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폴리젖산

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목차

1. 개요

폴리젖산(PLA)은 젖산 단량체로 만들어지는 열가소성 지방족 폴리에스터의 일종이다. PLA는 L-젖산 단량체로만 구성된 폴리-L-젖산(PLLA), D-젖산 단량체로만 구성된 폴리-D-젖산(PDLA), D-젖산과 L-젖산의 라세미 혼합물로 만들어지는 폴리-DL-젖산(PDLLA) 등 여러 형태를 가진다. PLA는 다양한 성질을 가지며, 유리 전이 온도 60–65°C, 녹는점 130-180°C, 탄성 계수 2.7–16 GPa이다. PLA는 3D 프린팅, 사출 성형 등 다양한 제조 방법을 통해 생산되며, 포장재, 소비재, 농업, 의료 등 다양한 분야에 사용된다. PLA는 생분해성을 가지고 있어 특정 조건에서 분해될 수 있으며, 탄소 중립적인 특성도 가지고 있다. PLA의 수명 종료 시나리오는 재활용, 퇴비화, 소각, 매립 등이 있다.

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폴리젖산 - [화학 물질]에 관한 문서
개요
PLA의 골격 구조
PLA의 골격 구조
CAS 등록번호26100-51-6
화학식(C3H4O2)n
반복 단위[-C(CH3)HC(=O)O-]n
물리적 성질
녹는점150 ~ 160°C
용해도0 mg/ml
밀도1210–1430 kg/m³
위험성
NFPA 704H: 0
F: 1
R: 0
화학 정보
IUPAC 명칭선형 젖산 기반 중합체
구조식[-C(CH3)HC(=O)O-]n
추가 정보
다른 이름폴리락트산
폴리락타이드
관련 화합물젖산 (C(CH3)(OH)HCOOH)
이량체락타이드 ([-C(CH3)HC(=O)O-]2)

2. 종류

젖산은 키랄성을 가지므로, 폴리젖산은 여러 뚜렷한 형태를 갖는다.[13] 젖산은 하나의 비대칭 탄소를 가지며, L체와 D체의 2종류가 존재한다.


  • 폴리-L-젖산(PLLA): L-젖산 단량체로만 구성된 중합체이다. L,L-젖산(L-젖산)의 중합으로 얻어진다.
  • 폴리-D-젖산(PDLA): D-젖산 단량체로만 구성된 중합체이다.
  • 스테레오 콤플렉스형 폴리젖산(SC-PLA): PLLA와 PDLA를 혼합하여 만든 수지로, 나선 구조가 잘 맞물려 내열성이 높다.
  • 폴리-DL-젖산(PDLLA): D-젖산과 L-젖산의 라세미 혼합물을 중합하여 만든다. 대개 무정형이며, 입체 특이적 촉매를 사용하면 결정성을 보이는 헤테로택틱 PLA를 얻을 수 있다. D체와 L체가 무작위로 혼합된 중합체는 결정성이 낮아 실용적이지 않다.[14]


젖산 외에도 5원 고리 화합물인 젖산 ''O''-카르복시산무수물 ("lac-OCA")도 학술적으로 사용된다.[14] 폴리(히드록시알칸산염)의 생산과 유사한 방식으로 PLA의 직접적인 생합성이 보고되었다.[15]

3. 성질

PLA 중합체는 비정질 유리질 중합체부터 반결정성 및 고결정성 중합체까지 다양하며, 유리 전이 온도는 60–65 °C, 녹는점은 130-180 °C, 탄성 계수는 2.7–16 GPa이다.[16][17][18] 내열성 PLA는 110 °C의 온도를 견딜 수 있다.[19] PLA의 기본적인 기계적 특성은 폴리스티렌과 PET의 중간 정도이다.[16] PLLA의 용융 온도는 40–50 °C까지, 열변형 온도는 약 60 °C에서 최대 190 °C까지 PDLA (poly-D-lactide)와 물리적으로 혼합하여 높일 수 있다. PDLA와 PLLA는 결정성이 증가된 고도로 규칙적인 스테레오 복합체를 형성한다. 온도 안정성은 1:1 혼합물을 사용할 때 극대화되지만, PDLA의 농도가 3–10%로 낮더라도 상당한 개선이 있다. 후자의 경우 PDLA는 핵 형성제 역할을 하여 결정화 속도를 증가시킨다.[20] PDLA의 생분해는 PDLA의 높은 결정성으로 인해 PLA보다 느리다. PLA의 휨 탄성률은 폴리스티렌보다 높고, PLA는 우수한 열 밀봉성을 가진다.

