PLA, eða fjölmjólkursýra (Polylactic Acid), er algengasti prentþráðurinn sem við notum til þrívíddarprentunar í dag. Fyrir nokkrum árum var ABS allsráðandi, en með nýrri tækni og nýjum kröfum um umhverfisvænni 3D prentþræði kom PLA til sögunnar.

Fjölmjólkursýra, er unnin úr endurnýjanlegum, lífrænum uppsprettum eins og maíssterkju, baunum eða sykurreyr. Notkun lífmassaauðlinda gerir PLA framleiðslu frábrugðin öðru  plasti, sem er framleitt með jarðefnaeldsneyti með eimingu og fjölliðun jarðolíu.

Hvernig er PLA framleitt?

PLA er tegund af pólýester sem er unnin úr gerjaðri plöntusterkju úr maís, baunum, maís, sykurreyr eða sykurrófumassa. Sykur í þessum endurnýjanlegu efnum er gerjaður og breytt í mjólkursýru þegar hann er síðan gerður í fjölmjólkursýru, eða PLA.

Hvað er PLA notað í?

Efniseiginleikar PLA gera það hentugt til framleiðslu á plastfilmu, flöskum og niðurbrjótanlegum lækningatækjum, þar á meðal skrúfum, pinnum, plötum og stöfum sem eru hönnuð til að brotna niður innan 6 til 12 mánaða).

Hægt er að nota PLA sem hitaskreppandi efni þar sem það skreppur samanvið hita. Þessi auðveld bræðsla við lágt hitastig gerir einnig pólýmjólkursýru hentug fyrir 3D prentun.

Hins vegar hafa margar tegundir af PLA lágt glerhitastig, sem gerir þær óhentugar til að búa til plastbolla sem eru hannaðar t.a.m til að halda heitum vökva, með undantekningum þó.

Er PLA umhverfisvænt?

Framleiðsla á PLA notar 65% minni orku en framleiðsla á hefðbundnu plasti og myndar 68% færri gróðurhúsalofttegundir og inniheldur engin eiturefni. Það getur líka verið umhverfisvænt ef fylgt er réttri lífslokasviðsmynd.

Hins vegar er hraði niðurbrotsins mjög hægur í umhverfishita, en rannsókn frá árinu 2017 sýndi að ekkert niðurbrot hafi sést í meira en ár eftir að efnið var á kafi í sjó við 25°C.

Hins vegar getur PLA brotnað niður með vatnsrofi, varma niðurbroti eða ljósniðurbroti:

1. Vatnsrof: Samloðun minnkar með því að kljúfa esterhópa aðalkeðjunnar
2. Varma niðurbrot: Þetta ferli leiðir til útlits mismunandi efnasambanda, svo sem línulegra og hringlaga fáliða eða léttari sameinda með mismunandi laktíð og Mw
3. Ljósniðurbrot: UV geislun veldur niðurbroti, sérstaklega þar sem PLA verður fyrir sólarljósi

Bestu leiðirnar til lífslokameðferðar PLA lífmassa eru:

1. Endurvinnsla: Hún er annað hvort efnafræðilegt eða vélrænt. Úrgangsefni getur geymt aðskotaefni, en mjólkursýru er hægt að endurvinna efnafræðilega með því að nota varma eða vatnsrof til að búa til einliða sem síðan er hægt að framleiða í hreint PLA. PLA er einnig hægt að endurvinna efnafræðilega með umesterun til að búa til metýllaktat.
2. Jarðgerð: Jarðgerðaraðstæður í iðnaði leyfa efnafræðilega vatnsrof fylgt eftir með meltingu örvera til að brjóta niður PLA.
3. Brennsla til orkuvinnslu: Hægt er að brenna PLA í lok líftíma, sem skapar 19,5 MJ/kg (8.368 btu/lb) af orku og skilur engar leifar eða eiturefni eftir.
4. Þó PLA geti farið í urðun er þetta minnst umhverfisvæni kosturinn, vegna hægs niðurbrotshraða efnisins við umhverfishita. Það er því alltaf best að endurnýta, eða endurvinna PLA lífmassa.

Framleiðsluaðferðir

Varúð: Þessi kafli er hund leiðinlegur en gefur þér innsýn inn í framleiðsluferlið.

Það eru nokkrar iðnaðarleiðir til að framleiða nothæft PLA með háum sameindahraða. Mjólkursýra og hringlaga díesterinn. Laktíð eru tvær helstu einliðurnar sem notaðar eru fyrir PLA framleiðslu.

Algengasta aðferðin við að búa til PLA er hringopnandi fjölliðun laktíðs með ýmsum málmhvötum (venjulega tinoktóati) annað hvort í lausn eða sem sviflausn. Málmhvataða hvarfið hefur þá tilhneigingu til að leiða til herðunar á PLA, sem dregur úr reglulegri uppröðun efnisins samanborið við upphaflega lífmassann.

Einnig er hægt að framleiða PLA með beinni þéttingu mjólkursýrueinliða. Þetta ferli er framkvæmt við hitastig undir 200 °C, á þeim tímapunkti myndast laktíð einliða með óreiðufræðilegum liðum. Þetta ferli myndar vatn sem jafngildir hverju esterunarþrepi. Vatnið þarf að fjarlægja annað hvort með því að nota lofttæmt rými eða með tvíefna eimingu til að stuðla að fjölþéttingu til að ná háum sameindahraða. Jafnvel með hærri sameindahraða er hægt að ná með því að kristalla hráu fjölliðuna úr bræðslunni. Þetta þéttir kolsýru- og alkóhólendahópa í myndlausu svæði fastu fjölliðunnar, hvarfast til að ná mólþunga upp á 128–152 kDa.

Með því að fjölliða jafnblöndu af L- og D-laktíðum er hægt að búa til myndlaust fjöl-DL-laktíð (PDLLA). Staðasértækir hvatar leiðir til klísturskennds PLA, sem vitað er að að sýna kristöllun. Stærð þessarar kristöllunar er stjórnað af hlutfalli D og L handhverfa sem eru notaðar, sem og tegund hvata sem er notuð. Fimm hluta hringlaga mjólkursýran O-karboxýanhýdríð (lac-OCA) hefur einnig verið notað í tilraunum í stað mjólkursýru og laktíða. Þetta efnasamband framleiðir ekki vatn sem aukaafurð og er hvarfgjarnara en laktíð. PLA hefur einnig verið lífgert beint á meðan mjólkursýra hefur einnig verið sett í snertingu við zeólít, sem skapar eins skrefs ferli sem fer fram við hitastig sem er um 100 °C lægra.