Semua yang Anda Perlu Tahu Mengenai Asid Polilaktik: Diterangkan PLA

Asid Polylactic, atau PLA, seperti yang sering diistilahkan, ialah satu lagi bahan yang mengubah permainan dengan aplikasi daripada percetakan 3D kepada pembungkusan. PLA diperbuat daripada sumber boleh diperbaharui seperti kanji jagung dan tebu, menjadikannya mampan berbanding plastik tradisional. Ia adalah satu kelebihan yang besar apabila isu alam sekitar berada di barisan hadapan. Artikel ini berusaha untuk menghuraikan secara khusus PLA, termasuk sejarah, ciri, kegunaan dan cara ia mempengaruhi alam sekitar. Panduan ini akan membantu pengilang, pereka bentuk dan pengguna lain bahan ini dengan mudah memahami keupayaan dan bidang aplikasinya yang memfokuskan pada kemampanan.

Apakah PLA, dan Bagaimana Ia Dibuat?

Asid polilaktik, atau PLA, ialah plastik yang dihasilkan daripada sumber boleh diperbaharui seperti kanji jagung, tebu atau ubi kayu. Ia boleh terbiodegradasi dan dihasilkan melalui penapaian bahan mentah ini untuk menghasilkan asid laktik yang dipolimerkan menjadi PLA. Pembentukan laktida dan pempolimeran pembukaan cincin adalah dua langkah utama yang terlibat dalam pempolimeran PLA. Disebabkan ketersediaan bahan mentah, pengeluaran plastik ini dianggap selamat terhadap alam sekitar berbanding plastik yang disebabkan oleh minyak. Ia digunakan secara meluas kerana kebolehkomposan globalnya, kemudahan penggunaan dalam pelbagai bidang seperti pembungkusan, percetakan 3D, peralatan perubatan dan kebolehkomposan gred industri.

Memahami Monomer Asid Laktik

Asid laktik, monomer utama dalam penghasilan asid polilaktik (PLA), ialah sebatian organik yang diperoleh terutamanya melalui penapaian sumber karbon seperti jagung, tebu dan bit. Ia mempunyai dua bentuk stereoisomer, L-laktik dan D-laktik asid, yang penting dalam menentukan ciri akhir PLA. Teknologi untuk biopengeluaran asid laktik adalah maju dan berintegrasi dengan baik dengan sistem sedia ada kerana penggunaan bahan mentah bioteknologi boleh diperbaharui, yang memenuhi pasaran yang semakin meningkat untuk bahan mesra alam.

Proses Pempolimeran Laktida

Laktida biasanya digunakan sebagai bahan mentah untuk menghasilkan Asid Polilaktik (PLA) menggunakan proses pempolimeran pembukaan cincin (ROP). Sintesis asid polilaktik dimulakan oleh pempolimeran laktida, yang dilakukan dengan pemangkin logam seperti timah(II) oktoat. ROP berlaku di bawah haba dan tekanan sederhana, yang membolehkan monomer laktida membuka struktur gelangnya dan mempolimerkan kepada rantai panjang PLA. Teknik ini amat berkesan, membolehkan seseorang menguruskan hasil berat molekul dan kekuatan mekanikal PLA. Sifat sedemikian adalah penting apabila mencari bidang aplikasi yang menentukan seperti pembungkusan, perubatan dan produk pakai buang yang lain.

Langkah-langkah yang Terlibat dalam Pengeluaran PLA

1. Penyediaan Bahan Mentah: Kanji mesti diekstrak daripada biojisim, jagung, atau tebu, dan hidrolisis akan menukar kanji kepada gula penting.
2. Penapaian: gula yang dihasilkan di atas akan ditukar menjadi asid laktik (monomer utama untuk PLA) melalui penapaian mikrob.
3. Pemurnian Asid Laktik: Asid laktik mesti ditulenkan untuk mencapai monomer berkualiti tinggi, keperluan utama untuk pempolimeran berulang yang berjaya.
4. Pembentukan Laktida: Asid laktik yang telah dimurnikan akan mengalami tindak balas pemeluwapan atau proses pemangkin lain untuk berubah menjadi laktida, dimer kitaran.
5. Pempolimeran: Pembukaan cincin pempolimeran laktida akan dimulakan dengan mangkin (tin(II) oktoat) di bawah suhu dan tekanan terkawal untuk pempolimeran PLA.
6. Pasca Pemprosesan: Perubahan dalam berat molekul atau bahan tambahan boleh dicampur untuk mengubah suai polimer PLA untuk memenuhi keperluan khusus untuk kegunaan yang dimaksudkan.
7. Pembentukan Produk Akhir: Bergantung pada penggunaan industri, PLA boleh diubah menjadi pelbagai bentuk, termasuk filem, gentian atau objek acuan.

