Nhựa PLA là gì? Đặc tính PLA và độ an toàn trong đời sống 

Nhựa PLA là gì?

Nhựa PLA (Axit Polylactic) khác với hầu hết các loại nhựa nhiệt dẻo ở chỗ nó được sản xuất từ các nguồn tài nguyên tái tạo như tinh bột ngô hoặc mía. Trong khi đó, phần lớn các loại nhựa truyền thống lại được tạo ra từ quá trình chưng cất và trùng hợp các nguồn dầu mỏ không thể tái tạo. Những loại nhựa được sản xuất từ sinh khối (như PLA) được gọi là “nhựa sinh học” (bioplastics).

Sợi in PLA

Polylactic Acid là một loại nhựa có khả năng phân hủy sinh học và có đặc tính tương tự như polypropylene (PP), polyethylene (PE) hoặc polystyrene (PS). PLA có thể được sản xuất bằng các thiết bị sản xuất đã có sẵn — vốn được thiết kế cho ngành công nghiệp nhựa hóa dầu — nên chi phí sản xuất tương đối thấp. Vì lý do đó, PLA hiện là loại nhựa sinh học có sản lượng sản xuất lớn thứ hai trên thế giới (sau tinh bột nhiệt dẻo – thermoplastic starch).

Vít y tế PLA

PLA có rất nhiều ứng dụng trong đời sống. Một số ứng dụng phổ biến nhất bao gồm: màng nhựa, chai lọ, và thiết bị y tế có thể phân hủy (ví dụ: vít, chốt, thanh, và miếng cố định – những thứ sẽ phân hủy trong khoảng 6–12 tháng). PLA co lại khi gặp nhiệt, vì vậy nó cũng được dùng làm vật liệu màng co. Thêm vào đó, khả năng nóng chảy dễ dàng của PLA còn giúp nó trở nên lý tưởng trong in 3D, đặc biệt là ứng dụng “đúc PLA mất mẫu” (lost PLA casting).

Tuy nhiên, do nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp (glass transition temperature), nên nhiều loại sản phẩm làm từ PLA — như cốc nhựa — không thích hợp để chứa chất lỏng nóng.

Các loại PLA và vì sao nó được sử dụng phổ biến?

Có một số loại Axit Polylactic khác nhau, bao gồm:

• Racemic PLLA (Poly-L-lactic Acid)
• PLLA thông thường (Poly-L-lactic Acid)
• PDLA (Poly-D-lactic Acid)
• PDLLA (Poly-DL-lactic Acid)

Chúng có những đặc tính hơi khác nhau, nhưng điểm chung là đều được sản xuất từ nguồn tài nguyên tái tạo – axit lactic (C₃H₆O₃) – thay vì từ dầu mỏ không thể tái tạo như các loại nhựa truyền thống.

Việc sản xuất PLA ngày càng trở nên phổ biến vì nó được xem như giấc mơ thành hiện thực trong việc tạo ra nhựa từ nguồn tái tạo với chi phí thấp. Ưu điểm lớn của PLA là tính linh hoạt và khả năng tự phân hủy trong môi trường tự nhiên. Ví dụ, một chai nhựa PLA nếu bị vứt xuống biển sẽ phân hủy trong khoảng 6 đến 24 tháng. Trong khi đó, nhựa thông thường phải mất hàng trăm đến hàng ngàn năm mới có thể phân hủy – sự khác biệt thật sự ấn tượng.

Chính vì vậy, PLA có tiềm năng rất lớn trong các ứng dụng ngắn hạn, nơi mà tính phân hủy sinh học đóng vai trò quan trọng (ví dụ như chai nước, hộp đựng trái cây, rau củ, v.v.). Dù có thể phân hủy trong môi trường tự nhiên sau thời gian dài, PLA vẫn rất bền chắc trong các ứng dụng thông thường (ví dụ như linh kiện điện tử bằng nhựa).

PLA trong phát triển mẫu thử bằng máy CNC và máy in 3D

PLA là một trong hai loại nhựa phổ biến nhất dùng cho máy in 3D kiểu FDM, loại còn lại là ABS. PLA được sản xuất dưới dạng sợi in 3D (filament) với rất nhiều màu sắc đa dạng.

