Разница между PLA, PLA+ и CPLA

Введение

Мир 3D-печати и экологичная пищевая упаковка часто использует такие термины, как PLA, PLA+ и CPLA. Поскольку все три названия содержат “PLA”, их часто воспринимают как незначительные вариации одного и того же материала. На практике различия между ними важнее, чем можно предположить по названиям.

PLA — это устоявшееся семейство полимеров. PLA+ — широкое коммерческое обозначение модифицированного PLA, и оно не описывает один универсальный состав. CPLA, как правило, обозначает материал на основе PLA с повышенной кристалличностью и обычно ассоциируется с применениями, требующими повышенной термостойкости, в том числе с отдельными столовыми приборами для общественного питания.

В этой статье с точки зрения материаловедения и практического применения объясняются различия между PLA, PLA+ и CPLA. В ней также терминология 3D-printing отделяется от требований к упаковке пищевых продуктов, поскольку материал, пригодный для печати, не обязательно пригоден для прямого контакта с пищевыми продуктами, промышленного компостирования или использования в общественном питании при высоких температурах.

Что такое PLA?

PLA, или полимолочная кислота, представляет собой термопластичный сложный полиэфир, обычно получаемый из молочной кислоты, образующейся при ферментации углеводородного сырья, такого как кукурузная декстроза, сахарный тростник или другие растительные сахара. Поэтому PLA обычно имеет биологическую основу, но при этом остаётся пластиком.

Для более полного объяснения химии, производства, разложения и поведения PLA в конце срока службы см. раздел Bioleader® научном и практическом введении в полимолочную кислоту.

Характеристики PLA

• Хорошая способность к печати: PLA широко используется в настольной FDM-3D-печати, поскольку многие марки относительно просты в обработке и демонстрируют ограниченное коробление по сравнению с некоторыми инженерными пластиками.
• Прозрачность и внешний вид поверхности: подходящие марки могут обеспечивать хорошую прозрачность, глянец и жёсткость, что ценно для прозрачной упаковки.
• Потенциал промышленного компостирования: готовые изделия из PLA могут претендовать на сертификацию пригодности для промышленного компостирования, если их полная конструкция соответствует применимому стандарту.
• Ограниченная термостойкость: стандартный аморфный PLA теряет размерную стабильность при температурах значительно ниже его температуры плавления, что ограничивает многие применения для горячих блюд и горячих напитков.

Преимущества PLA

• Коммерчески освоен и широко доступен по сравнению со многими более новыми биопластиками.
• Обычно производится из возобновляемого углеводородного сырья.
• Хорошая жёсткость, прозрачность и способность к печати для подходящих применений.
• Может перерабатываться в плёнки, термоформованную упаковку, литьевые изделия и филамент 3D-printing.

Ограничения PLA

• Стандартные марки могут быть относительно хрупкими при ударных нагрузках или многократном изгибе.
• Стандартный прозрачный PLA имеет ограниченную практическую термостойкость.
• Промышленную компостируемость не следует путать с домашней компостируемостью или быстрым разложением в почве, воде или на полигоне.
• Специализированная инфраструктура для переработки PLA и промышленного компостирования доступна не на всех рынках.

Что такое PLA+?

PLA+ — один из наиболее неправильно понимаемых терминов в этом сравнении. В отличие от PLA, PLA+ не является единой стандартизированной маркой полимера с одним универсально определённым составом. Это коммерческий термин, обычно используемый производителями филамента и материалов для модифицированных составов на основе PLA, предназначенных для улучшения одного или нескольких свойств стандартного PLA.

В зависимости от производителя состав PLA+ может содержать ударопрочные модификаторы, пластификаторы, эластомерные компоненты, нуклеирующие агенты, наполнители, другие полимеры или запатентованные добавки. В результате два продукта, продаваемых как “PLA+”, могут существенно различаться по прочности, гибкости, температуре печати, термостойкости и поведению после окончания срока службы.

Ключевые улучшения, обычно связанные с PLA+

• Повышенная ударная вязкость: многие филаменты PLA+ разработаны для снижения хрупкости, свойственной стандартному PLA.
• Лучшая ударопрочность: некоторые составы предназначены для функциональных прототипов или деталей, подвергающихся повышенным механическим нагрузкам.
• Изменённое поведение при печати: адгезия между слоями, характеристики потока и температура печати могут отличаться от стандартного PLA.
• Возможное улучшение термостойкости: некоторые составы могут лучше работать при повышенных температурах, но это нельзя предполагать только по названию PLA+.

Применение PLA+

• Функциональные прототипы из 3D-printed.
• Модели, требующие большей ударной вязкости, чем стандартный PLA.
• Печатные компоненты общего назначения, для которых конкретный состав PLA+ обеспечивает требуемые механические свойства.

Что такое CPLA?

CPLA обычно обозначает кристаллизованный материал на основе PLA. Повышая кристалличность и контролируя состав и условия переработки, производители могут улучшить размерную стабильность и термостойкость изделий на основе PLA. Это делает CPLA особенно полезным для применений, где обычный аморфный PLA размягчался бы слишком легко.

CPLA обычно ассоциируется с одноразовые столовые приборы и другими изделиями для общественного питания, требующими более высокой термостойкости, чем стандартный прозрачный PLA.

Характеристики CPLA

• Более высокая термостойкость: CPLA обычно разработан для сохранения размерной стабильности при более высоких температурах, чем стандартный аморфный PLA. Фактическая рабочая температура зависит от состава, кристалличности, конструкции изделия и испытаний.
• Более высокая кристалличность: повышенная кристалличность — основная причина того, что CPLA ведёт себя иначе, чем прозрачный аморфный PLA.
• Обычно менее прозрачный: кристаллизация обычно приводит к более непрозрачному внешнему виду, поэтому CPLA обычно не выбирают, когда требуется высокая оптическая прозрачность.
• Потенциальная пригодность для промышленного компостирования: готовые изделия из CPLA могут быть сертифицированы для промышленного компостирования, если полный состав и продукт соответствуют применимым требованиям.

Применение CPLA

• общественного питания CPLA столовые приборы, включая вилки, ложки и ножи.
• Отдельные компоненты для общественного питания, контактирующие с повышенными температурами, где состав на основе CPLA был разработан и испытан для предполагаемого применения.
• Области применения, требующие большей размерной стабильности, чем может обеспечить стандартный аморфный PLA.

Сравнение: PLA, PLA+ и CPLA

Является ли PLA+ тем же самым, что и CPLA?

Нет. PLA+ и CPLA описывают разные понятия.

• PLA+ — это коммерческое название модифицированного PLA. Не существует единого состава PLA+, единого производственного процесса или стандартизированного набора свойств.
• CPLA обозначает материал на основе PLA, в котором повышенная кристалличность используется как важный путь к улучшению термостойкости и размерной стабильности.

Состав PLA+ теоретически может использовать добавки или технологии обработки, связанные с кристаллизацией, но это не делает каждый материал PLA+ CPLA. Фактический состав смолы поставщика, технические данные и характеристики готового изделия должны определять, как материал классифицируется и используется.

Какой материал вам выбрать?

Правильный материал зависит от области применения, а не от того, какое название звучит более современно.

• Выбирайте стандартный PLA когда важны прозрачность, жёсткость, относительно простая 3D-печать или эксплуатационные характеристики при холодной упаковке и температурные требования подходят.
• Рассмотрите PLA+ для применений 3D-printing, требующих большей прочности, ударной вязкости или изменённого поведения при печати, но сравните фактические технические данные производителя, поскольку составы PLA+ не стандартизированы.
• Рассмотрите CPLA для отдельных применений, требующих повышенной термостойкости, особенно столовых приборов для общественного питания, при условии, что готовое изделие имеет соответствующую документацию по контакту с пищевыми продуктами и эксплуатационным характеристикам.

Воздействие на окружающую среду

PLA обычно производится из возобновляемого углеводородного сырья, что может снизить зависимость от ископаемого полимерного сырья. CPLA имеет PLA-основу и поэтому может сохранять это преимущество возобновляемого углерода в зависимости от состава. Однако PLA+ зависит от состава, поэтому количество и тип модификаторов или дополнительных полимеров необходимо учитывать, прежде чем делать широкие экологические заявления.

Биологическое происхождение также не следует путать с компостируемостью. Полимер растительного происхождения не является автоматически компостируемым в домашних условиях, и нельзя предполагать, что продукт, описанный как биоразлагаемый, быстро исчезнет в природной среде.

Сертифицированные продукты PLA и CPLA могут иметь право на промышленного компостирования, но сертификация обычно распространяется на испытанный готовый материал или продукт. Добавки, пигменты, этикетки, краски или другие компоненты могут влиять на то, соответствует ли конкретный состав соответствующим требованиям.

PLA+ требует особой осторожности. Поскольку PLA+ не является стандартизированным составом, заявление о компостируемости, сделанное для обычного PLA, нельзя автоматически переносить на филамент или формованное изделие из PLA+. Покупателям следует проверить применимую сертификацию и доказательства, относящиеся к конкретному составу.

Переработка технически возможна для соответствующим образом отсортированных потоков PLA, но специализированная переработка PLA остаётся ограниченной во многих рынках. Ошибочное помещение PLA в другой поток пластмасс может создать проблемы с сортировкой или обработкой. Поэтому экологические характеристики любого из этих материалов частично зависят от инфраструктуры сбора и обработки, а не только от химии смолы.

Для более широкого сравнения биопластиков и традиционных пластмасс см. руководство Bioleader® по биопластики против традиционных пластмасс.

Практические советы по использованию PLA, PLA+ и CPLA в 3D-печати

PLA и PLA+ являются распространёнными материалами 3D-printing, но настройки печати должны следовать техническим рекомендациям производителя филамента, а не универсальному диапазону температур.