Meneroka Sifat PLA

Sifat Mekanikal dan Terma PLA

PLA mempunyai kekuatan tegangan dan modulus yang tinggi, membolehkan ia digunakan di mana ketegaran dan integriti struktur diperlukan. Walau bagaimanapun, ia mempunyai penggunaan terhad dalam persekitaran tekanan tinggi kerana rintangan hentaman yang rendah berbanding polimer lain. Secara terma, PLA memindahkan kaca polimer kepada keadaan bergetah pada suhu rendah, sekitar 55–60°C, dan mula melembut pada kira-kira 150–180°C. Oleh itu, ia mungkin kehilangan bentuknya di bawah keadaan haba yang rendah. Paling penting, untuk memenuhi keperluan industri tertentu, termasuk adunan PLA, sifat mekanikal dan habanya boleh diubah suai dengan mengadun dengan bahan lain atau menggunakan pengisi atau aditif tertentu.

Sifat Biodegradasi dan Penghalang

Di bawah keadaan pengkomposan industri, PLA dicirikan oleh kebolehbiodegradan yang luar biasa dan terurai menjadi air, karbon dioksida dan biojisim dalam beberapa bulan. Atribut ini menjadikannya sangat dicari untuk kegunaan mesra alam, seperti membuat bahan pembungkusan atau produk pakai buang. Sebaliknya, suhu yang tidak terkawal dan ketiadaan aktiviti mikrob dalam persekitaran semula jadi seperti air atau tanah setanding memperlahankan proses degradasi PLA. Mengenai sifat penghalang, PLA mempunyai rintangan sederhana terhadap laluan oksigen dan lembapan dan oleh itu sesuai untuk pembungkusan makanan jangka pendek. Menggabungkannya dengan polimer atau salutan lain untuk aplikasi tertentu boleh menawarkan sifat penghalang tambahan.

Pengaruh Berat Molekul pada PLA

Berat molekul adalah salah satu faktor paling kritikal yang mempengaruhi sifat mekanikal, haba dan degradasi PLA. Polilaktida dengan berat molekul yang tinggi cenderung mempunyai kekuatan yang lebih besar, rintangan haba dan kadar degradasi yang lebih rendah, menjadikannya terpakai dalam keadaan di mana ketahanan diperlukan. Sebaliknya, Polilaktida dengan berat molekul rendah mempunyai kadar degradasi yang lebih tinggi dan lebih berguna dalam aplikasi perubatan seperti sistem penyampaian ubat atau implan biodegradasi. Memenuhi keperluan ini memerlukan pemilihan berat molekul yang mencukupi.

Bagaimanakah Plastik PLA Digunakan dalam Pembungkusan Makanan?

Aplikasi Asid Polilaktik dalam Industri Makanan

Berkenaan dengan keselamatan makanan, keupayaan untuk diperoleh secara mampan, dan kompos, asid polilaktik (PLA) sememangnya merupakan tambahan revolusioner kepada industri pembungkusan makanan. Ia digunakan secara meluas dalam bekas, cawan, dulang, dan bahan pembungkus untuk buah-buahan segar, pastri dan pembungkusan makanan sedia untuk dimakan. Tambahan pula, PLA ialah pengganti kompetitif untuk PET dan PS, di mana ketelusan diperlukan kerana ia telus dan tegar.

