راهنمای پلاستیک PLA در انواع پرینترهای سه بعدی صنعتی و غیر صنعتی

“راهنمای ما در مورد پلاستیک PLA در انواع پرینترهای سه بعدی صنعتی را مورد بررسی قرار دهید تا تمام مطالب مربوط به آن را یاد بگیرید:
اسید پلی لاکتیک که بیشتر به عنوان PLA شناخته می‌شود، پلیمری است که بر خلاف ترموپلاستیک ها که مبتنی بر نفت هستند از منابع تجدیدپذیر ساخته شده‌است. برخی از مواد خام مورد استفاده برای تولید PLA شامل نشاسته ذرت، ریشه‌های تاپیوکا یا نیشکر است.
PLA می‌تواند با سایر پلاستیک‌ها در صنعت رقابت کند. ویژگی های خاص PLA و علاقه مشتریان بخاطر استفاده از موادی که کمتر سمی باشد،باعث ورود PLA به عرصه رقابت شده است.
در این مقاله، ما بر پلاستیک PLA، ترکیب آن، مزایا، اشکالات و روش‌های تولید تمرکز خواهیم کرد. اگر شما علاقه‌مند به خواندن در مورد PLA هستید، مقاله زیر را بررسی کنید.”

PLA چگونه ساخته شده‌ است؟

دانه های اولیه PLA

PLA پلی استری است که با تخمیر منبع های کربوهیدرات مثل نشاسته ذرت یا نیشکر تحت شرایط کنترل‌شده تولید می‌شود. بلوک‌های سازنده آن می‌توانند به صورت اسید لاکتیک یا لاکتید مونومر باقی بمانند که آن‌ها نیز بعدا به PLA، پلیمر خواهند شد.

در ابتدا، ذرت از میان اسیاب مرطوب عبور می‌کند. اینجا است که ذرات نشاسته از هم جدا می‌شوند. سپس نشاسته با اسید یا آنزیم مخلوط شده و حرارت داده می‌شود. این فرآیند نشاسته را به قند (گلوکز) یا شکر ذرت تبدیل می‌کند. در نهایت، تخمیر گلوکز، اسید لاکتیک را تولید می‌کند که سازنده اصلی PLA است.

دو روش کلی برای تولید پلاستیک PLA از اسید لاکتیک بکار گرفته می‌شود. اولی از لاکتید به عنوان یک حالت واسط استفاده می‌کند که منجر به وزن مولکولی بیشتر می‌شود؛ روش دوم شامل پلیمریزاسیون مستقیم اسید لاکتیک است. 

مزایای PLA چیست؟

رنگ بندی های PLA

دو مورد از برجسته ترین ویژگی های PLA دلالت بر این دارد که مواد PLA از محیط زیست به دست می‌آیند و بر مبنای زیستی بوده و  زیست تخریب پذیر هستند. 

PLA زیست تخریب پذیر به معنی آن است که تبدیل به مواد طبیعی مانند آب، کربن دی‌اکسید و کامپوزیت می‌شود.

این فرآیند توسط میکروارگانیسم‌ها در محیط انجام می‌شود و به شدت وابسته به شرایطی مانند دما و رطوبت است. PLA یک ترموپلاستیک است، به این معنی که می‌تواند بدون از بین رفتن خواص مکانیکی آن، ذوب و تغییر شکل یابد. از این رو، PLA به طور مکانیکی قابل بازیافت است.

PLA از منابع تجدیدپذیر مشتق می شود که محدودیت دسترسی ندارند ولی پلاستیک های نفتی محدودیت دسترسی دارند. کربن خنثی دارد : یعنی منابع تجدید پذیر آن در واقع کربن را جذب می کنند. همچنین این ماده هنگام اکسیژن رسانی بخارات سمی آزاد نمی کند.

پتانسیل اقتصادی: 

پلاستیک های زیستی با ایجاد فرصت های شغلی و توسعه مناطق روستایی، یک بازار رو به رشد را ارائه می دهند و تخمین زده می شود که تا سال 2030 تا 300000 شغل بسیار ماهر در بازار زیستی اروپا ایجاد شود که بیش از 10 برابر تعداد فعلی آن است.

پلاستیک PLA توسط سازمان غذا و داروی آمریکا بعنوان موردی ایمن شناخته می‌شود. علاوه بر این، برای تمامی کاربردهای بسته‌بندی مواد غذایی نیز ایمن است و همچنین غیر سمی بودن آن امکان استفاده از آن در موارد پزشکی را نیز فراهم کرده است.

معایب PLA چیست؟

معایب PLA

تجزیه ای کند در خارج از محیط  کنترل شده دارد. حتی با اینکه پلاستیک PLA زیست تخریب پذیر است، بازهم سه ماه طول میکشد تا تجزیه شود که آن هم در شرایط کمپوست خاص و کنترل‌شده است.

