PLA và ABS là hai loại vật liệu polymer. Do đó, chúng là các đại phân tử bao gồm nhiều đơn vị lặp lại. PLA là axit polylactic . Các monome được sử dụng để tạo thành PLA là axit lactic. ABS là acrylonitrile butadiene styren . Nó được làm từ ba monome: acrylonitrile, butadiene và styrene. Những vật liệu polymer này được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau tùy thuộc vào tính chất hóa học của chúng. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của cả hai hợp chất này là dạng sợi trong in 3D. Sự khác biệt chính giữa PLA và ABS là PLA là một loại nhựa nhiệt dẻo có khả năng phân hủy sinh học trong khi ABS là một loại nhựa nhiệt dẻo không phân hủy sinh học.
Các khu vực chính được bảo hiểm
1. PLA là gì
- Định nghĩa, sản xuất và tính chất
2. ABS là gì
- Định nghĩa, tính chất chung và công dụng
3. Sự khác biệt giữa PLA và ABS là gì
- So sánh sự khác biệt chính
Các thuật ngữ chính: ABS, Acrylonitrile, Acrylonitrile Butadiene Styrene, Butadiene, Lactic Acid, PLA, Polylactic Acid, Styrene, Thermoplastic
PLA là gì
PLA là axit polylactic. Nó là một loại nhựa nhiệt dẻo phân hủy sinh học. Nó là một polymer aliphatic. PLA có nguồn gốc từ các nguồn tái tạo như tinh bột ngô, củ sắn, mía, v.v ... PLA là loại nhựa sinh học phổ biến nhất được sử dụng hiện nay do khả năng phân hủy sinh học và khả năng tương thích sinh học.
Phương pháp sản xuất PLA sớm nhất là trùng hợp ngưng tụ, tạo ra các sản phẩm có trọng lượng phân tử thấp. Nhưng ngày nay, trùng hợp mở vòng được sử dụng để sản xuất PLA trọng lượng phân tử cao.
Các monome được sử dụng để sản xuất PLA là axit lactic. Monome này được sản xuất từ quá trình lên men hoặc bằng phương pháp hóa học. Tuy nhiên, lên men là phương pháp thuận lợi nhất vì ít hạn chế hơn. Việc sản xuất PLA có thể được thực hiện chủ yếu theo ba cách chính.
- Trùng hợp trùng hợp
- Polycondensation trong một giải pháp azeotropic
- Phản ứng trùng hợp thông qua sự hình thành Lactide
Phản ứng trùng hợp ngưng tụ bao gồm sự hình thành một este sau đó trải qua các phản ứng ngưng tụ. Phương pháp này loại bỏ các phân tử nước trong quá trình trùng hợp. Tuy nhiên, phương pháp này không thuận lợi lắm vì chúng ta không thể thu được vật liệu polymer có trọng lượng phân tử cao từ phương pháp này. Phương pháp polycondensation thứ hai trong một giải pháp azeotropic là thực tế hơn. Phương pháp này sử dụng các chất xúc tác khác nhau. Nhưng trùng hợp thông qua sự hình thành lactide là phương pháp hiệu quả nhất để sản xuất PLA. Nó cho PLA trọng lượng phân tử cao. Lactide là một dimer tuần hoàn được hình thành từ một phản ứng ngưng tụ. Phương pháp sản xuất PLA này còn được gọi là trùng hợp mở vòng vì Lactide là một phân tử tuần hoàn.
Hình 1: Thu được PLA từ axit Lactic và Lactide
PLA có thể được xử lý thành các dạng sợi và màng. Ứng dụng phổ biến nhất của PLA là các sợi được sử dụng trong in 3D. Những sợi nhỏ này ít bị xoắn và có độ linh hoạt thấp hơn. Nói chung, các sợi này ít bền hơn. Điểm nóng chảy thấp hơn. Tuy nhiên, PLA thường không ổn định về nhiệt và thể hiện sự mất trọng lượng phân tử nhanh chóng khi được xử lý bằng nhiệt. Điều này là do các liên kết este có xu hướng xuống cấp khi nhiệt được cung cấp. Sự suy giảm nhiệt này xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của PLA. PLA có ngoại hình đẹp, độ bền cơ học cao và độc tính thấp. Nhiệt độ chuyển thủy tinh của PLA thấp. Nó giới hạn việc sử dụng PLA trong các gói được xử lý nhiệt.
ABS là gì
ABS là acrylonitrile butadiene styren. Nó là một polymer vô định hình, nhựa nhiệt dẻo. Polyme này được sản xuất từ ba loại monome: styrene, acrylonitrile và butadiene. Ở đây, styrene và acrylonitrile phải trải qua quá trình trùng hợp với sự hiện diện của polybutadiene.
