Série de materiais plásticos PLA para design de produtos

Mais de 99% dos plásticos utilizados em todo o mundo são produzidos a partir de fontes de hidrocarbonetos não renováveis, como o petróleo bruto e o gás natural. Este facto exerceu pressão sobre as reservas mundiais de hidrocarbonetos, exigindo a necessidade de uma fonte alternativa de plásticos provenientes de fontes renováveis. Os plásticos de ácido poliláctico (PLA) criados a partir de fontes renováveis como a cana-de-açúcar, o amido de milho e a mandioca tornaram-se uma óptima alternativa para os fabricantes.

Ao contrário dos plásticos provenientes de fontes de hidrocarbonetos, alguns plásticos PLA foram concebidos para serem decompostos em determinadas condições, como em instalações industriais de compostagem, para ajudar a reduzir a poluição por plásticos no ambiente. De acordo com o Programa das Nações Unidas para o Ambiente, tem-se registado uma duplicação dos resíduos de plástico em cada década desde 2000, prevendo-se que a tendência triplique até 2060 ^[1].

Apenas 9% dos 400 milhões de toneladas de resíduos de plástico produzidos anualmente a nível mundial são reciclados ^[2]. Os restantes 91% acabam em aterros sanitários ou no oceano, o que é parte da razão pela qual mais países estão a proibir os plásticos de utilização única. O plástico PLA está a passar dos laboratórios para as linhas de produção. Não se trata apenas de um símbolo ambiental, mas também de um fulcro tecnológico que pode desbloquear um mercado de centenas de milhares de milhões de dólares.

Conhecimentos básicos de PLA

O processo de obtenção de plásticos PLA a partir de plantas é semelhante ao processo de obtenção de plásticos a partir de fontes de hidrocarbonetos. A principal diferença é o material de base. Por exemplo, na criação de plásticos sintéticos a partir de petróleo bruto, o petróleo bruto é destilado numa refinaria para obter uma fração chamada nafta, que constitui o material de base para a produção de plástico.

No caso do PLA, o amido das plantas é convertido em açúcar, seguido da fermentação do açúcar para produzir ácido lático, que constitui o material de base para o plástico resultante. O PLA é fabricado a partir de fontes renováveis nas seguintes etapas principais:

• Extração de amido: Os fabricantes de PLA extraem o amido da cana-de-açúcar, do milho ou de qualquer outro substrato vegetal através de moagem húmida (trituração e separação do amido de outros componentes).
• Hidrólise: As grandes moléculas de amido (polissacarídeo) são convertidas em açúcares simples (monossacarídeos), como a glicose, através de uma reação que envolve água e enzimas.
• Fermentação: A glucose resultante da hidrólise é fermentada com a ajuda de microrganismos - especialmente espécies de Lactobacillus - para converter o açúcar em ácido lático.
• Formação de Lactídeos: O ácido lático resultante da fermentação é convertido em lactídeo, que é um dímero cíclico do ácido lático.
• Polimerização: A ligação controlada das moléculas de lactídeo através da polimerização forma cadeias mais longas de ácido poliláctico (PLA). O resultado da polimerização são pequenos pedaços de plástico PLA em bruto que podem ser moldados em diferentes produtos.

Tabela de caraterísticas principais do plástico PLA

Tem várias caraterísticas únicas que o tornam mais desejável na indústria de embalagens médicas e alimentares. A sustentabilidade e a facilidade de processamento dos bioplásticos têm sido elogiadas por toda a indústria transformadora. Eis as principais caraterísticas que fazem do PLA uma alternativa adequada ao adipato-co-tereftalato de polibutileno (PBAT) e ao succinato de polibutileno (PBS).

Três fases da industrialização

Desde a descoberta do PLA de elevado peso molecular, em 1932, pelo químico Wallace Carothers, da DuPont, a tecnologia tem vindo gradualmente a ser utilizada em aplicações industriais, especialmente no início do século XXI ^[3]. Algumas empresas e indústrias têm estado na vanguarda da industrialização do plástico PLA. Embora o caso de uso tenha começado com aplicações simples, como embalagens, ele evoluiu para usos mais técnicos, como implantes médicos e automóveis. Aqui está uma linha do tempo das três etapas de industrialização pelas quais o PLA passou.