PLA는 인장 강도 및 탄성 계수와 같은 특성에서 PET와 기계적으로 유사하게 작동하지만, 재료는 매우 취성이며 파단 시 신율이 10% 미만이다.[21] 특히 PLA를 일반 플라스틱으로 강화하고 바이오 플라스틱 환경을 개선하기 위해 PLA의 파단 신율을 높이기 위한 노력이 진행되고 있다. 예를 들어, PLLA 바이오 복합체는 이러한 기계적 특성을 개선하는 데 관심이 있었다. PLLA를 폴리 (3-히드록시 부티레이트) (PHB), 셀룰로스 나노 결정 (CNC) 및 가소제 (TBC)와 혼합함으로써 기계적 특성이 크게 개선되었다는 것이 밝혀졌다.[22] 편광 현미경 (POM)을 사용하여, PLLA 바이오 복합체는 순수 PLLA에 비해 더 작은 구정을 가졌으며, 이는 핵 형성 밀도 향상을 나타내며 순수 PLLA에서 6%였던 파단 신율을 바이오 복합체에서 140-190%로 증가시키는 데 기여했다. 이와 같은 바이오 복합체는 강도와 생분해성이 향상되어 식품 포장에 매우 유용하다.

어닐링,[23][24][25] 핵 형성제 첨가, 섬유 또는 나노 입자와의 복합체 형성,[26][27][28] 사슬 연장,[29][30] 가교 구조 도입과 같은 여러 기술이 PLA 중합체의 기계적 특성을 향상시키는 데 사용되었다. 어닐링은 PLA 중합체의 결정도를 크게 증가시키는 것으로 나타났다. 한 연구에서 어닐링 시간을 늘리면 열전도율, 밀도 및 유리 전이 온도가 직접적으로 영향을 받았다.[31] 이 처리로 인한 구조적 변화는 압축 강도 및 강성과 같은 특성을 거의 80%까지 향상시켰다. 이와 같은 공정은 기계적 특성 개선이 현재의 석유 유래 플라스틱을 대체하는 데 중요하기 때문에 PLA의 플라스틱 시장 점유율을 높일 수 있다. 또한 PLA 기반 가교 핵 형성제의 첨가가 최종 PLA 재료의 결정도를 향상시키는 것으로 나타났다.[1] 핵 형성제의 사용과 함께 어닐링은 재료의 결정도를 더욱 향상시켜 인성과 굽힘 탄성률을 높이는 것으로 나타났다. 폴리락트산은 대부분의 열가소성 수지와 마찬가지로 섬유 (예: 기존의 용융 방사 공정을 사용) 및 필름으로 가공할 수 있다. PLA는 PETE 중합체와 유사한 기계적 특성을 가지고 있지만, 최대 연속 사용 온도가 현저히 낮다.[32]

PLA의 골격 구조와 결정화 속도에 미치는 영향도, 특히 PLA에 가장 적합한 가공 조건을 더 잘 이해하기 위해 조사되었다. 중합체 사슬의 분자량은 기계적 특성에 중요한 역할을 할 수 있다.[33] 분자량을 증가시키는 한 가지 방법은 동일한 중합체 사슬의 가지를 골격에 도입하는 것이다. 분지형 및 선형 등급 PLA의 특성화를 통해 분지형 PLA가 더 빠른 결정화를 유도한다.[34] 또한 분지형 PLA는 낮은 전단 속도에서 훨씬 더 긴 완화 시간을 경험하여 선형 등급보다 더 높은 점도를 나타낸다. 이는 분지형 PLA 내의 고분자량 영역에서 기인하는 것으로 추정된다. 그러나 분지형 PLA는 더 강하게 전단 박화되어 높은 전단 속도에서 훨씬 낮은 점도를 나타내는 것으로 관찰되었다.

라세미 PLA와 순수 PLLA는 낮은 유리 전이 온도를 가지므로 강도와 융점이 낮아 바람직하지 않다. PDLA와 PLLA의 스테레오 복합체는 더 높은 유리 전이 온도를 가져 기계적 강도가 더 높다.[35]

PLA의 높은 표면에너지는 우수한 인쇄성을 제공하여 3D 프린팅에 널리 사용된다. 3D 프린팅된 PLA의 인장 강도는 이전에 결정되었다.[36]

3. 1. 화학적 성질

폴리젖산(PLA) 합성은 주로 두 가지 방법으로 이루어진다. 락타이드를 이용한 고리 열림 중합과 젖산의 직접 축합 반응이다.[10][1]

PLA를 얻는 두 가지 주요 경로


가장 일반적인 방법은 다양한 금속 촉매, 주로 에틸헥산산 주석(II)를 사용한 락타이드의 고리 열림 중합이다.[10] 이 방법은 용액 중합 또는 현탁액으로 진행되지만, 금속 촉매 반응은 PLA의 라세미화를 유발하여 입체 규칙성을 감소시키는 경향이 있다.[10]

