در سالهای اخیر، با افزایش تقاضای جهانی برای کنترل آلودگی پلاستیک و توسعه{0}کم کربن، تحقیقات در مورد اسید پلی لاکتیک زیست تخریبپذیر (PLA) به عمیقتر شدن ادامه داده است و جهات مختلفی از جمله تنوع مواد خام، تنظیم ساختار مولکولی، بهینهسازی عملکرد، نوآوری فناوری پردازش و تجزیه و تحلیل مکانیسم تخریب را پوشش میدهد. پیشرفتها در طراحی مواد، ارتقای فرآیند، و گسترش برنامهها، مسیر تبدیل PLA را از نتایج آزمایشگاهی به کاربردهای صنعتی کاربردی در مقیاس بزرگ تغییر میدهند و چشمانداز توسعه گسترده را نشان میدهند.
در مورد مواد خام و فرآیندهای سنتز، تحقیقات از محصولات غلات نشاسته ای سنتی مانند ذرت و نیشکر به زیست توده غیر دانه ای و محصولات جانبی-صنعتی گسترش یافته است. با استفاده از مواد خام لیگنوسلولز مانند کاه، پوسته برنج و خاک اره، یک مسیر فنی ترکیبی از پیش تیمار اسید/قلیایی، هیدرولیز آنزیمی و تخمیر میکروبی می تواند به طور موثر آنها را به اسید لاکتیک تبدیل کند، تضاد بین تولید غلات و استفاده از زمین را کاهش دهد و هزینه مواد خام را کاهش دهد. در همین حال، تحقیقات در مورد سنتز اسید لاکتیک بر اساس دی اکسید کربن و سیستمهای الکتروشیمیایی میکروبی پیشرفت تدریجی داشته است و ایدههای جدیدی را برای ساختن سیستمهای مواد خام کربن-خنثی یا حتی کربن- ارائه میدهد. در فرآیند پلیمریزاسیون، استفاده از راکتورهای جریان پیوسته و کاتالیزورهای جدید و بسیار کارآمد (مانند کاتالیزورهای مبتنی بر قلع، روی- و کاتالیزورهای آلی) بازده و نرخ پلیمریزاسیون لاکتید را بهبود بخشیده و تغییر رنگ و گسترش وزن مولکولی ناشی از واکنشهای جانبی را به طور قابل توجهی مهار کرده است.
ساختار مولکولی و اصلاح عملکرد تمرکز تحقیقات فعلی است. کاستیهای PLA خالص از نظر مقاومت حرارتی، چقرمگی و تخریب قابل کنترل، محققان را بر آن داشته است تا عملکرد را از طریق کوپلیمریزاسیون، اختلاط و نانوکامپوزیتها بهبود بخشند. کوپلیمریزاسیون بلوکی یا تصادفی با واحدهای زیست تخریب پذیر مانند کاپرولاکتون (PCL) و اسید گلیکولیک (GA) می تواند بلورینگی، نقطه ذوب و سرعت تخریب را تنظیم کند و مواد را قادر می سازد تا نیازهای تجزیه سریع بسته بندی یکبار مصرف و همچنین اجزای ساختاری را که به عمر طولانی تری نیاز دارند، برآورده کنند. معرفی پرکنندههای کاربردی مانند نانوسلولز، مونت موریلونیت و گرافن نه تنها استحکام مکانیکی و ویژگیهای مانع را بهبود میبخشد، بلکه به PLA خاصیت ضد باکتریایی، رسانایی یا ضد شعله میبخشد. علاوه بر این، با ترکیب L-PLA و D{6}}PLA با استفاده از فناوری استریوکمپلکساسیون، ساختار بلوری با نقطه ذوب تا 220 درجه به دست میآید که مقاومت حرارتی و پایداری ابعادی را به طور قابل توجهی بهبود میبخشد.
در زمینه پردازش و تحقیقات کاربردی، محققان به بهینه سازی تطابق بین پنجره پردازش و عملکرد محصول اختصاص دارند. با کنترل رفتار رئولوژیکی مذاب و معرفی نرمکنندهها یا کمکهای پردازش، استحکام مذاب و پایداری حرارتی PLA در فرآیندهای قالبگیری تزریقی، اکستروژن و فیلمهای دمشی بهبود یافته و باعث کاهش تخریب حرارتی و زرد شدن میشود. در سطح کاربرد،-شفافیت بالا،-فیلم های PLA با استحکام بالا در بسته بندی مواد غذایی و مواد پوشش کشاورزی نشان داده شده است. الیاف مبتنی بر{4}PLA، از طریق فرآیندهای بهینه ریسندگی، میتوانند برای تولید لباسها و پارچههای نبافته استفاده شوند که راحتی و تجزیهپذیری زیستی را با هم ترکیب میکنند. در زمینه پزشکی، تحقیقات بر روی دستگاههای تثبیت داخلی شکستگی قابل جذب و حاملهای دارورسانی به پیشرفت خود ادامه میدهد و از زیست سازگاری و چرخههای تخریب قابل کنترل آنها برای رفع نیازهای بالینی شخصیسازی شده استفاده میکند.
تحقیقات در مورد مکانیسم های تخریب و روش های ارزیابی نیز به طور مداوم در حال تعمیق است. جامعه دانشگاهی شبیهسازیهای in vitro و مدلهای تجربی in vivo دقیقتری را ایجاد کردهاند که تأثیر دما، pH، جوامع میکروبی، و مورفولوژی نمونه را بر میزان تخریب PLA نشان میدهد. به طور همزمان، تحقیقات در مورد کاربرد روش های تست استاندارد (مانند سری ISO 14855 و ASTM D6400) تحت شرایط مختلف آب و هوایی و کمپوست، پشتیبانی داده ها را برای توسعه سیستم های ارزیابی عملکرد تخریب منطقه ای فراهم می کند.
به طور کلی، تحقیقات در زمینه PLA از سنتز یک-مواد به یکپارچهسازی چند رشتهای، که شامل حوزههایی مانند مهندسی بیوشیمی، فیزیک پلیمر، مهندسی پردازش و علوم محیطی میشود، حرکت کرده است. این پیشرفت ها نه تنها به طور قابل توجهی مرزهای عملکرد و سناریوهای کاربردی PLA را گسترش داده است، بلکه پایه محکمی برای حل آلودگی پلاستیکی سنتی و تحقق اقتصاد زیستی دایره ای ایجاد کرده است. در آینده، با رشد بیشتر فنآوریهایی مانند استفاده از مواد خام غیر دانهای، سفارشیسازی عملکردی و تخریب قابل کنترل، انتظار میرود PLA به جایگزینی کارآمد پلاستیکهای مبتنی بر نفت- در طیف وسیعتری از بخشهای صنعتی و مصرفکننده دست یابد.