Polymelkzuur
Polymelkzuur of polylactide is de naam voor thermoplastische polymeren van melkzuur. Ze worden vaak aangeduid met de afkorting PLA (van het Engels polylactic acid). Ze zijn biologisch afbreekbaar, biocompatibel en worden geproduceerd uit hernieuwbare plantaardige grondstoffen (maïszetmeel of suikerriet), en worden daarom gepromoot als duurzaam alternatief voor traditionele plastics uit petroleumchemicaliën zoals polyetheen, polypropeen of polystyreen. Voorlopig liggen de productiekosten van PLA wel hoger zodat een grootschalige vervanging nog niet aan de orde is.
Inhoud |
Synthese en eigenschappen [bewerken]
Men kan melkzuur gebruiken als monomeer voor een polycondensatiereactie, maar het resulterende polymeer heeft een te laag molecuulgewicht vanwege resterende watermoleculen die niet verwijderd kunnen worden, en is daarom niet praktisch bruikbaar. In de plaats daarvan gebeurt de synthese van PLA meestal door de polymerisatie van lactide, dit is het cyclische dimeer van melkzuur, of van andere ringvormige oligomeren van melkzuur. Het is een ringopeningspolymerisatie, met als katalysator een organische tinverbinding:
Men kan zowel d- als l-melkzuur of een mengsel van beide gebruiken. De graad van kristalliniteit van het polymeer hangt af van de verhouding tussen d- en l-melkzuur. Poly-l-melkzuur is het meest kristallijn en heeft de beste thermische stabiliteit; maar bij hogere temperatuur heeft polymelkzuur de neiging te racemiseren tot poly-d/l-melkzuur, zodat het meer amorf wordt en de thermische stabiliteit afneemt. Poly(tetramethylglycolide) (PTMG), een ander biosynthetisch polymeer op basis van melkzuur maar dat niet racemiseerbaar is, zou deze nadelen niet hebben en een hogere thermische stabiliteit hebben dan polymelkzuur.[1]
Polymelkzuur is een polyester, waarvan de keten is opgebouwd uit een aantal melkzuureenheden. Het is kleurloos en doorzichtig, met een dichtheid van ca. 1,25 kg/dm3. De glastemperatuur ligt typisch rond 50°C. Het smeltgebied ligt tussen 170 en 230°C. De ontbindingstemperatuur is ongeveer 250°C. Polymeren van melkzuur zijn brandbaar.
Polymelkzuur is biologisch afbreekbaar in industriële composteringsinstallaties.
Toepassingen [bewerken]
Polylactide is biocompatibel ("lichaamsvriendelijk") en heeft daarom een aantal toepassingen in de medische sector, zoals chirurgische hechtdraad, schroeven, haakjes e.d. voor het herstellen van fracturen. Die hoeven niet verwijderd te worden; ze breken in het lichaam af en vallen uiteindelijk uiteen in melkzuur.
Hoogmoleculair PLA kan ook gebruikt worden voor dezelfde toepassingen als traditionele thermoplastische polymeren, onder meer voor verpakking van voedingswaren. Puur PLA heeft geen goede mechanische sterkte; daarom moeten er additieven toegevoegd worden zoals weekmakers en impact modifiers. Naast vezels, films en coatings kan men zo voorwerpen zoals bestekken, flessen, potjes enz. produceren.[2]
In Waalwijk (Nederland) worden plastic potjes voor plantjes in de tuin geproduceerd op basis van biologisch afbreekbare plastics gebaseerd op polymelkzuur oftewel PLA. De potjes zijn weliswaar ca. drie maal zo duur als de standaard versie van plastic, maar in de prijs van het eindproduct zijn deze extremisten verwaarloosbaar. Daarentegen is het marketinginstrument van biologisch afbreekbaar zeer krachtig en weegt dus ruimschoots op tegen de meerprijs.
Deze kunststof wordt ook in het amateur 3D-print circuit gebruikt als grondstof. Het wordt dan typisch in de vorm van filament op rollen in een 3D-printer aangevoed.
Fabrikanten en leveranciers [bewerken]
- NatureWorks LLC,[3] sedert 2007 een joint venture van Cargill (VS) en Teijing (Japan), voorheen Cargill en Dow Chemical, produceert sedert 2002 PLA op industriële schaal in Blair (Nebraska). De capaciteit van de fabriek is ongeveer 136.000 ton per jaar (300 miljoen pond).
- Mitsui Chemicals (Japan): produceert polymelkzuur onder de merknaam LACEA.
- Hycail (Nederland): een spin-off van de Rijksuniversiteit Groningen, produceert PLA op semi-industriële schaal (enkele honderden ton per jaar);[4] een productie-installatie op industriële schaal is gepland. Hycails technologie is in maart 2006 verkocht aan Tate and Lyle.
- Hisun Biomaterials (China) produceert PLA op semi-industriële schaal (ca. 5.000 ton per jaar).[5]
- Biopearls zijn op PLA gebaseerde compounds die tailormade worden aangepast voor diverse toepassingen.[6]
- Purac Biochem, dochter van CSM: 's werelds grootste melkzuurfabrikant brengt de grondstof lactide op de markt en verkoop PLA voor biomedisch gebruik.[7]
- Natureko: Natureko importeert en verkoopt disposables (wegwerpservies) van PLA in Nederland.[8]
- Termokomfort levert via een systeemverwerkers netwerk geëxpandeerde PLA parels "BioFoamPearls" als isolatiesysteem voor bestaande- en nieuwbouw als Biobased alternatief voor EPS.[9]
(deze lijst is niet noodzakelijk compleet)