Acrylonitrile là một monome tổng hợp. Nó được làm từ propylene và ammonia. Butadiene thu được từ tinh chế dầu mỏ như một sản phẩm phụ. Styrene cũng là một monome tổng hợp. Do đó, ABS không phải là một chất sinh học. Nó là một loại nhựa nhiệt dẻo đục. Phương pháp sản xuất ABS được gọi là quá trình nhũ tương . Hỗn hợp các chất phản ứng ở dạng nhũ tương. Sự trùng hợp khối liên tục là một quá trình khác cuối cùng sẽ tạo thành ABS.
Hình 2: Monome được sử dụng trong sản xuất ABS
Vì ABS là vật liệu nhiệt dẻo, nó có thể dễ dàng tái chế. Điều này là do chúng có thể được làm nóng đến điểm nóng chảy của chúng, làm mát và làm nóng lại mà không bị suy giảm đáng kể. Điều này có nghĩa là phương pháp sản xuất ABS phổ biến nhất là tái chế vật liệu ABS đã có từ trước.
Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của ABS bao gồm các sợi sử dụng trong in 3D. Sử dụng ABS cho mục đích này dẫn đến mùi nhựa cháy trong quá trình in. Những sợi này dễ bị xoắn hơn. Chúng có phần linh hoạt khi so sánh với các loại sợi khác được sử dụng trong in 3D. Vì chúng có khả năng kháng hóa chất, nên ABS bền hơn.
ABS có điểm nóng chảy cao hơn. Vì nó là một polymer vô định hình, điểm nóng chảy thực sự của nó không thể được tính toán. Nhiệt độ chuyển thủy tinh là khoảng 105 o C. Do tính chất của ABS, nó được sử dụng trong các ứng dụng ô tô như vỏ bánh xe, gương và vỏ đèn pha.
Sự khác biệt giữa PLA và ABS
Định nghĩa
PLA: PLA là axit polylactic.
ABS: ABS là acrylonitrile butadiene styren.
Thiên nhiên
PLA: PLA là một loại nhựa dẻo, nhựa nhiệt dẻo.
ABS: ABS là một polymer vô định hình, nhựa nhiệt dẻo.
Monome
PLA: PLA được làm từ các monome axit lactic.
ABS: ABS được làm từ các monome acrylonitril, butadien và styren.
Xuất hiện trong tự nhiên
PLA: PLA là một loại polymer phân hủy sinh học.
ABS: ABS là một loại polymer không phân hủy sinh học. Nhưng nó có thể được tái chế.
Nguyên liệu thô
PLA: PLA là một vật liệu dựa trên thực vật.
ABS: ABS là một vật liệu dựa trên dầu mỏ.
Độ bền
PLA: PLA tương đối kém bền hơn.
ABS: ABS bền hơn.
Mềm dẻo
PLA: PLA kém linh hoạt.
ABS: ABS linh hoạt hơn PLA.
Độ nóng chảy
PLA: PLA có điểm nóng chảy thấp hơn.
ABS: ABS không có điểm nóng chảy xác định do cấu trúc vô định hình của nó.
Phần kết luận
PLA và ABS là những vật liệu polymer quan trọng. PLA là axit polylactic. ABS là acrylonitrile butadiene styren. Cả hai vật liệu này thường được sử dụng làm sợi cho in 3D. Có nhiều sự khác biệt giữa PLA và ABS khi thành phần hóa học và tính chất được xem xét. Sự khác biệt chính giữa PLA và ABS là PLA là một loại nhựa nhiệt dẻo có khả năng phân hủy sinh học trong khi ABS là một loại nhựa nhiệt dẻo không phân hủy sinh học.
Tài liệu tham khảo:
1. Jamshidian, Majid, et al. Axit Poly ‐ Axit Lactic: Sản xuất, Ứng dụng, Nanocomposites và Nghiên cứu Phát hành. Nhận xét toàn diện về Khoa học Thực phẩm và An toàn Thực phẩm, Blackwell Publishing Inc, 26 tháng 8 năm 2010, Có sẵn tại đây. 2. Rogers, Tony. Blog cơ chế sáng tạo của Wikipedia. Tất cả mọi thứ bạn cần biết về nhựa ABS, có sẵn ở đây.
3. Acrylonitrile butadiene styrene. Wikipedia Wikipedia, Wikimedia Foundation, ngày 13 tháng 10 năm 2017, Có sẵn tại đây.