Selain itu, kajian terbaru mencadangkan bahawa PLA memanjangkan jangka hayat barang yang berisiko rosak. Apabila diadun dengan bahan tambahan tertentu yang berkaitan atau dibina dalam struktur berbilang lapisan, PLA boleh menutupi kelembapan dan oksigen, yang merupakan elemen penting dalam pengawetan makanan. Anggaran industri mencadangkan bahawa kapasiti pengeluaran PLA dunia akan meningkat lebih 600,000 tan metrik menjelang 2025 disebabkan oleh lonjakan permintaan yang dianggarkan daripada pasaran makanan dan minuman. Peningkatan ini menunjukkan tumpuan yang lebih besar pada kaedah pembungkusan mesra alam kerana kerajaan dan perniagaan menggunakan dasar yang lebih mampan.

PLA juga relevan dalam bahan pembungkus makanan kerana keserasiannya dengan prinsip ekonomi bulat. Produk yang dibuat dengan PLA boleh dikompos di peringkat loji, yang membantu mengurangkan sisa di tapak pelupusan sampah dan mengurangkan pelepasan karbon. Usaha dalam penyelidikan tertumpu pada meluaskan julat kebolehan terma dan mekanikal PLA, dan pembangunan inovasi untuk meningkatkan suhu operasi maksimum dan kekuatan bahan mengurangkan kecenderungannya untuk menjadi rapuh. Ini menjadikan pelaksanaan bahan dalam pelbagai aplikasi pembungkusan makanan lebih mudah.

Faedah Menggunakan PLA Terbiodegradasi untuk Pembungkusan

• Kelestarian Alam Sekitar: Memandangkan terdapat tebu atau kanji jagung dari mana PLA dibuat, ia adalah plastik terbiodegradasi, dan penggunaannya boleh mengurangkan pergantungan kita kepada bahan api fosil. Juga, tidak seperti plastik standard, ia mempunyai kesan negatif terhadap alam sekitar yang lebih rendah kerana ia boleh terurai dalam loji pengkomposan industri.
• Jejak Karbon Berkurangan: Pengeluaran dan penggunaan skala industri PLA dengan ketara mengurangkan pelepasan gas rumah hijau yang berbahaya berbanding dengan pengeluaran dan penggunaan plastik berasaskan petroleum. Atas sebab ini, ia ditetapkan sebagai pilihan yang lebih baik.
• Kebolehkomposan: Bahan organik dalam pembungkusan PLA boleh terurai di bawah keadaan pengkomposan terkawal, membantu meminimumkan sisa organik yang pergi ke tapak pelupusan sambil meningkatkan bahan organik tanah.
• Kepelbagaian: Walaupun ia digunakan untuk membuat bekas patty, sayur-sayuran segar, daging, pembungkusan yang dibakar, dan pembungkus untuk minuman lain, kepraktisannya adalah dalam objektif alam sekitar pembungkusan makanan.

Perbandingan Antara PLA dan Plastik Tradisional

• Sumber Bahan: PLA diperbuat daripada kanji jagung atau tebu, tidak seperti plastik tradisional, yang diperbuat daripada bahan api fosil seperti petrol.
• Kebolehbiodegradan: PLA terurai kepada bahan organik dalam kemudahan pengkomposan industri, manakala plastik harian mengambil masa bertahun-tahun untuk terurai dan menyumbang kepada pencemaran.
• Kesan Alam Sekitar: Berbanding dengan plastik tradisional, pengeluaran PLA menghasilkan pelepasan rumah hijau yang lebih rendah, mengurangkan kesan karbon keseluruhan.
• Prestasi: PLA berprestasi sangat baik dalam banyak aplikasi; bagaimanapun, berbanding dengan plastik industri tertentu yang berprestasi pada suhu tinggi, rintangan haba dan ketahanannya mengehadkan penggunaannya.
• Kitar Semula: Kerana ia lebih biasa, plastik tradisional mempunyai peluang yang lebih baik untuk diterima dalam program kitar semula. Walau bagaimanapun, PLA tidak mempunyai cara pelupusan lain selain daripada pengkomposan industri.

Dengan segala-galanya dipertimbangkan, adalah jelas bahawa PLA mempunyai kelemahannya, terutamanya dalam prestasi, tetapi ia juga mempunyai kelebihannya dalam kemampanan.