젖산 단량체의 직접 축합 반응 또한 PLA 합성에 사용될 수 있다. 이 공정은 200°C 미만에서 진행되어야 하는데, 이보다 높은 온도에서는 엔트로피적으로 선호되는 락타이드 단량체가 생성되기 때문이다. 각 축합(에스테르화) 단계마다 1당량의 물이 생성되므로, 고분자량의 폴리젖산을 얻기 위해서는 진공을 적용하거나 공비 증류를 통해 물을 제거해야 한다.[1]

제올라이트를 이용한 젖산 축합 반응은 더 낮은 온도에서 진행되는 일 단계 공정이다.[11][12]

3. 2. 물리적 성질

폴리젖산(PLA) 중합체는 비정질 유리질 중합체부터 반결정성 및 고결정성 중합체까지 다양하며, 유리 전이 온도는 60–65 °C, 녹는점은 130-180 °C, 탄성 계수는 2.7–16 GPa이다.[16][17][18] 내열성 PLA는 110 °C의 온도를 견딜 수 있다.[19] PLA의 기본적인 기계적 특성은 폴리스티렌과 PET의 중간 정도이다.[16]

PLLA의 용융 온도는 PDLA (poly-D-lactide)와의 물리적 혼합을 통해 40–50 °C, 열변형 온도는 약 60 °C에서 최대 190 °C까지 높일 수 있다. PDLA와 PLLA는 결정성이 증가된 고도로 규칙적인 스테레오 복합체를 형성한다. 온도 안정성은 1:1 혼합물을 사용할 때 극대화되지만, PDLA의 농도가 3–10%로 낮더라도 상당한 개선이 있다. 이 경우 PDLA는 핵 형성제 역할을 하여 결정화 속도를 증가시킨다.[20] PDLA의 생분해는 PDLA의 높은 결정성으로 인해 PLA보다 느리다. PLA의 휨 탄성률은 폴리스티렌보다 높고, PLA는 우수한 열 밀봉성을 가진다.

PLA는 인장 강도 및 탄성 계수와 같은 특성에서 PET와 기계적으로 유사하게 작동하지만, 파단 시 신율이 10% 미만으로 매우 취성이다.[21] PLLA 바이오 복합체는 폴리 (3-히드록시 부티레이트) (PHB), 셀룰로스 나노 결정 (CNC) 및 가소제 (TBC)와 혼합하여 기계적 특성을 개선할수 있다.[22]

어닐링,[23][24][25] 핵 형성제 첨가, 섬유 또는 나노 입자와의 복합체 형성,[26][27][28] 사슬 연장,[29][30] 가교 구조 도입과 같은 여러 기술이 PLA 중합체의 기계적 특성을 향상시키는 데 사용되었다. 어닐링은 PLA 중합체의 결정도를 크게 증가시킨다.[31] PLA 기반 가교 핵 형성제의 첨가는 최종 PLA 재료의 결정도를 향상시킨다.[1] 폴리락트산은 대부분의 열가소성 수지와 마찬가지로 섬유 (예: 기존의 용융 방사 공정을 사용) 및 필름으로 가공할 수 있다. PLA는 PETE 중합체와 유사한 기계적 특성을 가지고 있지만, 최대 연속 사용 온도가 현저히 낮다.[32]

라세미 PLA와 순수 PLLA는 낮은 유리 전이 온도를 가지므로 강도와 융점이 낮아 바람직하지 않다. PDLA와 PLLA의 스테레오 복합체는 더 높은 유리 전이 온도를 가져 기계적 강도가 더 높다.[35]

PLA의 높은 표면에너지는 우수한 인쇄성을 제공하여 3D 프린팅에 널리 사용된다.

3. 3. 생분해성

폴리젖산(PLA)은 특정 조건에서 생분해되는 성질을 가진다. 폴리젖산은 가수분해를 통해 저분자화된 후, 미생물에 의해 이산화탄소와 물로 분해된다.[71] 이 과정은 주쇄의 에스터기가 절단되어 분자량이 감소하는 가수분해, 가벼운 분자와 올리고머, 락타이드 등 다양한 화합물이 생성되는 열분해, 자외선에 의한 광분해 등 세 가지 메커니즘을 통해 비생물적으로 분해될 수 있다.[54] 가수분해 반응은 다음과 같다.[54]

:-COO- + H2O → -COOH + -OH

분해 속도는 온도에 영향을 받는데, 실온에서는 매우 느리다. 2017년 연구에 따르면 25°C의 해수에서 PLA는 1년 동안 질량 손실을 보이지 않았다.[55] 그러나 60°C 이상의 산업 퇴비화 조건에서는 효과적으로 분해된다.[56]

PLA는 ''Amycolatopsis'' 및 ''Saccharothrix'' 와 같은 일부 박테리아에 의해 분해될 수 있다.[61] ''Amycolatopsis'' sp.에서 정제된 PLA 디폴리머라제와 ''Tritirachium album''에서 추출한 단백질 분해 효소 K와 같은 효소도 PLA 분해에 효과적이다.[61]