اگر شرایط خاص در دسترس نباشد، برای منبع انبوه PLA ممکن است بین 100تا 1000 سال وقت نیاز باشد تا تجزیه شود.

یک مساله اخلاقی اساسی با تولید PLA وجود دارد. جمعیت رو به افزایش جهان این نگرانی را به وجود می‌آورد که آیا منبع نشاسته و ذرت باید برای ساخت PLA استفاده شود یا به عنوان منبع غذای مردم استفاده شود.

این به شدت به استفاده از محصولات تراژنی وابسته است اما فقدان پیگیری و مدیریت، یک عیب بزرگ در حوزه مشکلات عمومی است.

مخلوط کردن PLA با پلاستیک سنتی می‌تواند فرآیند بازیافت را آلوده کند. به خاطر مواد شیمیایی متفاوت در پلاستیک‌های نوع ۱ تا نوع 6 ،  PLA را باید قبل از شروع فرآیند بازیافت جداسازی‌ کرد.

خوبی ها و بدی های تجزیه:

فرض کنید که می‌خواهید از پلاستیک زیست تخریب پذیر استفاده کنید تا غذای خود را ذخیره کنید. استفاده از یک پلاستیک که (تحت شرایط مناسب) قرن‌ها مورد استفاده قرار میگیرد، شگفت‌انگیز به نظر می‌رسد.

در آینده نزدیک، شما می‌خواهید که غذای شما تا آنجا که می‌تواند، تازه و خوش‌مزه باقی بماند. این یک مشکل به ویژه برای صادرات مواد غذایی است که باید از تولید، بسته‌بندی، حمل و نقل، فروش خاص برای سالم ماندن غذا استفاده شود.

پلاستیک PLA رفتاری شکننده (تجزیه می‌شود) خواهد داشت مگر اینکه آن را با پلیمرهای کمتر سازگار با محیط زیست مخلوط کنند. وقتی PLA با پلاستیک های پایه نفتی مقایسه می شود، پلاستیک های زیستی مانند PLA از نظر قدرت و تبلور  ضعیف تر هستند.

ویژگی‌های PLA

ویژگی‌های رئولوژیکی:

PLA یک سیال غیر نیوتنی است. این بدان معنی است که ویسکوزیته آن (مقاومت در برابر جریان) بسته به فشاری که در معرض آن قرار دارد، تغییر خواهد کرد.

به طور کلی  PLAیک ماده نازک شده برشی است که ویسکوزیته آن با فشار کاربردی کاهش می‌یابد.

ویژگی‌های مکانیکی:

پلاستیک PLA خواص مکانیکی بهتری در مقایسه با پلیمرهای سنتی مانند پلی پروپیلن، پلی استایرن و پلی اورتان دارد. به خصوص وقتی به مدل یانگ (توانایی تحمل طویل شدن تحت کشش و فشار)، مقاومت کششی (نیروی مورد نیاز برای کشیدن چیزی) و مقاومت انعطاف پذیری (فشار مورد نیاز برای شروع تغییر شکل پلاستیک) توجه میشود.

 خواص دمایی:

خصوصیات حرارتی به وزن مولکولی بستگی دارد و PLA  به عنوان یک پلیمر نیمه بلوری طبقه بندی میشود. دمای انتقال شیشه آن ~ 55 درجه سانتیگراد و دمای ذوب آن  ~ 180 درجه سانتیگراد است که در مقایسه با سایر ترموپلاستیک ها مانند ABS نسبتاً پایین است و درست مثل پلاستیک های پایه روغن، PLA می تواند بسوزد، پس تمام اقدامات احتیاطی در هنگام سوختن باید انجام شود.

انواع مختلف PLA     

 

همه انواع ذرات PLA از اسید لاکتیک تشکیل شده‌اند و تفاوت آن‌ها، با وجود داشتن فرمول مولکولی یک‌سان، جهت گیری اتم‌ها در فضا است. انواع آن ها عبارتند از پلی آل – لاکتید (PLLA)، پلی دی – لاکتید (PLDA)، و پولی – دی ال (PDLLA).

توجه داشته باشید که PLA یک نام گذاری است که با آیوپاک به توافق نرسیده است، زیرا PLA یک پلی استر است نه پلی اسید.

کجا استفاده میشود؟

صنعت بسته‌بندی غذا: PLA در حالت کلی به عنوان محافظی ایمن ( (GRASبرای ذخیره غذا استفاده می‌شود. اگر چه PLA، در تماس با مایعات خاص، اسید لاکتیک آزاد میکند ولی این مقدارهای کم به انسان‌ها نمیتواند آسیب برساند.

