폴리유산

Polylactic acid
폴리유산
The skeletal formula of PLA
식별자
켐스파이더
  • 없음.
특성.
밀도 1.210~1.150g·cm−3[1]
녹는점 150 ~ 160 °C (302 ~320 °F, 423 ~433 K)[1]
0mg/ml
위험 요소
NFPA 704(파이어 다이아몬드)
0
1
0
달리 명시되지 않은 한 표준 상태(25°C[77°F], 100kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.

폴리(아연산) 또는 폴리락타이드(PLA)로도 알려진 폴리유산(Polylactic acid)은 골격식(CHO
3
4
2)
n 또는 [–C(CH
3)HC(=O-)
nO-]를 갖는 열가소성 폴리에스테르로, 공식적으로 젖산 C(CH
3)(OH)HCOOH와 수분 손실(물)을 응축하여 얻습니다.락타이드[–C(CH
3)HC(=O)O–]
2의 고리개방 중합으로도 제조할 수 있다.

PLA는 재생 가능한 자원으로 경제적으로 생산되기 때문에 인기 있는 재료가 되었다.2010년 PLA는 아직 상품 폴리머는 아니지만 전 [3]세계 바이오 플라스틱 중 두 번째로 높은 소비량을 보였다.이 제품의 광범위한 적용은 수많은 물리적 [4]단점과 처리 단점으로 인해 방해받고 있습니다.PLA는 3D 프린팅에서 가장 널리 사용되는 플라스틱 필라멘트 재료입니다.저융점, 고강도, 저열팽창, 양호한 층접착성, 아닐시 높은 내열성으로 인해 이상적인 재료입니다.그러나 아닐을 사용하지 않는 PLA는 일반적인 3D 프린팅 플라스틱 중 내열성이 가장 낮습니다.

폴리유산이라는 명칭이 널리 사용되고 있지만 IUPAC 표준 명명법(폴리(유산))[5]에 준거하지 않는다.PLA는 폴리아산(고분자 전해질)이 아니라 [6]폴리에스테르이기 때문에 "폴리유산"이라는 이름은 모호하거나 혼동될 수 있습니다.

★★★

단량체는 일반적으로 옥수수, 카사바, 사탕수수 또는 사탕무 과육과 같은 발효된 식물 전분으로 만들어집니다.

여러 산업 경로에서 사용 가능한(즉, 고분자량) PLA를 제공합니다.젖산과 고리형 디에스테르, 락타이드라는 두 가지 주요 모노머가 사용된다.PLA로 가는 가장 일반적인 경로는 용액 또는 현탁액으로 다양한 금속 촉매(일반적으로 주석 옥토에이트)와 함께 락타이드 고리를 여는 중합입니다.금속 촉매 반응은 PLA의 라세미화를 일으키는 경향이 있으며, 시작 물질(일반적으로 옥수수 녹말)[7]에 비해 입체 조절성을 감소시킨다.

젖산 단량체의 직접 응축은 또한 PLA를 생성하는 데 사용될 수 있다.이 프로세스는 200°C 미만으로 수행해야 하며, 이 온도 이상에서는 장내적으로 선호하는 락타이드 모노머가 생성됩니다.이 반응은 응축(에스테르화) 단계마다 1회 분량의 물을 생성합니다.응축 반응은 가역적이고 평형 상태에 있으므로 고분자량을 생성하기 위해서는 물 제거가 필요하다.중축합으로 향하는 반응을 유도하기 위해서는 진공 또는 공생 증류에 의한 물 제거가 필요하다.이 방법으로 130kDa의 분자량을 얻을 수 있다.용융액으로부터 조고분자를 신중하게 결정화함으로써 보다 높은 분자량을 얻을 수 있다.따라서 카르본산 및 알코올 엔드기는 고체 고분자의 비정질 영역에 농축되어 반응할 수 있다.따라서 [7]128–152 kDa의 분자량을 얻을 수 있다.

Two main routes to PLA

또 다른 방법은 젖산과 제올라이트를 접촉시키는 것이다.이 응축 반응은 한 번의 과정으로 온도가 [8][9]약 100°C 낮아집니다.

입체

젖산의 키랄 특성으로 인해, 몇 가지 다른 형태의 폴리락타이드가 존재한다: 폴리-L-락타이드(PLA)는 L,L-락타이드(L-락타이드라고도 알려져 있음)의 중합에서 생성된 생성물이다.바이오 테크놀로지의 진보는 D에난티오머 [10]형태의 상업적 생산의 발전을 가져왔다.