2002: Primeira linha de produção de 70.000 toneladas da NatureWorks

A NatureWorks iniciou a investigação sobre a forma de aproveitar as moléculas de dióxido de carbono armazenadas nas plantas para criar produtos de plástico mais amigos do ambiente. A sua investigação conduziu à criação do Ingeo, um biopolímero PLA que acabou por ser utilizado para a criação de produtos de embalagem de alimentos. Também foi utilizado em utensílios de serviço alimentar (colher, prato, garfo), têxteis, revestimentos de embalagens e impressão 3D.

A NatureWorks está sediada nos EUA e construiu a primeira fábrica de produção de PLA à escala industrial a nível mundial, que entrou em funcionamento em 2002 com uma capacidade de produção de 70 000 toneladas métricas. A empresa duplicou a sua capacidade de produção em 2015. Em 2023, a NatureWorks anunciou que tinha feito progressos significativos na construção de uma unidade de fabrico de PLA na província de Nakhon Sawan, na Tailândia ^[4]. Prevê-se que a instalação tenha uma capacidade anual de 75 000 toneladas de biopolímero Ingeo.

O sucesso da NatureWorks inspirou a Hisun a criar uma linha de plástico PLA semelhante, com uma capacidade de 5 000 toneladas, na China. A empresa acrescentou uma linha de 10.000 toneladas à fábrica em 2017. No ano seguinte, a Hengtian construiu várias linhas de fibra de lactídeo para PLA com uma capacidade de 10.000 toneladas. A COFCO também instalou uma fábrica de plástico PLA de 10.000 toneladas na China no mesmo ano.

2016: Parafusos ósseos de PLA de qualidade médica da Arburg

O plástico PLA acabou por encontrar novas e mais complexas aplicações industriais, na sequência de avanços na moldagem por injeção de precisão e na impressão 3D. Com o processo Plastic Freeforming (APF) da Arburg, foram criados parafusos ósseos de PLA de qualidade médica utilizando grânulos de PLA disponíveis no mercado.

O APF é um método de produção aditiva que permite a utilização direta de grânulos de PLA sem a etapa adicional de criação de filamentos, que pode alterar as propriedades do material ^[5]. O processo de fabrico jacta gotículas de plástico fundido, camada a camada, para formar uma estrutura 3D.

Os parafusos e implantes ósseos de PLA de grau médico da Arburg eram desejáveis porque reduziam a necessidade de uma operação posterior para remover os materiais. Em vez disso, degradam-se com o tempo e são absorvidos pelo corpo, ao contrário dos implantes metálicos.

2024: Peças interiores em PLA resistentes ao calor para automóveis

Até 2024, o PLA resistente ao calor foi massivamente adotado para a criação de peças interiores para automóveis, O plástico PLA é um material de alta qualidade, liderado pela produção em massa da Mercedes-Benz. Embora o plástico PLA normal tenha uma temperatura de deflexão térmica relativamente baixa (cerca de 55°C a 60°C [131-140°F]), é modificado com aditivos que melhoram a sua resistência ao calor e o tornam adequado para peças de interior, como acentos decorativos e peças de acabamento.

A maturidade tecnológica do plástico PLA atingiu o nível 8 em diferentes domínios. No nível 8 de prontidão tecnológica (TRL 8), a tecnologia demonstra total funcionalidade, fiabilidade e conformidade com os regulamentos exigidos. A utilização generalizada do PLA na impressão 3D e em peças de utilização final em muitos sectores valida o seu estatuto TRL 8 - e poderá ter atingido o TRL 9 em alguns campos.

Comparação do PLA com PBAT e PBS

O PLA, o adipato-co-tereftalato de polibutileno (PBAT) e o succinato de polibutileno (PBS) são todas formas de plásticos biodegradáveis. Consequentemente, a sua adoção em larga escala pode ser fundamental na luta contra a poluição do ambiente por plásticos. Embora todos eles possam ser produzidos a partir de fontes sustentáveis, as suas propriedades são diferentes.