폴리젖산은 농업용 멀칭 시트나 비닐하우스용 필름, 옥외용 BB탄, 3D 프린터 필라멘트, 섬유 제품, 광 디스크, 포장용 필름, 비닐 봉투 등 다양한 분야에서 활용된다. 하지만, 일반적인 환경에서는 쉽게 분해되지 않아 휴대 전화나 노트북 케이스 등의 재료로도 사용된다.[71]

산업 퇴비화 조건에서는 퇴비화가 가능하지만, EN 13432 및 ASTM D6400 표준에 따르면 가정 퇴비에서는 분해가 잘 되지 않는다.[53] 순수 PLA 폼은 둘베코 변형 이글 배지(DMEM)에 태아 소 혈청(FBS)을 첨가하여 선택적으로 가수분해될 수 있으며, 30일 후 PLLA 스캐폴드는 무게의 약 20%를 잃었다.[57] 또한, 금속 복합체 촉매를 사용하여 젖산 메틸로 분해될 수 있다.[58][59][60]

3. 4. 탄소 중립성

폴리젖산은 식물 기원의 소재로 합성할 수 있는 바이오 플라스틱 중 하나로 탄소 중립이라는 특성이 있다. 포도당, 설탕 등에 젖산균을 작용시키면, 그 발효 작용으로 젖산이 얻어진다. 원료가 되는 당류는 감자나 옥수수 등에서 얻을 수 있는 전분에 효소([아밀라아제 등)를 작용시키거나, 사탕수수 등에서 추출함으로써 대량으로 얻을 수 있다.

폴리젖산은 미생물에 의해 최종적으로 이산화 탄소로 분해되어 대기 중에 방출되지만, 식물은 대기 중의 이산화 탄소를 흡수하여 전분을 합성하므로, 전체적으로 볼 때 지구 온난화의 원인으로 여겨지는 이산화 탄소의 양을 늘리지 않는다.[74] 이러한 성질을 "탄소 중립적"이라고 한다.

오바야시구미는 CO2자원화연구소와 공동으로 폴리젖산의 실용화 검토를 진행한다고 발표했다.[74] 이는 CO2자원화연구소가 보유한 수소 세균을 이용하는 것으로, 재생 가능 에너지로부터 제조한 수소와 이산화 탄소를 주입하여 젖산을 생합성시키고, 이를 원료로 폴리젖산을 생산한다. 건설업은 모래주머니나 보양 시트 등의 형태로 세계 플라스틱 수요의 16%를 사용하는 대규모 수요자이며, 이를 미생물 유래의 폴리젖산 플라스틱으로 대체함으로써 식량과 경쟁하지 않고 탈석유화를 목표로 하고 있다.[74]

다만, 폴리젖산을 합성하기 위해서는 어느 정도의 에너지가 필요하며, 그 에너지는 석유 등 화석 연료 유래인 경우도 많다. 이 때문에 폴리젖산을 진정한 의미에서 탄소 중립이라고 불러도 좋을지에 대한 논의가 있으며, 탄소 중립을 고려하더라도 폴리스티렌에 비해 배출되는 이산화 탄소가 많다는 시각도 존재한다.[75]

4. 합성법

단량체는 일반적으로 옥수수, 카사바, 사탕수수 또는 사탕무 펄프와 같은 발효된 식물 전분으로 만들어진다.

여러 산업적 방법으로 사용 가능한(즉, 고분자량) PLA를 얻을 수 있다. 두 가지 주요 단량체가 사용된다. 젖산과 고리형 이중 에스테르인 락타이드이다. PLA를 얻는 가장 일반적인 방법은 다양한 금속 촉매 (일반적으로 에틸헥산산 주석(II))를 사용한 락타이드의 고리 열림 중합이며, 용액 중합 또는 현탁액으로 진행된다. 금속 촉매 반응은 PLA의 라세미화를 유발하여 출발 물질(일반적으로 옥수수 전분)에 비해 입체 규칙성을 감소시키는 경향이 있다.[10]

젖산 단량체의 직접적인 축합 반응 또한 PLA를 생산하는 데 사용될 수 있다. 이 공정은 200 °C 미만에서 수행되어야 하며, 그 온도 이상에서는 엔트로피적으로 선호되는 락타이드 단량체가 생성된다. 이 반응은 각 축합(에스테르화) 단계마다 1당량의 물을 생성한다. 축합 반응은 가역적이며 평형에 종속되므로 고분자량 종을 생성하려면 물을 제거해야 한다. 반응을 폴리축합으로 유도하기 위해서는 진공을 적용하거나 공비 증류를 통해 물을 제거해야 한다. 이러한 방식으로 130kDa의 분자량을 얻을 수 있다. 용융 상태에서 조(粗) 중합체를 신중하게 결정화하여 훨씬 더 높은 분자량을 얻을 수 있다. 카르복실산과 알코올 말단기는 고체 중합체의 비정질 영역에 농축되어 반응할 수 있다. 따라서 128–152kDa의 분자량을 얻을 수 있다.[1]

또 다른 방법은 젖산을 제올라이트와 접촉시키는 것이다. 이 축합 반응은 일 단계 공정이며 약 100 °C 낮은 온도에서 진행된다.[11][12]

락타이드를 경유하는 방법과 직접 중합에 의한 방법이 알려져 있다.

