید لاکتیک یک پارامتر مهم است زیرا تا حد زیادی اندازه پروتئین، مقدار حجم و پیکربندی زنجیره پلیمری را تعیین می کند. به این ترتیب، ارتباط مستقیمی با خواص مکانیکی، حرارتی و پردازشی پلیمر دارد. اساساً یک رابطه مستقیم بین وزن پلیمر و کیفیت یا ویژگی های ماده وجود دارد.

پلیمر با وزن بالا کیفیت بهتری را در استحکام کششی و مقاومت ضربه ای نشان می دهد که آن را برای موقعیت هایی که PLA با وزن مولکولی بالا مطلوب تر است، ایده آل می کند زیرا کیفیت عملکرد بهتری دارد. تخریب یا تغییر پلیمر با وزن بالا در یک نقطه تنش بالا رخ می دهد و در نتیجه چقرمگی آن افزایش می یابد.

یک پلیمر با وزن مولکولی کم به دلیل سهولت پردازش با قالب های تزریقی و چاپگرهای سه بعدی بسیار مطلوب است، این به دلیل ویسکوزیته کم آن است که آن را در معرض ذوب سریعتر قرار می دهد و بنابراین سینتیک تبلور پلیمر با وزن کم در مدل های مختلف مشاهده شده است. .

برای جلوگیری از هر گونه نقص، تعادل دقیق باید حفظ شود و در عین حال نیازهای خاص برنامه از جمله وزن، مقدار نیروی مورد نیاز و در نهایت آستانه های مقاوم معمول در نظر گرفته شود. متغیرهای مختلف هنگام پردازش زنجیره پلیمری کم وزن به منظور اطمینان از حداقل اتلاف وارد می شوند.

به منظور مقابله موثر با کاربردهای خاص، در نظر گرفتن وزن مولکولی PLA در درجه مربوط به انتخاب آنها بسیار مهم است.

خواص فیزیکی PLA چیست؟

خواص مکانیکی مواد PLA

به دلیل ویژگی های قابل توجه خواص مکانیکی PLA، پلی لاکتیک اسید، پتانسیل خوبی برای استفاده در مهندسی دارد. PLA دارای سفتی خوبی است که باعث می شود مواد در هنگام اعمال بارها شکل خود را حفظ کنند. همچنین، استحکام کششی قابل توجه آن نشان می دهد که در هنگام اعمال نیروهای کششی قادر به مقاومت در برابر شکستگی است. علاوه بر این، از آنجایی که PLA در هنگام شکست از کشیدگی کم برخوردار است، قبل از شکستن فقط کمی کشش می یابد. این ویژگی های مکانیکی، PLA را برای کاربردهایی که شامل اجزای ساختاری هستند، به عنوان مثال، بسته بندی، کالاهای مصرفی، و همچنین دستگاه های پزشکی مناسب می کند. علاوه بر این، PLA همچنین می تواند در خواص مکانیکی آن از طریق ترکیب با سایر پلیمرها یا تقویت کننده الیاف بهبود یابد.

بررسی PLA به عنوان یک پلیمر زیست تخریب پذیر

پلی لاکتیک اسید (PLA) یک پلیمر با منبع بیولوژیکی است که از منابع تجدیدپذیر مانند نشاسته ذرت یا نیشکر ساخته شده است که آن را دوستدار محیط زیست می کند. به دلیل قابلیت زیست محیطی و همچنین قابلیت استفاده در کاربردهای بی شمار، محبوبیت و استفاده زیادی را به خود دیده است. PLA از سختی مکانیکی مناسب، استحکام کششی و ازدیاد طول در هنگام شکست تشکیل شده است که همه آنها هنگام در نظر گرفتن کاربردهای مهندسی مختلف حیاتی هستند. پلیمر با توجه به بارهای کاری دارای خواص خود نگهدارنده است و می تواند تحت نیروهای کششی بدون شکست قرار گیرد. این پلیمر را می توان در زمینه هایی استفاده کرد که شامل بسته بندی، کالاهای مصرفی، تجهیزات پزشکی و حتی مهندسی بافت استخوان می شود اما محدود به آن نمی شود. خواص مکانیکی آن را می توان با تقویت فیبر یا ترکیب با پلیمرهای دیگر اصلاح کرد. به دلیل زیست تخریب پذیری و خواص مکانیکی نسبتا خوب، PLA می تواند کاندیدای خوبی برای مواد مهندسی پایدار و کاربردی آینده باشد.