O PBAT é um poliéster termoplástico constituído por unidades repetidas de ácido tereftálico, ácido adípico e 1,4-butanodiol. A sua combinação de compostos diferentes confere-lhe propriedades únicas. É sintetizado a partir da combinação de ácido adípico, ácido tereftálico e butilenoglicol, e é particularmente conhecido pela sua flexibilidade e elevado alongamento na rutura. É utilizado principalmente em embalagens de alimentos.

O PBS é sintetizado a partir do ácido succínico e do 1,4-butanodiol. Para além de ser biodegradável, é altamente resistente ao calor e compatível com outros polímeros biodegradáveis. As suas propriedades estão estreitamente relacionadas com o que se pode obter com o polipropileno isotáctico e o polietileno de alta densidade, o que o torna uma excelente escolha para aplicações alargadas.

Comparação das propriedades do PLA, PBAT e PBS

O PLA, o PBAT e o PBS são inerentemente hidrofóbicos devido à presença de grupos metilo (CH3). Por outras palavras, estes plásticos renováveis têm propriedades moderadas de absorção de água e de absorção de água em comparação com o politereftalato de etileno (PET). Esta propriedade faz com que os plásticos renováveis sejam uma melhor escolha para o vestuário desportivo em comparação com o PET.

Aplicações populares do plástico PLA

Há duas ou três décadas, custava cerca de $200 para produzir meio quilo de PLA, o que representava um grande retrocesso no seu caminho para a industrialização. Com a ajuda de tecnologias inovadoras, hoje é possível obter um quilo por menos de $2. Com as restrições de custo ultrapassadas, abriu-se a porta para a adoção em massa em várias indústrias. Atualmente, os fabricantes que mais adoptaram o PLA são:

• Impressão 3D de peças em interiores
• Implantes médicos
• Moda
• Embalagem de alimentos e bebidas

Utilização do plástico PLA na impressão 3D

Quando se trata de impressão 3D, o filamento PLA é uma opção amplamente aceite devido ao seu baixo ponto de fusão em comparação com outros filamentos, o que o torna fácil de utilizar. O baixo ponto de fusão acelera o processo de impressão, reduzindo a deformação e a necessidade de energia. Além disso, durante o processo de impressão, o filamento PLA liberta lactido, que é geralmente considerado um fumo não tóxico. Por conseguinte, a utilização de filamentos PLA para impressão 3D é segura para utilização em interiores. Outras vantagens do PLA na impressão 3D incluem:

• Emite um cheiro doce durante a impressão, ao contrário dos fumos desagradáveis emitidos por alguns materiais.
• As peças impressas podem ser soldadas por solvente, o que facilita a montagem das peças.
• Disponível numa vasta gama de cores.
• Pode ser misturado com outros materiais para criar diferentes propriedades.
• A impressão com plástico PLA tem uma boa precisão dimensional que se aproxima da dimensão pretendida.

Benefícios da utilização de PLA para implantes médicos

O PLA teve uma melhor receção no campo da medicina devido às suas propriedades inerentes. Por exemplo, tem uma boa biocompatibilidade como implante, o que significa que não provoca reacções adversas quando implantado no corpo humano. A bioincompatibilidade pode levar a inflamações e outras reacções adversas que podem ser mortais. Por conseguinte, é utilizado em implantes cirúrgicos, suportes de engenharia de tecidos e sistemas de administração de medicamentos.

• Reduz o risco de infeção e de operações posteriores porque se degrada naturalmente.
• A taxa de degradação pode ser controlada através da mistura de PLA com outros materiais.
• A resistência e a rigidez do plástico PLA podem ser manipuladas para fabricar diferentes tipos de implantes, como um parafuso ósseo.

