폴리락트산은 생분해성, 우수한 성능 및 광범위한 적용으로 인해 매우 선호됩니다. 본 논문에서는 PLA의 분해 메커니즘을 소개하고, 분해성 플라스틱으로의 응용 현황과 개선 방법, 향후 개발 동향을 소개한다.
이것은 폴리락트산?
단일 젖산 분자는 수산기 그룹과 카르복실 그룹을 가지고 있습니다. 여러 개의 젖산 분자가 모이면 -OH는 다른 분자의 -COOH와 탈수 축합되고, -COOH는 다른 분자의 -OH와 탈수 축합됩니다. 이런 식으로 그들은 폴리락트산이라는 중합체를 형성하기 위해 서로 협력합니다. 폴리락트산은 폴리(프로필렌 글리콜)로도 알려져 있으며 폴리에스테르 계열에 속합니다. PLA는 젖산을 주요 원료로 중합하여 얻어지며, 이는 잘 공급되고 재생 가능합니다. PLA의 생산 공정은 무공해입니다. 그리고 이 제품은 생분해성과 재활용이 가능하므로 이상적인 친환경 폴리머 소재입니다.
PLA의 분해 메커니즘
PLA는 전형적인 "친환경 플라스틱"입니다. 그리고 우수한 생체적합성, 완전분해성, 생체흡수성으로 인해 생분해성 소재 분야에서 가장 가치 있는 소재 중 하나입니다. 그리고 PLA의 분해 메커니즘은 다음과 같습니다.
PLA는 합성 지방족 폴리에스테르입니다. 그리고 그 분해는 단순 가수분해(산-염기 촉매)분해와 효소촉매 가수분해로 나눌 수 있다. 물리적인 관점에서 보면 균질한 분해와 비균질한 분해가 있습니다. 불균일 분해란 고분자 표면에서 분해 반응이 일어나는 반면, 고분자 내부에서는 균질 분해가 일어나는 것을 의미합니다. 화학적 관점에서 볼 때 분해에는 세 가지 주요 방법이 있습니다.
첫째, 올리고머와 모노머로의 주쇄 분해입니다.
둘째, 가용성 주쇄 중합체를 생성하기 위한 측쇄의 가수분해;,.
셋째, 가용성 선형 거대분자를 생성하기 위한 교차 사슬 점 절단입니다. 개체발생적 침식 메커니즘은 PLA 분해의 주요 모드가 개체발생적 침식이며, 근본적인 원인은 PLA 분자 사슬의 에스테르 결합의 가수분해임을 시사합니다. PLA 폴리머의 말단 카르복실 그룹은 가수분해에서 촉매 역할을 합니다. 분해가 진행됨에 따라 말단 카르복실기의 양이 증가하고 분해속도가 빨라져 자가촉매반응이 일어난다.
PLA는 재생 가능한 자원에서 나오므로 중합, 변형 및 가공되어 제품으로 만들어집니다. 제품이 폐기되면 인체에 완전히 흡수되거나 환경생물에 의해 이산화탄소와 물로 분해되어 인간에게 이롭고 오염 없이 자연으로 돌아갈 수 있습니다. PLA의 생산 공정은 무공해입니다. 그리고 제품은 자연에서 생분해되고 재활용되므로 이상적인 친환경 폴리머 소재입니다. 아래 다이어그램은 자연에서의 PLA 재활용 과정을 보여줍니다.
3, 폴리 락트산 준비
현재 PLA의 화학적 합성에는 프로필렌 글리콜 에스테르 개환 중합(2단계 방법이라고도 함)과 직접 젖산 축합(1단계 방법이라고도 함)의 두 가지 방법이 있습니다. 그 중 프로필렌글리세라이드 개환 중합법은 장비가 간단하고 분자량이 큰 PLA를 얻을 수 있다. 단점은 비용이 더 비싸고 전체 과정이 복잡하며 경로가 길다는 것입니다. 직접 젖산 축합 방식은 충분한 원료 젖산 공급원, 저렴하고 높은 단량체 전환율, 간단한 공정을 갖추고 있습니다. 그리고 중간체의 정제과정을 거칠 필요도 없습니다. 따라서 비용이 더 저렴합니다. 결함은 고분자량 폴리머를 얻는 것이 더 어렵다는 것입니다.
