PLA (Ácido poliláctico)
El ácido poliláctico (PLA) es uno de los bioplásticos más utilizados y con más éxito comercial, ya que tiene una buena procesabilidad y propiedades mecánicas. Comparado con otros productos biodegradables, el PLA tiene una durabilidad, resistencia mecánica y transparencia excepcionales, lo que lo convierte en una de las principales opciones dentro de los materiales biodegradables.
Además, dado que las lactidas se forman a partir de la fermentación microbiana de subproductos agrícolas (principalmente sustancias ricas en carbohidratos), el PLA se considera una alternativa adecuada a los productos derivados del petróleo.
¿Qué es el PLA?
El PLA es un derivado del ácido láctico (LA), un poliéster termoplástico alifático lineal. Está reconocido y clasificado como uno de los poliésteres alifáticos, similar al ácido poliglicólico (PGA), y se fabrica habitualmente a partir de ácidos hidroxílicos. Debido al átomo de carbono asimétrico de su molécula, el LA existe en dos formas, L-LA y D-LA. Además, mediante conversión química, el PLA puede repolimerizarse cuando se recicla de nuevo a ácido láctico.
Dependiendo de la proporción y distribución de L- y D-LA en las cadenas poliméricas, se justificarían las propiedades térmicas y mecánicas del PLA. Debido a los grupos laterales metilo (-CH3) en los polímeros, el PLA se considera un elemento hidrófobo en la naturaleza. Así, el efecto de apantallamiento estérico de los grupos laterales metilo lo hace más resistente a la hidrólisis en comparación con el PGA. La L-LA produce un polímero semicristalino (PLLA), mientras que la poli(DL-lactida) (PDLLA) es un polímero amorfo.
Propiedades del PLA: un biopolímero versátil y resistente
Dado que el PLA está formado principalmente por bloques de L-LA, el polímero es semicristalino, y su regularidad estructural es alta. A altas temperaturas, hasta un 37 % de las regiones cristalinas proporcionan más resistencia mecánica. La temperatura de transición vítrea (Tg) es una característica importante de los materiales poliméricos, ya que especifica la temperatura por encima de la cual las regiones amorfas de los plásticos PLA se vuelven gomosas o se ablandan, y dejan de ser frágiles.
La Tg de los PLA semicristalinos y amorfos se sitúa entre 50 y 70 °C. La vida media de degradación depende de la estereoquímica de los PLA y del peso molecular, y suele oscilar entre seis meses y dos años. Además, al variar el tiempo de degradación, también varían las propiedades mecánicas. El PLA es un polímero transparente y rígido. Tiene un alargamiento de 85 % a 105 % a la rotura. La resistencia a la tracción del PLA oscila entre 45 y 70 MPa. En cuanto a las propiedades térmicas, el punto de fusión del PLA se sitúa entre 170 y 180 °C, con una Tg de 53 °C.
Cómo sintetizar el PLA:
Existen tres procesos básicos para sintetizar el PLA:
- Formación de ácido láctico mediante fermentación microbiana, seguido de su purificación y preparación de su dímero cíclico.
- Polimerización por apertura de anillo (ROP) de láctidas, el método más común para obtener PLA de alto peso molecular.
- Policondensación del monómero de PLA.
Sin embargo, el proceso de polimerización por apertura de anillo es el método más utilizado para obtener PLA de alto peso molecular. Dado que las propiedades del PLA varían con la composición isomérica, la temperatura y el tiempo de reacción, la necesidad de controlar los parámetros de polimerización es esencial.
Métodos de procesado:
En cuanto a los métodos de procesado del PLA, son técnicas de fabricación de polímeros bien establecidas, adoptadas de las técnicas de fabricación de los polímeros comerciales. Sin embargo, deben seguirse diversos controles y aplicaciones para obtener todos los beneficios del biopolímero. Los métodos más comunes utilizados para fabricar biopolímeros son:
- Extrusión en caliente: Fundir el PLA y forzarlo a través de una boquilla para crear formas continuas como películas y tubos.
- Moldeo por inyección: Inyectar PLA fundido en un molde para producir piezas precisas y complejas.
- Moldeo por soplado: Calentar y expandir una preforma de PLA dentro de un molde para formar productos huecos como botellas.
-
Termoconformado: Calentar una lámina de PLA y formarla sobre un molde mediante presión o vacío para crear envases y bandejas.
Para maximizar los beneficios del PLA, es crucial controlar la temperatura, la velocidad de enfriamiento y las condiciones del molde.