Sintesis PLA: Teknik dan Kaedah

Pemeluwapan Langsung Asid Laktik

Dalam penghasilan PLA, pemeluwapan langsung asid laktik adalah kaedah yang memerlukan penyingkiran air kerana monomer asid laktik diikat bersama. Teknik ini biasanya memerlukan suhu tinggi dan tahap tekanan yang berkurangan untuk menolak tindak balas ke arah kemajuan yang berkesan. Walau bagaimanapun, salah satu isu penting dengan kaedah ini ialah sukar untuk mendapatkan polimer dengan berat molekul tinggi kerana sifat keseimbangan tindak balas, yang menjadikannya tidak cekap untuk tujuan berskala besar atau berprestasi tinggi.

Teknik Pempolimeran Pembukaan Cincin

Pempolimeran pembukaan cincin (ROP) kekal sebagai salah satu kaedah yang paling biasa untuk sintesis PLA. Ia juga merupakan salah satu yang paling berkesan apabila berat molekul tinggi dan ciri polimer khusus dikehendaki. Dalam kes ini, laktida, dimer kitaran asid laktik, dipolimerkan dengan mangkin berasaskan logam di bawah keadaan terkawal. Pemangkin yang paling biasa digunakan untuk pempolimeran berkesan ialah timah(II) oktanoat; namun, usaha baru-baru ini sedang dibuat untuk menyelidik pengganti bukan toksik, seperti pemangkin organik, untuk kemampanan dan biokompatibiliti yang lebih baik.

Kerana pembelahan struktur laktada kitaran, monomer boleh terikat untuk membentuk rantai panjang polimer. ROP mudah disesuaikan untuk mencapai berat molekul dan polidispersi tertentu, jadi ia kerap digunakan untuk berbilang aplikasi berkaitan PLA dalam peranti perubatan, bahan pembungkusan dan tekstil. Kajian awal mencadangkan bahawa ROP boleh mencapai berat molekul melebihi 100,000 g/mol, bergantung kepada keadaan tindak balas dan sifat pemangkin, yang seterusnya meningkatkan kekuatan mekanikal dan ketahanan polimer.

Selain itu, membangunkan teknik ROP baharu, seperti sistem pemangkin tanpa pelarut dan hijau, meningkatkan hasil pengeluaran asid laktik dan mempertingkatkan proses mesra alam. Inovasi ini sepadan dengan peningkatan bekalan PLA perkilangan mampan, menyumbang kepada ekonomi pekeliling. Mengambil kesempatan daripada inovasi ini, ROP terus menjadi antara kaedah pengeluaran PLA yang paling boleh dipercayai dan mudah dicapai.

Inovasi dalam Sintesis PLA

Penggantian sistem mangkin klasik dengan pempolimeran enzimatik bukanlah inovasi yang paling menarik dalam sintesis PLA, tetapi lebih menyegarkan. Proses enzimatik adalah alternatif yang lebih mesra alam untuk pempolimeran bermangkin kerana ia menggunakan enzim yang berlaku secara semula jadi untuk memangkin proses, sekali gus mengurangkan sisa toksik dan membolehkan suhu tindak balas yang lebih rendah. Tambahan pula, pembangunan sintesis PLA kompleks stereo daripada polimer tulen secara enantiomer telah meningkatkan sifat terma dan mekanikal bahan. Inovasi sedemikian meningkatkan prestasi bahan dan menyumbang kepada kemampanan dalam proses pembuatan PLA, yang merupakan prasyarat untuk penerimaan penggunaan PLA yang lebih luas.

Apakah Impak Alam Sekitar PLA?

PLA sebagai Polimer Terbiodegradasi

Asid Polilaktik (PLA) dianggap sebagai bahan hijau kerana keupayaannya merosot dalam tetapan pengkomposan industri. Pada pendapat saya, kerana PLA boleh dipecahkan kepada komponen semula jadinya seperti karbon dioksida dan air, yang banyak terdapat di banyak persekitaran, ia merupakan alternatif plastik yang berpotensi mengurangkan sisa plastik. Pada masa yang sama, saya faham bahawa potensi dalam PLA sentiasa dibotolkan melainkan sistem pengurusan sisa yang mencukupi dilaksanakan. Selanjutnya, saya bersetuju bahawa PLA NE merosot dengan cekap dalam persekitaran yang tidak dirawat seperti tanah atau lautan. Oleh itu, sistem diperlukan di mana faktor utama dipantau.