Hình ảnh lịch sự:
1. PLA từ axit lactic & đường sữa Lacton của Súng trường 82 - Công việc riêng [Tên miền công cộng] qua Commons Wikimedia
2. Công thức nhựa dẻo ABS của Đức By By Padleckas tại Wikipedia Tiếng Anh - Công việc riêng [Miền công cộng] qua Commons Wikimedia
Nhựa sinh học là vật liệu nhựa được làm từ nguồn nguyên liệu tái tạo được và tùy từng loại mà chúng có thể phân hủy sinh học hoặc không
22:47 29/06/20 4.815 lượt xem
1.1. Định nghĩa
Nhựa sinh học là vật liệu nhựa được làm từ nguồn nguyên liệu tái tạo được và tùy từng loại mà chúng có thể phân hủy sinh học hoặc không. Hiện nhựa sinh học gồm có polylactic acid [PLA] và polyhydroxyalkanoate [PHA].
Nhựa phân hủy sinh học PLA là một loại nhựa sinh học nhiệt dẻo có nguồn gốc từ thực vật như bột ngô, củ sắn, mía, tinh bột khoai tây,.. Vì thế chúng có khả năng tự phân hủy và được sử dụng để sản xuất các đồ dùng hàng ngày như bao bì đựng thực phẩm, khay đựng, cốc, chén, màng thực phẩm gói rau, dụng cụ y tế,…
1.2. Nhựa phân hủy sinh học PLA sản xuất như thế nào?
Nhựa phân hủy sinh học PLA được sản xuất bằng phương pháp trùng ngưng axit lactic. Các nhà sản xuất sẽ lên men đường lấy từ nguồn nguyên liệu tái tạo như tinh bột ngô, bột sắn hột, mía đường, tinh bột khoai tây… và thu lấy axit lactic.
Theo giáo sư Bert Sels của Trung tâm xúc tác và hóa học bề mặt thì axit lactic được đưa vào một lò phản ứng và được trùng ngưng thành “lactide” trong môi trường chân không và điều kiện là nhiệt độ cao. Sau đó, lactide này dưới tác dụng của xúc tác và nhiệt độ phân giải ra thành chuỗi và liên kết với nhau tạo ra PLA. Trong quá trình sản xuất nhựa PLA, người ta vẫn sử dụng xúc tác kim loại sinh ra rác thải trong các bước trung gian [bước tạo ra lactide].
Ngày nay, để tăng hiệu quả kinh tế, các nhà khoa học đã đưa ra ý tưởng sử dụng zeolite [một khoáng chất xốp được tạo ra từ nhôm, oxy, silic] làm chất xúc tác trong lò phản ứng để dẫn đường cho quá trình chuyển đổi từ axit lactic thành lactide. Kim loại sinh ra rác thải trong các bước trung gian được loại bỏ.
Theo nghiên cứu sinh sau Tiến sĩ Michiel Dusselier thì “Bằng cách lựa chọn một dạng zeolite cụ thể dựa trên hình dạng lỗ của nó, chúng tôi có thể chuyển đổi axit lactic thành các khối xây dựng cho PLA mà không tạo ra sản phẩm phụ lớn hơn không vừa với lỗ của zeolite”.
2. Ưu và nhược của nhựa phân hủy sinh học PLA
Với cách sản xuất như trên nhựa phân hủy sinh học PLA có một số ưu, nhược điểm sau:
| 2.1. Ưu điểm | 2.2. Nhược điểm |
| Nhựa phân hủy sinh học PLA được sản xuất từ các thành phần có nguồn gốc từ nguyên liệu tái tạo như tinh bột ngô
| Bên cạnh những ưu điểm nổi bật, nhựa phân hủy sinh học PLA có một số nhược điểm như:
|
3. Ứng dụng của nhựa phân hủy sinh học PLA trong đời sống
Vì nhựa phân hủy sinh học PLA không độc hại với cơ thể người nên được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sau:
3.1. Ứng dụng trong kỹ thuật cấy mô
Phương pháp cấy mô liên kết các tế bào sống với hệ thống khung thông qua các vật liệu sinh học. Nhờ đó, các tế bào sống có thể sinh sôi, nảy nở theo các chiều hướng khác nhau giúp tái tạo các mô sống.
Vật liệu sinh học giúp thay thế các mô sống và mang lại lợi ích cho việc cấy ghép nội tạng. Biopolymer, đặc biệt là nhựa PLA chính là lựa chọn tối ưu trong trường hợp này.
Nhựa PLA đã được Cục quản lý thực phẩm và dược phẩm Mỹ cho phép ứng dụng lâm sàng ở người. Nó đã được thử nghiệm thành công trong việc tái tạo mô ở các cơ quan như xương, sụn, bàng quang, gan, van tim cơ học.