4. 1. 락타이드법

젖산을 가열 탈수 중합하여 저분자량 폴리젖산(올리고머)을 얻는다.[10] 이 올리고머를 감압 하에서 가열 분해하여 젖산의 환상 이량체인 락타이드를 얻는다.[10] 락타이드를 금속염 촉매(주로 옥탄산 주석(II)) 존재 하에서 중합하여 폴리젖산을 생성한다.[10] 이 외에 알루미늄이나 란타넘족의 아이소프로폭사이드, 아연의 염 등도 중합 활성이 있다.

4. 2. 직접 중합

젖산 단량체의 직접적인 축합 반응으로도 폴리젖산(PLA)을 생산할 수 있다. 이 공정은 200 °C 미만에서 수행되어야 하는데, 그 이상의 온도에서는 엔트로피적으로 선호되는 락타이드 단량체가 생성되기 때문이다. 이 반응은 각 축합(에스테르화) 단계마다 1당량의 물을 생성한다. 축합 반응은 가역적이며 평형에 종속되므로 고분자량 종을 생성하려면 물을 제거해야 한다.[1] 반응을 폴리축합으로 유도하기 위해서는 진공을 적용하거나 공비 증류를 통해 물을 제거해야 한다. 이러한 방식으로 130kDa의 분자량을 얻을 수 있다. 용융 상태에서 조(粗) 중합체를 신중하게 결정화하여 훨씬 더 높은 분자량을 얻을 수 있다. 카르복실산과 알코올 말단기는 고체 중합체의 비정질 영역에 농축되어 반응할 수 있다. 따라서 128–152kDa의 분자량을 얻을 수 있다.[1]

다이페닐 에테르 등의 용매 중에서 젖산을 감압 하에 가열하여 물을 제거하면서 중합시켜 폴리젖산을 직접 얻을 수 있다.[12]

5. 제조

PLA는 3D 프린팅, 주조, 사출 성형, 압출 성형, 가공, 용제 용접으로 제작할 수 있다.[39][40]

200px


PLA는 3D 프린터를 이용한 데스크톱 융합 필라멘트 제조의 공급 재료로 사용된다. 예를 들어 RepRap 프린터가 있다.

PLA는 디클로로메탄을 사용하여 용제 용접할 수 있다.[41] 아세톤 또한 PLA의 표면을 부드럽게 하여 녹이지 않고 끈적하게 만들어 다른 PLA 표면에 용접할 수 있다.[42]

옥수수 유래 PLA(폴리젖산)를 사용하여 3D 프린팅된 옥수수 형태


PLA로 인쇄된 고체는 석고와 같은 성형 재료로 둘러싸인 후 용광로에서 태울 수 있으며, 그 결과로 생긴 빈 공간은 용융 금속으로 채울 수 있다. 이는 "로스트 PLA 주조"로 알려져 있으며, 일종의 정밀 주조이다.[43]

6. 응용 분야

폴리젖산(PLA)은 주로 단기 사용 및 일회용 포장재에 사용된다. 2022년 전체 PLA 생산량 중 약 35%는 유연 포장재(예: 필름, 봉투, 라벨)에, 30%는 경질 포장재(예: 병, 용기, 컨테이너)에 사용되었다.[44]

6. 1. 소비재

폴리젖산(PLA)은 주로 단기 사용 및 일회용 포장재에 사용된다. 2022년 전체 PLA 생산량 중 약 35%는 유연 포장재(예: 필름, 봉투, 라벨)에, 30%는 경질 포장재(예: 병, 용기, 컨테이너)에 사용되었다.[44]

폴리젖산은 일회용 식기, 수저, 주방 용품 및 노트북, 휴대용 기기 등의 전자 제품의 하우징, 전자레인지 용 트레이 등 다양한 소비재 제품에 사용된다. (그러나 폴리젖산은 낮은 유리 전이 온도 때문에 전자레인지 용기에 적합하지 않다.) 퇴비 봉투, 식품 포장재 및 주조, 사출 성형 또는 방적된 완충 포장재로 사용된다.[1] 필름 형태로 가열 시 수축되므로 수축 터널에서 사용할 수 있다. 섬유 형태로 단일 필라멘트 낚싯줄과 그물에 사용된다. 부직포 형태로 가구, 일회용 의류, 차양, 여성 위생용품, 기저귀에 사용된다.