انواع PLA موجود چیست؟

مروری بر Branched PLA و کاربردهای آن

PLA شاخه دار (Polylactic Acid) آنزیمی است که از پلی لاکتیک اسید ایجاد شده است که برخی از خواص و ویژگی های خاص را تضمین می کند. از طریق افزودن عوامل انشعاب در حالی که فرآیند پلیمریزاسیون در حال انجام است به دست می آید. نتایج رشته های پلیمری پیچیده است. این انشعاب خواص مکانیکی PLA را افزایش می دهد و امکان استفاده از آن را در طیف وسیعی از صنایع فراهم می کند.

ساختار منشعب در PLA بر خلاف PLA که ساختار خطی دارد، سخت‌تر است و مقاومت بیشتری در برابر ضربه دارد. این باعث می شود که آن را به ویژه در مناطقی که قدرت و استقامت مهم ترین نیاز است مفید باشد. PLA شاخه ای در خودرو، هوافضا و الکترونیک و حتی در بخش کالاهای مصرفی استفاده می شود. کیفیت های پیشرفته استفاده از آن را به عنوان ماده ای برای اجزای مهندسی و مواد بسته بندی و همچنین قطعات ساختاری در مکان هایی که این مورد قابل اجرا است، امکان پذیر می کند.

در مورد PLA، ترکیب به ویژگی های مورد نظر بستگی دارد: محتوا، درجه، و مکان محل های ترکیب. با تغییر چگالی انشعاب و وزن مولکولی، مکانیکی PLA شاخه‌دار می‌تواند به سمت یک کاربرد خاص افزایش یابد.

در نتیجه، PLA شاخه‌دار پاسخی مناسب و زیست‌محیطی به چالش‌های مهندسی آینده است. PLA شاخه دار همه کاره است و دارای ویژگی های مطلوب تر و همچنین چقرمگی و استقامت بهتر است. این چشم انداز را در طیف وسیعی از صنایع نشان می دهد و تقاضا برای مواد پایدار را در منطقه مهندسی محور افزایش می دهد.

مقایسه فیلامنت PLA با PLA چاپ شده با سه بعدی

به منظور درک استفاده از PLA در مهندسی، توجه به تمایز بین رشته PLA و PLA که به صورت سه بعدی چاپ شده است ضروری است. به موارد زیر توجه کنید:

1. ترکیب:فیلامنت PLA به عنوان یک فیلامنت پرینت سه بعدی، اساسی ترین ماده ای است که برای چاپ سه بعدی استفاده می شود، به عبارت دیگر مواد اولیه ای است که معمولاً به صورت قرقره یا رول فروخته می شود. اجزای تشکیل دهنده آن رزین PLA خالص هستند در حالی که PLA 3D printed به معنای محصولات موجود در یک شی یا قسمتی است که با استفاده از یک رشته خاص تحت چاپ قرار گرفته اند.
2. فرایند ساخت: در اکستروژن فرآیندی که در آن رزین PLA گرم می شود و سپس از طریق یک سوراخ کوچک عبور می کند، رشته PLA ساخته می شود. از طرف دیگر، 3D Printed PLA با ذوب شدن رشته PLA و سپس چیدن رشته ذوب شده روی یکدیگر برای ساخت یک شی کامل با استفاده از چاپگر سه بعدی ساخته می شود.
3. دقت و دقت: در حالی که PLA چاپ سه بعدی به دلیل طراحی و تنظیمات چاپگر همچنان در معرض تغییرات است، برای طرح های پیچیده تر ترجیح داده می شود زیرا لایه به لایه ساخته می شود. با این حال، این هنوز بر آخرین جسم 3 بعدی تأثیر می گذارد.
4. پس از پردازش و تکمیل: رایج ترین تکنیک های قدیمی برای تزئین PLA از طریق سنباده زدن، پرداخت و رنگ آمیزی است. بسته به طرح، اشیاء PLA پرینت سه بعدی نیز ممکن است به کمی پس پردازش بیشتر نیاز داشته باشند تا بافت سطح مورد نظر را بدست آورند، یا هر گونه ساختار پشتیبانی را که ممکن است در طول چاپ مورد نیاز بوده باشد، از بین ببرند.
5. کاربردها و پیچیدگی: به دلیل سهولت و کارایی آن، PLA شاید یکی از رایج ترین رشته های مورد استفاده در اشکال مختلف چاپ سه بعدی باشد، چه نمونه سازی انبوه، چه کارهای سرگرمی یا تولید در مقیاس کوچک. کاربرد PLA پرینت سه بعدی به اندازه نمونه قبلی آنها که در مواد دیگر چاپ شده است، همه کاره است، مانند نمونه سازی عملکردی، ایجاد مدل های معماری، برای سازه های سبک وزن.
6. مقاومت و خواص مکانیکی: خواص مکانیکی بین رشته PLA و PLA چاپ شده سه بعدی مشابه است، بنابراین چاپ سه بعدی صرف نظر از فرآیندها باید ویژگی های مکانیکی مشابهی داشته باشد. از سوی دیگر، چاپ سه بعدی ممکن است به نقاط قوت کمی متفاوت و دستیابی به عملکرد مطلوب منجر شود، زیرا عواملی مانند کیفیت کالیبراسیون چاپگر و استحکام بر اساس چسبندگی لایه های چاپ شده نقش مهمی ایفا می کند.

بنابراین، تفاوت رشته PLA و PLA چاپ شده سه بعدی به مهندسان و سازندگان کمک می کند تا فرم مناسب تری را برای کارهای مکانیکی خود انتخاب کنند.

چرا PLA را برای کاربردهای مهندسی در نظر بگیرید؟

بررسی کاربردهای پلی لاکتیک اسید

با توجه به ویژگی های استثنایی و سازگاری آن، پلی لاکتیک اسید (PLA) دارای طیف وسیعی از کاربردها در تعدادی از رشته های مختلف مهندسی است. نمونه ای از کاربرد PLA به شرح زیر است:

1. نمونه سازی: در پروژه های مهندسی، انواع دستگاه های نمونه اولیه را می توان با استفاده از فیلامنت PLA به دلیل در دسترس بودن و هزینه کم چاپ کرد. به دلیل هزینه کم و استفاده ساده، امکان انجام چندین تکرار از یک طرح مشابه و حتی تایید اعتبار آن وجود دارد.
2. مدل های معماری: اکثر معماران و پیمانکاران می گویند که پروژه های APLA انتخاب محبوب هستند. ابزارهای شکل APLA در مقیاس‌های مختلف فعال می‌شوند در حالی که اعوجاج‌ها را در مدل نهایی به حداقل می‌رسانند. کار ظریف و پیچیده، تکراری و پیچیده است، که به بهترین وجه از طریق فناوری های چاپ سه بعدی نشان داده می شود.
3. نمونه های اولیه عملکردی: بنابراین، PLA پتانسیل ایجاد نمونه های اولیه واقعی را ارائه می دهد که می توانند از طریق ارزیابی های انتقادی قرار گیرند. علاوه بر این، ویژگی های PLA مانند استحکام و استحکام به آن اجازه می دهد تا برای آزمایش اثربخشی قطعات در نظر گرفته شده برای استفاده عملی استفاده شود.
4. اجزای سبک وزن: یکی از نکات کلیدی فروش پلیمرهای PLA این است که ساختار سبک وزن آنها باعث می شود که پلیمرها و کامپوزیت های آنها در کاهش وزن قطعات مانند کاربردهای هوافضا و خودرو موثر باشد.

