Filamento PLA para impresoras 3D

¿QUÉ ES EL ÁCIDO POLI LÁCTICO?

   El ácido poli-láctico es un polímero biodegradable derivado del ácido láctico. Es un material altamente versátil, que se hace a partir de recursos renovables al 100%, como son la maíz, la remolacha, el trigo y otros productos ricos en almidón. Este ácido tiene muchas características equivalentes e incluso mejores que muchos plásticos derivados del petróleo, lo que hace que sea eficaz para una gran variedad de usos.

HISTORIA

   El PLA no es un material nuevo, nos acompaña desde hace unas décadas.

   En 1932 Wallace Carothers, científico para Dupont, obtuvo un producto de poco peso molecular calentando ácido láctico al vacío. En 1954, después de otras mejoras, Dupont patento el proceso de Carothers.

   Un impedimento importante en el desarrollo del polímero ha sido el elevado coste de producción. Pero gracias a los avances en la fermentación de la glucosa para obtener ácido láctico, ha experimentado una bajada importante el coste de producción del ácido láctico y por consiguiente, un interés creciente en el polímero.

   Cargill fue una de las primeras compañías  que desarrollo los polímeros de ácido poliláctico. Cargill comenzó a investigar la tecnología de producción de PLA en 1987, y su producción en planta data de 1992. En 1997 Cargill se asoció con la empresa Dow Chemical Company, creando LLC de los polímeros de Cargill (CDP), instalado en Blair, Nebraska.

   Hay planes para construir una planta adicional en Europa en un futuro.

¿PARA QUÉ SE UTILIZA EL PLA?

   El PLA es un polímero versátil que tiene muchas aplicaciones, incluyéndose en  la industria textil, en  la industria médica y sobretodo en la del empaquetado.

   Se tienen 4 tipos de ácidos polilácticos disponibles para empaquetar, cada uno de ellos con características especiales.

-   4041D; gran estabilidad hasta los 265ºF (130ºC)

-   4031D: también se utiliza a gran temperatura hasta 130ºC

-   1100D: se utiliza para hacer tazones, las cajas de las patatas fritas, empaquetado de congelado vegetal.

-   2000D: se utiliza en envases transparentes de alimentos, para fabricar tazas, envases de leche.

   Dentro de la industria textil, son conocidas las aplicaciones del PLA para la creación de telas empleadas en la tapicería, la elaboración de trapos y la confección de toldos y cubiertas resistentes a la luz U.V.

   El PLA se ha convertido en un material muy importante en la industria médica, donde lleva funcionando más de 25 años. Por sus características el PLA se ha convertido en  un candidato ideal para implantes en los huesos o en los tejidos (cirugía ortopédica, facial, de pecho, abdomen).

Características

      El PLA es un polímero permanente e inodoro.

    Es claro y brillante como el poliestireno (se utiliza para fabricar baterías y juguetes).  Resistente a la humedad y a la grasa. Tiene características de barrera del sabor y del olor similares al plástico de polietileno tereftalato,  usado para las bebidas no alcohólicas y para otros productos no alimenticios.

   La fuerza extensible y el modulo de elasticidad del PLA es también comparable al polietileno. Pero es más hidrofílico que el polietileno, tiene una densidad más baja. Es estable a la luz U.V., dando como resultado telas que no se decoloran. Su inflamabilidad es demasiado baja.

   El PLA se puede formular para ser rígido o flexible y puede ser copolimerizado con otros materiales. El PLA se puede hacer con diversas características mecánicas dependiendo del proceso de fabricación seguido.

¿CÓMO SE HACE EL PLA?

   Su proceso implica la extracción de los azucares (principalmente dextrosa, pero también de  la glucosa y de la sacarosa) del almidón de la remolacha o del trigo y después fermentarlo con ácido láctico. El ácido láctico se convierte en el dimer o el lactide que se purifica y se polimeriza (método de apertura del anillo) a ácido poliláctico sin la necesidad de solventes.