폴리젖산은 엔지니어링 플라스틱에도 적용되며, ABS와 같은 고무 유사 폴리머와 혼합하여 저가 포장 응용 분야에 사용된다.

자동차 부품(예: 바닥 매트, 패널 및 커버)에도 사용되나, 내열성과 내구성은 널리 사용되는 폴리프로필렌(PP)보다 열등하지만, 가수 분해를 줄이기 위해 말단 기를 캡핑하는 등의 방법으로 특성이 개선된다.[1]

6. 2. 농업

섬유 형태의 폴리젖산은 단섬유 낚싯줄과 식물 및 잡초 방지를 위한 그물에 사용된다.[1] 또한 모래 주머니, 화분, 결속 테이프 및 로프에도 사용된다.[1]

6. 3. 의료

PLA는 무해한 젖산으로 분해될 수 있어 앵커, 나사, 플레이트, 핀, 로드, 메쉬 형태의 의료용 임플란트로 사용하기에 적합하다.[45] 사용되는 유형에 따라 6개월에서 2년 이내에 체내에서 분해된다. 이러한 점진적인 분해는 지지 구조에 바람직한데, 이는 해당 부위가 치유됨에 따라 부하를 신체(예: 뼈)로 점진적으로 전달하기 때문이다. PLA 및 PLLA 임플란트의 강도 특성은 잘 문서화되어 있다.[46]

생체 적합성 및 생분해성 덕분에 PLA는 약물 전달 목적의 고분자 스캐폴드로도 연구되고 있다. 폴리(L-젖산-co-D,L-젖산)(PLDLLA)과 인산삼칼슘(TCP)의 복합 혼합물은 골 엔지니어링을 위한 PLDLLA/TCP 스캐폴드로 사용된다.[47][48]

폴리-L-젖산(PLLA)은 뺨의 지방 위축증 치료에 사용되는 안면 볼륨 증강제인 스컬트라의 주요 성분이다.

PLLA는 대식세포가 있는 상태에서 이물 반응을 통해 섬유아세포에서 콜라겐 합성을 자극하는 데 사용된다. 대식세포는 TGF-β와 같은 사이토카인 및 매개체의 분비를 자극하는 역할을 하며, 이는 섬유아세포가 주변 조직으로 콜라겐을 분비하도록 자극한다. 따라서 PLLA는 피부과 연구에 잠재적으로 적용될 수 있다.[49][50]

PLLA는 여러 동물 모델에서 기계적으로 강한 연골의 성장을 자극하는 압전 효과를 통해 소량의 전류를 생성할 수 있는 스캐폴드로 연구되고 있다.[51]

7. 수명 종료

PLA는 SPI 수지 ID 코드 7 ("기타")을 가진다.[62] 수명 종료 시나리오는 다음과 같다.


  • 재활용: 화학적 또는 기계적 재활용이 가능하다. 벨기에의 Galactic은 PLA를 화학적으로 재활용하는 최초의 파일럿 유닛(Loopla)을 시작했다.[63] 열적 탈중합 또는 가수분해에 의해 단량체로 화학적으로 재활용될 수 있으며, 정제된 단량체는 요람에서 요람까지 재활용이 가능하다.[64] 수명이 다한 PLA는 트랜스에스테르화에 의해 젖산 메틸로 화학적으로 재활용될 수 있다.[60]
  • 퇴비화: PLA는 산업 퇴비화 조건에서 생분해된다. 화학적 가수분해 과정을 시작으로 미생물 소화를 거쳐 분해된다. 산업 퇴비화 조건(58°C)에서 PLA는 60일 이내에 부분적으로(약 절반) 물과 이산화탄소로 분해될 수 있으며, 나머지는 훨씬 더 느리게 분해된다.[65] 분해 속도는 재료의 결정화 정도에 따라 달라진다.[66] 필요한 조건이 없는 환경에서는 수백 년 또는 수천 년 동안 완전히 분해되지 않아 비생물 플라스틱과 유사한 매우 느린 분해가 나타난다.[67]
  • 소각: PLA는 탄소, 산소, 수소 원자만 포함하기 때문에 소각 시 염소를 포함하는 화학 물질이나 중금속을 생성하지 않으며, 다이옥신 또는 염산을 생성하지 않는다.[68] 잔류물 없이 연소될 수 있어, 폐기물 PLA의 환경 친화적인 처리 방법으로 간주된다.[69] 소각 시 PLA는 이산화탄소를 방출할 수 있다.[70]
  • 매립: PLA는 주변 온도에서 다른 플라스틱과 마찬가지로 매우 느리게 분해되기 때문에 가장 바람직하지 않다.[67]

