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L'acide polylactique
Jul 31, 2018

 

 

L'acide polylactique

 


Le poly (acide lactique) ou acide polylactique ou polylactide ( PLA ) est un polyester aliphatique thermoplastique biodégradable et bioactif dérivé de ressources renouvelables , telles que l'amidon de maïs (aux États-Unis et au Canada), racines, copeaux ou amidon de manioc (principalement en Asie). , ou canne à sucre (dans le reste du monde). En 2010, PLA affichait le deuxième volume de consommation le plus élevé d'un bioplastique au monde . [3]

 

Le nom "acide polylactique" n'est pas conforme à la nomenclature normalisée IU P AC et est potentiellement ambigu ou déroutant, car le PLA n'est pas un polyacide ( polyélectrolyte e ), mais plutôt un polyeste r . [4]

 

 

Contenu

 

Propriétés des matériaux de production

Propriétés chimiques

Propriétés physiques et mécaniques Soudage aux solvants

Applications Recyclage Dégradation Voir aussi Références Liens externes


L'acide polylactique


 


Production

                                                                                                              

Les producteurs ont plusieurs voies industrielles vers le PLA utilisable (à savoir le poids moléculaire élevé). Deux monomères principaux sont utilisés: l' acide lactique et le diester, le lactide cyclique . La voie la plus courante vers le PLA est la polymérisation par ouverture de cycle du lactide avec divers catalyseurs métalliques (typiquement l' octoate d' étain ) en solution , en fusion ou en suspension . La réaction catalysée par un métal a tendance à provoquer une racémisation du PLA, réduisant sa stéréorégularité par rapport au produit de départ (généralement le maïs starc h [ ) 5 . ]

 

Une autre voie vers le PLA est la condensation directe des monomères d'acide lactique. Ce processus doit être effectué à moins de 200 ° C; au-dessus de cette température, le monomère de lactide favorisé par voie entropique est généré. Cette réaction génère un équivalent d'eau pour chaque étape de condensation ( estérification ). La réaction de condensation est réversible et sujette à l'équilibre, de sorte que l'élimination de l'eau est nécessaire pour

générer des espèces de poids moléculaire élevé. L' élimination de l' eau par application d'un vide ou par distillation azéotropique est nécessaire pour conduire la réaction vers la polycondensation. Des poids moléculaires de 130 kDa peuvent être obtenus avec ceci . des masses moléculaires plus élevées peuvent être obtenues en cristallisant soigneusement le polymère brut à partir de la masse fondue. Les groupes terminaux acide carboxylique et alcool sont ainsi concentrés dans

la région amorphe du polymère solide , r et ils peuvent donc réagir. Des poids moléculaires de 128-152 D peuvent être obtenus . [5]


 


 

La polymérisation d'un mélange racémique de lactides L et D conduit généralement à la synthèse de poly-DL-lactide ( PDLLA ), qui est amorphe. L'utilisation de catalyseurs stéréospécifiques peut conduire à la production de P L A hétérotactique qui n'a pas été cristallin. Le taux de cristallinité, et par conséquent de nombreuses propriétés importantes, est fortement contrôlé par le rapport entre les diomères D et L ena n utilisés et, dans une moindre mesure, par le type de catalyseur utilisé. Outre l'acide lactique et le lactide, le O- carboxyyanhydride de l'acide lactique ("lac-OCA"), composé cyclique à cinq chaînons, a également été utilisé à des fins académiques. Ce composé est plus réactif que le lactide, car sa polymérisation est provoquée par la perte d'un équivalent de dioxyde de carbone par équivalent d'acide lactique. L' eau n'est pas un coproduit . [6]

 

La biosynthèse directe du PLA similaire à celle du poly (hydroxyalcanoate) a été rapportée comme étant [ . 7]

 

Une autre méthode mise au point consiste à mettre en contact de l' acide lactique avec une zéolite. Cette réaction de condensation est un procédé en une étape et dure environ 100 ° C de moins en température [ . 8 ] [9]

 

Propriétés des matériaux

 


Propriétés chimiques

En raison de la nature chirale de l'acide lactique, il existe plusieurs formes distinctes de polylactide: le poly- L- lactide ( PLLA ) est le produit résultant de la polymérisation du L , L- lactide (également connu sous le nom de L- lactide). Le PLA est soluble dans les solvants chlorés, les benzènes chauds, la tétrahydrofura n et le dioxane . [dix]

 

Propriétés physiques et mécaniques

Les polymères PLA vont du polymère vitreux amorphe au polymère semi-cristallin et hautement cristallin avec une transition vitreuse de 60 o C et des points de fusion de 130 à 180 o C. [11]   Le PLLA a une température de transition vitreuse de 60-65 ° C , une température de fusion de 173-178 ° C et un module de traction de 2,7-16 MPa. [12] [13]   Le PLA résistant à la chaleur peut résister à des températures de 110 ° C. [14] Les propriétés mécaniques de base du PLA se situent entre celles du polystyrène et du PET . [11] La température de fusion du PLLA peut être augmentée de 40 à 50 ° C et sa température de déformation à la chaleur peut être augmentée d'environ 60 ° C à 190 ° C en mélangeant physiquement le polymère avec du PDLA (poly - D- lactide). . PDLA et P LA LA forment un stéréocomplexe très régulier avec une cristallinité accrue. La température

la stabilité est maximisée lorsqu'un mélange 1: 1 est utilisé, mais même à des concentrations inférieures de 3 à 10% de la PDLA, il y a toujours une amélioration substantielle. Dans le dernier cas, le PDLA agit comme un agent de nucléation , augmentant ainsi le taux de cristallisation. La biodégradation du PDLA est plus lente que pour le PLA en raison de la plus grande cristallinité du PDLA. Le module de flexion du PLA est supérieur à celui du polystyrène et le PLA présente une bonne thermo-étanchéité.

