PLA (acido polilattico): caratteristiche e applicazioni

Il PLA (acido polilattico) è un poliestere alifatico lineare. È stato realizzato per la prima volta nel 1931 da Wallace Carothers, scienziato della DuPont, riscaldando l’acido lattico sottovuoto. Tuttavia, la difficoltà ad ottenere alti pesi molecolari solo con il riscaldamento sottovuoto e la successiva tendenza del polimero a degradare fecero momentaneamente accantonare il prodotto.

PLA, come viene prodotto

Normalmente il monomero, l’acido lattico, (acido 2-idrossi propionico), è ottenuto mediante sintesi chimica o fermentazione. La fermentazione viene operata in assenza di ossigeno, dai batteri definiti lattici (Streptococcus, Pediococcus e Lactobacillus) sul glucosio o altro zucchero fermentabile, ottenuto da: barbabietola, canna da zucchero, amido di mais ecc.

I batteri trasformano gli zuccheri in acido piruvico CH₃COCOOH che successivamente viene ridotto ad acido lattico. L’acido lattico prodotto dalla fermentazione ad opera dei microrganismi è otticamente attivo, gli stereoisomeri L (+) e D (-) possono essere ottenuti utilizzando l’adeguato lactobacillus.

Il PLA ad alto peso molecolare può essere prodotto in due modi diversi. Un metodo è la polimerizzazione per condensazione in cui l’acqua viene rimossa mediante solvente sottovuoto spinto ad una determinata temperatura.

L’altro metodo è la polimerizzazione per apertura dell’anello del 2,5 dimetil 3,6 dioxo 1,4 diossano (Lattide). A livello industriale viene impiegata esclusivamente la polimerizzazione per apertura dell’anello del lattide.

Quattro forme di PLA

Ci sono quattro forme di PLA che possono essere ottenute dai diversi tipi di lattide. La L-PLA e D-PLA sono le due forme regolari otticamente attive, preparate a partire da L-lattide e D-lattide, le altre due forme otticamente inattive sono: la L, D-PLA ottenuta dalla miscela di L-lattide e D-lattide, e la forma meso-PLA.

A seconda del rapporto dei monomeri D (-) e L (+), il PLA può essere modificato da totalmente amorfo fino ad una cristallinità di circa l’80%. Si è trovato che il PLA con una percentuale maggiore del 93% di isomero L o di converso di isomero D ha un comportamento semi-cristallino mentre il PLA contenente miscele di D ed L fuori da questi limiti è sostanzialmente amorfo.

PLA, le applicazioni

Il PLA è uno dei biopolimeri più promettenti presente sul mercato, ha una vasta gamma di applicazioni che spaziano dal packaging alimentare, ai sacchetti biodegradabili, alle stoviglie monouso, al tessuto non tessuto ed alle applicazioni biomediche. Può essere impiegato in forma di filamento nella stampa 3D.

Tuttavia, alcune proprietà come la bassa resilienza all’impatto, la scarsa deformazione a rottura, le scarse proprietà barriera, la lenta velocità di cristallizzazione ma soprattutto la bassa temperatura di inflessione sotto carico, (Heat Deflection Temperature HDT), ne ostacolano l’impiego in una serie di applicazioni industriali.

Molti studi sono stati condotti per cercare di superare i suddetti limiti del PLA: un metodo è quello di aumentare la percentuale di cristallinità, un altro è quello di miscelare il PLA con altri polimeri (blending) al fine di ottenere materiali con le proprietà ricercate. Tuttavia, anche la scarsa tendenza del PLA cristallino a degradare ne ostacola la sua diffusione come materiale biodegradabile e compostabile.