참조

[1] 웹사이트 Polylactic Acid. Material Safety Data Sheet http://www.ampolymer[...]
[2] 웹사이트 Material Properties of Polylactic Acid (PLA), Agro Based Polymers http://www.matbase.c[...] 2012-02-06
[3] 논문 The Diffusion of Bioplastics: What Can We Learn from Poly(Lactic Acid)? 2023
[4] 웹사이트 Bioplastics - Study: Market, Analysis, Trends - Ceresana https://ceresana.com[...] 2024-10-25
[5] 논문 Perspective on Polylactic Acid (PLA) based Sustainable Materials for Durable Applications: Focus on Toughness and Heat Resistance
[6] 웹사이트 Worldwide most used 3D printing materials, as of July 2018 https://www.statista[...] 2024-01-19
[7] 논문 Improvements in the crystallinity and mechanical properties of PLA by nucleation and annealing 2019-08
[8] 논문 Nomenclature and Terminology for Linear Lactic Acid-Based Polymers (IUPAC Recommendations 2019)
[9] 논문 Poly(lactic acid): plasticization and properties of biodegradable multiphase systems
[10] 서적 Poly(Lactic Acid): Synthesis, Structures, Properties, Processing, and Applications
[11] 뉴스 Cheaper, greener, route to bioplastic https://www.reuters.[...] 2016-02-15
[12] 논문 GREEN CHEMISTRY. Shape-selective zeolite catalysis for bioplastics production https://resolver.cal[...] 2015-07
[13] 웹사이트 Bioengineers succeed in producing plastic without the use of fossil fuels http://www.physorg.c[...] Physorg.com 2011-04-11
[14] 논문 New polymer syntheses
[15] 논문 Metabolic engineering of Escherichia coli for the production of polylactic acid and its copolymers 2010-01
[16] 논문 Large-scale production, properties and commercial applications of polylactic acid polymers 1998-01-03
[17] 논문 Properties of lactic acid based polymers and their correlation with composition 2002-02
[18] 논문 Synthetic biodegradable polymers as orthopedic devices 2000-12
[19] 논문 High Tg Aliphatic Polyesters by the Polymerization of Spirolactide Derivatives
[20] 논문 Relationship between the Stereocomplex Crystallization Behavior and Mechanical Properties of PLLA/PDLA Blends 2021-06
[21] 논문 Physical and mechanical properties of PLA, and their functions in widespread applications - A comprehensive review 2016-12
[22] 논문 Increase the elongation at break of poly (lactic acid) composites for use in food packaging films 2017-05
[23] 논문 Degradation of poly(l-lactic acid) by γ-irradiation 2001-05-01
[24] 논문 Controlled crystal nucleation in the melt-crystallization of poly(l-lactide) and poly(l-lactide)/poly(d-lactide) stereocomplex 2003-09-01
[25] 논문 Properties and morphologies of poly(l-lactide): 1. Annealing condition effects on properties and morphologies of poly(l-lactide) 1995-01-01
[26] 논문 Mechanical and Thermal Properties of Poly(L-lactide) Incorporating Various Inorganic Fillers with Particle and Whisker Shapes 2003-07
[27] 논문 Poly(d,l-lactic acid) nanoparticle preparation and colloidal characterization 2003-11-01
[28] 논문 Morphology and Properties of Poly(L-Lactide) (PLLA) Filled with Hollow Glass Beads 2007-05-04
[29] 논문 Improvement of thermal and mechanical properties of poly(L-lactic acid) with 4,4-methylene diphenyl diisocyanate 2006
[30] 논문 Reactively Modified Poly(lactic acid): Properties and Foam Processing 2005-11-04
[31] 논문 Thermal Insulation and Mechanical Properties of Polylactic Acid (PLA) at Different Processing Conditions 2020-09
[32] 웹사이트 Compare Materials: PLA and PETE http://www.makeitfro[...] Makeitfrom.com 2011-04-11
[33] 논문 Influence of molecular weight and molecular weight distribution on mechanical properties of polymers 1982-03
[34] 논문 Thermal and Rheological Properties of Commercial-Grade Poly(Lactic Acid)s 2000-01
[35] 논문 Recent Progress in Enhancing Poly(Lactic Acid) Stereocomplex Formation for Material Property Improvement 2020-08-20
[36] 논문 Mechanical properties of dense polylactic acid structures fabricated by three dimensional printing
[37] 논문 Effects of Various Liquid Organic Solvents on Solvent-Induced Crystallization of AMorphous Poly(lactic acid) Film
[38] 논문 A Literature Review of Poly(Lactic Acid) http://naldc.nal.usd[...]