Ventaja frente a otros poliésteres alifáticos:
En comparación con otros poliésteres alifáticos, el PLA ha demostrado muchas propiedades excelentes, como una gran resistencia mecánica y módulo, biodegradabilidad, biocompatibilidad y fácil procesamiento. El aumento de la aplicación del PLA también está relacionado con la mejora de sus propiedades, como la modificación de la resistencia al calor, la copolimerización y la modificación de las mezclas.
En esta tabla se comparan el PLA (ácido poliláctico) con PHA (polihidroxialcanoatos) y PBAT (polibutileno adipato tereftalato), mostrando las diferencias clave en sus propiedades y aplicaciones.
| Propiedad | PLA | PHA | PBAT |
|---|---|---|---|
| Resistencia mecánica | Alta | Moderada | Alta |
| Módulo | Alto | Bajo | Moderado |
| Biodegradabilidad | Sí | Sí | Sí |
| Biocompatibilidad | Sí | Sí | No |
| Facilidad de procesamiento | Fácil | Moderada | Difícil |
| Resistencia al calor | Mejorable | Alta | Moderada |
| Copolimerización | Posible | Limitada | Posible |
| Modificación de mezclas | Común para mejorar propiedades | Menos común | Común |
El PLA en la industria biomédica:
La industria biomédica se encuentra entre los sectores que incorporan el bioplástico PLA a sus productos. Varias propiedades interesantes han hecho del PLA un material ideal para aplicaciones biomédicas. Una de ellas es su mecanismo de hidrólisis, por el que el PLA se degrada de forma natural in situ. De este modo, no se necesitan cirugías adicionales para extraer el dispositivo implantado. Por lo tanto, se puede mejorar la tasa de recuperación del paciente y también se minimizan los costes del sistema sanitario.
La biocompatibilidad natural del PLA contribuye a reducir la obtención de la respuesta inmunitaria critica. Como los productos de degradación están formados por ácidos lácticos y oligómeros cortos, estos materiales familiares pueden ser metabolizados por el organismo. Sin embargo, el PLA puro puede tener dificultades para cumplir todos los requisitos necesarios en este campo. De ahí, que, a lo largo de los años, se hayan investigado ampliamente los nanocompuestos basados en PLA como materiales alternativos.
Existen nanocompuestos basados en PLA con copolímeros y nanocompuestos como matrices. La mejora de los nanomateriales con su aplicación adecuada, la nanomedicina, es un campo emergente de tratamiento médico en la actualidad.
El PLA en ingeniería de tejidos
Un área emergente en la atención sanitaria humana es la ingeniería de tejidos, que se ocupa de la formación y regeneración de tejidos y órganos. En la ingeniería de tejidos, los andamiajes desempeñan un papel decisivo, ya que actúan como soportes de adhesión y crecimiento celular. Los vasos sanguíneos, la regeneración ósea y el sistema neural son algunas de las ramas biomédicas que utilizan andamios para ayudar en el tratamiento.
Debido a su buena biocompatibilidad, los materiales de PLA se utilizan mucho como andamios. El PDLLA y el PLGA se encuentran entre los biopolímeros más utilizados en ingeniería tisular debido a su amplia gama de temperaturas de fusión y transición vítrea. Además, el andamio naofibroso alineado de PLLA tiene una excelente capacidad en ingeniería de tejidos neurales. En osteogénesis, el PLLA ha demostrado ser excepcionalmente útil para estimular resultados positivos.
El PLA en envasados:
La siguiente aplicación industrial es el campo del envasado. Originado a partir del ácido láctico, el PLA es un poliéster alifático termoplástico y biodegradable con un gran potencial para aplicaciones de envasado. El monómero del ácido láctico tiene dos isómeros ópticos, y la proporción entre estos dos determinará las cualidades del PLA como material de envasado.
Por ejemplo, se obtendrán altos puntos de fusión y cristalinidad cuando se utilizan monómeros 100% L-LA. Mientras tanto, cuando se utilizan copolímeros D/L al 90/10 %, se producirá una masa fundida polimerizable por encima de su Tg, satisfaciendo las condiciones de envasado a granel.
Como material de envasado, el PLA es una buena alternativa y sustituto del plástico convencional, como el polietileno de baja densidad (LDPE), el polietileno de alta densidad (HDPE), el poliestireno (PS) y el tereftalato de polietileno (PET). La buena resistencia a la solubilidad en agua, el alto peso molecular, la buena procesabilidad y la biodegradabilidad son las propiedades atractivas que hacen del PLA un excelente material de envasado.