L-락타이드와 D-락타이드 혼합물의 중합은 보통 비정질인 폴리-DL-락타이드(PDLA)의 합성으로 이어진다.입체특이적 촉매의 사용은 결정성을 나타내는 것으로 밝혀진 헤테로틱 PLA를 초래할 수 있다.결정성의 정도, 따라서 많은 중요한 특성은 사용되는 D 대 L 에난티오머의 비율에 의해 크게 제어되며 사용되는 촉매의 종류에 따라 적게 제어됩니다.젖산 및 젖산 외에 5원 고리 화합물인 젖산 O-카르본산히드라이드(lac-OCA)도 학술적으로 사용되어 왔다.이 화합물의 중합은 젖산 당 1개의 이산화탄소의 손실에 의해 이루어지기 때문에 젖산보다 반응성이 높다.물은 공동 [11]생산물이 아닙니다.

폴리(히드록시알카노에이트)의 생성과 유사한 방식으로 PLA의 직접 생합성이 [12]보고되었다.

및

PLA 폴리머는 비정질 유리상 폴리머에서 유리 전이 60~65°C, 용해 온도 130~180°C, 영 계수 2.7~16 GPa의 [13][14][15]반결정성 고분자까지 다양하다.내열성 PLA는 110°[16]C의 온도를 견딜 수 있습니다.PLA의 기본적인 기계적 특성은 폴리스티렌과 [13]PET 사이의 특성입니다.폴리머와 PDLA(폴리 D-락타이드)를 물리적으로 혼합함으로써 PLA의 용해 온도는 40~50°C 상승할 수 있으며 열편향 온도는 약 60°C에서 최대 190°C까지 상승할 수 있습니다.PDLA와 PLLA는 결정성이 증가하여 매우 규칙적인 입체 콤플렉스를 형성합니다.온도 안정성은 1:1 블렌드를 사용할 때 극대화되지만 PDLA의 3~10%의 낮은 농도에서도 여전히 상당한 개선 효과가 있습니다.후자의 경우 PDLA는 핵생성제로 작용하여 결정화 속도를 [17]높인다.PDLA의[citation needed] 생분해는 PDLA의 결정성이 높아 PLA보다 더 느리다.PLA의 휨 계수는 폴리스티렌보다 높고 PLA는 열 밀폐성이 우수합니다.

어닐링,[18][19][20] 핵물질 첨가, 섬유 또는 [21][22][23]나노입자와의 복합물 형성, 사슬[24][25] 연장 및 도입과 같은 여러 기술이 PLA 중합체의 기계적 특성을 향상시키기 위해 사용되어 왔다.폴리유산(Polylactic acid)은 대부분의 열가소성 수지와 마찬가지로 섬유(예: 기존의 용융 방적 공정) 및 필름으로 가공할 수 있습니다.PLA는 PET 폴리머와 기계적 특성이 유사하지만 최대 연속 사용 [26]온도가 현저히 낮습니다.

라세믹 PLA와 순수 PLA는 유리 전이 온도가 낮기 때문에 강도와 녹는점이 낮기 때문에 바람직하지 않습니다.PDLA와 PLLA의 입체 콤플렉스는 유리 전이 온도가 높아 기계적 [27]강도가 높아집니다.

PLA의 높은 표면 에너지로 인해 인쇄성이 우수하여 3D 프린팅에 널리 사용됩니다.3D 프린팅된 PLA의 인장 강도는 이전에 [28]측정되었습니다.

용제

PLA는 다양한 유기 [29]용제에 용해됩니다.에틸아세테이트는 접근이 용이하고 위험이 낮기 때문에 널리 사용된다.3D 프린터에서 압출기 헤드를 청소하고 PLA 지지대를 제거하는 데 유용합니다.

다른 안전한 용제로는 아세테이트 에틸보다 안전하지만 상업적으로 구매하기 어려운 프로필렌 탄산염이 있습니다.피리딘은 사용할 수 있지만, 독특한 생선 냄새가 나고 아세테이트 에틸보다 덜 안전합니다.PLA는 또한 뜨거운 벤젠, 테트라히드로프랑 및 다이옥산에 [30]용해된다.

제조

PLA 객체는 3D 프린팅, 주조, 사출 성형, 압출, 가공 및 용제 용접으로 제작할 수 있습니다.

3D 프린팅에 사용되는 PLA 필라멘트

PLA는 RepRap [31][32]프린터와 같은 3D 프린터에 의한 데스크탑 용융 필라멘트 제작에서 원료 재료로 사용됩니다.아세트산에틸의 비등점은 아세톤 증기를 사용하여 ABS를 매끄럽게 하는 것과 유사하게 증기 챔버에서 PLA 표면을 매끄럽게 할 수 있을 정도로 낮습니다.

PLA는 디클로로메탄을 [33]사용하여 용매 용접할 수 있습니다.아세톤은 또한 PLA의 표면을 부드럽게 하여 녹이지 않고 끈적끈적하게 만들어 다른 PLA [34]표면에 용접할 수 있도록 한다.

PLA 인쇄된 고형물은 석고와 같은 몰딩 재료로 포장된 후 용해로에서 연소되어 공극이 용융 금속으로 채워질 수 있습니다.이를 인베스트먼트 [35]주물의 일종인 "lost PLA casting"이라고 합니다.

적용들

소비재

PLA는 일회용 식기, 식기, 노트북 및 핸드헬드 기기 등의 주방기기 및 전자기기용 하우징, 전자레인지 트레이 등 다양한 소비자 제품에 사용됩니다.(단, PLA는 유리 전이 온도가 낮기 때문에 마이크로파 용기에는 적합하지 않습니다.)이것은 주조, 사출 성형 또는 [36]방적된 퇴비봉투, 식품포장 및 느슨한 충전재 포장재에 사용됩니다.필름 형태에서는 가열에 따라 수축하므로 수축 터널에서 사용할 수 있습니다.섬유 형태로는 모노필라멘트 낚싯줄이나 그물에 사용됩니다.부직포 형태에서는, 커버, 일회용 의복, 천, 여성 위생용품, 기저귀 등에 사용되고 있습니다.

PLA는 ABS와 같은 고무 유사 폴리머와 입체 콤플렉스를 혼합하는 엔지니어링 플라스틱에 응용되고 있습니다.이러한 혼합물은 형태 안정성과 시각적 투명성이 우수하여 저가 포장 용도에 유용합니다.

PLA는 바닥 매트, 패널 및 커버와 같은 자동차 부품에 사용됩니다.널리 사용되는 폴리프로필렌(PP)에 비해 내열성과 내구성은 떨어지지만, 단부 그룹의 캡핑 등의 방법으로 특성을 개선하여 가수분해를 [36]감소시킨다.

농업

섬유형태에서는 PLA는 모노필라멘트 낚싯줄 및 식생 및 방초용 그물에 사용된다.그것은 모래주머니, 화분 심기, 결속 테이프, [36]로프에 사용된다.

의료의

PLA는 무해한 젖산으로 분해될 수 있으므로 앵커, 나사, 플레이트, 핀, 로드 및 [36]메시 형태의 의료용 임플란트로 사용하기에 적합합니다.사용하는 타입에 따라서는 6개월에서 2년 이내에 체내에서 분해됩니다.이러한 점진적인 열화는 지지 구조물에 바람직하다. 왜냐하면 지지 부위가 치유됨에 따라 하중을 신체(예: 뼈)로 점진적으로 전달하기 때문이다.PLA 및 PLLA 삽입물의 강도 특성은 [37]잘 문서화되어 있습니다.

생체적합성과 생분해성 덕분에 PLA는 약물 전달을 위한 고분자 골격으로 관심을 끌었다.

폴리(L-락타이드-co-D, L-락타이드)(PLDLA)와 인산삼칼슘(TCP)의 복합 혼합물을 골공학을 [38][39]위한 PLDLA/TCP 스캐폴드로 사용한다.

PLLA(Poly-Lactic acid)는 볼의 지방 위축 치료에 사용되는 안면 부피 증진제인 스컬트라의 주성분입니다.

PLLA는 대식세포 존재 하에서 이물질 반응을 통해 섬유아세포의 콜라겐 합성을 촉진하기 위해 사용된다.대식세포는 사이토카인과 섬유아세포를 자극하여 콜라겐을 주위 조직으로 분비하는 TGF-β와 같은 매개체 분비의 자극제 역할을 한다.따라서 PLLA는 피부과 [40][41]연구에 잠재적으로 적용될 수 있습니다.

PLLA는 여러 동물 [42]모델에서 기계적으로 튼튼한 연골의 성장을 자극하는 압전 효과를 통해 소량의 전류를 발생시킬 수 있는 비계로서 연구되고 있다.