4、신청 상태
포장, 섬유 및 의료는 PLA 시장 응용 분야에서 인기 있는 분야입니다. 포장 시장에서 그 소비는 전체 PLA 소비의 약 70%를 차지합니다. 중장기적으로 섬유 및 직물의 비율은 50%로 증가하여 PLA의 최대 소비 시장이 될 것입니다. 의료 분야의 PLA 양은 상대적으로 적지만 임계값이 높고 이익이 더 수익성이 높습니다. 이 보고서에서는 포장재에 PLA를 사용하는 방법에 중점을 둡니다.
4.1 폴리락트산 필름
폴리락트산 필름 재생 가능한 물질로 만든 원료를 말하며, 전통적인 플라스틱의 기능과 특성을 가지고 있으나, 토양과 물 속의 미생물 작용, 햇빛 속의 자외선의 작용에 의해 자연환경에서 분해, 환원될 수도 있는 물질을 말합니다. . 그리고 결국에는 이산화탄소와 물이 되어 무독성의 형태로 생태환경에 재진입하게 되기 때문에 '그린 플라스틱'이라고도 불립니다. 그래서 '그린플라스틱'이라고도 불린다.
현재 PLA, 숙신산 공중합체 및 변성 전분 플라스틱이 시판되고 있습니다. 아직까지 고가(일반 플라스틱 대비 3~8배) 때문에 대중적으로 활용되지 못하고 있다. 뼈 못, 수술용 봉합사, 인공장기, 서방형 제약재료 등 재활용이 어렵거나 재활용 비용이 너무 많이 드는 경우에 한한다.
4.2 폴리락트산 포장 필름
2004년 4월 미국 대학농장 브랜드 캔디가 생분해성 수지 폴리락트산(PLA) 네이처웍스 천연소재 포장필름에 포장됐다. 이 필름의 외관 및 성능은 기존 캔디 포장 필름(셀로판 또는 이축 연신 폴리프로필렌 필름)과 동일하며 결정성 투명성, 우수한 비틀림 유지성, 인쇄성 및 강도, 높은 차단성을 가지며 캔디의 풍미를 더 잘 유지할 수 있습니다.
폴리락트산을 원료로 사용하는 독일 회사는 일회용 플라스틱 포장의 열화 문제를 해결하기 위해 빠른 자연 분해 기능을 갖춘 녹색 식품 컵을 성공적으로 개발하여 실용성의 새로운 길을 열었습니다. 회사에서 개발한 분해성 물질은 폴리에스터 폴리머에 속합니다. 젖산은 사탕무 발효액에서 추출할 수 있으며 개환 중합 반응을 거쳐 폴리락트산을 생성할 수 있습니다.
2002년 12월 일본 정부는 지구 온난화를 방지하기 위해 화석 기반 에너지 또는 제품을 생물학적 재료로 대체하는 "생명 공학 전략 개요" 및 기타 이니셔티브를 도입했습니다. 환경 보호에 대한 소비자 인식이 높아짐에 따라 기업은 식물 재료로 만든 플라스틱을 완전히 사용하도록 장려했습니다.
4.3 폴리락트산 일회용 식기
PLA 생산 능력과 소비가 확대되는 동안 PLA 애플리케이션은 점점 더 성숙해지고 있습니다. 2010년 PLA 바이오플라스틱 일회용 도시락(PLA)의 전 세계 PLA 소비량은 약 120,000톤(순수 수지)이었으며 수요는 서유럽과 북미 지역이 지배하고 아시아 지역의 소비가 증가하고 있습니다. 현재 PLA의 주요 소비 영역은 포장재로 전체 소비량 중 약 65%를 차지하고 있으며, 바이오메디컬 분야가 전체 소비량 중 약 26%를 차지하고 있다.
현재 PLA 생분해성 재료는 생분해성 포크, 나이프, 차가운 음료수 컵 등과 같은 모든 종류의 일회용 식기를 만드는 데 사용되어 왔습니다.