[39] 웹사이트 PLA http://reprap.org/wi[...] Reprap Wiki 2011-04-04
[40] 웹사이트 PLA MakerBot Industries 2011-04-11
[41] 웹사이트 Dichloromethane Vapor Treating PLA parts https://www.thingive[...] 2013-04-12
[42] Youtube Does Acetone also work for welding and smoothing PLA 3D printed parts? https://www.youtube.[...] 2016-12-09
[43] 뉴스 Metal Casting with Your 3D Printer https://makezine.com[...] 2018-11-30
[44] 웹사이트 Polylactic Acid Market Report: Industry Analysis {{!}} 2022-2032 https://ceresana.com[...] 2024-10-25
[45] 서적 Poly(Lactic Acid): Synthesis, Structures, Properties, Processing, and Applications
[46] 서적 Theoretical Strength Comparison of Bioabsorbable (PLLA) Plates and Conventional Stainless Steel and Titanium Plates Used in Internal Fracture Fixation ASTM International
[47] 논문 Mechanical and in vitro evaluations of composite PLDLLA/TCP scaffolds for bone engineering
[48] 논문 Bone tissue engineering using 3D printing
[49] 논문 Collagen and the effect of poly-l-lactic acid based materials on its synthesis 2021-09
[50] 논문 Investigating the Effect of Biomaterials Such as Poly-(l-Lactic Acid) Particles on Collagen Synthesis In Vitro: Method Is Matter 2020-07
[51] 웹사이트 Electric knee implants could help millions of arthritis patients https://www.zmescien[...] 2022-01-18
[52] 논문 3D printing of a multifunctional nanocomposite helical liquid sensor
[53] 논문 Properties of crosslinked polylactides (PLLA & PDLA) by radiation and its biodegradability https://doi.org/10.1[...] 2007-05
[54] 논문 Poly(lactic acid)-Mass production, processing, industrial applications, and end of life 2016-12
[55] 논문 Fate of So-Called Biodegradable Polymers in Seawater and Freshwater 2017-07
[56] 웹사이트 Is PLA Biodegradable? – The Truth https://all3dp.com/2[...] 2019-12-10
[57] 논문 Polymeric scaffolds prepared via thermally induced phase separation: tuning of structure and morphology 2008-08
[58] 논문 Poly(lactic acid) Degradation into Methyl Lactate Catalyzed by a Well-Defined Zn(II) Complex 2019-01-04
[59] 논문 Zinc Complexes for PLA Formation and Chemical Recycling: Towards a Circular Economy https://birmingham.e[...] 2019-11
[60] 논문 Chemical Degradation of End-of-Life Poly(lactic acid) into Methyl Lactate by a Zn(II) Complex 2020-06
[61] 논문 Biodegradability of plastics 2009-08
[62] 논문 Comparative property analysis of fused filament fabrication PLA using fresh and recycled feedstocks 2022-11-01
[63] 웹사이트 Chemical recycling closes the LOOPLA for cradle-to-cradle PLA https://www.plastics[...] 2015-11-20
[64] 서적 Synthesis, Structure and Properties of Poly(lactic acid) Springer International Publishing 2017
[65] 논문 Biodegradation of poly(lactic acid)/starch/coir biocompositesunder controlled composting conditions 2008
[66] 논문 Influence of crystallinity on the biodegradation rate of injection-moulded poly(lactic acid) samples in controlled composting conditions 2013
[67] 웹사이트 How long does it take for plastics to biodegrade? https://science.hows[...] 2010-12-15
[68] 웹사이트 End of Life Options for Bioplastics – Recycling, Energy, Composting, Landfill - Bioplastics Guide {{!}} Bioplastics Guide http://www.bioplasti[...] 2021-03-09
[69] 논문 Combustion kinetics and emission characteristics of polycyclic aromatic hydrocarbons from polylactic acid combustion 2010-07
[70] 논문 Progress in upcycling polylactic acid waste as an alternative carbon source: A review 2022-10
[71] 뉴스 旬な材料 ポリ乳酸とは https://xtech.nikkei[...] 日経デジタルヘルス 2006-05-19
[72] 웹사이트 バイオマスプラQ&A http://www.jbpaweb.n[...] 日本バイオプラスチック協会 2019-09-16
[73] 뉴스 日精ASB、分解速い生分解性プラボトル成型技術確立 https://www.nikkei.c[...] 2019-09-05
[74] 웹사이트 CO2から生産する生分解性プラスチックの実用化検討を開始 https://www.obayashi[...] 大林組 2019-06-17
[75] 웹사이트 生分解性プラスチックの LCA 分析～2005 年度 事例研究最終報告書～ http://www.comm.tcu.[...] 武蔵工業大学 伊坪研究室 2024-01-11
[76] 웹인용 Polylactic Acid. Material Safety Data Sheet http://www.ampolymer[...]
[77] 웹인용 Material Properties of Polylactic Acid (PLA), Agro Based Polymers http://www.matbase.c[...] 2012-02-06


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