با این وجود، کاربرد خاص این پلیمرها باید فاکتورهای دیگری مانند محیط کاربرد مورد نظر، خواص مکانیکی مورد نیاز و هرگونه محدودیت ماده خاص در مورد استفاده را در نظر بگیرد. آزمایش و ارزیابی PLA برای ارزیابی اثربخشی عملکرد PLA در کاربردهای مختلف مهندسی مهم است.

مزایا نسبت به سایر پلاستیک های زیست تخریب پذیر

PLA (اسید پلی لاکتیک) دارای ویژگی های متمایز است که آن را از سایر پلاستیک های زیست تخریب پذیر متمایز می کند، همانطور که در زیر نشان داده شده است:

1. تجزیه بیولوژیکی: اتکای کمتری به سوخت‌های فسیلی وجود دارد زیرا کاهش محیط زیست به دلیل PLA ناشی از منابع تجدیدپذیر مانند نشاسته ذرت یا نیشکر کاهش می‌یابد.
2. الزامات کم برای مشاغل: از آنجایی که PLA به راحتی می تواند اکسترود، قالب گیری یا حتی چاپ سه بعدی شود، طیف گسترده ای از کاربردها را دارد.
3. سازگاری: با توجه به اینکه PLA به خوبی توسط بدن انسان تحمل می شود، یک گزینه عالی برای سیستم های دارورسانی و داربست های مهندسی بافت است.
4. بهبود اموال: فرصت‌های زیادی برای PLA برای اصلاح و بهبود وجود دارد تا بتوان آن را برای مصارف تخصصی تولید کرد که می‌تواند به بسیاری از صنایع پاسخ دهد.
5. ویژگی های رضایت بخش: به دلیل استحکام کششی و مواد سختی که PLA دارد، برای کاربردهای مختلف مناسب است.
6. مزایای زیست محیطی: به دلیل تاثیر کم PLA بر محیط زیست به دلیل زیست تخریب پذیر بودن و تجزیه شدن به آب و دی اکسید کربن، استفاده از پلاستیک سنتی را می توان به میزان قابل توجهی کاهش داد.

چنین مزایایی، PLA را به یکی از مواد با نوید بسیار برای کاربردهای مختلف تبدیل می کند که در آن عملکرد، نگرانی های زیست محیطی و همچنین جنبه های طراحی گنجانده شده است.

استفاده از PLA در مهندسی بافت استخوانی

با توجه به ویژگی های مطلوب و زیست سازگاری، PLA (اسید پلی لاکتیک) به طور گسترده ای در مهندسی بافت استخوان نیز استفاده شده است. در مهندسی بافت استخوان، از PLA برای ساخت داربست های کامپوزیتی استفاده می شود که هندسه استخوان را تکرار می کند و پشتیبانی مکانیکی را برای سلول ها فراهم می کند و در عین حال اتصال و تکثیر آنها را در سراسر بافت تشویق می کند. کارگران یافته‌های امیدوارکننده‌ای را در استفاده از داربست‌های PLA برای تقویت بازسازی و ادغام استخوان گزارش کرده‌اند.

داربست‌های PLA از طریق ماهیت متخلخل خود اجازه ورود مواد مغذی و اکسیژن به سلول‌ها را می‌دهند و در عین حال خروج ضایعات متابولیک را امکان‌پذیر می‌سازند که به تکثیر سلولی و تشکیل بافت کمک می‌کند. PLA به عنوان یک ماده دارای استحکام کششی و سفتی بالایی است که باعث می شود در مهندسی بافت استخوان موقعیت تحمل بار را داشته باشد. این بدان معناست که با بهبودی استخوان‌ها، می‌توان به پشتیبانی از بیوکمپوزیت PLA تکیه کرد که به نوبه‌ی خود با رشد سلول‌های استخوانی جدید حل می‌شود.