열화

PLA는 다음 세 [44]가지 메커니즘에 의해 생물적으로 분해됩니다.

  1. 가수 분해:주쇄의 에스테르기는 분해되어 분자량을 감소시킨다.
  2. 열분해:Mw가 다른 가벼운 분자, 선형 및 고리형 올리고머, 락타이드 등의 다른 화합물의 출현을 초래하는 복잡한 현상.
  3. 광열화:자외선은 열화를 유발한다.이는 PLA가 플라스틱 재배, 포장 용기 및 필름에서 주로 햇빛에 노출되는 요인이다.

가수분해 반응은 과 같습니다 - + - + -- { { - + - -

주변 온도에서는 열화 속도가 매우 느립니다.2017년 연구에 따르면 해수 25°C에서 PLA는 1년 동안 질량 손실을 보이지 않았지만 폴리머 사슬의 파괴나 수분 [45]흡수는 측정하지 않았다.그 결과 매립지와 가정용 퇴비에서는 잘 분해되지 않지만, 더 뜨거운 산업용 퇴비에서는 효과적으로 소화되며, 일반적으로 60°C(140°F)[46] 이상의 온도에서 가장 잘 분해됩니다.

순수한 PLA 폼은 태아 소 혈청(FBS)을 보충한 Dulbecco의 수식 Eagle's medium(DMEM)에서 선택적으로 가수분해된다.DMEM+FBS에 30일 동안 잠긴 후, PLLA 골격은 무게의 [47]약 20%를 감량했습니다.

다양한 분자량의 PLA 샘플은 금속 복합 [48][49][50]촉매를 사용하여 젖산메틸(녹색 용매)로 분해되었습니다.

또한 PLA는 Amycolatopsis와 Saccharotrix와 같은 일부 박테리아에 의해 분해될 수 있습니다.Amycolatopis sp.의 정제 단백질 분해효소인 PLA 탈중합효소도 PLA를 분해할 수 있다.트리티라치움 앨범의 프로나아제 및 가장 효과적으로 단백질분해효소 K와 같은 효소는 [51]PLA를 분해한다.

종말

PLA에는 SPIResin ID 코드7이 있습니다

가장 일반적인 것은 다음 4가지 종료 시나리오입니다.

  1. 재활용: 화학 물질 또는 기계 물질일 수 있습니다.현재 PLA에는 SPI수지 식별코드 7(기타)이 적용 가능하다.벨기에에서 갤럭틱은 PLA(Loopla)[52]를 화학적으로 재활용하는 첫 파일럿 유닛을 시작했다.기계적 재활용과 달리, 폐자재는 다양한 오염물질을 수용할 수 있습니다.폴리유산(Polylactic acid)은 열탈중합 또는 가수분해로 화학적으로 모노머로 재활용할 수 있다.정제 시, 단량체는 원래의 성질을 잃지 않고 처녀 PLA의 제조(요람에서 요람으로 재활용)에 사용될 [dubious – discuss]수 있다.수명이 다한 PLA는 에스테르 [50]교환에 의해 화학적으로 젖산메틸에 재활용될 수 있다.
  2. 퇴비화: PLA는 공업 퇴비화 조건 하에서 생분해되며, 화학 가수분해 공정에서 시작하여 미생물 소화를 거쳐 궁극적으로 PLA를 분해합니다.산업용 퇴비화 조건(58°C(136°F))에서 PLA는 60일 이내에 부분(약 절반)을 물과 이산화탄소로 분해할 수 있으며, 나머지는 물질의 [55]결정 정도에 따라 훨씬 [54]더 느리게 분해됩니다.필요한 조건이 없는 환경은 수백 년 또는 수천 [56]년 동안 완전히 분해되지 않은 비생물 플라스틱과 유사한 매우 느린 분해 과정을 보게 될 것입니다.
  3. 소각 : PLA는 탄소, 산소, 수소 원자만을 함유하고 있기 때문에 염소 함유 화학물질이나 중금속을 생성하지 않고 소각할 수 있다.염소를 포함하지 않기 때문에 [57]소각 시 다이옥신이나 염산을 생성하지 않습니다.잔류물 없이 PLA를 연소할 수 있습니다.이러한 결과와 다른 결과는 소각이 폐기물 [58]PLA의 환경 친화적인 처리임을 시사한다.
  4. 매립: PLA는 주변 온도에서 매우 느리게, 종종 다른 [56]플라스틱만큼 느리게 열화되기 때문에 가장 바람직하지 않은 옵션은 매립입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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