Polylaktidová vlákna

Polylaktidová vlákna (mezinárodní zkratka PLA) jsou chemické textilní výrobky z polylaktidových polymerů kyseliny mléčné.^[1]

Přeměna laktidu na polylaktid termickou a katalytickou polymerizací

Z historie

Syntetické 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

Surovina 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

Polymer 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

Materiál 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.

Filament z extrudovaného polylaktidu pro 3D tisk

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:

sportovní oděvy, košile, nábytkové potahy, závěsy, výplně do polštářů a matrací, zdravotní textilie (chirurgické nitě, implantáty)^[16][17]

• netkané textilie^[2]

Odkazy

Reference

1. Polyactic Acid (PLA) Fibers [online]. springerprofessional, 2015 datum přístupu = 2019-10-04. Dostupné online. (anglicky) 
2. Ren: Biodegradable Poly Lactic Acid, Springer Science & Business Media 2011, ISBN 9783642175961, str. 210
3. PLA Market Size [online]. Grand View Research, 2018 datum přístupu = 2019-10-04. Dostupné online. (anglicky) 
4. Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 739-747 a 900
5. Cost structure of bio-based plastics [online]. HWWIicial Intelligence Research, 2021 [cit. 2023-07-10]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2023-07-12. (anglicky) 
6. Výzkum technologie přípravy a zpracování biokompozitů s PLA (str. 21) [online]. TU Liberec, 2016 [cit. 2024-07-30]. Dostupné online. 
7. Overview of PLA Fibre [online]. Fibre Chemistry, 2009 [cit. 2023-07-10]. Dostupné online. (anglicky) 
8. ISO 1133: Stanovení indexu toku taveniny plastů [online]. Zwick/Roell, 2024 [cit. 2024-08-01]. Dostupné online. 
9. Textile Technology: Schmelzspinnverfahren für sc-PLA-Filamentgarne [online]. E-World Communitylligence Research, 2021-08-05 [cit. 2023-07-10]. Dostupné online. (německy) 
10. Bausteine aus Polymeren [online]. Chem.Unserer Zeit, 2005 datum přístupu = 2019-10-04. Dostupné online. (německy) 
11. Mather / Wardman: The Chemistry of Textile Fibres, Royal Society of Chemistry 2011, ISBN 9781847558671, str. 276–283
12. PLA Filament Yarns [online].  Trevira, 2019 [cit. 2020-08-27]. Dostupné online. (anglicky) 
13. 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. 
14. Is PLA Compostable? [online]. Biosphere, 2018-10-15 [cit. 2023-07-12]. Dostupné online. (anglicky) 
15. 3D-Drucker Filament [online]. tddd-filamentddddamentificial Intelligence Research, 2023 [cit. 2023-07-10]. Dostupné online. (německy) 
16. Poly-Lactic Acid [online]. 2010-08-26 [cit. 2021-03-02]. Dostupné online. (anglicky) 
17. Blackburn: Biodegradable and Sustaineble Fibres, Elsvier 2005, ISBN 9781845690991, str. 191–219

Literatura

• Koslowski: Chemiefaser-Lexikon:Begriffe-Zahlen-Handelsnamen, Deutscher Fachverlag 2008, ISBN 9783871508769
• Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 31