علاوه بر این، PLA نیازی به برداشتن داربست پس از جراحی ندارد، که آن را به یک ماده زیست تخریب‌پذیر و مفید برای روش‌های جراحی ترمیم استخوان تبدیل می‌کند. تحریک رشد استخوان جدید زمانی اتفاق می افتد که داربست های PLA در مواد غیر تهاجمی حل می شوند که به یکپارچگی کامل کمک می کنند.

به نظر می رسد استفاده از PLA در مهندسی بافت استخوان به طور کلی گزینه خوبی از نظر افزایش بازسازی استخوان و درمان نقایص استخوانی باشد. سازگاری بیولوژیکی، ویژگی‌های مکانیکی و زیست‌تخریب‌پذیری آن، آن را به ماده‌ای مناسب برای ساخت داربست‌هایی تبدیل می‌کند که می‌توانند رشد استخوان جدید را حفظ کنند و در طول زمان توسط استخوان طبیعی بدن جذب شوند.

پرسش های متداول (پرسش و پاسخ)

س: دقیقاً PLA چیست و فرآیند فرمولاسیون آن چگونه است؟

پاسخ: PLA مخفف پلی لاکتیک اسید است. از تخمیر نشاسته گیاهی به دست می آید و یک ماده پلاستیکی زیست تخریب پذیر را تشکیل می دهد. اساساً می توان آن را با استفاده از لاکتید یا اسید لاکتیک و پلیمریزاسیون آنها با هم فرموله کرد. PLA از طریق پلیمریزاسیون اسید لاکتیک یا لاکتید سنتز می شود که شامل پلیمریزاسیون باز حلقه لاکتید یا تراکم اسید لاکتیک است.

س: برخی از مهمترین خواص مکانیکی و فیزیکی PLA چیست؟

پاسخ: اسید پلی لاکتیک شکلی دارد که استحکام و سفتی آن بد نیست، نقطه ذوب آن در مقایسه با تعداد زیادی پلاستیک دیگر بسیار پایین است. شفافیت آن هنگام استفاده در تولید موادی مانند فیلم PLA، چاپ سه بعدی اشیاء PLA و بسیاری دیگر از محصولات مبتنی بر PLA نیز بسیار خوب است.

س: استفاده از PLA در پرینت سه بعدی از کجا شروع می شود؟

پاسخ: استفاده از PLA در پرینت سه بعدی امری عادی است و این به دلیل سهولت استفاده و کیفیت چاپ به دست آمده است. PLA که برای پرینت سه بعدی استفاده می شود، مدل هایی با کیفیت خوب و پرداخت سطح تولید می کند. تطبیق پذیری PLA آن را قادر می سازد تا برای طیف وسیعی از برنامه ها مانند نمونه سازی، پروژه های آموزشی و غیره مورد استفاده قرار گیرد.

س: برخی از خواص رئولوژیکی PLA چیست؟

پاسخ: رفتار جریانی PLA در سطوح مختلف تنش برشی در دماهای مختلف یکی از خواص رئولوژیکی آن است. این بسیار قابل توجه است فرآوری تولید از طریق اکستروژن و قالب گیری تزریقی این خصوصیات باید برای مطابقت با الزامات فرآیندهای تولید PLA تغییر داده شوند.

س: کدام بخش ها از فیلم PLA استفاده می کنند؟

A: فیلم PLA به دلیل کمپوست پذیری و زیست تخریب پذیری آن در ظروف، برچسب ها و بسته بندی قابل استفاده است. بنابراین به عنوان جایگزینی مناسب برای پلاستیک های معمولی که از نفت تامین می شوند عمل می کند.