   Cómo ácido fermentado se tiene el 99,5% L-isómeros y 0,5% D-isómero.

   La conversión al dimer o lactide se puede controlar para dar tres formas L,D y Mesolactides.

Características biodegradables de la fibra

   En la información que se muestra en la tabla se puede apreciar como el PLA parece una fibra excelente con las credenciales técnicas para sustituir al polipropileno. Según lo observado por Carothers, el punto de fusión todavía parece demasiado bajo para que desafíe la supremacía del poliéster aromático en los textiles. 

¿ES EL PLA TAN BUENO COMO PARECE?

   El PLA parece ser un producto increíble, es biodegradable, y de él se hacen recursos renovables,? algunos piensan que el PLA es demasiado bueno para ser verdad.

   Una crítica importante del polímero ocurre durante su fase de descomposición biológica. El PLA emite CO₂ y CH₄ durante este proceso. Son dos de los gases invernaderos que se quieren reducir sus emisiones por los comités internacionales. Otra crítica es que aún se necesita de los combustibles fósiles para producir el PLA, aunque estos fósiles no se usan en el polímero directamente, son necesarios en el proceso de cosecha de las plantas y la producción química.

   En respuestas a estas preocupaciones, los partidarios del PLA reconocen  que los combustibles fósiles se están utilizando para producir el plástico, pero indican que este proceso requiere de entre un 20 0 50% menos de recursos fósiles que si lo obtenemos directamente del petróleo.

   Para la producción de plásticos convencionales, el petróleo es el recurso primario, mientras que el carbón y el gas natural se utilizan en la fabricación de plásticos biodegradables. Se esta investigando como utilizar energía renovable o aprovechar la energía que se utiliza para fabricar los plásticos biodegradables (cogeneración y biomasa), también se buscan otras materias primas para el PLA.

   Además esta tecnología de obtener ácido láctico, y por lo tanto PLA, a partir de trigo, remolacha, data de hace poco tiempo, mientras que la obtención de plásticos a partir del petróleo lleva 100 años, con lo cual la mejora puede ser muy grande. También se intenta reducir el consumo de energía en el proceso de fabricación de los plásticos biodegradables en un 50%.

   En respuesta a la discusión de la emisión de los gases invernaderos, los partidarios del PLA afirman que el CO₂ ( dióxido de carbono) enviado a la atmósfera es consumido por las plantas nuevas y por consiguiente no supone un aumento neto del mismo en la atmósfera.

   El gravamen del ciclo vital es una técnica que podría ayudar a determinar las ventajas y desventajas del PLA. Según la sociedad de toxicología del medio ambiente y la química (SETAC), el gravamen del ciclo vital es “un proceso objetivo para evaluar las cargas ambientales asociadas a un producto, proceso o actividad que identifica y cuantifica los materiales usados y la basura lanzada al ambiente y para poder evaluar posibles mejoras ambientales”.

   El gravamen del ciclo vital consta de 3 etapas:

1)      Análisis de inventario: se anotan todos los datos de aspectos ambientales de  los recursos que se consumen, ver las emisiones al aire, agua, tierra durante el proceso de fabricación, de uso y de disposición y  se analiza este gravamen de inventario.

2)      Gravamen del impacto: se miran todos estos intercambios entre el producto y el ambiente y se comprueba su contribución a estos aspectos ambientales importantes (calentamiento global, niebla de humo, agotamiento del combustible fósil).

3)      Interpretación de resultados y recomendaciones.

CONCLUSIONES

   El PLA es un polímero biodegradable hecho de recursos renovables. Y como material versátil que es, está aumentando su uso en la medicina, en las diferentes aplicaciones de la industria textil y del empaquetado, principalmente en esta industria esta despertando mucho interés por sus excepcionales características y su biodegradabilidad. El PLA es un polímero que veremos mucho en el futuro por ser una verdadera innovación en materiales de empaquetado.