Plástico PLA ganha espaço na moda

A indústria da moda gera anualmente cerca de 92 milhões de toneladas de resíduos têxteis a nível mundial ^[6]. A maior parte destes resíduos acaba em aterros, enquanto o resto acaba em massas de água. A utilização do PLA ajuda a reduzir a carga têxtil no ambiente, uma vez que se degrada com o tempo. Outros benefícios da utilização do PLA na indústria da moda incluem:

• A respirabilidade dos tecidos PLA permite a circulação do ar, o que mantém o utilizador mais fresco e confortável.
• Têm um toque suave e confortável no corpo.
• A fibra PLA oferece uma resistência adequada para o uso diário, ao mesmo tempo que oferece biodegradabilidade.
• O tecido PLA pode reter a cor e resistir ao desbotamento causado pela lavagem ou secagem ao sol.
• A sua propriedade hipoalergénica torna-os adequados para pessoas com pele sensível.

Tecnologias de processamento de PLA

O plástico PLA é compatível com a maioria das tecnologias de processamento de plásticos disponíveis com modificações mínimas. Por exemplo, o PLA é facilmente moldado em diferentes formas utilizando a moldagem por injeção. Os grânulos de PLA também podem ser fundidos e forçados através de uma matriz para formar películas e folhas. Também pode ser processado através de moldagem por sopro para criar garrafas e contentores.

Uma vez que o PLA pode absorver água, é sempre importante secá-lo antes de o utilizar com qualquer uma das tecnologias de moldagem. A utilização de um filamento PLA molhado numa impressora 3D, por exemplo, pode levar a problemas de desempenho e defeitos de impressão. Durante a impressão, a água absorvida pelo filamento transforma-se em vapor, provocando sons de estalidos e uma extrusão inconsistente ou um acabamento superficial borbulhante. Em casos extremos, o filamento expande-se devido ao vapor e obstrui o bocal, levando à falha total da impressão. Algumas das formas de secagem do filamento PLA incluem:

• Secagem em estufa: Pré-aqueça o forno a cerca de 110°F a 120°F. Coloca o filamento no forno durante 4 a 6 horas. Manter sempre o forno bem abaixo da temperatura de fusão do PLA.
• Utilizar um secador de filamentos: Seguir as instruções que acompanham a máquina de secar
• Exsicador e Ziploc: Para uma humidade menos intensa, coloque o filamento PLA num saco Ziploc com alguns pacotes de dessecante e deixe-o durante várias horas
• Desidratador de alimentos: Uma vez que o PLA é um plástico de qualidade alimentar, pode colocá-lo num desidratador de alimentos com temperatura ajustável e secá-lo aí

Parâmetros de moldagem por injeção de plástico PLA e modificação do equipamento

A boa notícia para os fabricantes que pretendem mudar do plástico sintético para o plástico PLA para os seus produtos é que podem não ser necessárias grandes modificações nas ferramentas. As principais alterações envolvem frequentemente o ajuste dos parâmetros de fluxo, como a temperatura, a pressão, a velocidade de injeção, o arrefecimento e o tempo de ciclo, para acomodar a sensibilidade térmica do material.

Quando necessário, o fabricante pode ter de incorporar aditivos para obter as propriedades desejadas. Em alguns casos, o desenho do molde pode ter de ser optimizado para melhorar a qualidade da peça fabricada. As transformações mais comuns incluem repensar o design da porta, alterar a espessura da parede e adicionar ângulos de inclinação. A otimização do sistema de arrefecimento é vital para evitar deformações e retracções.

Tecnologias de modificação de PLA

Para determinadas aplicações industriais, pode ser necessário modificar certas propriedades do PLA. Isto pode implicar uma modificação física, uma modificação química ou a utilização de aditivos. Segue-se uma lista das diferentes técnicas de modificação do plástico PLA.

Modificação química

Existem diferentes opções, mas a escolha dependerá da propriedade que o fabricante pretende conferir ao produto. As técnicas mais comuns são:

• Copolimerização: A mistura de PLA com policaprolactona ou outros monómeros para melhorar propriedades como a taxa de degradação, a flexibilidade e a estabilidade térmica.
• Extensão da corrente: Aumento do peso molecular através da adição de moléculas como o anidrido maleico ou compostos epoxi-funcionalizados. Isto melhora a resistência à fusão.
• Enxertia: O processo de conferir ao PLA hidrofobicidade ou outras propriedades desejáveis através da ligação de outros polímeros ou moléculas à sua espinha dorsal.

