آیا PLA در واقع زیست تخریب پذیر است؟
ترکیبات
PLA رایج ترین ماده مورد استفاده در فیلامنت های چاپگر سه بعدی است
PLA به عنوان یک پلاستیک زیستی در نظر گرفته می شود زیرا از موادی استفاده می شود که از محصولات زیست تجدید پذیر تهیه شده است. این بدان معناست که از واحدهای اسید لاکتیک تشکیل شده است، اسیدهای آلی کوچکی شبیه به آنهایی که در بسیاری از غذاهایی که روزانه با آنها مواجه می شویم یافت می شود. به نان ترش ، ماست ، سس سویا و البته ذرت فکر کنید. در حقیقت، هر چیزی که دارای گلوکز باشد می تواند از لحاظ نظری به مولکولهای اسید لاکتیک تبدیل شود.
این واحدهای اسید لاکتیک پایه پلاستیک PLA هستند و ویژگی های مکانیکی ضعیف و خصوصیات مفید چاپ PLA را در بر می گیرند. به عنوان مثال، اسید لاکتیک موجود در PLA دارای کریستالیتی پایینی است و باعث می شود دمای انتقال شیشه ای پایینی داشته باشد.
این دمای پایین انتقال شیشه، در میان عوامل دیگر، باعث ذوب و دستکاری قطعات PLA می شود، به همین دلیل است که چاپ سه بعدی آسان است. با این حال، این مقدار کم انتقال شیشه ای نیز به این دلیل است که قطعات PLA نسبتاً شکننده و ضعیف هستند.
مواد افزودنی، رنگ و ویژگی های دیگر را به پلاستیک PLA می دهند
سایر مواد رایج چاپ سه بعدی، مانند PETG (نسخه مشتق شده از پلاستیک زیستی PET) و ABS (پلاستیک بر پایه نفت)، قدرت بیشتری دارند، اما چاپ سه بعدی آنها دشوارتر است. این به این دلیل است که آنها از مولکولهایی که با واحدهای اسید لاکتیک PLA مطابقت دارند، تشکیل نشده اند، زیرا پلیمرهای آنها به طور کلی بلورینگی بالاتری دارند. این کریستالیته بالاتر باعث افزایش دمای انتقال شیشه می شود و آنها را قوی تر اما سخت تر چاپ می کند.
مواد افزودنی
بسیاری از فیلامنت های PLA حاوی اجزا و مواد شیمیایی دیگری هستند که به عنوان افزودنی ها شناخته می شوند. افزودنی ها "خلوص" PLA را رقیق می کنند، اما در عوض، آنها را برای چاپ سه بعدی یا اهداف دیگر کاربردی تر می کنند.
افزودنیهای مختلفی در صنعت تولید پلاستیک استفاده می شود و هر کدام ترکیب و هدف منحصر به فردی دارند. تولیدکنندگان پلاستیک معمولاً از ترکیبات متمایز افزودنی برای همراهی با مواد اولیه مانند PLA استفاده می کنند. در میان چیزهای دیگر، این مخلوط ها باعث تغییر در خواص مواد، عملکرد چاپ سه بعدی و رنگ می شوند. (PLA به طور طبیعی یک رنگ شفاف و شیری رنگ است.)
به عنوان مثال، بیشتر فیلامنت های PLA+ قوی تر از فیلامنت های معمولی PLA هستند و سازندگان با استفاده از افزودنی های اصلاح کننده ضربه، به این امر دست می یابند. این نوع افزودنی به طور خاص به منظور پلاستیک کمتر شکننده و مقاوم در برابر ضربه است. نمونه هایی از افزودنی های اصلاح کننده ضربه، که در برخی از فیلامنت های چاپ سه بعدی استفاده می شوند شامل مواردی از Sukano Polymer و Arkema Incorporated می باشند.
تولید
PLA یک پلاستیک زیستی است که معمولاً از گیاهان ذرت تهیه می شود
در حالی که پلاستیک PLA ممکن است یک پلاستیک زیستی باشد که از محصولات تولید شده در حیاط خلوت شما ساخته شده است، مراحل زیادی در فرآیند تولید PLA وجود دارد. این بدان معناست که تنها افرادی واقعاً قادر به ساختن آن هستند که تولیدکنندگان حرفه ای با دسترسی به ماشین آلات گران قیمت هستند. در این بخش، ما روند تولید پلاستیک PLA، به ویژه فیلامنت PLA را بررسی می کنیم.
