Polymælkesyre (PLA) er en af de biologisk nedbrydelige plasttyper med moden forskning og anvendelse. Dens råmaterialer kommer fra vedvarende plantefibre, majs, landbrugsbiprodukter osv., som har god biologisk nedbrydelighed. PLA har fremragende mekaniske egenskaber, der ligner polypropylenplast, og kan erstatte PP- og PET-plast på nogle områder. Samtidig har den god glans, gennemsigtighed, følelse og visse antibakterielle egenskaber.
1. Nuværende status for PLA-produktion
På nuværende tidspunkt er der to synteseveje for PLA, den ene er direkte kondensation, det vil sige mælkesyre er direkte dehydreret og kondenseret under høj temperatur og lavt tryk. Produktionsprocessen er enkel og lav pris, men produktets molekylmasse er ujævn, og den praktiske anvendelseseffekt er dårlig. Den anden er ringåbningspolymeriseringen af lactid, som er den almindelige produktionsmetode på nuværende tidspunkt.
2. Nedbrydelighed af PLA
PLA er stabilt ved stuetemperatur, men det nedbrydes nemt og hurtigt til CO2 og vand i miljøer med lidt højere temperaturer, syre-base miljøer og mikrobielle miljøer. Ved at kontrollere miljøet og fyldstofferne kan PLA-produkter derfor sikkert bruges inden for gyldighedsperioden og nedbrydes i tide efter bortskaffelse.
Faktorerne, der påvirker nedbrydningen af PLA, omfatter hovedsageligt molekylmasse, krystallinsk tilstand, mikrostruktur, miljøtemperatur og fugtighed, pH-værdi, lystid og miljømæssige mikroorganismer. Blanding af PLA med andre materialer kan påvirke nedbrydningshastigheden. For eksempel kan tilsætning af en vis mængde træmel eller majshalmfibre til PLA i høj grad fremskynde nedbrydningshastigheden.
3. PLA's barriereegenskab
Barriere refererer til et materiales evne til at forhindre gas og vanddamp i at passere igennem. Barriere er meget vigtig for emballagematerialer. På nuværende tidspunkt er den mest almindelige bionedbrydelige plastikpose på markedet PLA/PBAT-komposit. De forbedrede barriereegenskaber af PLA-film kan udvide anvendelsesområdet. De faktorer, der påvirker PLA's barriereegenskaber, omfatter hovedsageligt interne faktorer (molekylær struktur og krystallinsk tilstand) og eksterne faktorer (temperatur, fugtighed og ydre kraft).
1) Opvarmning af PLA-filmen vil reducere dens barriereegenskaber, så PLA er ikke egnet til fødevareemballage, der kræver opvarmning.
2) PLA kan strækkes i et bestemt område for at øge barriereegenskaben. Når strækforholdet øges fra 1 til 6,5, øges krystalliniteten af PLA kraftigt, og derfor forbedres barriereegenskaben.
3) Tilføjelse af nogle barrierer (såsom ler og fibre) til PLA-matrixen kan forbedre PLA's barriereegenskaber. Dette skyldes, at barrieren forlænger den buede bane for vand- eller gasgennemtrængningsprocessen for små molekyler.
4) Belægning på overfladen af PLA-film kan forbedre barriereegenskaberne.
4. Mekaniske egenskaber af PLA
PLA har god styrke, men den mangler sejhed og er ekstremt modtagelig for bøjning og deformation, hvilket normalt kræver hærdningsmodifikation. For at sikre bionedbrydeligheden af PLA hærdes det normalt ved blanding med bionedbrydeligt harpiks. PBAT, PBS, PCL, naturgummi og andre stoffer kan forbedre PLA's sejhed.
5. Optiske egenskaber af PLA
PLA har en gennemsigtighed og glans, der er sjælden i andre nedbrydelige plasttyper, som kan sammenlignes med cellofen og PET. Det er især velegnet til visuel emballage, og dekorationseffekten er bedre. Generelt behøver gennemsigtigheden og glansen af PLA ikke at blive forbedret, og man bør være opmærksom på ikke at reducere dens gode gennemsigtighed så meget som muligt, når man ændrer andre aspekter for at sikre emballagens synlighed og dekorationseffekt.
6. Termiske egenskaber af PLA
Den termiske stabilitet af PLA-materiale svarer til den for PVC, men lavere end for PP, PE og PS. Behandlingstemperaturen styres generelt mellem 170 ℃ og 230 ℃, hvilket er velegnet til injektion, strækning, ekstrudering, blæsestøbning, 3D-print og andre forarbejdningsprocesser.
I selve behandlingsprocessen er PLA-krystallisationshastigheden langsom og kræver generelt modifikation. På grund af den langsomme krystallisationshastighed og lave krystallinitet er PLA's termiske deformationstemperatur lav, hvilket begrænser dets anvendelse i varmpåfyldnings- eller varmesteriliseringsproduktemballage.
For at øge PLA-krystallisationshastigheden og krystalliniteten kan den optiske renhed af PLA øges så meget som muligt på produktionstidspunktet. Udglødningsbehandling er også en metode til at forbedre krystalliniteten af PLA. Derudover kan kernedannende midler tilsættes for at forbedre krystallisationsadfærden og krystalliniteten og derved øge den termiske deformationstemperatur og forbedre dens varmebestandighed.
7. Antibakterielle egenskaber af PLA
PLA kan få produktets overflade til at danne et svagt surt miljø og har antibakterielle og mildtsikre virkninger. Hvis den hjælpeanvendelse af andre antibakterielle midler kan opnå mere end 90% antibakteriel rate, kan den bruges til antibakteriel emballering af produkter.
De almindeligt anvendte uorganiske antibakterielle midler omfatter hovedsageligt metalioner eller oxider såsom sølv, kobber og zink. De almindeligt anvendte organiske antibakterielle midler til emballering omfatter vanillin- eller ethylvanillinforbindelser. Fødevaresikkerheden for andre antibakterielle midler skal undersøges.
8. Elektriske egenskaber af PLA
PLA kan fremstilles som ledende polymerkompositter ved at fylde ledende partikler såsom carbon black (CB), carbon nanorør (CNT'er), carbonfibre (CF) eller grafen. Ledende polymerkompositter er meget udbredt i antistatisk plast, elektromagnetiske afskærmningsmaterialer, selvkontrollerede temperaturvarmematerialer, positive temperaturkoefficientmaterialer og miljøfølsomme enheder.
Pla-baserede ledende polymerkompositter har også nedbrydelighed og biokompatibilitet, som kan bruges i speciel antistatisk emballage, elektromagnetisk afskærmningsemballage og intelligent emballage. Pla-baseret ledende polymer kan bruges til gas- eller væskesensorer til at detektere kvalitetsoplysningerne for fødevarer.
