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Informationen zum PLA Filament (Polylactide)

PLA - Polylactide - Strukturformel.png

PLA ist neben ABS eines der am häufigsten genutzten Materialien von 3D-Druckern,
die nach dem FDM-Verfahren arbeiten.

Polylactide, die auch Polymilchsäuren (kurz PLA, vom englischen Wort polylactic acid) genannt werden, sind synthetische Polymere, die zu den Polyestern zählen.
Sie sind aus vielen chemisch aneinander gebundenen Milchsäuremolekülen aufgebaut.

Erstmals beschrieben wurden Polylactide 1845 von Théophile-Jules Pelouze.

Bei dem Versuch, Milchsäure durch Erhitzen und Entfernung von Wasser aufzureinigen, beobachtete er eine Kondensation der Milchsäuremoleküle und die Bildung von Oligomeren und Polymeren. Wallace Hume Carothers, ein Mitarbeiter von DuPont, entwickelte 1932 ein Verfahren zur Herstellung von Polylactiden aus Lactiden, das 1954 von DuPont patentiert wurde.

PLA-Druckmaterial - biokompatibles 3D-Filament

Aus PLA können durch Wärmezufuhr verformbare Kunststoffe (Thermoplaste) hergestellt werden. Polylactid-Kunststoffe sind biokompatibel.

Die Eigenschaften der Polylactide hängen vor allem von der Molekülmasse, dem Kristallinitätsgrad und gegebenenfalls dem Anteil von Copolymeren ab. Eine höhere Molekülmasse steigert die Glasübergangs- sowie die Schmelztemperatur, die Zugfestigkeit sowie den E-Modul und senkt die Bruchdehnung. Aufgrund der Methylgruppe verhält sich das Material wasserabweisend (hydrophob), wodurch die Wasseraufnahme und somit auch die Hydrolyserate der Hauptbindung gesenkt werden. Weiterhin sind Polylactide in vielen organischen Lösungsmitteln löslich (z. B. Dichlormethan, Trichlormethan; durch Zugabe eines Lösungsmittels wie Ethanol, in dem das Polylactid schlechter löslich ist, kann es wieder ausgefällt werden). Zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften der Polylactide können diese bei ihrer Verarbeitung (z. B. Spritzgießen, Extrusion) auch faserverstärkt werden.

PLA-Filament - UV-beständig und farbecht

PLA weist zahlreiche Eigenschaften auf, die für vielerlei Einsatzgebiete von Vorteil 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

Die mechanischen Eigenschaften von reinem PLA ähneln sehr denen von Polyethylenterephthalat (PET). Insbesondere seine Transparenz und niedrige Migrationswerte prädestinieren PLA für einen Einsatz im Lebensmittelverpackungsbereich, allerdings weist es im Vergleich zu PET eine wesentlich höhere CO2-, Sauerstoff- und Feuchte-Durchlässigkeit auf und absorbiert UV-Strahlung ab deutlich niedrigeren Wellenlängen. Der Preis von PLA von etwa 2 € pro Kilogramm ist höher als der von PET, jedoch wird davon ausgegangen, dass die Produktionskosten von PLA in den kommenden Jahren mit steigenden Produktionsmengen noch etwas sinken werden.

PLA weist 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 Kompostbedingungen vollzieht sich der Abbau jedoch innerhalb weniger Monate. In der Natur wird sich PLA in den meisten Fällen nicht zersetzen.

PLA-Druckmaterial im Trend

Experten schätzen, dass der Markt für Biokunststoffe bis zum Jahre 2020 um 20% bis 25% pro Jahr wächst. Das PLA-Wachstum der vergangenen Jahre basiert maßgeblich auf dem Einsatz von PLA-Blends für Verpackungen kurzlebiger Güter. Hierbei wird insbesondere die biologische Abbaubarkeit und der damit für den Konsumenten verbundene alternative Entsorgungsweg genutzt. Diese PLA-Blends verfügen über andere mechanische Eigenschaften als das Roh-PLA. Meist können durch die Blends die herkömmlichen Verpackungskunststoffe Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) ersetzt werden. Eine Vielzahl von Produkten, die wir im täglichen Bedarf benötigen, wird in Beuteln oder Netzen verpackt. Folien oder Netze für Beutelanwendungen müssen schlagartigen Belastungen beim Befüllvorgang standhalten und eine hohe Schweißnahtfestigkeit aufweisen. Folien aus einem PLA-Blend von FKuR haben eine besonders angenehm weiche Oberfläche. Die Kombination von Atmungsaktivität und gleichzeitiger Flüssigkeitsbarriere eignet sich besonders als „Backsheet“-Folie für z.B. Babywindeln oder für andere Hygieneprodukte. Bei herkömmlichen Windelfolien aus Polyethylen kann eine solch angenehme Oberfläche nur durch eine Oberflächenstruktur mit Hilfe der Flachfolienextrusion erzeugt werden. Kosmetikverpackungen vereinen hohe Anforderungen an ästhetische Merkmale wie Glanz, Kratzfestigkeit und Einfärbbarkeit mit den technischen Anforderungen Festigkeit und Chemikalienresistenz. Die Chemikalienresistenz von Roh-PLA oder PLA-Blends muss auf die jeweilige Befüllung hin stets überprüft werden.