En términos de módulo de resistencia a la tracción, barrera al sabor y al olor, el PLA tiene propiedades similares al PE y al PET o PVC flexible. Además, el PLA tiene estabilidad térmica y la procesabilidad del PS, la imprimibilidad y resistencia a la grasa del PE. Además, para su comercialización a gran escala, el PLA es uno de los primeros polímeros de origen biológico, y puede moldearse en objetos, películas y revestimientos moldeados por inyección. El PLA puede reciclarse de nuevo antes de someterse a la repolimerización.
Usos del PLA en la agricultura:
El PLA también se ha utilizado en el campo de la agricultura. La incorporación del plástico para aplicaciones agrícolas se denomina plasticultura y comenzó en la década de 1950 para mejorar y aumentar la producción. Las principales razones para usar plástico en la agricultura incluyen:
- Protección del suelo frente a la erosión y protección de plantas contra insectos, pájaros y malas hierbas mediante mantillos.
- Uso de tuberías de riego por goteo.
- Blindaje de túneles de invernaderos.
Anteriormente, los plásticos tradicionales no renovables se utilizaban como material principal y opción en esta industria. Sin embargo, los efectos medioambientales han hecho que los plásticos biodegradables como el PLA, los PHA y el PBAT se conviertan en sustitutos.
Pero el PLA puro no es sustancial para esta industria, ya que las pobres propiedades mecánicas y térmicas del PLA han limitado el uso del PLA homopolímero en la industria de la plasticultura. Así, las películas de acolchado comercializadas a base de PLA se fabrican mezclando PLA con otros poliésteres biodegradables.
Normalmente se utilizan plastificantes para fabricar películas de acolchado comerciales a base de PLA, y son biodegradables ya que se han formado derivados de LA u oligómeros. Sin embargo, la plasticultura sigue siendo un campo en desarrollo. Hay que mejorar muchos aspectos, como el elevado coste de los polímeros. El uso de bioplásticos en la agricultura es relativamente nuevo y su ejecución aún no ha madurado.
El PLA en la industria automovilística
La industria automovilística también ha mostrado interés a lo largo de los años por incluir materiales de origen natural en sus piezas. Estos materiales demuestran un excelente rendimiento y contribuyen a mejorar la eficiencia del combustible, ya que se puede reducir el peso de los vehículos. También se consigue reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera.
Algunos de los bioplásticos existentes en el mercado son aptos para su uso en el sector de la automoción, como el PLLA y sus compuestos. Su excelente biodegradabilidad/reciclabilidad y sus atractivas propiedades mecánicas y físicas son algunos de los puntos clave que hacen del PLLA una excelente elección para esta industria.
Sin embargo, el PLA sigue careciendo de fragilidad y estabilidad térmica. Así, utilizando modificadores y aditivos adecuados, estos problemas pueden superarse. Muchos fabricantes de automóviles como Ford, Mazda, Toyota y Hyundai Motors han incorporado mezclas de PLLA de base biológica para fabricar diversos componentes.
El PLLA también podría utilizarse como piezas interiores de automóviles. BIOFRONT, al utilizar PLA, también podría fabricar componentes de automóviles tales como puertas, placas de rodadura y salpicaderos.
PLA, un material ecológico:
La principal ventaja de utilizar PLA es su respeto por su carácter ecológico. Al tratarse de un material derivado de recursos renovables como el maíz, el trigo o el arroz, puede utilizarse sin preocuparse por su agotamiento. Además, también es biodegradable, reciclable y compostable, lo que indica que casi no se produce impacto ambiental durante su eliminación. La siguiente ventaja tiene que ver con las propiedades de biocompatibilidad del PLA.
Esta propiedad es especialmente ventajosa para aplicaciones biomédicas. El material no tiene efectos tóxicos ni cancerígenos en el cuerpo humano. Cuando el PLA se degrada, se descompone en H2O y en CO2, sin interferir en la cicatrización de los tejidos. Sin embargo, a pesar de ser considerado uno de los mejores materiales para ser utilizado en las industrias, el PLA tiene algunos inconvenientes.
Inconvenientes del PLA:
En primer lugar, se rompe con una elongación inferior al 10 %, lo que demuestra que es muy frágil y limita su uso en diversas aplicaciones. Por lo tanto, el PLA tiene aplicaciones limitadas para productos que necesitan deformación plástica a niveles de tensión más altos, como tornillos y placas de fijación de fracturas en el campo biomédico.