Plusieurs technologies telles que l'annealin g [15 ] [16 ] [17 ] , l'ajout d' agents de nucléation , la formation de composites avec des fibres ou des nanoparticules s [18 ] [19 ] [20 ] , l'extension de chaîne [21 ] [22] et i Des structures de réticulation troductantes ont été utilisées pour améliorer les propriétés mécaniques des polymères de PLA. L'acide polylactique peut être traité comme la plupart des thermoplastiques en fibre de verre (par exemple, en utilisant le filage conventionnel


processus) et film. Le PLA présente des propriétés mécaniques similaires à celles du PETE , mais présente une température d'utilisation continue maximale nettement inférieure . [23] Avec une haute résolution, le PLA est facilement imprimable, ce qui le rend largement utilisé en impression 3D. La résistance à la traction pour le PLA imprimé en 3D a été déterminée antérieurement d [ 2 . 4]

Il existe également du poly ( L- lactide - c - D , L - lactide) (PLDLLA) - utilisé en tant que PLDLLA / TCP pour l 'ingénierie des os [ . 25 ] [26]

 

 

Soudage au solvant

Le PLA peut être soudé au solvant en utilisant du dichlorométhane . [27]

 

Applications


 

 


Paillis en PLA-Blend "bio-flex"

 

 

 


Des sacs en PLA. Le thé à la menthe poivrée est inclus.



Le PLA peut être traité par extrusion , comme l' impression 3D , le moulage par injection , la coulée de films et de feuilles et le filage , donnant ainsi accès à une large gamme de matériaux.

Le PLA est utilisé comme matière première dans les imprimantes 3D de fabrication de fusibles à fusibles de bureau (par exemple, RepRap ). [29] [30]   Les solides imprimés au PLA peuvent être enfermés dans des matériaux de moulage de type plâtre , puis brûlés dans un four, de sorte que le vide résultant peut être rempli de métal en fusion. Ceci est connu sous le nom de "coulée de PLA perdue", un type de moulage de précision.

 

Pouvant se dégrader en acide lactique inoffensif, le PLA est utilisé comme implants médicaux sous la forme d’ancres, de vis, de plaques, d’épingles, de tiges et de mailles. [31]   Cela dépend de



 


Gobelets en PLA biodégradables utilisés dans un restaurant

 

 

 

Play media

Impression 3D d' un microcoil utilisant un mélange conducteur de polylactide et de nanotubes de carbone . [28]


le type exact utilisé, il se décompose dans le corps dans les 6 mois à 2 ans. Ce

une dégradation progressive est souhaitable pour une structure de support , car elle transfère progressivement la charge au corps (par exemple l'os) lorsque cette zone guérit. Les caractéristiques de résistance des implants PLA et PLLA sont bien documentées e [ d 3 . 2]

Le PLA peut également être utilisé comme matériau d' emballage décomposable, qu'il soit coulé, moulé par injection ou filé. [31]   Des tasses et des sacs ont été fabriqués à partir de ce matériau. Sous forme de film, il se rétracte lors du chauffage, ce qui lui permet d'être utilisé dans des tunnels rétractables . Il est utile pour produire des emballages en vrac, des sacs de compost, des emballages alimentaires et des produits jetables . Sous forme de fibres et de tissus non tissés , le PLA a également de nombreuses utilisations potentielles , comme le rembourrage , les vêtements jetables , les auvents , les produits d' hygiène féminine et les couches . Grâce à sa biodisponibilité et à sa biodégradabilité, le PLA a également suscité un vif intérêt en tant que milieu de dispersion polymérique à des fins d'administration de médicaments.

 

Le PLLA racémique et régulier a une température de transition vitreuse basse, ce qui est indésirable. Un stéréocomplexe de PDLA et de PLLA a des températures de transition vitreuse plus élevées, lui conférant une plus grande résistance mécanique. Ses applications sont très variées, telles que les chemises tissées (aptitude à la ferrosité), les systèmes micro- ondables , les applications de remplissage à chaud et même les plastiques techniques (dans ce cas, les stéréocomplexes sont mélangés avec un polymère tel que l'ABS). De tels mélanges ont également une bonne stabilité de forme et une transparence visuelle, ce qui les rend utiles pour les applications d'emballage de bas de gamme. L’acide poly-L-lactique pur (PLLA), par contre, est l’ingrédient principal de Sculptra , un


volume du visage rehausser r , principalement utilisé pour la poatrophie des joues. Les progrès de la biotechnologie ont entraîné le développement de la production commerciale de la forme énantiomère D, ce qui n’était pas possible jusqu’à récemment . y [33]

Le PLA est également utilisé dans l'industrie du tabac en ligne. Les iQOS heets de Philip Morris comprennent du PLA pour ralentir la vapeur sans l'absorber, ce qui lui laisse le temps de se refroidir à une température plus agréable avant de l'inhaler.

 

Recyclage

 

Actuellement, le code d'identification de la résine SPI 7 ("autres") est applicable pour le PLA. En Belgique, Galactic a lancé la première unité pilote de recyclage chimique du PLA (Loopla). Contrairement au recyclage mécanique, les déchets peuvent contenir divers contaminants. L' acide polylactique peut être recyclé en monomère par dépolymérisation thermique ou hydrolyse. Une fois purifié, le monomère peut être utilisé pour la fabrication de PLA vierge sans perte des propriétés initiales c ( recyclage de radle à berceau ).



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