Modificação física

Esta alteração ocorre frequentemente ao nível da superfície sem envolver qualquer alteração química das moléculas de PLA. São também utilizados para conferir as propriedades desejadas ao material. Por exemplo, pode ser combinado com celulose ou amido num processo denominado mistura para melhorar a sua flexibilidade e biodegradabilidade. Outras modificações físicas são:

• Nucleação: Melhorar a cristalização com a adição de agentes nucleantes.
• Recozimento: Aplicação de tratamento térmico à peça de PLA após o processamento para melhorar a cristalinidade.
• Tratamento de superfície: Revestir a superfície com um composto desejável para melhorar a molhabilidade, a biocompatibilidade ou a adesão.

Enchimentos e aditivos

Um dos inconvenientes da utilização do PLA é a sua baixa resistência ao impacto. Esta pode ser melhorada com a adição de borracha ou outros polímeros. Do mesmo modo, a incorporação de fibras de vidro, biofibras, nanocamadas e outros materiais semelhantes pode melhorar a estabilidade térmica e outras caraterísticas do plástico PLA.

Direcções de avanço tecnológico de fronteira

Tecnologias de ponta como a IA têm desempenhado um papel significativo na produção de plástico PLA. Com as tecnologias de IA, os fabricantes podem otimizar as diferentes fases de produção e simular com precisão a forma como os diferentes polímeros podem afetar as propriedades do PLA. Consequentemente, a IA ajuda a acelerar o desenvolvimento de novos designs de PLA, a melhorar a eficiência das formulações existentes e a tornar a produção de PLA mais sustentável.

A automatização dos sistemas de produção com a ajuda da IA ajuda agora os fabricantes a monitorizar e otimizar o processo de produção de PLA em tempo real. Os sistemas podem ajustar automaticamente os parâmetros de moldagem, como a temperatura, a pressão de injeção, a velocidade do fluxo, etc., para aumentar a eficiência e minimizar o desperdício e os defeitos.

Mercado de PLA

O mercado mundial de plásticos PLA registou um crescimento significativo nas últimas duas décadas. Espera-se que a tendência de alta continue no futuro, em parte impulsionada por regulamentações ambientais para conter a poluição do plástico. Em 2023, mais de 130 países em todo o mundo haviam proibido ou restringido parcialmente os plásticos de uso único, incluindo sacolas plásticas, canudos, recipientes para alimentos e assim por diante ^[7].

Escala e crescimento

A Mordor Intelligence estima que a dimensão do mercado do plástico PLA em 2025 é de 2,59 milhões de toneladas, prevendo-se que atinja 6,45 milhões de toneladas até 2030, a uma taxa de crescimento anual acumulada (CAGR) superior a 20% ^[8].

A Organização Europeia de Ácido Bio-Poliláctico afirmou que o PLA era o plástico biodegradável mais produzido, com a capacidade a atingir 675,8 quilotoneladas em 2023. O mercado global de PLA foi avaliado em pelo menos $1,5 bilhões em 2023, mas a MarketsandMarkets espera que esse número alcance $3,3 bilhões em 2028 ^[9]. A Europa detém o maior mercado de PLA, influenciado pela crescente procura de embalagens sustentáveis e por uma regulamentação ambiental rigorosa.

A moldagem por injeção de PLA ultrapassou a fase de I&D e entrou na aplicação em larga escala, graças a inovações que tornaram o processo rentável. Em novembro de 2024, a Futerro criou a primeira biorefinaria verticalmente integrada na Europa. Localizada na Normandia, a unidade produz e recicla PLA. Em muitos países, as embalagens de PLA substituíram os plásticos de utilização única proibidos.

Desafios e futuro

De todos os diferentes polímeros biodegradáveis disponíveis, o plástico PLA e o plástico PBAT são os mais comercializados devido à sua grande disponibilidade e viabilidade de processamento. O principal obstáculo à comercialização do plástico biodegradável é o custo de produção.

Dependendo da região de onde provém o seu PLA, o preço pode variar entre $2,33 por kg (Nordeste da Ásia) e $2,86 por kg (Europa), de acordo com a Business AnalystIQ ^[10]. Embora o preço tenha diminuído significativamente ao longo dos anos, continua a ser mais caro em comparação com o plástico de polipropileno, que pode ser adquirido por $1,03 por kg no Nordeste da Ásia ou $1,58 por kg na Europa.

Para compensar o custo e aumentar o desempenho, as misturas personalizadas de plástico PLA, como a mistura de PLA e TPS ou PLA e PBAT, serão provavelmente favorecidas no futuro. Isto inclui a mistura de PLA com fibras naturais e outros polímeros para produzir compósitos com melhores propriedades para aplicações específicas.

Vários fabricantes de plástico PLA têm um roteiro para 2025-2030 que se centra na melhoria das propriedades do material, no aumento da eficiência da produção e na expansão das aplicações. Existe uma investigação crescente sobre a integração da impressão 3D com a moldagem por injeção ^[11].

Acredita-se que a combinação de ambos os métodos num único sistema de produção reduzirá as limitações dos seus casos de utilização individuais. Por exemplo, os moldes impressos em 3D podem reduzir o elevado custo inicial das ferramentas e os prazos de entrega alargados da moldagem por injeção. Com a possibilidade da tecnologia de IA, é possível obter uma maior automatização com um híbrido de impressão 3D e moldagem por injeção de PLA.

Sugestões: Saiba mais sobre os outros plásticos

Referências

[1] Programa das Nações Unidas para o Ambiente. (n.d.). Poluição por plásticos. Recuperado em 4 de agosto de 2025, de https://www.unep.org/topics/chemicals-and-pollution-action/plastic-pollution

[2] Waste Diret. (2024). Estatísticas e tendências dos resíduos de plástico. https://wastedirect.co.uk/blog/plastic-waste-statistics/

[3] Jackson, T. (2023). A origem do PLA e a sua importância na impressão 3D. SUNLU. https://www.sunlu.com/blogs/products-knowledge/the-origin-of-pla-and-its-importance-in-3d-printing

[4] NatureWorks LLC. (2023, 18 de outubro). A NatureWorks anuncia a próxima fase de construção da nova fábrica de biopolímero Ingeo™ PLA totalmente integrada na Tailândia [Comunicado de imprensa]. https://www.natureworksllc.com/about-natureworks/news/press-releases/2023/2023-10-18-natureworks-announces-next-phase-of-construction-thailand

[5] Maintz, M., Tourbier, C., de Wild, M., Cattin, P. C., Beyer, M., Seiler, D., ... & Thieringer, F. M. (2024). Implantes específicos do doente feitos de polímeros bioreabsorvíveis impressos em 3D no local de prestação de cuidados: material, tecnologia e âmbito da aplicação cirúrgica. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11031859/

[6] Programa das Nações Unidas para o Ambiente. (2023, 30 de março). Moda e têxteis insustentáveis em foco no Dia Internacional do Resíduo Zero [Comunicado de imprensa]. https://www.unep.org/news-and-stories/press-release/unsustainable-fashion-and-textiles-focus-international-day-zero

[7] SOLINATRA. (n.d.). Proibições de plástico em todo o mundo. Recuperado em 4 de agosto de 2025, de https://www.solinatra.com/news/plastic-bans-around-the-world

[8] Inteligência de Mordor. (2023). *Análise do tamanho e da quota do mercado do ácido poliláctico - Tendências de crescimento e previsões (2025-2030)*. https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/bio-polylactic-acid-pla-market

[9] MarketsandMarkets. (2023). *Mercado de ácido poliláctico (PLA) - Previsão global para 2028*. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/polylactic-acid-pla-market-29418964.html

[10] Business AnalystIQ. (n.d.). Índice de preços do ácido poliláctico (PLA). Recuperado em 4 de agosto de 2025, de https://businessanalytiq.com/procurementanalytics/index/polylactic-acid-pla-price-index/

[11] Chval, Z., Raz, K., & Silva, J. P. A. B. (2023). Integração da impressão 3D com a moldagem por injeção para uma maior eficiência de fabrico. https://www.researchgate.net/publication/393700748_Integrating_3D_Printing_with_Injection_Molding_for_Improved_Manufacturing_Efficiency