Acido polilattico

Poli(acido lattico)
Caratteristiche generali
Massa molecolare (u)	circa 60.000 g/mol
Numero CAS	26100-51-6
Indicazioni di sicurezza
Frasi H	---
Consigli P	---

L'acido polilattico (PLA) , o più correttamente il poli(acido lattico) o polilattato, è il polimero dell'acido lattico.

Esiste in due forme enantiomeriche (L-D); solo da monomeri enantiopuri è possibile ottenere il polimero cristallino che fonde a 180 °C. Il processo di produzione ricorre alla fermentazione lattica, che produce soltanto l'isoforma L; la forma racema, ottenibile per sintesi chimica achirale, porta a un acido polilattico amorfo.^[2] Il PLA è il materiale più usato nella realizzazione di prodotti mediante l'utilizzo di macchine di prototipazione rapida, le stampanti 3D a FDM (Fused Deposition Modeling).

Preparazione modifica

Partendo dal mais, o da altre fonti amidacee le fasi di preparazione possono così riassumersi:

Separazione dell'amido da fibre e glutine.
Liquefazione e saccarificazione dell'amido.
Fermentazione con riutilizzo nel brodo di coltura della parte proteica separata dall'amido.
Purificazione e concentrazione delle soluzioni di sale dell'acido lattico.
Polimerizzazione.
Preparazione del manufatto.

Due stadi distinti: sintesi per via fermentativa e isolamento dell'acido L-lattico, polimerizzazione dell'acido ottenuto. La fermentazione industriale avviene grazie a un batterio del genere lactobacillus, che abbia una purezza elevata per non influenzare la purezza ottica dell'acido prodotto. Come materie prime si usano zucchero, melasse e siero di latte. In alternativa viene utilizzato Bacillus coagulans.

Sintesi modifica

Sintesi Acido Polilattico, sopra formazione del lattide, sotto polimerizzazione

Il monomero è tipicamente prodotto a partire da amido vegetale fermentato come mais, manioca, canna da zucchero o polpa di barbabietola da zucchero.

Diversi percorsi industriali permettono di produrre PLA utilizzabile (cioè ad alto peso molecolare). Principalmente a partire da due monomeri: acido lattico e il diestere ciclico, il lattide. La via più comune per produrre PLA è la polimerizzazione ad apertura dell'anello del lattide con vari catalizzatori metallici (tipicamente ottanoato di stagno) in soluzione o in sospensione solido-liquido. La reazione catalizzata dal metallo produce la miscela racema L+D del PLA, riducendone la stereoregolarità rispetto al materiale di partenza (solitamente amido di mais).^[3]

Il PLA prodotto a partire dalla miscela racemica risulta essere amorfo e non cristallino diversamente da quello prodotto da acido lattico stereopuro.

La condensazione diretta dei monomeri dell'acido lattico può anche essere utilizzata per produrre PLA. Questo processo deve essere effettuato a meno di 200 °C; al di sopra di tale temperatura, viene generato il monomero lattidico entropicamente favorito. Questa reazione genera un equivalente di acqua per ogni fase di condensazione (esterificazione). La reazione di condensazione è reversibile e soggetta all'equilibrio, quindi è necessaria la rimozione dell'acqua per generare specie ad alto peso molecolare. La rimozione dell'acqua mediante l'applicazione del vuoto o mediante distillazione azeotropica, è necessaria per guidare la reazione verso la policondensazione. In questo modo si possono ottenere pesi molecolari di 130 kDa. È possibile ottenere pesi molecolari ancora più elevati cristallizzando accuratamente il polimero grezzo dalla massa fusa. I gruppi terminali dell'acido carbossilico e dell'alcool sono quindi concentrati nella regione amorfa del polimero solido e quindi possono reagire. Sono così ottenibili pesi molecolari di 128–152 kDa.^[3]

Proprietà modifica

Un sacchetto in acido polilattico..

Le principali proprietà sono reologiche, meccaniche e di biodegradabilità.

Reologiche: elasticità del fuso inferiore a quella delle olefine.
Meccaniche: variano da quelle di un polimero amorfo a quelle di un polimero semicristallino; proprietà intermedie a quelle del PET e del polistirene. La temperatura di transizione vetrosa è maggiore della temperatura ambiente; si ottengono materiali trasparenti.
Biodegradabilità: così come prodotto non risulta biodegradabile; lo diventa in seguito a idrolisi a temperatura maggiore di 60 °C e umidità maggiore del 20%. Le materie plastiche di utilizzo comune hanno una vita media che può variare dai 100 fino anche ai 1000 anni. Il PLA invece presenta tempi di biodegradazione molto più brevi: a seconda degli ambienti in cui viene abbandonato, ha una vita media variabile da 1 a 4 anni.

Pro e contro modifica

Pro:

Si può riciclare e/o farne il compost.
Anche disperso in mare, una volta dissolto o ridotto a microplastiche, non è tossico né per il pesce né per l'uomo se ingerito.
Elimina la dipendenza dal petrolio.
Anche bruciato non rilascia metalli pesanti^[4] o gas tossici^[5].

Contro:

Non si può utilizzare per farne il compost "dietro casa" in quanto ha bisogno di condizioni industriali per essere scomposto (alta temperatura).^[6]
In una normale discarica, cioè non esposto alla luce solare, i tempi per la decomposizione sono paragonabili a quelli della normale plastica^[7].
È sufficiente una relativamente piccola quantità di PLA per contaminare una raccolta differenziata di plastica poiché non riciclabile insieme alla normale plastica, impedendone il riciclo e fermando i profitti per le aziende che si occupano del riciclo di plastica.^[5]
La superficie coltivata destinata a produrne la materia prima viene sottratta alla produzione di alimento per l'essere umano.