PLA cũng có thể được gia công bằng máy CNC, nhưng không phổ biến vì không dễ tìm thấy ở dạng tấm hoặc thanh. Thay vào đó, PLA thường có sẵn ở dạng màng mỏng để định hình bằng nhiệt (thermoforming) hoặc dạng hạt để sử dụng trong ép phun (injection molding). Để điều chỉnh đặc tính vật liệu, người ta thường trộn hoặc pha các loại hạt nhựa PLA lại với nhau.

Một ứng dụng thú vị khác là đúc PLA mất mẫu (lost PLA casting). Trong phương pháp này, PLA được in 3D thành hình dạng khuôn rỗng bên trong, sau đó được bọc bằng vật liệu giống như thạch cao. PLA sau đó được nung chảy và đốt cháy, tạo thành khoang rỗng để đổ kim loại nóng chảy vào.

PLA được sản xuất như thế nào?

PLA được sản xuất chủ yếu thông qua hai quy trình chính:

• Ngưng tụ (condensation)
• Trùng hợp (polymerization)

Phương pháp phổ biến nhất là trùng hợp mở vòng (ring-opening polymerization) – sử dụng chất xúc tác kim loại kết hợp với lactide để tạo thành chuỗi phân tử PLA dài. Phương pháp ngưng tụ cũng tương tự, nhưng khác nhau ở nhiệt độ và chất phụ phẩm sinh ra trong quá trình phản ứng.

Đặc tính nhựa PLA

PLA là một loại polyester nhiệt dẻo (thermoplastic), không phải là nhựa nhiệt rắn (thermoset). Điều này nghĩa là khi được nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy (khoảng 150–160°C), PLA chuyển thành dạng lỏng, sau đó có thể làm nguội và tái sử dụng nhiều lần mà không bị suy giảm chất lượng.

Khác với nhựa nhiệt rắn – chỉ có thể gia nhiệt một lần và không thể tái chế – nhựa nhiệt dẻo như PLA có thể tái chế dễ dàng, lý tưởng cho ép phun và sử dụng nhiều vòng đời.

PLA được phân loại theo mã nhựa SPI là số 7 (PLA 7).

Nhựa PLA có an toàn không?

Ở dạng rắn, PLA không độc. Trên thực tế, PLA còn được dùng trong bao bì thực phẩm và thiết bị cấy ghép y tế phân hủy trong cơ thể theo thời gian. Tuy nhiên, giống như nhiều loại nhựa khác, PLA có thể trở nên độc hại nếu bị hít phải dưới dạng hơi, hoặc tiếp xúc trực tiếp với da/mắt trong quá trình xử lý ở nhiệt độ cao. Do đó, cần tuân thủ đúng quy trình an toàn khi xử lý PLA nóng chảy.

Gần đây, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Illinois đã công bố một nghiên cứu về lượng hạt siêu mịn (UFPs) phát thải từ máy in 3D sử dụng ABS và PLA. 

Nhược điểm của PLA là gì?

PLA có nhiệt độ chuyển thủy tinh (glass transition) thấp, thường từ 44–62°C (111–145°F). Điều này làm cho PLA không phù hợp với môi trường nhiệt độ cao — chẳng hạn như một chiếc xe hơi đóng kín dưới nắng cũng đủ làm sản phẩm PLA bị mềm và biến dạng.

PLA cũng giòn hơn một chút so với ABS khi in 3D mẫu thử, nhưng có nhiều ưu điểm khác. Bạn có thể đọc bài so sánh đầy đủ giữa PLA và ABS trong ứng dụng in 3D tại đây (liên kết gốc).

Tính chất kỹ thuật của PLA (Polylactic Acid)

Lưu ý:

• PLLA là viết tắt của Poly-L-lactic Acid, dạng PLA tinh thể cao thường được sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật.
• PLA có khả năng phân hủy sinh học nhưng vẫn duy trì được tính cơ học tốt trong điều kiện sử dụng thông thường.
• Nhiệt độ biến dạng thấp là điểm yếu chính khiến PLA không phù hợp với môi trường nhiệt cao (ví dụ: trong ô tô mùa hè).
• Độ bền kéo và độ bền uốn cao giúp PLA thích hợp cho các sản phẩm như bao bì cứng, vật dụng dùng một lần và nguyên mẫu in 3D.