صنعت پزشکی و دارویی:

پلاستیک PLA سازگار با محیط زیست است، به این معنی که برای بدن انسان التهاب و مشکل ایجاد نمی کند. در نتیجه با توجه به منبع زیستی آن، در تولید لوازم کلینیکی و بالینی، در دستگاه‌های تثبیت استخوان، مانند پیچ ها، صفحات، ساختار جراحی و شبکه و سیستم‌های تحویل دارو به کار گرفته می‌شود. علاوه براین در مهندسی بافت نیز مورد استفاده قرار میگیرد.

سازگاری زیستی آن و توانایی آن برای حل شدن در بدن نشان می‌دهد که در حل مشکلاتی مانند از دست دادن بافت و شکست اعضا می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد.

 کاربردهای ساختاری:

مواد PLA را می توان در صنعت ساخت‌وساز به عنوان مثال، فوم برای عایق‌بندی، الیاف در فرش و مبلمان، مورد استفاده قرار داد. با این حال، با توجه به خواص و حساسیت زیستی آن، کاربرد محدودتری در این صنعت دارد.

صنعت نساجی: 

تلاش در صنعت پلاستیک، برای به دست آوردن  الیاف PLA با منبع بیولوژیکی برای جایگزینی منسوجات پلی استر تجدید ناپذیراست. از جمله مزایای الیاف PLA می توان به تنفس پذیری ، وزن کم و قابلیت بازیافت آن اشاره کرد.

صنعت لوازم آرایشی: 

آگاهی مصرف کنندگان از مضرات پلاستیک، باعث شده است تا صنایع ها به دنبال راهی برای تغییر جنس لوازم خود باشند.

 PLA پایدار است؟

پاسخ به این سوال بستگی به این دارد که در کجای کره زمین پرسیده ‌شود. در مفهوم کلی، بله، پلاستیک PLA پایدار است. PLA از منابع تجدید پذیری ناشی می‌شود که 2COرا جذب کرده و آن را به گلوکز تبدیل می‌کند. این کار انجام میشود تا یک محصول تقریبا عاری از کربن بدست آید، پس بعد از این که مواد PLA توسط مصرف کنندگان دفع می‌شوند، توسط محیط زیست تجزیه می‌شود.

با این حال، این نکته آخر وابسته به جایی است که PLA دفع می‌شود. دفع صحیح پلاستیک PLA نیاز به شرایط بسیار ویژه‌ای دارد و مخلوط کردن آن با سایر پلاستیک‌ها می‌تواند کل فرآیند بازیافت را تحت‌تاثیر قرار دهد.  پلاستیک های PLA را باید از هم جدا کرد و به یک کارخانه کود شیمیایی صنعتی ارسال کرد. این به معنای هزینه برای حمل و نقل است. پس از آن، PLA قرار است تا حدود ۶۰ درجه سانتی گراد گرم شود و در معرض میکروب‌های مخصوص قرار بگیرد که مواد را هضم کرده و تجزیه می‌کند.

با این وجود، بسیاری از شهرها امکانات انجام این فرآیند را ندارند و حتی اگر این کار را انجام دهند، PLA نیاز به یک فرآیند جداسازی سخت دارد که نمی توان آن را تضمین کرد. در نتیجه بیشتر ضایعات پلاستیکی PLA در محل‌های دفن زباله و یا در اقیانوس‌ها دفع خواهند شد. 

آیا PLA سمی است؟

 

مواد PLA سمی نیستند

خبر مهم، PLA، سمی نیست! در حقیقت از آن در صنعت پزشکی و ایمپلانت ها استفاده می‌شود که می‌تواند زمان زیادی در بدن موجود باشد. توجه داشته باشید که این جمله تنها برای زمانی درست است که PLA در فرم جامد خود است.

تهویه بعضی از خانه ها یا چاپگرهای سه بعدی به عنوان منبع خطر گزارش شده است. حتی با اینکه ادعا شده است مواد شیمیایی منتشر شده توسط PLA بی ضرر هستند بازهم انتشار نانوذرات می تواند به طور بالقوه تهدیدی برای سلامتی انسان باشد. 

کدام روش‌های تولید در دسترس هستند؟

روش‌های پردازش پلاستیک PLA، متفاوت از روش‌های بکار رفته برای پلیمرهای تجاری دیگر مثل PS و PET است. کنترل رطوبت PLA در تولید صنعتی از اهمیت ویژه ای برخوردار است: غلظت بالایی از رطوبت می تواند باعث عدم موفقیت ساخت PLA شود.به علاوه، تولید در دماهای بالا ممکن است منجر به تخریب PLA شود. بنابراین قبل از تولید ، توصیه می‌شود PLA را در بسته اصلی خود و در شرایط محیطی ذخیره کنند. با توجه به جذب سریع رطوبت توسط این ترموپلاستیک، خشک کردن ماده قبل از استفاده نیز لازم است.

