Polylaktidová vlákna
Polylaktidová vlákna (mezinárodní zkratka PLA) jsou chemické textilní výrobky z polylaktidových polymerů kyseliny mléčné.[1]
Z historie
editovatSyntetické PLA vlákno bylo objeveno v roce 1932. V 50. letech 20. století se začala PLA vlákna pokusně používat k výrobě chirurgických nití a implantátů. První komerčně vyrobené vlákno přišlo v roce 1997 z Francie s označením Deposa. V USA byla v roce 2001 instalována kapacita na ročních 140 000 tun polylaktidových polymerů,[2] v roce 2017 dosáhl výnos z prodeje polylaktidových polymerů 950 milionů USD,[3] v roce 2021 se odhadovala celosvětová výroba na 100 000 ročních tun (Ø cena 1,50–4,50 €/kg).[4] Náklady na výrobu kyseliny mléčné se kalkulovaly v USA: z pšenice = 1,50 USD/kg, z manioku = 2,62 USD/kg.[5]
Technologie výroby vláken
editovatSurovina sestává nejméně z 85 % esterů kyseliny mléčné (z přírodních cukrů a škrobů). Kyselina mléčná vzniká tak, že se extrahuje škrob z rostlin (nejčastěji z obilí a z cukrové třtiny) a fermentuje enzymatickou hydrolýzou na glukózu. Z kyseliny mléčné se vyrábí polylaktid
- dřívější konvenční metodou, tj polykondenzací (při silném vakuu a při vysokých teplotách) nebo
- polymerizací (otevřením kruhu cyklického dimeru kyseliny mléčné při mírnějších podmínkách) s výslednou vyšší molekulární váhou polymeru (>600 000 kg/mol).[6] [7] (Na nákresu vpravo je vzorec chemické reakce přeměny laktidu na polylaktid).
Zvlákňování
editovatPolymer s poměrem izomerů L/D = 24:1 až 30:1 se zpracovává technologií tavného zvlákňování. Pelety se rozvolňují v extruderu při 180–210°C, index toku taveniny[8] = 5–15 pro monofilamenty s vysokou pevností, 15–30 pro ostatní příze – odvádění 3000 m/min a pro plně dloužené filamenty (FOY) až 5000 m/min.[9] [4]
Vlákno se dodává ve formě stříže a hladkých i tvarovaných filamentů, laboratorně byla v roce 2005 vyrobena také nanovlákna.[10] Např. japonská firma Toray vyrábí multifilament zvlákňováním z taveniny při rychlostech do 4000 m/min, filament se dlouží v poměru cca 1,6 a hotová příze se napařuje při 125 °C.[11] Tvarovaný PLA filament (76 a 167 dtex) vyrábí např. německá firma Trevira.[12]
Vlastnosti
editovatMateriál má hustotu 1,27 g/cm³, bod tání 175–178 °C, tažnou pevnost 32–45 cN/dtex, tažnost až 40 % (!), LOI 26 a absorbuje 0,6 % vlhkosti.
Laktidové textilie mají lepší odolnost proti slunečnímu záření než běžné polyestery a jejich vynikající vlastností je, že látky, které obsahují, jsou biologicky odbouratelné.[11] Samotné PLA však v běžném prostředí plně biologicky odbouratelné nejsou (např. domácí kompost nebo zemina, případně vystavení slunci nestačí, anebo je velmi pomalé).[13] K degradaci materiálů na biologicky odbouratelné složky se musí užívat industriální komposty (teplota vyšší než 60 °C), hydrolýza pomocí enzymů a další způsoby.[14]
Průmyslově vyráběné druhy:
- staplové příze 10–120 tex
- filamentové příze 7–15 tex,
- monofilamenty (šňůry) s tloušťkou 1,75–3 mm pro 3D tisk,[15]
- plošné textilie ze směsí s bavlnou, viskózou a vlnou na:
Odkazy
editovatReference
editovat- ↑ Polyactic Acid (PLA) Fibers [online]. springerprofessional, 2015 datum přístupu = 2019-10-04. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ a b Ren: Biodegradable Poly Lactic Acid, Springer Science & Business Media 2011, ISBN 9783642175961, str. 210
- ↑ PLA Market Size [online]. Grand View Research, 2018 datum přístupu = 2019-10-04. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ a b Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 739-747 a 900
- ↑ Cost structure of bio-based plastics [online]. HWWIicial Intelligence Research, 2021 [cit. 2023-07-10]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2023-07-12. (anglicky)
- ↑ Výzkum technologie přípravy a zpracování biokompozitů s PLA (str. 21) [online]. TU Liberec, 2016 [cit. 2024-07-30]. Dostupné online.
- ↑ Overview of PLA Fibre [online]. Fibre Chemistry, 2009 [cit. 2023-07-10]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ ISO 1133: Stanovení indexu toku taveniny plastů [online]. Zwick/Roell, 2024 [cit. 2024-08-01]. Dostupné online.
- ↑ Textile Technology: Schmelzspinnverfahren für sc-PLA-Filamentgarne [online]. E-World Communitylligence Research, 2021-08-05 [cit. 2023-07-10]. Dostupné online. (německy)
- ↑ Bausteine aus Polymeren [online]. Chem.Unserer Zeit, 2005 datum přístupu = 2019-10-04. Dostupné online. (německy)
- ↑ a b Mather / Wardman: The Chemistry of Textile Fibres, Royal Society of Chemistry 2011, ISBN 9781847558671, str. 276–283
- ↑ PLA Filament Yarns [online]. Trevira, 2019 [cit. 2020-08-27]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ MUNIYASAMY, Sudhakar, Osei Ofosu, Maya Jacob John, Rajesh D. Anandjiwala. Mineralization of Poly (lactic acid)(PLA), Poly (3-hydroxybutyrate-co-valerate)(PHBV) and PLA/PHBV Blend in Compost and Soil Environments. Journal of Renewable Materials [online]. Tech Science Press, 2016-04 [cit. 2021-06-21]. Dostupné online.
- ↑ Is PLA Compostable? [online]. Biosphere, 2018-10-15 [cit. 2023-07-12]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ 3D-Drucker Filament [online]. tddd-filamentddddamentificial Intelligence Research, 2023 [cit. 2023-07-10]. Dostupné online. (německy)
- ↑ Poly-Lactic Acid [online]. 2010-08-26 [cit. 2021-03-02]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Blackburn: Biodegradable and Sustaineble Fibres, Elsvier 2005, ISBN 9781845690991, str. 191–219
Literatura
editovat- Koslowski: Chemiefaser-Lexikon:Begriffe-Zahlen-Handelsnamen, Deutscher Fachverlag 2008, ISBN 9783871508769
- Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 31