PLA, Ácido poliláctico: El plástico respetuoso con el medio ambiente

¿Qué es el PLA?

El ácido poliláctico o poliactida (PLA) es un poliéster biodegradable y bioactivo compuesto por componentes básicos de ácido láctico. Fue descubierto por primera vez en 1932 por Wallace Carothers calentando ácido láctico al vacío mientras eliminaba el agua condensada. Durante los primeros tiempos, sólo se producía PLA de baja densidad. Utilizando lactide como materia prima y a través del proceso de polimerización de apertura de anillos, se desarrolló finalmente una versión de alta densidad de PLA.

Las primeras aplicaciones de PLA de alta densidad se limitaron principalmente a áreas biomédicas debido a su capacidad de ser absorbida biológicamente de forma segura. En las últimas décadas, el desarrollo de métodos de producción económicos y una creciente conciencia medioambiental en los consumidores han llevado al uso generalizado del PLA como material de envasado para bienes de consumo. El PLA se fabrica a partir de fuentes renovables y es compostable, lo que soluciona los problemas de eliminación de residuos sólidos y reduce nuestra dependencia de las materias primas derivadas del petróleo. Actualmente es el segundo bioplástico más producido y consumido en el mundo en términos de volumen.

Tabla de propiedades de PLA

Propiedad	Valor
Nombre completo	Ácido poliláctico (PLA)
Punto de fusión	150 a 160 °C (302 a 320 °F)
Transición vítrea	60-65 °C
Temperatura del molde de inyección	178 a 240 °C (353 a 464 °F)
Densidad	1.210-1.430 g-cm-3
Fórmula química	(C3H4O2)n
Cristalinidad	37%
Módulo de tracción	2,7-16 GPa
Solubilidad	Disolventes clorados, benceno caliente, tetrahidrofurano y dioxano (no soluble en agua).

¿Cómo se hace el PLA?

El PLA es un poliéster (polímero que contiene el grupo de los ésteres) hecho con dos posibles monómeros o bloques de construcción: ácido láctico y lactida. El ácido láctico puede ser producido por la fermentación bacteriana de una fuente de carbohidratos bajo condiciones controladas. En la producción industrial de ácido láctico, la fuente de carbohidratos de elección puede ser almidón de maíz, raíces de mandioca o caña de azúcar, lo que hace que el proceso sea sostenible y renovable.

La producción de PLA por condensación directa de ácido láctico es posible. Sin embargo, este proceso usualmente resulta en el menos deseado PLA de baja densidad. Para producir PLA de alta densidad, el ácido láctico se calienta en presencia de un catalizador ácido para formar un láctido cíclico. En presencia de catalizadores metálicos, el lactido se somete a un proceso de polimerización de apertura anular para formar PLA de alta densidad.

Se está investigando para encontrar métodos aún más ecológicos y baratos de producción de PLA. Además de los productos agrícolas en sí, los residuos de los cultivos, tales como tallos, paja, cáscaras y hojas, pueden ser procesados y utilizados como fuentes alternativas de carbohidratos. Los residuos que no pueden fermentarse pueden utilizarse como fuente de calor para reducir el uso de hidrocarburos derivados de combustibles fósiles.

Ventajas del PLA

Una de las principales ventajas del PLA es su naturaleza biodegradable y el proceso sostenible mediante el cual se elabora, lo que lo convierte en la elección del plástico respetuosa con el medio ambiente. Bajo las circunstancias adecuadas, el PLA puede descomponerse en sus elementos naturales en menos de un mes, en contraste con los siglos que le llevará a los plásticos tradicionales descomponerse. El PLA es especialmente adecuado en aplicaciones de corta vida útil, como en botellas de agua y contenedores de alimentos.

El proceso de fabricación del APA también es más respetuoso con el medio ambiente. Además de utilizar materias primas renovables, la emisión de gases de efecto invernadero durante la producción también es menor. Debido a que el dióxido de carbono se consume durante el crecimiento del maíz, la emisión neta de gases de efecto invernadero del proceso de producción global de PLA puede incluso considerarse negativa. Los estudios en curso sobre el uso de fuentes alternativas de carbohidratos, como los desechos agrícolas y domésticos, incluso sugieren que la producción de APA puede conducir a una disminución de los desechos sólidos en general.

