Polilaktyd - Polikwas mlekowy - PLA - bidegradowalne tworzywo

Produkcja tworzyw syntetycznych pochłania rocznie 270 mln ton ropy naftowej oraz gazu ziemnego. Niektóre biodegradowane polimery mogą być wytwarzane ze źródeł odnawialnych (ang. renewable energy) w przeciwieństwie do polimerów produkowanych w oparciu o surowce z ropy naftowej. Do takich polimerów należą tzw. „zielone polimery” (ang. green polymers), które są produktami pochodzenia roślinnego, otrzymywane w wyniku: przetworzenia cukrów roślinnych, wytworzenia przez mikroorganizmy oraz przez rośliny syntezujące polimery. Polikwas mlekowy (ang. polylactic acid), PLA i polikwas glikolowy (ang. polyglycolic acid), PGA i ich kopolimery są najprostszymi hydroksykwasami. Polimery z grupą estrową w łańcuchu głównym są podatne na atak właściwej estrazy wytworzonej przez mikroorganizmy. Ulegają także procesowi hydrolizy. Będąc bardziej hydrofilowy, PGA jest łatwiej hydrolizowany niż PLA. Poprzez zmianę udziału obu homopolimerów można osiągnąć szeroki zakres szybkości degradacji. Ponieważ krystaliczność kopolimerów jest niższa niż ich homoplimerów ulegają one zatem szybszej degradacji.

Duża zaleta polikwasy mlekowego i jego kopolimerów wynika głównie z faktu, że produkty jego degradacji są naturalnymi metabolitami. Degradacji odbywa się na drodze pękania łańcucha w miejscu wiązania estrowego, prowadząc do wytworzenia monomerycznych hydroksykwasów. Wysoki koszt tych polimerów ogranicza ich stosowanie jedynie do celów medycznych, jako materiałów kontrolowanego uwalniania leków, wytwarzania implantów czy części kości.
Proces otrzymywania polikwasu mlekowego z dobrymi właściwościami mechanicznymi odbywa się na drodze dwustopniowej reakcji przetwarzania kwasu mlekowego do jego nieuwodnionego dimeru, a następnie przez reakcję otwarcia pierścienia do polimeru. Podobnie prowadzona kopolimeryzacja kwasów mlekowego i glikolowego może prowadzić do otrzymywania tanich materiałów stosowanych do opakowań.
Inny, nowy, tańszy proces produkcji polikwasu mlekowego to proces, w którym w wyniku fermentacji odpadów ziemniaczanych, otrzymuje się kwas mlekowy który w kolejnych etapach jest polimeryzowany do niskocząsteczkowego i ostatecznie do wysokocząsteczkowego polikwasy mlekowego (Argonne’s Poly(lactic acid), USA).

Koncern Cargill oraz Dow Chemicals opracował metodę przekształcania cukru uzyskiwanego z kukurydzy i innych roślin w polimer zwany polilaktydem, PLA lub polikwasem mlekowym. Polimer Natures Works™ PLA, którego uruchomienie produkcji pochłonęło w 2001 roku 300 mln dolarów (przez spółkę Cagill Dow, dzisiaj NatureWorks LLC) cechuje: przezroczystość, dobre właściwości mechaniczne, dobra przetwarzalność (w dostępnych technologiach przetwórstwa tworzyw: wytłaczanie, wtryskiwanie, termoformowanie, formowanie przez rozdmuch) do zastosowań w wielu sektorach, np. opakowania, ale także medycyna i farmacja, gdzie jest on już od dawna stosowany w postaci implantów, śrub, nici chirurgicznych. PLA znajduje także zastosowanie do wyrobu włókien naturalnych będących konkurencją dla nylonu.
Polilaktyd, zależnie od zastosowanych do jego polimeryzacji katalizatorów może być izotaktyczny lub ataktyczny. Przy syntezie z laktydu pochodzącego z naturalnych źródeł możliwe jest otrzymanie tylko poli-L-laktyd (PLLA) (izotaktycznego) oraz poli-D-laktyd (PDLA) (ataktycznego). Polimeryzacja mieszanki L i D-laktydów prowadzi do syntezy poli-DL-laktydu (PDLLA), który nie jest krystaliczny lecz amorficzny. Temperatura topnienia PLA wynosi generalnie od 150-180 ⁰C, jest uzależniona od stopnia krystaliczności polimeru. Można ją podwyższyć poprzez mieszanie PLLA z PDLA, nawet o 40-50 ⁰C. Blendy PLLA i PDLA zdecydowanie wpływają na zwiększenie ilości aplikacji PLA. Produkty otrzymane z takich mieszanek nadają są zastosowań w wyższych temperaturach.