پلی لاکتیک اسید (PLA): جایگزین سازگار با محیط زیست برای پلاستیک

PLA چیست؟

پلی لاکتیک اسید که با نام PLA (Polylactic Acid) نیز شناخته می‌شود، یک مونومر ترموپلاستیک است که از منابع آلی تجدیدپذیر مانند نشاسته ذرت یا تفاله نیشکر یا چغندر مشتق می‌شود.

اگرچه همانند پلاستیک‌های قبلی است، اما خواص آن به منابع تجدیدپذیر تبدیل شده و آن را به جایگزین طبیعی‌تری برای سوخت‌های فسیلی تبدیل کرده است.

PLA هنوز هم کربن خنثی، خوراکی و زیست تخریب‌پذیر است، به این معنی که می‌تواند به جای تبدیل شدن به میکروپلاستیک‌های مضر، در محیط‌های مناسب کاملاً تجزیه شود.

به دلیل قابلیت تجزیه‌پذیری، معمولاً به عنوان ماده بسته‌بندی برای کیسه‌های پلاستیکی زیست‌تخریب‌پذیر، نی، فنجان، بشقاب و ظروف غذاخوری استفاده می‌شود.

مکانیسم تخریب PLA

PLA از طریق سه مکانیسم تحت تخریب غیر بیولوژیکی قرار می‌گیرد:

هیدرولیز: گروه‌های استری در زنجیره اصلی شکسته می‌شوند و در نتیجه وزن مولکولی کاهش می‌یابد.

تجزیه حرارتی: پدیده‌ای پیچیده که منجر به تشکیل ترکیبات مختلف مانند مولکول‌های سبک‌تر، الیگومرهای خطی و حلقوی با وزن مولکولی متفاوت و لاکتید می‌شود.

تخریب نوری: تابش فرابنفش می‌تواند باعث تخریب شود. این عامل اصلی است که اسید پلی‌لاکتیک را در معرض نور خورشید در پلاستیک، ظروف بسته‌بندی و کاربردهای فیلم قرار می‌دهد.

واکنش هیدرولیز به صورت زیر است:

-COO- + H2O → -COOH + -OH

نرخ تخریب در دمای محیط بسیار کند است. یک مطالعه در سال ۲۰۱۷ نشان داد که PLA در آب دریا با دمای ۲۵ درجه سانتیگراد (۷۷ درجه فارنهایت) در طول یک سال هیچ افت کیفیتی را تجربه نمی‌کند، اما این مطالعه تجزیه یا جذب آب زنجیره‌های پلیمری را اندازه‌گیری نکرده است.

زمینه‌های کاربرد PLA چیست؟

۱. کالاهای مصرفی
PLA در کالاهای مصرفی مختلفی مانند ظروف یکبار مصرف، کیسه‌های خرید سوپرمارکت، قاب لوازم آشپزخانه و همچنین لپ‌تاپ‌ها و دستگاه‌های دستی استفاده می‌شود.

۲. کشاورزی
PLA به شکل الیاف برای نخ‌های ماهیگیری تک الیاف و تورهای مخصوص پوشش گیاهی و کنترل علف‌های هرز استفاده می‌شود. برای کیسه‌های شن، گلدان‌های گل، تسمه‌های اتصال و طناب‌ها نیز کاربرد دارد.

۳. درمان پزشکی
PLA می‌تواند به اسید لاکتیک بی‌ضرر تجزیه شود و آن را برای استفاده به عنوان تجهیزات پزشکی به شکل لنگر، پیچ، صفحه، پین، میله و تور مناسب می‌سازد.

چهار موقعیت رایج ممکن برای دور انداختن

۱. بازیافت:
این می‌تواند بازیافت شیمیایی یا بازیافت مکانیکی باشد. در بلژیک، شرکت گلکسی اولین کارخانه آزمایشی برای بازیافت شیمیایی PLA (Loopla) را راه‌اندازی کرده است. برخلاف بازیافت مکانیکی، زباله‌ها ممکن است حاوی آلاینده‌های مختلفی باشند. اسید پلی‌لاکتیک را می‌توان از طریق پلیمریزاسیون حرارتی یا هیدرولیز به صورت مونومر به صورت شیمیایی بازیابی کرد. پس از خالص‌سازی، مونومرها را می‌توان برای تولید PLA خام بدون از دست دادن خواص اصلی خود استفاده کرد.

۲. کمپوست سازی:
PLA می‌تواند در شرایط کمپوست صنعتی، ابتدا از طریق هیدرولیز شیمیایی، سپس از طریق هضم میکروبی و در نهایت تجزیه زیستی شود. در شرایط کمپوست صنعتی (58 درجه سانتیگراد (136 درجه فارنهایت))، PLA می‌تواند تا حدی (حدود نیمی از آن) ظرف 60 روز به آب و دی اکسید کربن تجزیه شود و بخش باقی مانده پس از آن، بسته به بلورینگی ماده، بسیار کندتر تجزیه می‌شود. در محیطی بدون شرایط لازم، تجزیه بسیار کند خواهد بود، شبیه به پلاستیک‌های غیر بیولوژیکی که برای صدها یا هزاران سال به طور کامل تجزیه نمی‌شوند.

۳. سوختن:
PLA را می‌توان بدون تولید مواد شیمیایی حاوی کلر یا فلزات سنگین سوزاند، زیرا فقط حاوی اتم‌های کربن، اکسیژن و هیدروژن است. سوزاندن PLA ضایعاتی، 19.5 مگاژول بر کیلوگرم (8368 btu/lb) انرژی بدون برجای گذاشتن هیچ پسماندی تولید می‌کند. این نتیجه، همراه با سایر یافته‌ها، نشان می‌دهد که سوزاندن یک روش سازگار با محیط زیست برای تصفیه ضایعات پلی‌لاکتیک اسید است.

۴. محل دفن زباله:
اگرچه PLA می‌تواند وارد محل‌های دفن زباله شود، اما کمترین سازگاری را با محیط زیست دارد زیرا این ماده در دمای محیط به آرامی تجزیه می‌شود، معمولاً به آرامی سایر پلاستیک‌های تجزیه‌ناپذیر.