Kesan Pengeluaran PLA terhadap Alam Sekitar

Kesan alam sekitar pengeluaran asid laktik memberi manfaat dan memudaratkan kitaran hayat PLA. Selain itu, bahan sumber untuk PLA, seperti tepung jagung atau tebu, boleh ditanam, mengurangkan pergantungan kepada bahan api fosil dan juga mengurangkan pelepasan gas rumah hijau. Sebaliknya, proses pengeluaran adalah sangat intensif tenaga; sumber tenaga tidak boleh diperbaharui mungkin memburukkan jejak ekologi. Tambahan pula, pengeluaran tanaman bahan mentah melibatkan perubahan guna tanah, penggunaan air, dan pembajaan yang memudaratkan alam sekitar. Aspek-aspek ini mencadangkan bahawa usaha mesti dibuat untuk melaksanakan amalan mesra alam untuk mendapatkan faedah ekologi maksimum daripada PLA.

Peranan PLA dalam Mengurangkan Sisa Plastik

PLA adalah penting dalam mengurangkan pencemaran alam sekitar kerana ia menyediakan pengganti biodegradasi untuk plastik berasaskan petroleum tradisional yang tidak boleh diperbaharui. Masalah sisa plastik dan pencemaran akan bertambah baik jika kita mengompos PLA secara industri, namun untuk keberkesanannya, infrastruktur pengasingan sisa yang betul dan pengkomposan yang sesuai harus disediakan terlebih dahulu. Walaupun sistem ini perlu disediakan untuk meraih faedah pengkomposan PLA, saya faham ia mempunyai implikasi besar untuk pertempuran berkesan kami dalam menangani sisa plastik.

Soalan Lazim (Soalan Lazim)

S: Apakah Asid Polilaktik (PLA), dan bagaimana ia dihasilkan?

A: Polylactic Acid (PLA) ialah plastik biodegradasi yang diperbuat daripada bahan boleh diperbaharui seperti kanji jagung atau tebu. PLA dihasilkan semasa penapaian kanji kepada asid laktik, dan seterusnya, asid dipolimerkan menjadi polimer PLA. Pembentukan PLA mentah melibatkan pemeluwapan monomer asid laktik atau pempolimeran asid laktik atau laktat untuk mendapatkan polimer akhir.

S: Apakah sifat mekanikal yang dimiliki oleh PLA?

A: Ciri mekanikal PLA merangkumi kekuatan tegangan tinggi dan pemanjangan rendah semasa putus, membayangkan kekukuhan dan kerapuhan yang lebih tinggi daripada polimer lain. Ciri-ciri ini, terutamanya kekuatan tegangan dan modulus tegangan, membolehkan penggunaannya dalam pencetakan 3D, pengacuan suntikan dan menghasilkan barang terbiodegradasi yang lain.

S: Apakah yang perlu difahami oleh PLA sebagai plastik terbiodegradasi?

J: Istilah ini membayangkan bahawa PLA boleh terurai kepada unsur-unsur seperti karbon dioksida dan air dengan pengkomposan industri. Pecahan PLA dipermudahkan oleh mikroorganisma yang mencerna polimer. Akibatnya, ia adalah pilihan yang lebih hijau daripada plastik tradisional.

S: Mengapakah takat lebur PLA 150 – 160 darjah Celsius ketara?

A: PLA digunakan secara optimum untuk proses penyemperitan pada suhu rendah 150 – 160 darjah Celsius. Pada suhu ini, PLA cair dengan cepat, menjadikannya sesuai untuk penyemperitan melalui muncung untuk percetakan 3D. Ini membolehkan penghasilan objek bercetak 3D PLA yang rumit dan canggih.

S: Apakah kegunaan produk PLA dalam aktiviti seharian?

J: PLA boleh digunakan untuk pelbagai tujuan, seperti implan perubatan, percetakan 3D dan pek, malah ia bagus untuk kutleri pakai buang. PLA juga boleh disesuaikan, kerana ia boleh dibentuk suntikan atau dicetak 3D, yang menjadikannya berguna untuk banyak kegunaan komersial dan pengguna.

S: Adakah mungkin untuk menggabungkan PLA dengan plastik lain?