5. PLA의 단점
젖산의 직접 중축합법으로는 고분자량 PLA를 합성할 수 없습니다. 그리고 PLA 재료에는 열악한 기계적 특성, 매우 낮은 내열 온도 등 몇 가지 결함이 있습니다. 또한 비용이 많이 들고 성능 저하 시간을 제어하기가 어렵습니다. 이 모든 것이 PLA의 적용 범위를 제한합니다.
6, Polylactic Acid의 개선
6.1 물리적 수정
6.1.1 블렌딩 수정
블렌딩 변형은 두 개 이상의 폴리머를 함께 용융 블렌딩하는 것을 의미합니다. 그런 다음 폴리머 구성 요소의 특성을 혼합하여 변형 목적을 달성합니다. 폴리머 블렌드 변형은 폴리머 고분자 사슬 구조를 변경하지 않고 새로운 물질을 추가하면서 원래 폴리머의 장점을 유지하는 물리적 변형입니다. 그리고 응집 상태의 구조를 변경하여 폴리머에 새로운 특성을 부여합니다. 혼합 변형은 폴리머 특성을 향상시키고, 비용을 절감하며, 저렴하고 다양한 재료를 만들 수 있습니다. 폴리머 블렌딩은 폴리머의 인성을 향상시키는 한 가지 방법입니다.
6.1.2 가소제 변형
PLA 매트릭스에 생체 적합성 가소제를 추가함으로써 가소화 후 PLA의 유리 전이 온도, 결정화 온도, 융점, 결정도, 탄성 계수 및 연신율의 변화를 연구한 결과 가소제를 추가하면 유연성이 증가한다는 것이 분명해졌습니다. PLA 고분자 사슬은 유리 전이 온도를 매우 크게 낮추고 탄성 계수를 낮추며 파단신율을 증가시킵니다. 즉, 인성이 어느 정도 증가합니다. 변형 및 탄성 특성을 비교하면 이러한 가소제가 PLA의 유연성과 내충격성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있습니다.
6.2 화학적 변형
6.2.1 공중합 변형
PLA의 공중합 변형은 젖산과 다른 공중합 단량체의 비율을 조정하여 PLA 공중합체의 특성을 변화시킵니다. 단일중합 PLA는 소수성 물질이므로 분해 주기를 제어하기 어렵습니다. 다른 단량체와의 공중합을 통해 소재의 소수성 및 결정성을 향상시킬 수 있습니다. 그리고 공중합체의 분자량, 공중합체 단량체의 종류 및 비율 등에 따라 중합체의 분해속도를 조절할 수 있다.
6.2.2 가교 변형
가교는 고분자 거대분자 사슬 사이의 화학 반응 과정을 말하며, 결과적으로 화학 결합이 형성됩니다. PLA 가교의 일반적인 공정은 PLA와 가교하기 위해 다른 단량체를 첨가하여 가교제 또는 방사선의 작용하에 네트워크 폴리머를 형성함으로써 PLA의 특성을 향상시키는 것입니다. 가교제는 일반적으로 다관능성 무수물 또는 폴리이소시아네이트와 같은 다관능성 물질입니다. 상황에 따라 가교 방법과 가교 정도가 달라집니다.
6.3 복합 변형
PLA 수정을 달성하는 또 다른 방법은 컴파운딩 기술을 사용하여 PLA를 컴파운딩하는 것입니다. 컴파운딩 후 대부분의 PLA 복합재는 우수한 생체 적합성, 더 나은 기계적 강도, 탄성 계수 및 열성형성으로 우수한 성능과 특수 기능을 갖습니다.
결론.
생분해성 플라스틱 PLA는 다방면의 응용 개발과 큰 발전 전망을 지닌 친환경 소재입니다. 그리고 오늘날 생분해성 물질에서 중요한 위치는 대체할 수 없습니다. 가장 중요한 생체고분자 제품인 PLA는 광범위한 개발 전망을 갖고 있으며 앞으로 화학 분야에서 관심의 초점이 될 것입니다. 그리고 산업플랜트 건설, 응용시장 및 수요개발, 가격 및 성능 면에서 경쟁력을 갖출 것으로 예상된다.
출처:
