Ces dernières années, avec la demande mondiale croissante de contrôle de la pollution plastique et de développement à faible-carbone, la recherche sur l'acide polylactique biodégradable (PLA) a continué à s'approfondir, couvrant de multiples directions, notamment la diversification des matières premières, la régulation de la structure moléculaire, l'optimisation des performances, l'innovation technologique de traitement et l'analyse des mécanismes de dégradation. Les percées dans la conception des matériaux, la mise à niveau des processus et l'expansion des applications remodèlent le chemin de la transformation du PLA, des résultats de laboratoire vers des applications industrielles fonctionnelles à grande échelle-, démontrant de larges perspectives de développement.
En ce qui concerne les matières premières et les processus de synthèse, la recherche s'est étendue des cultures céréalières amylacées traditionnelles telles que le maïs et la canne à sucre à la biomasse non-céréale et aux sous-produits industriels-. En utilisant des matières premières lignocellulosiques telles que la paille, les balles de riz et la sciure de bois, une voie technique combinant un prétraitement acide/alcali, une hydrolyse enzymatique et une fermentation microbienne peut les convertir efficacement en acide lactique, atténuant ainsi le conflit entre la production céréalière et l'utilisation des terres et réduisant les coûts des matières premières. Pendant ce temps, la recherche sur la synthèse de l'acide lactique basée sur le dioxyde de carbone et les systèmes électrochimiques microbiens a progressé progressivement, fournissant de nouvelles idées pour construire des systèmes de matières premières carbone-neutres, voire carbone-négatifs. Dans le processus de polymérisation, l'application de réacteurs à flux continu et de nouveaux catalyseurs très efficaces (tels que des catalyseurs à base d'étain -, de zinc - et organiques) a amélioré le rendement et le taux de polymérisation du lactide, et a considérablement supprimé la décoloration et l'élargissement de la distribution du poids moléculaire provoqués par les réactions secondaires.
La structure moléculaire et la modification des performances sont des axes de recherche actuels. Les défauts du PLA pur en termes de résistance à la chaleur, de ténacité et de dégradation contrôlable ont incité les chercheurs à améliorer leurs performances grâce à la copolymérisation, au mélange et aux nanocomposites. La copolymérisation séquencée ou aléatoire avec des unités biodégradables telles que la caprolactone (PCL) et l'acide glycolique (GA) peut ajuster la cristallinité, le point de fusion et le taux de dégradation, permettant aux matériaux de répondre aux exigences de dégradation rapide des emballages jetables ainsi que des composants structurels nécessitant des durées de vie plus longues. L'introduction de charges fonctionnelles telles que la nanocellulose, la montmorillonite et le graphène améliore non seulement la résistance mécanique et les propriétés de barrière, mais confère également au PLA certaines propriétés antibactériennes, conductrices ou ignifuges. De plus, en combinant L-PLA et D-PLA à l'aide de la technologie de stéréocomplexation, une structure cristalline avec un point de fusion aussi élevé que 220 degrés peut être obtenue, améliorant considérablement la résistance à la chaleur et la stabilité dimensionnelle.
Dans le domaine de la recherche sur le traitement et les applications, les chercheurs se consacrent à optimiser l’adéquation entre la fenêtre de traitement et les performances du produit. En contrôlant le comportement rhéologique à l'état fondu et en introduisant des plastifiants ou des auxiliaires de traitement, la résistance à l'état fondu et la stabilité thermique du PLA dans les processus de moulage par injection, d'extrusion et de film soufflé ont été améliorées, réduisant ainsi la dégradation thermique et le jaunissement. Au niveau des applications, des films PLA à haute-transparence et haute-résistance ont été démontrés dans les emballages alimentaires et les matériaux de revêtement agricoles ; Les fibres à base de PLA-, grâce à des processus de filage optimisés, peuvent être utilisées pour produire des vêtements et des tissus non tissés alliant confort et biodégradabilité ; dans le domaine médical, la recherche sur les dispositifs de fixation interne résorbables pour fractures et sur les supports d'administration de médicaments continue de progresser, en utilisant leur biocompatibilité et leurs cycles de dégradation contrôlables pour répondre aux besoins cliniques personnalisés.
La recherche sur les mécanismes de dégradation et les méthodes d’évaluation s’approfondit également continuellement. La communauté universitaire a établi des simulations in vitro et des modèles expérimentaux in vivo plus raffinés, révélant l'influence de la température, du pH, des communautés microbiennes et de la morphologie des échantillons sur le taux de dégradation du PLA. Simultanément, la recherche sur l'applicabilité des méthodes d'essai normalisées (telles que la série ISO 14855 et ASTM D6400) dans différentes conditions climatiques et de compostage fournit un support de données pour le développement de systèmes régionaux d'évaluation des performances de dégradation.
Dans l'ensemble, la recherche dans le domaine du PLA est passée de la synthèse d'un seul-matériau à une intégration multidisciplinaire, englobant des domaines tels que l'ingénierie biochimique, la physique des polymères, l'ingénierie des procédés et les sciences de l'environnement. Ces avancées ont non seulement élargi considérablement les limites de performance et les scénarios d’application du PLA, mais ont également jeté des bases solides pour résoudre la pollution plastique traditionnelle et réaliser une bioéconomie circulaire. À l'avenir, avec la maturation de technologies telles que l'utilisation de matières premières non céréalières, la personnalisation fonctionnelle et la dégradation contrôlable, le PLA devrait permettre de remplacer efficacement les plastiques à base de pétrole dans un plus large éventail de secteurs industriels et de consommation.