س: آیا تکنیک هایی وجود دارد که بتواند ویژگی های PLA را بهبود بخشد؟

A: ویژگی های پلیمر را می توان با مخلوط کردن پلیمر با مواد دیگر برای تشکیل مخلوط های PLA بهبود بخشید. این روش می تواند استحکام، انعطاف پذیری و توانایی مقاومت در برابر حرارت PLA را افزایش دهد و در نتیجه دامنه استفاده آن را گسترش دهد.

س: PLA دقیقاً چگونه حل می شود و چه جنبه هایی به تجزیه زیستی آن کمک می کند؟

A: تجزیه زیستی PLA شامل هیدرولیز مواد پلیمری است که در نتیجه وزن مولکولی آن را کاهش می دهد. عواملی مانند دما، رطوبت و میزان میکروارگانیسم‌های موجود در محیط بر تخریب PLA تأثیر دارند.

س: سهم اسید لاکتیک در سنتز PLA چیست؟

A: PLA اسید لاکتیک را در سنتز خود دخالت می دهد. مولکول های مورد نیاز برای تخمیر اسید لاکتیک را می توان از مواد تجدید پذیر به دست آورد که می تواند به پلیمریزاسیون مورد نیاز برای ایجاد چنین ماده ای کمک کند.

س: آیا مناطق صنعتی وجود دارد که بتوان از PLA استفاده کرد؟

A: بله، PLA را می توان در طیف گسترده ای از صنایع به لطف مزایای زیست محیطی و همچنین ویژگی های مواد مورد استفاده قرار داد. در ساخت قطعات خودرو، لوازم الکترونیکی و تجهیزات پزشکی استفاده می شود و خواص آن و سازگاری با محیط زیست مواد را به حداکثر می رساند.

س: چه اقداماتی را می توان برای افزایش ویژگی های سطح PLA انجام داد؟

پاسخ: چه روش های پوشش و چسبندگی برای کاربرد پلاسما استفاده می شود؟ به منظور بهبود ویژگی های سطح PLA، استفاده از پوشش ها یا افزودنی ها و عملیات سطحی با مواد شیمیایی یا پلاسما می تواند مورد استفاده قرار گیرد. این تکنیک ها برای بهبود چسبندگی، چاپ پذیری و جذابیت محصول نهایی استفاده می شوند.

منابع مرجع

1. مطالعه تطبیقی ​​مقاومت در برابر ضربه دو پلاستیک قدرت پرینت سه بعدی: تعیین اثر پارامتر بعدی بر اثر گردباد نازل پرتاب کننده تولید شده توسط راکت های پرتاب شده از هر گونه تحقیقات فضایی بین ستاره ای. 

• نویسندگان: DG Zisopol و دیگران
• تاریخ انتشار: 02 ژوئن 2023
• یافته های کلیدی: پژوهش حاضر ویژگی‌های ضربه دو پلیمر PLA و ABS را در قطعات پرینت سه بعدی مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. این مطالعه همچنین تأثیر ضخامت لایه و درصد پر شدن را بر خواص مکانیکی مانند چقرمگی بررسی کرد. مشخص شد که مقاومت ضربه‌ای PLA می‌تواند توسط این عوامل تغییر کند، بنابراین آن را به عنوان یک ماده مهندسی احتمالی تحت شرایط خاص پیشنهاد می‌کند.
• روش شناسی: به همین دلیل، تست ضربه چارپی بر روی قطعات پرینت سه بعدی ساخته شده از PLA و ABS انجام شد که با ارتفاع لایه های مختلف 3، 0.10، 0.15 میلی متر و درصد پر شدن متفاوت 0.20،50,75 و 100 درصد چاپ شدند. (Zisopol و همکاران، 2023).

2. ریزساختار و خواص کامپوزیت درجه بندی شده PLA/WFPC خالص: ساخته شده با استفاده از FDM با رشته PA6 تقویت شده توسط الیاف بافته شده. 

