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Was ist PLA?

Herkunft

PLA ist die Abkürzung, und steht für POLYLACTIDE oder auch Polymilchsäure.

Erstmals wurden Polylactide von Théophile-Jules Pelouze 1845 beschrieben. Er hat diese bei dem Versuch Milchsäure durch erhitzen und entfernen von Wasser zu reinigen beobachtet. 

1932 entwickelte der DuPont Mitarbeiter Wallace Hume Carothers (Bild einblenden) ein Verfahren zur Herstellung von Polylactiden aus Lactiden. Welches 22 Jahre später also 1954 von DuPont patentiert wurde.

 Chemische Eigenschaften

Da wir jetzt die Herkunft von PLA geklärt haben kommen wir jetzt mal zu seinen Chemischen Eigenschaften.

PLA zählt zu den Polyestern, diese aufgrund des asymmetrischen Kohlenstoffatoms optisch aktiven Polymere treten in der Form von D- oder als L-Lactiden auf, je nachdem, ob sich diese von L-(+)-Milchsäure oder von D-(–)-Milchsäure abgeleiten werden.

PLA zählt zu den Polyestern, diese aufgrund des asymmetrischen Kohlenstoffatoms optisch aktiven Polymere treten in der Form von D- oder als L-Lactiden auf, je nachdem, ob sich diese von L-(+)-Milchsäure oder von D-(–)-Milchsäure abgeleiten werden.

L(+) Milchsäure oben – D(-) Milchsäure unten

Die Eigenschaften der Polylactide hängen vor allem von der Molekülmasse (In der Chemie bezeichnet man mit der Molekülmasse die Summe der Atommassen aller Atome in einem Molekül), dem Kristallinitätsgrad (Der Begriff Kristallinitätsgrad wird in der Literatur als Synonym verwendet, und bezeichnet jenen Anteil eines teilkristallinen Feststoffes der kristallin ist) und gegebenenfalls dem Anteil von Copolymeren ab.

Eine höhere Molekülmasse steigert die Glasübergangstemperatur also die Temperatur in der das feste PLA in einen gummiartigen bis zähflüssigen Zustand übergeht sowie die Schmelztemperatur.

Die Zugfestigkeit sowie die Elastizität steigt auch und die Bruchdehnung sinkt. Die Bruchdehnung sehen wir in einem späteren Video nochmal genauer.

PLA ist wasserabweisend (hydrophob), wodurch die Wasseraufnahme und somit auch die Hydrolyserate also die Spaltung einer chemischen Verbindung durch die Reaktion von Wasser gesenkt wird.

Weiterhin sind Polylactide in vielen organischen Lösungsmitteln löslich z. B. Dichlormethan, Trichlormethan. Zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften der Polylactide können diese bei ihrer Verarbeitung z. B. beim Spritzgießen oder 3D-Druck mit Fasern verstärkt werden.

Physikalische Eigenschaften

Von der Chemie kommen wir jetzt zu Physik, PLA hat zahlreiche Eigenschaften, die für viele Einsatzgebiete nützlich sind.

Eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme mit hoher Kapillarwirkung, dadurch geeignet für Sport- und Funktionsbekleidung. 

Eine geringe Flammbarkeit, hohe UV-Beständigkeit und Farbechtheit, wodurch Anwendungen im Möbelbereich für Innen- und Außenbereiche denkbar werden. 

Zudem ist die Dichte von PLA relativ gering, wodurch es sich auch für Leichtbauanwendungen eignet.

Die Biegefestigkeit liegt bei 0,89–1,03 MPa darauf werden wir in einem weiteren Projekt darauf eingehen.

Biologische Abbaubarkeit

Polylactide weisen aufgrund der Molekülstruktur eine biologische Abbaubarkeit auf, wobei hierfür bestimmte Umweltbedingungen nötig sind, die in der Regel nur in industriellen Kompostieranlagen zu finden sind. 

Zudem ist die Abbaubarkeit stark von der chemischen Zusammensetzung sowie dem Einsatz eventueller Copolymere abhängig. Unter industriellen Kompost Bedingungen vollzieht sich der Abbau jedoch innerhalb weniger Monate. In der Natur wird sich PLA langsamer zersetzen.

Verwendung

PLA wird für die Verschiedenste Produkte verwendet zum Beispiel:

Luftpolsterbeutel aus PLA-Blend

Strohhalme

Mulchfolie aus PLA-Blend

Plastikbesteck

Kugelschreiber

Und natürlich als das beliebteste 3D-Drucker Filament