3.2. Ứng dụng làm vật liệu mang, dẫn truyền thuốc
Nhựa PLA có khả năng tương thích sinh học cao, phân hủy sinh học, xử lý nhiệt và có độ bền cơ học cao, độ hòa tan trong các dung môi hữu cơ nên nó được sử dụng nhiều trong vật liệu dẫn truyền thuốc.
PLA được dùng để dẫn truyền cho bệnh uốn ván, hỗ trợ dẫn truyền cho thuốc insulin xịt ở miệng cho bệnh đái tháo đường loại 2, dẫn truyền cho nhóm thuốc paclitaxel chống ung thư, dẫn truyền cho nhóm thuốc 5 FU và paclitaxel, dẫn truyền thống cho quá trình điều trị ung thư,…
Ngoài ra, PLA biến tính còn có trong các sản phẩm cấy ghép hoặc dùng trong vật liệu chế tạo các thiết bị y tế như chỉ tự tiêu, thanh định hình, ghim, tấm, thiết bị truyền dịch một lần, bao bì phân phối thuốc,… hoặc ứng dụng trong phương pháp điều trị da như điều trị sẹo trên mặt, teo mỡ,…
3.3. Ứng dụng trong lĩnh vực bao bì đóng gói
Nhựa phân hủy sinh học PLA có trong các ứng dụng làm túi đựng thực phẩm.
PLA biến tính còn có trong các vật liệu được sử dụng để làm khay, hộp đựng thức ăn, sản xuất màng phim mỏng đóng gói thực phẩm, túi đựng đồ siêu thị, đĩa, ly, muỗng,…
Đặc biệt PLA biến tính được gia cường bằng bentonite, phủ lớp microcrystalline cellusose, silicate có khả năng kháng tia UV và ánh sáng khả kiến [nguyên nhân gây biến tính chất lượng sản phẩm] nên còn được dùng làm bao bì bảo quản thực phẩm. Ngoài ra, loại bao bì này còn có tính kháng khuẩn, thích hợp với việc bảo quản thực phẩm sống như rau củ quả, thịt cá,…
3.4. Ứng dụng trong lĩnh vực ô tô vận tải
Vật liệu composites nền PLA được nhiều công ty sử dụng trong lĩnh vực vận tải như:
- Công ty Toyota sử dụng composite nền PLA và sợi kenaf làm lốp xe dự phòng và nghiên cứu để sản xuất tấm trải sàn, tay cầm, ghế ngồi.
- Công ty Ford dùng composite nền PLA làm hệ thống vòm xe, tấm thảm trải
- Công ty Mitsubishi sử dụng PLA sợi, Nylon 6 làm tấm trải xe.
- Công ty ô tô Fiat [Italy] nghiên cứu vật liệu polymer “xanh” để chế tạo các bộ phận trong ô tô.
3.5. Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp
PLA được sử dụng trong các ứng dụng làm màng phủ sinh học có tác dụng tăng tốc độ chín của quả trên cây trồng, giữ phân bón, độ ẩm, ức chế nhiễm nấm, sự phát triển của cỏ dại và sự phá hoại của côn trùng. Ngoài ra, có loại màng phủ sinh học còn giúp cây trồng chống chịu với sự thay đổi của thời tiết
Bên cạnh đó, PLA biến tính cũng được dùng làm dây buộc cà chua, chậu cây và một số vật dụng khác
3.6. Ứng dụng trong lĩnh vực điện tử
Nhựa phân hủy sinh học PLA biến tính được các công ty chế tạo và sử dụng khá nhiều trong lĩnh vực điện tử như:
- Năm 2002, công ty Mitsubishi chế tạo ra PLA chịu nhiệt làm vỏ máy nghe nhạc.
- Năm 2004, công ty NEC Corp của Nhật gia cường sợi kenaf cho vật liệu composite nhựa nền PLA để tăng khả năng chịu nhiệt và làm dummy cắm trực tiếp vào laptop chống bụi bẩn tác động, vỏ điện thoại [năm 2006].
- Năm 2005, Fujitsu dùng composite của PLA vào thiết bị chống cháy trong nhà. Họ cũng dùng hỗn hợp blend PLA/PC/phosphorus làm hệ thống khung của máy tính.
- Năm 2007, Samsung dùng PLA/Polycarbonate bisphenol A [PC] có khả năng chịu nhiệt, va đập vào sản xuất các vỏ linh kiện điện tử như vỏ máy tính, vỏ điện thoại… .