En segundo lugar, el PLA también tiene un bajo índice de degradación. La velocidad de degradación del PLA se ve afectada por su cristalinidad, peso molecular y distribución, propiedades morfológicas, velocidad de difusión del agua en los polímeros y aplicaciones estereoisoméricas.
El PLA se degrada a través de hidrólisis de los grupos éster de la cadena principal, y la velocidad de degradación es prolongada, de 3 a 5 años de vida útil. Esta baja degradación es inusual en el campo biomédico. Puede provocar una respuesta inflamatoria de los tejidos a los huéspedes vivos debido a su fuerte hidrofobicidad, con un ángulo de contacto estático con el agua de aproximadamente 80°, y al contacto directo con fluidos biológicos.
Producción de PLA en el mundo:
Ahora, NatureWorks, con sede en EE.UU., es la primera planta de producción de PLA a escala industrial del mundo. Se estableció en 2002 con una capacidad de línea de PLA de 70.000 toneladas métricas. En 2015 amplió su capacidad a 150.000 toneladas. La planta de PLA de Tailandia, de la empresa conjunta de Total y Corbion, es la segunda más grande, con una producción de 75.000 toneladas de PLA.
Mientras tanto, en China, una línea de PLA de 5.000 toneladas fue establecida por Hisun y agregó una línea de 10.000 toneladas en 2017. Además, en 2018, varias líneas de fibra de lactida a PLA fueron construidas por Hengtian con una capacidad de 10.000 toneladas, mientras que COFCO instaló una planta de lactida a PLA con un total de 10.000 toneladas en el mismo año en China.
A continuación, Synbra ha puesto en marcha una línea de 5.000 toneladas para la fabricación de PLA expandible (BioFoam TM). Se proyecta que para 2025, el mercado mundial de plástico biodegradable alcanzará 6,73 mil millones de dólares desde 3,02 mil millones de dólares en 2018, más del doble. La creciente demanda de polímeros biodegradables en economías emergentes como Brasil, China e India es el principal motor de este espectacular incremento.
Se afirma que PHA y PLA son los principales contribuyentes a la expansión de los plásticos biodegradables de base biológica. Las cuotas de mercado de PHA y PLA son del 1,2 % y el 13,9 %, respectivamente. Se espera que ambos materiales experimenten un aumento de la producción mundial con un incremento de la producción de PLA de 293.290 toneladas en 2019 a 317.000 toneladas en 2024, lo que equivale a un 8 % de aumento de la producción.
Rejuvenecimiento sostenible: el impacto del PLLA en la estética moderna
El poli-L-ácido láctico (PLLA) se ha establecido como un componente revolucionario en el campo de la medicina estética y la cirugía reconstructiva, ofreciendo una solución avanzada para el rejuvenecimiento facial y corporal sin las complicaciones de la cirugía.
Este polímero biodegradable actúa como un poderoso bioestimulador, induciendo la producción de colágeno tipo I y II, los cuales son esenciales para mantener la estructura y elasticidad de la piel.
A diferencia de los rellenos tradicionales que ofrecen resultados temporales y superficiales, el PLLA trabaja desde el interior, mejorando la calidad de la piel a largo plazo.
Su mecanismo de acción comienza con una respuesta inflamatoria controlada, desencadenada por la inyección del material. Esta respuesta es crucial para el proceso de bioestimulación, ya que activa los fibroblastos para que produzcan colágeno nuevo y de calidad. A medida que el PLLA se reabsorbe gradualmente, deja tras de sí un marco de colágeno robusto que soporta la piel, resultando en una apariencia más joven y firme.
También debemos saber que, aparte de su uso en la mejora de la textura de la piel y la reducción de las líneas de expresión y arrugas, el PLLA ha demostrado ser efectivo en el tratamiento de áreas corporales.
Su aplicación en los glúteos, brazos, muslos, y otras áreas permite no solo mejorar la textura y el tono de la piel sino también remodelar y contornear el cuerpo, ofreciendo una alternativa no quirúrgica para aquellos que buscan una mejora estética.
El éxito del PLLA reside en su capacidad para proporcionar resultados naturales y duraderos, lo que lo convierte en una opción atractiva para quienes desean rejuvenecer su apariencia sin recurrir a la cirugía.
Su seguridad, eficacia y el beneficio añadido de ser un producto biodegradable y compatible con el cuerpo humano subrayan su posición como una de las opciones más avanzadas y respetuosas con el medio ambiente en el campo de la estética.
