PLA bioplastics begrijpen: samenstelling, toepassingen en duurzaamheid

Het kiezen van een materiaal is een van de belangrijkste beslissingen die een ingenieur of productontwerper kan nemen. Het materiaal van een onderdeel zal een direct effect hebben op de mechanische en chemische eigenschappen. Bijvoorbeeld, het gebruik van een blend van acrylonitril butadieen styreen (ABS) en polycarbonaat (PC) zal een injectiegegoten onderdeel voorzien van een unieke mix van de sterkte en hittebestendigheid van PC en de flexibiliteit van ABS.

Als onderdeel van de lopende verschuiving naar meer duurzame, milieuvriendelijke materialen die zich in alle industrieën voordoen, hebben zowel traditionele als additieve productiedienstverleners in de laatste jaren zwaarder geïnvesteerd in eco-bewuste materialen. Bioplastics zijn een populaire alternatief voor petroleum-gebaseerde kunststoffen. Volgens European Bioplastics, wordt de wereldwijde markt voor bioplastics verwacht te stijgen met 25% tot 2023 en de wereldwijde productie van bioplastics wordt verwacht 26,2 miljoen ton per jaar te bereiken.

Ter ere van de Aardedag, graven we in PLA bioplastics. Hier is alles wat u moet weten over dit eco-vriendelijke materiaal.

Wat zijn PLA bioplastics?

PLA bioplastics worden gemaakt van polylactic acid, een transparante thermoplastische alifatische polyesters gemaakt van hernieuwbare bronnen. Bio-gebaseerde kunststoffen als PLA worden afgeleid van biomassa zoals maïs, suikerriet, zeewier, of zelfs garnalenschillen. PLA is ook biologisch afbreekbaar, wat betekent dat het in natuurlijke omstandigheden afbreekt en alleen biomassa, kooldioxide en water achterlaat.

Het is belangrijk om te noteren dat niet alle bio-gebaseerde kunststoffen noodzakelijk biologisch afbreekbaar zijn, en vice versa. PLA bioplastics zijn de enige commercieel beschikbare bioplastics die zowel bio-gebaseerd als biologisch afbreekbaar zijn, en ze zijn een van de weinig bioplastics geschikt voor 3D-printers.

Hoe worden PLA bioplastics gemaakt?

In de eerste stap van het productieproces voor PLA bioplastics, wordt maïzemel gescheiden van nat gemalen maïs, gecombineerd met zuur of enzymen, en vervolgens verhit. De hitte breekt de maïzemel af en produceert dextrose of maïssuiker.

De maïssuiker wordt vervolgens gegist om L-lactzuur te produceren, wat de hoofdbestanddeel is van PLA. De melkzuur kan direct in zijn directe toestand worden gebruikt, wat PLA's moleculaire gewicht en thermische eigenschappen verhoogt, of het kan direct gepolymeriseerd worden.

Veelvoorkomende typen PLA zijn poly L-lactide (PLLA), poly D-lactide (PLDA), en poly-DL-lactide (PDLLA).

Voor- en nadelen van PLA bioplastics

PLA bioplastics ontvangen veel buzz voor het zijn milieuvriendelijk. Omdat ze afgeleid zijn van hernieuwbare bronnen, putten ze niet de werelds eindige voorraad aan petroleum uit, en ze zijn bijna volledig koolstofneutraal. Ze zijn mechanisch herbruikbaar en geven geen giftige rook af bij zuurstoftoevoeging. PLA bioplastics hebben ook uitstekende mechanische eigenschappen vergeleken met andere polyesters.

Helaas zijn PLA bioplastics niet volledig onschadelijk voor het milieu. Productie met elk plastic brengt een zekere hoeveelheid afval en vervuiling met zich mee – PLA bioplastics zijn geen uitzondering. Er zijn nog oogst-, raffinage- en scheepvaartemissies te overwegen.

Verder vragen sommigen zich af waar PLA bioplastics staan in het grotere plaatje van milieubescherming en humanitarisme. Bijvoorbeeld: is het ethisch om maïs te gebruiken om PLA bioplastics te maken wanneer voedselonzekerheid een groot deel van de wereld plaagt? Als meer plasticfabrikanten overschakelen naar bioplastics, kunnen gebieden getroffen door ontbossing, als de regenwouden, nog kwetsbaarder worden.

Wat meer is, de inherente herbruikbaarheid van bioplastics kan gemakkelijk gecompromitteerd worden. PLA bioplastics worden vaak gemengd met minder eco-vriendelijke, niet-herbruikbare polymeren om hun sterkte te vergroten en ze te beschermen tegen broos worden. Deze hybride PLA bioplastics zullen onder specifieke composteringomstandigheden in drie maanden ontbinden tot non-toxische materialen, maar diezelfde ontbinding kan tussen 100 en 1.000 jaar duren op een standaard stortplaats.

Veelvoorkomende toepassingen en use cases

Toch zijn PLA bioplastics extreem veelzijdige materialen met een brede verscheidenheid aan use cases in veel industrieën. Milieuvriendelijke bekers, plastic containers, flessen en theezakjes worden allemaal gemaakt met PLA bioplastics. Ze worden erkend als veilig voor voedselverpakkingsapplicaties door de United States Food and Drug Administration (FDA).

Veel ingenieurs in de medische industrie geven de voorkeur aan PLA bioplastics boven petroleum-gebaseerde kunststoffen omdat ze non-toxisch zijn tot en met de ontbinding. Producten gemaakt met PLA bioplastics kunnen in het lichaam oplossen en zijn veilig voor gebruik met minimale inflammatie en infectierisico. Veelvoorkomende toepassingen omvatten chirurgische schroeven en mesh, geneesmiddelafgifte systemen, botfixatieapparaten, en weefselengineering. Hoewel PLA nuttig is bewezen voor deze verbruiksartikelen, zijn eco-vriendelijke materialen niet ontwikkeld om aan de strengere prestatie-eisen van hoge-waarde toepassingen te voldoen.

Laten we samenwerken voor een betere toekomst

Terwijl de plaats van PLA bioplastics in de grotere visie voor duurzaamheid in de productieindustrie nog wordt bepaald, is dit biologisch afbreekbare en bio-gebaseerde materiaal relatief eco-vriendelijk. Het is gemaakt van hernieuwbare materialen en zal geen afval achterlaten. Maar zoals het nu staat, is geen plastic perfect, en het kan onmogelijk zijn om alle afval en koolstofemissies volledig te elimineren.

Naarmate de productieindustrie zich blijft ontwikkelen naar een groenere toekomst, hopen we meer onderdelen te zien geproduceerd met PLA bioplastics en milieubewuste alternatieven voor petroleum-gebaseerde materialen met schadelijke koolstofvoetafdrukken. Elke stap die we kunnen nemen in de richting van grotere duurzaamheid is een stap waard te nemen.

Bij Fast Radius willen we producten tot leven wekken die een betere toekomst creëren. Van het opschalen van de productie van gezichtsschermen om COVID-19 te bestrijden tot het maken van de toeleveringsketen duurzamer, we zoeken altijd naar manieren om nieuwe dingen mogelijk te maken door on-demand productie. Neem vandaag nog contact met ons op als u een idee heeft dat de wereld een beetje groener kan maken – of als u klaar bent om aan uw volgende productieproject te beginnen.

Klaar om meer te leren? Bekijk het Fast Radius kenniscentrum voor meer informatie over high-tech materialen en onze volledige suite aan dienstverlening.

Klaar om uw onderdelen te maken met Fast Radius?