Weitere Beispiele für erfolgreiche Verpackungsanwendungen sind Bio-Tragetaschen und Luftpolsterbeutel.

Einer der wichtigsten Anwendungsbereiche dürfte derzeit die medizinische Anwendung sein. PLA steht auf Grund seiner Abbaubarkeit und seiner Biokompatibilität für zahlreiche Anwendungen zur Verfügung. Die Fähigkeit des menschlichen Körpers, PLA abzubauen, wurde bereits 1966 das erste Mal beobachtet. PLA, oft in Verbindung mit einem Co-Polymer, eignet sich zum Beispiel als Nahtmaterial. Auch ist es möglich, Implantate aus PLA herzustellen, die, abhängig von der chemischen Zusammensetzung, Porosität und Kristallinität, einige Monate bis zu mehreren Jahren im Körper verbleiben, bis sie abgebaut sind. Auch die mechanischen Eigenschaften werden von diesen Faktoren beeinflusst, wodurch sich Implantate für unterschiedliche Anwendungen realisieren lassen. Dazu gehören zum Beispiel Nägel und Schrauben, aber auch Platten oder Stents. Allen Implantaten ist jedoch gemein, dass ein zweiter Eingriff, um das Implantat wieder zu entfernen, in der Regel entfällt, wodurch den Patienten eine zweite Operation erspart werden kann. PLA eignet sich auch als Gerüstmaterial für das Tissue Engineering. Hierfür werden poröse Strukturen aus PLA-Fasern hergestellt, an die sich unterschiedliche Zell-Typen, abhängig von der Porengröße, anlagern können.

Eigenschaften
Name Polyactide
weitere Namen

PLA
Polymilchsäure

Art des Polymers Thermoplast
Aggregatzustand fest

Dichte

1210–1430 kg/m3
Schmelzpunkt 150–160 °C
Glastemperatur 45–65 °C
Schlagzähigkeit 0.16–1.35 J/cm
Wasseraufnahme 0.5–50 %
Zugfestigkeit 10–60 MPa
Bruchdehnung 1.5–380 %

 

Quelle: Wikipedia

PLA Filament - umweltfreundliches 3D-Druckmaterial

Polylactide, die auch Polymilchsäuren (kurz PLA, vom englischen Wort polylactic acid) genannt werden, sind synthetische Polymere, die zu den Polyestern zählen. Sie sind aus vielen chemisch aneinander gebundenen Milchsäuremolekülen aufgebaut.

Erstmals beschrieben wurden Polylactide 1845 von Théophile-Jules Pelouze. Bei dem Versuch, Milchsäure durch Erhitzen und Entfernung von Wasser aufzureinigen, beobachtete er eine Kondensation der Milchsäuremoleküle und die Bildung von Oligomeren und Polymeren. Wallace Hume Carothers, ein Mitarbeiter von DuPont, entwickelte 1932 ein Verfahren zur Herstellung von Polylactiden aus Lactiden, das 1954 von DuPont patentiert wurde.

Aus PLA können durch Wärmezufuhr verformbare Kunststoffe (Thermoplaste) hergestellt werden. Polylactid-Kunststoffe sind biokompatibel.

Die Eigenschaften der Polylactide hängen vor allem von der Molekülmasse, dem Kristallinitätsgrad und gegebenenfalls dem Anteil von Copolymeren ab. Eine höhere Molekülmasse steigert die Glasübergangs- sowie die Schmelztemperatur, die Zugfestigkeit sowie den E-Modul und senkt die Bruchdehnung. Aufgrund der Methylgruppe verhält sich das Material wasserabweisend (hydrophob), wodurch die Wasseraufnahme und somit auch die Hydrolyserate der Hauptbindung gesenkt werden. Weiterhin sind Polylactide in vielen organischen Lösungsmitteln löslich (z.B. Dichlormethan, Trichlormethan; durch Zugabe eines Lösungsmittels wie Ethanol, in dem das Polylactid schlechter löslich ist, kann es wieder ausgefällt werden). Zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften der Polylactide können diese bei ihrer Verarbeitung (z.B. Spritzgießen, Extrusion) auch faserverstärkt werden.

06.06.2017