استخراج و ایجاد
اولین قدم تامین منابع اولیه PLA است. همانطور که گفتیم، PLA شامل اسیدهای لاکتیک است که می تواند از موجودات و گیاهان حاوی گلوکز گرفته شود. ذرت یکی از رایج ترین گیاهانی است که برای تولید اسید لاکتیک برای فیلامنت های PLA استفاده می شود، زیرا حاوی مقدار مناسبی از گلوکز است.
برای استخراج اسیدهای لاکتیک از ذرت، گیاه تحت فرایندی موسوم به آسیاب مرطوب قرار می گیرد که نشاسته را از بدن خارج می کند. سپس نشاسته با سایر مواد شیمیایی ترکیب شده و گرم می شود تا دکستروز، که بیشتر به عنوان شکر شناخته می شود، جدا شود. پس از این اتفاق دکستروز تخمیر می شود تا به مونومرهای اسید لاکتیک برسد.
اسیدهای لاکتیک برای ساختن پلاستیک PLA از طریق یکی از دو فرآیند خاص استفاده می شود: پلیمریزاسیون که متداول تر است یا تراکم. این فرایندها مولکولهای اسید لاکتیک را با استفاده از دستیارهای شیمیایی و حرارت به هم پیوند می دهند، که به نوبه خود پلاستیک PLA را تولید می کند.
فیلامنت با قرص های شفاف یا سفید شروع می شود
عواقب
از لحاظ نظری، پلاستیک PLA یک پلاستیک زیستی تجدیدپذیر است زیرا از اسیدهای لاکتیک گیاهان تجدید پذیر تهیه شده است. با این حال، این گیاهان تنها نقطه شروع ساخت پلاستیک PLA هستند. بسیاری از مواد شیمیایی افزودنی و فرآیندهای شدید نیز استفاده می شود. به این ترتیب، در حالی که PLA در یک محصول PLA ممکن است زیست تخریب پذیر تلقی شود، مواد افزودنی، مانند اصلاح کننده های ضربه، ممکن است کمتر یا تجزیه پذیر نباشند.
زمان لازم برای تجزیه مواد بستگی به بلورینگی آن دارد و بین دو جنبه ارتباط مستقیم دارد. هرچه بلوریت ماده کمتر باشد، میکروارگانیسم های مسئول تجزیه بیولوژیکی مواد را از نظر شیمیایی آسان تر می کنند. همانطور که اشاره کردیم، بلورین PLA نسبت به سایر پلاستیک ها، به ویژه نفتی، کریستالینیت کمی دارد. با این حال، اگر مواد افزودنی را که دارای بلوریته بالاتری هستند مخلوط کنید، تجزیه پذیری زیستی محصول نهایی بدتر می شود و تجزیه آن بیشتر طول می کشد.
علاوه بر این، بسیاری از فرآیندهای مصنوعی و غیر طبیعی برای ساختن محصول PLA وجود دارد، از جمله تخمیر، پلیمریزاسیون یا تراکم و استفاده از دستیارهای شیمیایی. این فرایندها ممکن است تجزیه پذیری زیستی اجزای خاصی را تحت تأثیر شیمیایی قرار دهند و دوباره به دوستدار محیط زیست محصول PLA آسیب برساند. به عنوان مثال، پلیمریزاسیون بلور بودن پلیمرها را افزایش می دهد، بنابراین باعث تجزیه مواد بیشتر می شود.
در پایان، اگرچه ممکن است به نظر برسد که PLA باید تجزیه پذیر باشد زیرا از گیاهان ساخته شده است، اما باید تجزیه زیستی سایر مواد و فرایندهای تولید را در نظر بگیرید.
تجزیه بیولوژیکی
بعد از سالها بیرون ماندن ، این 3DBenchy هنوز حداقل علائم تخریب را نشان می دهد
اکنون که می دانید PLA از چه چیزی ساخته شده و از کجا آمده است، وقت آن است که در مورد تجزیه زیستی آن بحث کنیم. در این بخش، ما چندین عامل را بررسی می کنیم که می تواند در کاهش آن موثر باشد.
فرآیند شکست
برخلاف تصور، موادی که زیست تخریب پذیر تلقی می شوند، PLA می تواند صدها سال طول بکشد تا در محیطی مانند محل دفن تخریب شود.
در واقع، تنها گذاشتن یک قطعه PLA برای سالها بعید است که تأثیری بر ترکیب پلاستیکی آن داشته باشد. این توسط یوتیوبر هابی هاردر نشان داده شد، که چند 3DBenchys را در حیاط خلوت به مدت دو سال دفن کرد. پس از بازیابی، آزمایشات نشان داد که قطعات، اگرچه کمی ضعیف تر هستند، اما هیچ نشانه فیزیکی واضحی از تجزیه بیولوژیکی ندارند و هنوز اساساً 100٪ سالم هستند.