خواندن این مطلب نیز به شما پیشنهاد می شود: چگونه یک مدل معماری با پرینتر سه بعدی بسازیم؟

اکستروژن: 

اولین مرحله از پردازش PLA است. در این مرحله گرما برای دانه‌های پلاستیک به کار میرود تا آن‌ها را تحت فشار قرار دهد. این فرآیند شامل پمپاژ، گرمایش، اختلاط و فشار است. 

قالب تزریق:

یک روش تولید انبوه و تولید قطعات بسیار ارزان است. با این وجود ، با توجه به سرعت تبلور آهسته در مقایسه با سایر روش ها ، استفاده از قالب تزریقی برای تولید PLA توصیه نمیشود.

قالب تزریق کششی:

این فرآیند عمدتا برای تولید قطعات توخالی استفاده می‌شود. 

فیلم و ورق:

 از بسته‌بندی مواد غذایی و منسوجات، تا کارت‌های اعتباری و فیلم‌ها از پلاستیک استفاده میشود، این فرآیند به طور معمول شامل استفاده همزمان دو یا چند ماده برای تشکیل یک لایه تا چند لایه می‌باشد.

ترموفورمینگ (شکل دهی با حرارت دادن):

این فرآیند با گرم کردن PLA تا نقطه نرم شدن آن آغاز می‌شود. سپس ترموپلاستیک تا زمانی که به شکل هدف سفت شود، کش داده می‌شود.

چاپ ۳ بعدی:

استفاده از PLA در فیلامنت های چاپ سه‌بعدی بسیار محبوب است! چاپ سه‌بعدی با آن آسان است، ارزان است و تنوع گسترده‌ای را در بازار عرضه می‌کند.

تولید کنندگان پیشتاز

طبق اخبار بیوپلاستیک، بزرگ‌ترین تولید کننده های PLA عبارت اند از:

NatureWorks:

یک تامین‌کننده بیو پلمیر که مواد اولیه را از منابع تجدیدپذیر تولید می‌کند. NatureWorks، مواد سازگار با محیط‌زیست را ارایه می‌دهد و دارای قیمت کم و ویژگی های مفید است که می‌تواند با دیگر فرآورده های نفتی رقابت میکند.

  WeforYou:

یک سازنده، تولید کننده، و مشاور بیوپلیمرز است که راه حل هایی برای بسته بندی ایمن هم دارد . WeforYouکیسه‌های هوایی خالص و همچنین ترکیبات PLA را نیز ارایه می‌دهد.

Evonik:

 در تلاش برای رفع نیازهای بهداشت امروز، Evonik محصولات جدیدی را در بازارهای دارویی و پزشکی ارائه می‌دهد. این محصولات شامل پلیمرهای زیستی برای ارتوپدی، بیماری‌های قلبی و عروقی و دندان‌پزشکی است.

Corbion:

 رزین های نورانی با عملکرد بالا که سازگار با مقررات بیوپلاستیک است، ارایه می‌دهد. این رزین ها ویژگی هایی دارند که شامل:  تماس با مواد غذایی ، استاندارد برای کمپوست صنعتی ، 100٪ زیست سازگار ، تولید شده از محصولات بدون GMO و اثرات کاهش یافته کربن است.

آینده PLA

 PLA با پیشرفت فوق‌العاده‌ای که داشته توانسته جایگزین پلاستیک‌های مبتنی بر نفت شود. ویژگی زیست تخریب پذیری ان ها باعث می‌شود تا در موارد پزشکی و غذایی نیز مورد استفاده قرار گیرد.

با این حال، باید دارای پایداری واقعی نیز باشد. دو نقطه اصلی در این تحقیق PLA وجود دارد که عبارتند از:

خاصیت تبلور درجات مختلف در PLA. این امر برای کنترل نرخ تخریب پلاستیک، خواص نوری، مقاومت حرارتی و خواص مکانیکی و… ضروری است.

همچنین به روش های عملی و مهم برای جداسازی و تجزیه PLA نیاز است. تاکنون ، صرف نظر کردن از تجزیه PLA باعث عدم دستیابی تأسیسات به مواد زائد شده است که این همانند سایر پلاستیک های پایه نفتی است.

بنابراین، با وجود اینکه ما مشتاق دیدن توسعه آن در سال‌های آینده هستیم ولی دسترسی وسیع‌تر، دفع زباله قوی‌تر و افزایش خواص مکانیکی برای غلبه بر پلاستیک‌های غیربازیافتی که در حال حاضر بر صنعت تسلط دارند، ضروری هستند. ما خوشحالیم که منتظر چنین بهبودهایی در آینده نزدیک هستیم.

ترجمه و جمع آوری : واحد تحقیق و توسعه خدمات پرینتر های سه بعدی ثمین samin3d