• نویسندگان: دی ویمن و دیگران.
• تاریخ انتشار: 27 ژوئیه 2023
• نکات اصلی: این تحقیق بر روی خواص مکانیکی مواد به طور پیوسته درجه بندی شده PLA و کامپوزیت های پلیمری الیاف چوب (WFPC) متمرکز شد. نشان داده شد که مواد کامپوزیتی تولید شده استحکام کششی و انرژی ضربه ای بالایی را نشان می دهد و این ماده کامپوزیت برای اهداف مهندسی مناسب است زیرا PLA می تواند با موفقیت در مواد کامپوزیت استفاده شود.
• طرح پژوهش: این مطالعه تحقیقاتی با کامپوزیت‌های PLA/WFPC کار کرد و خواص مکانیکی آن‌ها مانند مقاومت کششی، فشاری، خمشی و انرژی ضربه را آزمایش کرد. (ویمن و همکاران، 2023).

3. تجزیه و تحلیل مقاومت کششی PLA در چاپ سه بعدی - استحکامی که در لایه ها نهفته است

• نویسنده: K.Gunasekaran
• تاریخ انتشار: 31st جولای 2023
• یافته های کلیدی: این مطالعه بر بررسی تأثیر پارامترهای انتخاب شده در طول چاپ سه بعدی بر استحکام کششی بدست آمده PLA متمرکز شده است. نتیجه گیری شد که ضخامت لایه یکی از عوامل کلیدی تعیین کننده در استحکام کششی محصولات PLA است که در صورت استفاده بهینه، آن را به عنوان پلاستیک مهندسی طبقه بندی می کند.
• روش شناسی: تکنیک طراحی آزمایش (DOE) در محدوده این کار برای بررسی تأثیر پارامترهای خاص چاپ بر استحکام کششی نمونه‌های PLA اجرا شد. (Gunasekaran, 2023).

4. استفاده از تست برآمدگی و 3D-DIC برای خصوصیات دو محوری فیلم های PLA و تشخیص نقص

• نویسندگان: ف.خرات و همکاران.
• تاریخ انتشار: 10th اوت 2023
• یافته های کلیدی: از طریق آزمون Bulge و همبستگی تصویر دیجیتال سه بعدی (3D-DIC)، فیلم‌های PLA شکل‌گرفته برای رفتار مکانیکی آن‌ها از طریق دستگاه‌ها ارزیابی شدند. این به ویژه برای ارزیابی برآمدگی به عنوان یک عملکرد مکانیکی مفید بود که در آن ویژگی‌های دیگری مانند زوایای خاص برای حمایت از طبقه‌بندی بیشتر PLA به عنوان یک پلاستیک مهندسی مورد نیاز بود.
• روش شناسی: تست برآمدگی بر روی یک سری فیلم PLA انجام شد و در نهایت از 3D-DIC برای اسکن میدان‌های کرنش و شناسایی عیوب موجود استفاده شد. (خرات و همکاران 2023 ص 447-469).

5. تأثیر بازیافت بر خواص مکانیکی مکرر اسید پلی لاکتیک و کامپوزیت PLA/Spent Coffee Grounds به عنوان یک رشته چاپ سه بعدی

• نویسندگان: Oumaima Boughanmi و همکاران.
• تاریخ انتشار: اوت 29، 2024
• یافته های کلیدی: این تحقیق به بررسی نقش بازیافت بر رفتار مکانیکی PLA و کامپوزیت های آن پرداخته است. مشخص شد که در حالی که برخی از خواص مکانیکی به دلیل فرآیندهای بازیافت از بین می رود، عملکرد مواد کامپوزیت شده با تفاله قهوه مصرف شده را می توان افزایش داد، که نشان می دهد که اصلاح PLA برای کاهش اثرات زیست محیطی بدون از دست دادن عملکرد قابل توجه عمل می کند.
• روش شناسی: خصوصیات کششی و مکانیکی کامپوزیت های PLA و PLA بازیافتی انجام شد، که تأثیر چرخه های مختلف بازیافت را بر خواص مواد مشخص می کند. (Boughanmi و همکاران، 2024).

6. پلاستیک

7. اسید Polylactic