J: Sudah tentu, ciri mekanikal dan fizikal PLA boleh dipertingkatkan lagi dengan mencampurkannya dengan polimer lain. Menambah bioplastik atau bahan tambahan lain meningkatkan fleksibiliti polimer, kekuatan hentaman dan rintangan haba, meluaskan skop kebolehgunaannya.

S: Apakah suhu peralihan kaca PLA?

A: Suhu peralihan kaca PLA hampir 60 darjah Celsius. Pada suhu ini, polimer berubah daripada keadaan keras dan berkaca kepada keadaan bergetah dan lembut, yang menjejaskan sifat mekanikal dan kestabilannya pada pelbagai julat suhu.

S: Bagaimanakah pengeluaran PLA menyumbang kepada kemampanan?

A: Pengeluaran PLA adalah mesra alam. Ia diperbuat daripada bahan mentah boleh diperbaharui seperti kanji jagung dan tebu, yang mengurangkan pergantungan kepada bahan api fosil yang tidak boleh diperbaharui. Di samping itu, kerana PLA boleh terbiodegradasi, ia meminimumkan jumlah sisa plastik yang dihasilkan dan mengurangkan kesan negatif keseluruhan terhadap alam sekitar, dengan syarat ia dilupuskan dengan betul.

S: Apakah beberapa cabaran yang berkaitan dengan menggunakan PLA?

J: Pecah dan degradasi pada suhu yang lebih rendah, bersama-sama dengan kerapuhan, adalah beberapa isu yang berkaitan dengan penggunaan PLA pada masa ini; oleh itu, penggunaannya dihadkan di kawasan bersuhu tinggi. Di samping itu, walaupun penggunaan kemudahan Perindustrian yang baik sudah ada, perlu dinyatakan bahawa terdapat syarat khusus untuk ia disesuaikan untuk pecahan PLA.

Sumber Rujukan

1. Membran Polimer Difabrikasi oleh Asid Polilaktik dan Minyak Babassu Ke Arah Penyembuhan Luka

• Pengarang: D. Fernandes et al.
• Tarikh Terbitan: 2021-02-21
• Penemuan Utama:
  • Membran electrospun PLA/babassu menunjukkan sifat yang baik untuk pembinaan pembalut luka. Ini termasuk kadar penghantaran wap air yang disyorkan (WVTR), penyelenggaraan persekitaran yang lembap, tidak sitotoksisiti, rangsangan garisan sel keratinosit, dan perencatan pertumbuhan Pseudomonas aeruginosa.
• Kaedah:
  • Membran polimer yang diperbuat daripada minyak PLA dan babassu adalah electrospun, diikuti dengan satu siri ujian untuk mengukur keberkesanannya sebagai pembalut luka (Fernandes et al. 2021, hlm. 102173).

2. Sifat Kejuruteraan, Fizikal dan Pelelas Bahan Asid Polilaktik Terbitan 3D

• Pengarang: A. Almajid
• Tarikh Terbitan: 2020-03-01
• Penemuan Utama:
  • Kajian ini memberi tumpuan kepada pemodelan pemendapan bahan PLA dan mendapati bahawa prestasi tegangan, modulus dan kemuluran sangat bergantung pada peratusan isian dan arah pencetakan.
• Kaedah:
  • Ujian tegangan, kekerasan dan kehausan telah dijalankan ke atas sampel PLA dengan peratusan pengisian yang berbeza-beza untuk menentukan sifat mekanikal (Almajid, 2020, hlm. 118–125).

3. Ciri-ciri dan kesan adunan PLA, khususnya komposit campuran kanji bersilang dan asid polilaktik.

• Pengarang: Ying Wang
• Tarikh Terbit: 07 Julai 2018
• Penemuan Utama:
  • Menurut penyelidikan, menggabungkan PLA dengan komposit kanji dan trimetilchlorosilane PLA meningkatkan sifat mekanikal komposit, analisis optik, dan penyerapan air. Peningkatan kandungan kanji akan menurunkan sifat mekanikal.
• Kaedah:
  • Dalam kajian kes ini, tujuh sampel utama eksperimen telah dihasilkan dengan pencampuran mekanikal PLA dan kanji dalam beberapa perkadaran, diikuti dengan ujian mekanikal dan analisis FTIR(Wang, 2018).