اگرچه این یک آزمایش علمی کنترل شده نیست، اما این ویدئو به خوبی نمایانگر واقعیت پشت زیست تخریب پذیر بودن PLA است که به راحتی تجزیه نمی شود. در واقع، برخی منابع تا آنجا می گویند که PLA، در حالی که قابل تجزیه است، تجزیه پذیر نیست به این دلیل که شرایط لازم موثر برای تجزیه شدن PLA در محیط های طبیعی نادر است.
در پایان، مهم است به یاد داشته باشید که PLA هنوز یک ماده پلاستیکی است و همه پلاستیک ها، از جمله پلاستیک های زیستی که در اصل از گیاهان آمده است، به راحتی تجزیه نمی شوند. با این حال، راهی برای افزایش سرعت وجود دارد: امکانات تخصصی و درجه صنعتی.
شرایط سخت محیطی
خاک، در حالی که سرشار از میکروب است، اما برای PLA کافی نیست
اساساً تنها راه برای تجزیه موثر PLA، در یک محیط منحصر به فرد و کنترل شده است. دو شرط اصلی وجود دارد که باید برای ایجاد این محیط رعایت شود و آنها معمولاً نیاز به استفاده از تجهیزات و امکانات صنعتی دارند.
1.میکروب
اولین شرط تعداد زیادی میکروارگانیسم است که می توانند PLA را از بین ببرند و در نتیجه پلاستیک را در سطح شیمیایی تجزیه کنند. این برای همه ی تجزیه های بیولوژیکی ضروری است، اما برای تأثیر قوی بر PLA، مقدار زیادی میکروارگانیسم لازم است، حتی بیشتر از آنچه معمولاً در یک دسته از خاکهای استاندارد و غنی از میکروب وجود دارد.
2.گرما
شرط دوم گرما است. PLA دارای دمای انتقال شیشه در حدود 60 درجه سانتی گراد است، به این معنی که قسمتی از PLA نرم می شود و در این دما شروع به ذوب شدن می کند. با گرم شدن، PLA تغییر شکل می دهد و هوا را آزاد می کند، فضای کمتری را اشغال می کند و به میکروب ها اجازه می دهد تا پلاستیک را به طور موثرتری تجزیه کنند.
توجه داشته باشید که ذوب PLA به طور مستقیم به تخریب آن کمک نمی کند. این به سادگی برای فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی مورد نیاز است. به عنوان مثال، میکروب ها فقط در دمای بالای 30 درجه سانتی گراد شروع به تجزیه PLA می کنند.
در نهایت، تجزیه بیولوژیکی قطعات PLA در محیط مرطوب بسیار مهم است. همانطور که در یک مطالعه مشخص شد، افزایش رطوبت منجر به افزایش میزان هیدرولیز می شود، که تجزیه شیمیایی یک ماده است.
بنابراین آیا PLA زیست تخریب پذیر است؟ نه واقعا. مگر اینکه قطعات PLA خود را به تأسیسات کمپوست صنعتی ارسال کنید، احتمالاً در قرن های آینده در کنار همتایان ABS و PETG خود قرار خواهند گرفت.
دلایل
پلاستیک ABS بسیار بیشتر از پلاستیک PLA طول می کشد تا تجزیه شود
در حالی که PLA را می توان از نظر فنی زیست تخریب پذیر دانست، در عمل، اینطور نیست. در عین حال، میزان تجزیه پذیری PLA تا حدی به دیدگاه شما بستگی دارد.
اگر PLA را با توت فرنگی مقایسه می کنید، بیوپلاستیک بسیار بدتر است. میوه های طبیعی مانند توت فرنگی بیش از یک هفته طول نمی کشد تا کاملاً تجزیه شده و به محیط بازگردند. از طرف دیگر، تجزیه پذیری PLA می تواند در مقایسه با سایر پلاستیک ها، مانند ABS یا پلاستیک های مورد استفاده در کیسه های پلاستیکی، خوب به نظر برسد.
پلاستیک های دیگر
بیشتر پلاستیک های دیگر، از جمله ABS، نفتی هستند. به این معنی که از روغن ساخته شده اند. ABS و پلاستیک های مشابه، مانند آنهایی که در کیسه های پلاستیکی استفاده می شوند، حداقل صدها سال طول می کشد تا به طور طبیعی تجزیه شوند. از آنجا که آنها از مواد طبیعی تشکیل نشده اند، تجزیه آنها برای میکروارگانیسم ها دشوارتر است و حتی در صورت تجزیه، پلاستیک های روغنی همچنان به محیط زیست آسیب می رسانند. از این منظر، PLA را شاید بتوان یک انتخاب دوستدار محیط زیست تا آنجا که فیلامنت مورد نظر است، در نظر گرفت.