El PLA es un termoplástico, lo que significa que se convertirá en un líquido en su punto de fusión de 150 a 160 grados Celsius. Una característica ingeniosa de los termoplásticos es que pueden ser calentados, colocados al enfriarse y recalentados de nuevo para formar otras formas sin ninguna degradación. Por el contrario, un plástico termoendurecible (como el epoxi o la melamina) sólo se puede calentar y moldear una vez, pero el producto resultante ya no se puede volver a calentar, ya que simplemente se quemará. Esta propiedad del PLA lo convierte en un material deseable para el reciclaje.

El PLA puede descomponerse hasta sus monómeros originales mediante un proceso de despolimerización térmica o por hidrólisis. La solución de monómero resultante puede purificarse y utilizarse para la posterior producción de PLA sin pérdida de calidad. Si se incinera un material hecho de PLA, no se generan humos tóxicos.

Desventajas del PLA

La facilidad con la que se funde el PLA lo convierte en un material con el que es fácil trabajar. Sin embargo, esto también hace que el PLA sea inapropiado para aplicaciones de alta temperatura, tales como recipientes hechos para mantener líquidos calientes. Un material hecho de PLA puede incluso mostrar signos de ablandamiento o deformación en un día caluroso de verano.

El PLA se sigue considerando inferior al politereftalato de etileno (PET) para aplicaciones de almacenamiento de alimentos a largo plazo debido a problemas de permeabilidad con el PLA. Se ha descubierto que el material de envasado de PLA es más permeable a la humedad y al oxígeno en comparación con otros plásticos, lo que puede resultar en un deterioro más rápido de los alimentos. Las aplicaciones donde la dureza y la resistencia al impacto son críticas también pueden ser inapropiadas para el PLA más frágil.

¿Qué materiales se pueden fabricar con PLA?

El PLA puede procesarse mediante extrusión, moldeo por inyección, fundición, película soplada, termoformado e hilado de fibra para formar productos útiles y versátiles. Típicamente está disponible en el mercado como películas delgadas para termoformado, gránulos de plástico para moldeo por inyección o filamentos imprimibles en 3D. Una variedad de colores de PLA está disponible.

Se han desarrollado versiones más resistentes de PLA mezclando diferentes isómeros de PLA, lo que resulta en una temperatura de fusión más alta (de 40 a 50 grados Celsius) y una mayor resistencia mecánica. Esta versión mejorada ha sido objeto de una amplia gama de aplicaciones, como los contenedores para microondas y los plásticos de ingeniería. Las aplicaciones a corto plazo, tales como recipientes para alimentos, botellas de agua y cubiertos desechables, son un uso popular para el PLA. Una película de PLA se encoge al calentarse, lo que la convierte en un material deseable para la envoltura retráctil.

Los comentarios de las empresas que utilizan el PLA como material para el envasado de alimentos indican la preferencia por el PLA debido a una mayor estética, una mejor imprimibilidad, una buena resistencia a la grasa y los aceites, y una reducción de los problemas de transferencia de sabor y olor.

El PLA es ampliamente utilizado en el campo médico debido a su capacidad de degradarse en ácido láctico no tóxico. Los implantes médicos como tornillos, varillas, alfileres y mallas se han fabricado utilizando PLA. Dentro del cuerpo del paciente, estos implantes se rompen completamente en 6 meses a 2 años, eliminando la necesidad de una cirugía adicional.

El PLA puede ser extruido en fibras delgadas con una resistencia mecánica significativa. Estas fibras PLA se han utilizado para fabricar ropa deportiva casual, material de tapicería, productos de higiene y pañales.

El PLA es uno de los dos plásticos más utilizados en la impresión en 3D (el otro es el Estireno Acrilonitrilo-Butadieno o ABS). Específicamente, el PLA es ampliamente utilizado en la fabricación de filamentos fundidos en la impresión en 3D, donde los sólidos de PLA se encapsulan en moldes de yeso para formar moldes que pueden ser rellenados con metal fundido. Esta es una técnica conocida como «fundición PLA perdida».

¿Cuál es el futuro del PLA?

El desarrollo de procesos más baratos y respetuosos con el medio ambiente mediante los cuales se fabrica el APA debería dar lugar a la disminución de su precio en el mercado, lo que llevaría a su aplicación más generalizada. A ello contribuirá una base de consumidores cada vez más concienciados con el medio ambiente. Los problemas de permeabilidad, fragilidad y baja temperatura de fusión tendrán que ser tratados por medio de investigaciones adicionales, pero es seguro decir que el PLA continuará sustituyendo a los plásticos basados en petróleo por los materiales de empaque para productos farmacéuticos y alimentos en el futuro.