• Проверьте настройки производителя: Составы PLA+ могут существенно различаться, поэтому рекомендации по температуре сопла и стола должны исходить от поставщика филамента.
• Контролируйте влажность: влажность смолы или филамента может влиять на качество обработки и механические характеристики.
• Не предполагайте пищевую безопасность: филамент PLA или PLA+, пригодный для печати, не является автоматически подходящим для контакта с пищевыми продуктами только потому, что базовый полимер является PLA.
• Учитывайте готовый объект: условия печати, добавки, пигменты, пористость поверхности и требования к очистке могут влиять на практическое использование.

Можно ли использовать PLA, PLA+ и CPLA в одноразовой посуде или упаковке для пищевых продуктов?

Эти материалы играют совершенно разные роли в упаковке для общественного питания. Наиболее важное различие заключается в том, что пригодность для контакта с пищевыми продуктами должна быть подтверждена для конкретного готового продукта, а не выведена только из названия материала.

PLA для упаковки холодных пищевых продуктов и напитков

Прозрачный PLA особенно полезен там, где важны прозрачность и эксплуатация при низких температурах, включая холодный кофе, смузи, соки, фруктовый чай, десерты и отдельные охлаждённые продукты. Покупатели, оценивающие это применение, могут ознакомиться с Bioleader® компостируемые прозрачные стаканы PLA для коммерчески доступных форматов холодных напитков.

PLA+ для упаковки пищевых продуктов

PLA+ не следует рассматривать как стандартную категорию смол для упаковки пищевых продуктов. Поскольку состав модифицирующих добавок различается у разных поставщиков, продукт из PLA+ можно рассматривать для прямого контакта с пищевыми продуктами только в том случае, если для точной рецептуры и готового изделия имеется соответствующая документация для предполагаемого пищевого продукта, температурного режима и рынка.

CPLA для столовых приборов в сфере общественного питания

CPLA обычно применяется там, где одноразовым столовым приборам требуется более высокая термостойкость, чем обычно может обеспечить стандартный аморфный PLA. Типичные области применения включают вилки, ложки и ножи. Температурные пределы для конкретного продукта всё равно следует подтверждать, а не выводить из общего обозначения CPLA.

Сложности и ограничения

• Названия материалов не гарантируют характеристики: это особенно важно для PLA+, состав которого различается у разных поставщиков.
• Термостойкость зависит от конкретного продукта: кристалличность, марка смолы, добавки, толщина и условия переработки — всё это влияет на фактическую рабочую температуру.
• Контакт с пищевыми продуктами и компостируемость — это отдельные требования: ни одно из этих утверждений автоматически не подтверждает другое.
• PLA и CPLA требуют соответствующей инфраструктуры для утилизации после использования: сертификация промышленной компостируемости имеет ограниченную практическую ценность, если местная система не собирает и не принимает сертифицированную компостируемую упаковку.
• Модифицированные рецептуры требуют дополнительной проверки: добавки, используемые для повышения прочности или термостойкости, могут изменить механические свойства, поведение при переработке или компостировании.

Будущее PLA, PLA+ и CPLA

Разработка материалов на основе PLA продолжается в нескольких направлениях. Исследователи и поставщики материалов работают над улучшенным контролем кристаллизации, более прочными смесями на основе PLA, рецептурами с повышенной термостойкостью, более эффективной переработкой и более широкими технологиями рециклинга.

PLA+, вероятно, останется широкой коммерческой категорией, а не единым стандартизированным материалом, особенно в 3D-печати. По этой причине технические данные и доказательства для конкретной рецептуры останутся важнее самого обозначения “PLA+”.

CPLA и другие системы на основе PLA с высокой кристалличностью могут продолжать расширяться в применениях, где стандартному PLA не хватает достаточной термической стабильности. Однако коммерческая пригодность всё равно будет зависеть от фактических характеристик готового продукта, документации по контакту с пищевыми продуктами и применимой сертификации утилизации после использования.

Заключение

PLA, PLA+ и CPLA происходят из химии PLA, но представляют собой разные концепции материалов.

• PLA — это определённый термопластичный полиэфир, широко используемый в 3D-печати и в подходящих применениях для упаковки холодных пищевых продуктов.
• PLA+ — это нестандартизированный коммерческий термин для модифицированного PLA, поэтому его прочность, термостойкость, компостируемость и пригодность для контакта с пищевыми продуктами нельзя определить только по названию.
• CPLA — это кристаллизованный материал на основе PLA, обычно разработанный для повышенной термостойкости и размерной стабильности, что делает его пригодным для таких применений, как столовые приборы в сфере общественного питания.

Поэтому практический выбор должен основываться на требуемой температуре, механических характеристиках, прозрачности, условиях контакта с пищевыми продуктами, пути утилизации после использования и технических доказательствах для конкретного продукта. Для покупателей в сфере общественного питания Bioleader® рекомендует оценивать готовое изделие в целом, а не выбирать материал исключительно по общему обозначению PLA, PLA+ или CPLA.

Технические ссылки и источники