Acide polylactique
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| Chimiebox/Référence | |
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| Identification | |
|---|---|
| No CAS | (±) |
| SMILES | |
| InChI | |
| Propriétés chimiques | |
| Formule | (C3H4O2)x |
| Masse molaire[1] | 72,062 7 ± 0,003 3 g/mol C 50 %, H 5,59 %, O 44,4 %, |
| Propriétés physiques | |
| T° transition vitreuse | 60 °C |
| T° fusion | 150 °C |
| Masse volumique | 1,25 g·cm-3 |
| Précautions | |
| NFPA 704 | |
| Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire. | |
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L'acide polylactique (anglais : polylactic acid, abrégé en PLA) est un polymère entièrement biodégradable utilisé dans l'emballage alimentaire (œufs, eau minérale, fruits et légumes...), pour remplacer les sacs et cabas en plastiques jusqu'ici distribués dans les commerces, ou dans la fabrication de très nombreux objets injectés, extrudés ou thermoformés. Il est utilisé également en chirurgie où les sutures sont réalisées avec des polymères biodégradables qui sont décomposés par réaction avec l’eau ou sous l’action d’enzymes. Il est également utilisé pour les nouveaux essais de stent biodégradable. Il est un matériau utilisé par certaines imprimantes 3D.
Le PLA peut être obtenu à partir d'amidon de maïs, ce qui en fait la première alternative naturelle au polyéthylène (le terme de bioplastique est utilisé). En effet, l'acide polylactique est un produit résultant de la fermentation des sucres ou de l'amidon sous l'effet de bactéries synthétisant l'acide lactique. Dans un second temps, l'acide lactique est polymérisé par un nouveau procédé de fermentation, pour devenir de l'acide polylactique.
Ce procédé conduit à des polymères avec des masses molaires relativement basses. Afin de produire un acide polylactique avec des masses molaires plus élevées, l'acide polylactique produit par condensation de l'acide lactique est dépolymérisé, produisant du lactide, qui est à son tour polymérisé par ouverture de cycle.
Le PLA est donc l’un de ces polymères, dans lequel les longues molécules filiformes sont construites par la réaction d’un groupement acide d’une molécule d’acide lactique sur le groupement hydroxyle d’une autre pour donner une jonction ester. Dans le corps, la réaction se fait en sens inverse et l’acide lactique ainsi libéré est incorporé dans le processus métabolique normal. On obtient un polymère plus résistant en utilisant l’acide glycolique, soit seul, soit combiné à l’acide lactique.
Le PLA est un polymère ayant des caractéristiques de résistance au feu assez mauvaises. Des recherches sont menées actuellement afin de trouver un additif viable tel que la lignine augmentant les propriétés de celui-ci.[réf. nécessaire]
Le module de Young du PLA le plus fréquemment utilisé est environ de 2,7 à 16 GPa. Sa limite en traction est environ de 50 MPa.
Commerce
En 2014, la France est nette importatrice d'acide polylactique, d'après les douanes françaises. Le prix moyen à la tonne à l'import était de 2 900 €[2].
La synthèse
Deux principales méthodes de synthèse utilisé pour obtenir le PLA: la polycondensation ou la polymérisation par ouverture de cycle (ROP en anglais). Deux monomères sont utilisés: l’acide (L)-lactique (LLA) et l'acide (D)-lactique (DLLA).
La polycondensation directe
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Chimiquement, la polymérisation de l’acide lactique se fait par la réaction de l’alcool sur l’acide carboxylique, formant un sous-produit, l’eau. La réaction a lieu en 3 étapes :
- Distillation de l’eau résiduel contenue dans l’acide lactique
- Réaction d'estérification et formation d’oligomère de PLA
- Polycondensation sous atmosphère inerte à pression réduite afin d’éliminer le sous-produit formé, l’eau, favorisant les transferts de chaînes (réaction de transestérification) conduisant à des polymères de faibles masses molaire
Polymérisation par ouverture de cycle
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C’est la méthode la plus utilisé industriellement, elle produit du PLA de hautes masses molaires. La synthèse se passe en 3 étapes.
- Polycondensation : Formation d’oligomère de PLA
- Formation du lactide par dépolymérisation des oligomères de PLA
- Polymérisation du PLA par ouverture de cycle du lactide
Ses propriétés
Le PLA commercial est un copolymère de PDLLA obtenu par la polymérisation du LLA et DLLA. De nombreuses propriétés du PLA sont contrôlées par la proportion de LLA et DLLA présent dans le polymère.
Les configurations
Le PLA est un polymère chiral contenant des carbones asymétriques. Deux isomères, l’acide (L)-lactique et (D)-lactique sont utilisés dans la synthèse du PLA. La présence de ces centres stéréoisomères conduit à deux types de structures : isotactique et syndiotactique. Le polymère isotactique possède ces substituants du même coté du plan de symétrie tandis qu’un polymère syndiotactique possède ces substituants alternés l’un par rapport à l’autre du plan. La chaîne stéréochimique du PLA influence fortement les propriétés physiques et mécaniques du matériau.
Les propriétés thermiques
La PLA peut être soit amorphe, soit cristallin selon sa structure stéréochimique. La polymérisation racémique du DLLA et du LLA conduit à la formation d’un PDLLA amorphe.
Les polymère contenant exclusivement l’acide (L)-lactique (PLLA), soit l'acide (D)-lactique (PDLA) sont semi-cristallins avec un Tg d’environs de 60°C[3] et une Tm de 175°C.
Le PLLA peut cristalliser sous 2 formes (α, β). Ils correspondent aux températures de fusion (Tm) suivantes: 185°C, la forme la plus stable, et 175°C pour les formes α et β respectivement[4].
Les propriétés mécaniques
Le PLA semi-cristallin a un module de Young compris entre 3 et 16GPa, une résistance à la traction comprise entre 50 et 70 MPa, un module de traction de 3000- 4000 MPa, un allongement à la rupture variant de 2 à 10%, une résistance à la flexion de 1000 MPa et un module de flexion de 4000 – 5000 MPa [5].
Notes et références
- Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
- « Indicateur des échanges import/export », sur Direction générale des douanes. Indiquer NC8=39077000 (consulté le )
- M. Pyda et B. Wunderlich, « Reversing and Nonreversing Heat Capacity of Poly(lactic acid) in the Glass Transition Region by TMDSC », Macromolecules, vol. 38, , p. 10472–10479 (ISSN 0024-9297, DOI 10.1021/ma051611k, lire en ligne, consulté le )
- M. Arnoult, E. Dargent et J. F. Mano, « Mobile amorphous phase fragility in semi-crystalline polymers: Comparison of PET and PLLA », Polymer, vol. 48, , p. 1012–1019 (DOI 10.1016/j.polymer.2006.12.053, lire en ligne, consulté le )
- Anders Södergård et Mikael Stolt, « Properties of lactic acid based polymers and their correlation with composition », Progress in Polymer Science, vol. 27, , p. 1123–1163 (DOI 10.1016/S0079-6700(02)00012-6, lire en ligne, consulté le )