پلاستیک PLA زیست تخریب پذیر
فیلامنت "Imperfect" Protopasta از "seconds" ساخته شده است
اگرچه PLA به طور طبیعی تجزیه پذیر نیست، اما در برخی از محصولات متمرکز بر PLA، قابلیت تجزیه زیستی افزایش یافته یا سایر ویژگی های متمرکز بر محیط را ارائه می دهند. اگر سعی می کنید ردپای پلاستیکی خود را کاهش دهید اما همچنان می خواهید از مزایای استفاده از پلاستیک PLA برخوردار باشید، ممکن است بخواهید این مارک ها و محصولات را بررسی کنید.
یکی از گزینه های تا حدودی محبوب، افزودنی ویژه Earth Nurture است. Earth Nurture ادعا می کند که افزودنی اصلی آنها می تواند تجزیه زیستی پلاستیک PLA را با تحریک میکروب ها در خوردن هر گونه PLA بهبود بخشد.
سایر محصولات نیز جنبه های سازگار با محیط زیست را ارائه می دهند، حتی اگر زیست تخریب پذیر نباشند. به عنوان مثال، می توانید فیلامنت های زباله PLA را که به بیرون پرتاب شده یا غیرقابل استفاده تلقی می شود خریداری کنید. مارک های فیلامنت چاپگر سه بعدی مانند Protopasta فیلامنت ناقص خود، از جمله پلاستیک PLA را با نرخ تخفیف می فروشند. علاوه بر این، شما به جلوگیری از زباله شدن این پلاستیک کمک می کنید.
مجموعه ثمین به علاقه مندان پرینترهای سه بعدی، پرینتر سه بعدی S3030 را پیشنهاد می کند.
بازیافت
می توانید با آسیاب کردن فیلامنت های PLA قدیمی برای خود فیلامنت PLA بازیافتی درست کنید
در نهایت، اگر هدف کاهش ردپای پلاستیک باشد، بازیافت PLA راه خوبی برای جلوگیری از ضایعات آن است. بازیافت PLA را می توان به چند روش انجام داد، از جمله بازیافت مستقیم پلاستیک یا خرید رشته های بازیافت شده قبلی.
اگرچه به راحتی مانند مقوا قابل بازیافت نیست، اما وقتی به درستی انجام شود، PLA قابل بازیافت و استفاده مجدد است. به عنوان یک ترموپلاستیک، می توانید PLA را در حالت مایع ذوب کنید، و اجازه دهید مواد به راحتی دستکاری شده و برای استفاده دیگری چرخانده شوند. (بسیاری از پلاستیک های دیگر را نمی توان با این روش بازیافت کرد، به ویژه ترموست ها، که پیوندهای شیمیایی برگشت ناپذیری ایجاد می کنند.)
دو راه اصلی برای بازیافت پلاستیک زباله PLA شما وجود دارد، به ویژه PLA چاپ سه بعدی. اولین مورد این است که PLA خود را به یک مرکز بازیافت مخصوص ببرید که این نوع پلاستیک را می پذیرد. (در اکثر کشورها، نمی توانید PLA را به سادگی با پلاستیک های دیگر خود در سطل بازیافت بریزید.) برای این کار، مراکز بازیافت تخصصی را در منطقه خود جستجو کنید. شاید مجبور باشید هزینه ای بپردازید، اما بهتر از انداختن یک کیسه زباله از چاپهای سه بعدی ناموفق در محل دفن زباله است!
راه دوم برای بازیافت PLA اضافی این است که خودتان آن را انجام دهید، با استفاده از بازیافت فیلامنت و اکسترودر فیلامنت. با یک بازیافت فیلامنت می توانید PLA هدر رفته خود را به قطعات کوچک و قرض خرد کرده و خرد کنید. سپس، این قرص ها را در یک اکسترودر فیلامنت بارگذاری کنید، که آنها را خرد کرده، ذوب کرده و خنک می کند و به فیلامنت تبدیل می کند که بعداً می توانید از آنها استفاده کنید.
اگر در واقع PLA را بازیافت نمی کنید، آخرین کاری که می توانید انجام دهید خرید پلاستیک PLA بازیافتی است. PLA بازیافتی آنطور که فکر می کنید به خطرناک نیستند.
ترجمه و جمع آوری : واحد تحقیق و توسعه خدمات پرینتر های سه بعدی ثمین samin3d