Полилакти́д (полимолочная кислота, ПЛА, PLA) — биоразлагаемый, биосовместимый, термопластичный, алифатический полиэфир, мономером которого является молочная кислота. Сырьем для производства служат ежегодно возобновляемые ресурсы, такие как кукуруза и сахарный тростник. Используется для производства изделий с коротким сроком службы (пищевая упаковка, одноразовая посуда, пакеты, различная тара), популярен в 3D-печати как самый простой в использовании материал, а также в медицине, для производства хирургических нитей и штифтов (обычно данный материал проходит специальную медицинскую сертификацию).

Синтез

Существует два способа синтеза полилактида: поликонденсация молочной кислоты и полимеризация лактида. В промышленности используется их комбинация. Поликонденсацией молочной кислоты можно получать только низкомолекулярный полилактид, так как в процессе выделяется побочный продукт — вода, отвести которую из реакции сложно, и поэтому растущая полимерная цепь разрушается. Получившийся низкомолекулярный полилактид деполимеризуют до димера молочной кислоты, лактида. Полученный лактид полимеризуют при высокой температуре с добавлением катализатора октаноата олова, получая высокомолекулярный полилактид.

Свойства и структура И молочная кислота, и лактид проявляют оптическую активность, то есть существуют в виде двух L- и D- стереоизомеров, являющихся зеркальным отображением друг друга. Варьируя относительное содержание этих форм в полилактиде, можно задавать свойства получаемого полимера, а также получать различные классы полилактидных материалов. Полилактид из 100 % L-лактида (L-ПЛА) имеет высокую степень стереорегулярности, что придает ему кристалличность. Температура стеклования L-ПЛА: 54—58 °CT. Maharanaa, B. Mohantyb, Y.S. Negi. Melt-solid polycondensation of lactic acid and its biodegradability; Progress in Polymer Science 34(2009) 99—124, температура плавления 170—180 °C, скачок теплоёмкости 100 % аморфного ПЛА 0,54 Дж/(г·К). Используя при полимеризации смесь D- и L- форм лактида, получают аморфный полилактид (L,D-ПЛА), температура стеклования которого составляет 50—53 °CGarlotta D. A literature review of poly(lactic acid). J Polym Environ 2001;9:63—84., плавление отсутствует, так как нет кристаллической фазы. Самая высокая температура плавления у стереокомплекса, состоящего из чистого L-ПЛА и чистого D-ПЛА. Две цепочки сплетаются, и образующиеся дополнительные взаимодействия между ними ведут к повышению температуры плавления (до 220 °C).

В качестве разновидностей базового материала можно выделить следующие виды полилактида:

аморфный полилактид с низкой температурой стеклования (50-53ºС); стереокомплекс с высокой температурой плавления из чистых L- и D- линий полилактида.

Физические свойства ВеличинаЗначениеТемпература плавления173-178 °CТемпература размягчения50 °CТвердость (по Роквеллу)R70-R90Относительное удлинение при разрыве3,8 %Прочность на изгиб55,3 МПаПрочность на разрыв57,8 МПаМодуль упругости при растяжении3,3 ГПаМодуль упругости при изгибе2,3 ГПаТемпература стеклования60—65 °CПлотность1,23—1,25 г/см³Размер мельчайших деталей0,3 ммОбъёмная усадка при изготовлении изделийобычно не более 0,8% Влагопоглощение0,5—50 %

Применения

Полилактид отвечает концепции устойчивого развития, так как для его синтеза используются ежегодно возобновляемые природные ресурсы. Упаковочные изделия из полилактида — экологически чистая альтернатива традиционной бионеразлагаемой упаковке на основе химически стойких полимеров.

Полилактид применяется для производства экологически чистой биоразлагаемой упаковки, одноразовой посудыИКЕА отзывает почти 160 000 тарелок, мисок и кружек из-за «опасности ожогов» после недовольных отзывов покупателей в США // Газета.ru, 27.05.2021, средств личной гигиены, выемок для теста. Биоразлагаемые пакеты из полилактида используются в таких крупных торговых сетях как Wal-Mart Stores и Kmart.

Ввиду своей биосовместимости, полилактид широко применяется в медицине: для производства хирургических нитей и штифтов, а также в системах доставки лекарств.

Полилактид также применяется в 3D-принтерах в качестве исходного материала для печати.

Производство Самый крупный производитель L-ПЛА — американская компания Nature Works (140 000 тонн/год). Также ПЛА производится компанией Toyota (Япония), Hitachi (Япония), DuPont (США), Galactic (Бельгия), Hisun Biomaterials (Китай), а основной производитель L,D-ПЛА — компания PURAC и Total Corbion (Нидерланды).

В России же PLA не синтезируется в промышленных масштабах, но на 2019 год появилось уже более 20 производств, перерабатывающих данный полимер, большая часть из которых относится к сфере аддитивных технологий. Однако, биоразлагаемая посуда и упаковка импортируется из разных стран несколькими компаниями. С 2015 года в России налажено производство медицинского высокочистого PLA на мощностях АО «ВНИИСВ». В феврале 2020 года ВТБ заявил о начале производства банковских карт из полилактида.. В декабре 2020 года российская компания ПК «Натуральные Материалы» подписала соглашение с швейцарским производителем оборудования Sulzer о постройке завода по производству PLA мощностью в 10 000 тонн/год.

См. также Полимеризация Поликонденсация

Ссылки ПОЛИЛАКТАТЫ — биоразлагаемые полиэфиры

Примечания

Категория:Синтетические волокна Категория:Полимеры Категория:Полиэфиры Категория:Лактаты (эфиры) Категория:Материалы для 3D-печати