Το πολυπαρακτικό οξύ (PLA) είναι ένα από τα βιοαποικοδομήσιμα πλαστικά με ώριμη έρευνα και εφαρμογή. Οι πρώτες ύλες του προέρχονται από ανανεώσιμες φυτικές ίνες, καλαμπόκι, γεωργικά υποπροϊόντα κ.λπ., τα οποία έχουν καλή βιοαποικοδόμηση. Το PLA έχει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, παρόμοιες με τα πλαστικά πολυπροπυλενίου, και μπορεί να αντικαταστήσει τα πλαστικά PP και Pet σε ορισμένα πεδία. Ταυτόχρονα, έχει καλή στιλπνότητα, διαφάνεια, αίσθηση και ορισμένη αντιβακτηριακή ιδιότητα.
1. Τρέχουσα κατάσταση παραγωγής PLA
Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο διαδρομές σύνθεσης PLA, το ένα είναι άμεση συμπύκνωση, δηλαδή, το γαλακτικό οξύ είναι άμεσα αφυδατωμένο και συμπυκνωμένο υπό υψηλή θερμοκρασία και χαμηλή πίεση. Η διαδικασία παραγωγής είναι απλή και χαμηλού κόστους, αλλά η μοριακή μάζα του προϊόντος είναι ανομοιογενή και το πρακτικό αποτέλεσμα εφαρμογής είναι φτωχή. Το άλλο είναι ο πολυμερισμός ανοίγματος του δακτυλίου του λακτιδίου, ο οποίος είναι η μέθοδος παραγωγής του κύριου ρεύματος.
2. Αποικοδομότητα του PLA
Το PLA είναι σταθερό σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά είναι εύκολα και ταχέως αποικοδομείται σε CO2 και νερό σε ελαφρώς υψηλότερα περιβάλλοντα θερμοκρασίας, περιβάλλοντα οξέος-βάσης και μικροβιακά περιβάλλοντα. Ως εκ τούτου, με τον έλεγχο του περιβάλλοντος και των πληρωτικών, τα προϊόντα PLA μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ασφάλεια εντός της περιόδου εγκυρότητας και να υποβαθμιστούν εγκαίρως μετά τη διάθεση.
Οι παράγοντες που επηρεάζουν την αποικοδόμηση του PLA περιλαμβάνουν κυρίως μοριακή μάζα, κρυσταλλική κατάσταση, μικροδομή, θερμοκρασία και υγρασία του περιβάλλοντος, τιμή ρΗ, χρόνο φωτός και περιβαλλοντικούς μικροοργανισμούς. Η ανάμειξη του PLA με άλλα υλικά μπορεί να επηρεάσει τον ρυθμό αποικοδόμησης. Για παράδειγμα, η προσθήκη μιας ορισμένης ποσότητας αλεύρου ξύλου ή αινιγματικών ινών σε PLA μπορεί να επιταχύνει σημαντικά τον ρυθμό αποικοδόμησης.
3. Η ιδιότητα φραγμού του PLA
Το φράγμα αναφέρεται στην ικανότητα ενός υλικού να αποτρέψει την διέλευση από το αέριο και τους υδρατμούς. Το φράγμα είναι πολύ σημαντικό για τα υλικά συσκευασίας. Επί του παρόντος, η πιο συνηθισμένη βιοδιασπώμενη πλαστική σακούλα στην αγορά είναι το σύνθετο PLA/PBAT. Οι βελτιωμένες ιδιότητες φραγμού των μεμβρανών PLA μπορούν να διευρύνουν το πεδίο εφαρμογής. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τις ιδιότητες φραγμού του PLA περιλαμβάνουν κυρίως εσωτερικούς παράγοντες (μοριακή δομή και κρυσταλλική κατάσταση) και εξωτερικούς παράγοντες (θερμοκρασία, υγρασία και εξωτερική δύναμη).
1) Η θέρμανση του φιλμ PLA θα μειώσει την ιδιότητα φραγμού της, οπότε το PLA δεν είναι κατάλληλη για συσκευασίες τροφίμων που απαιτεί θέρμανση.
2) Το PLA μπορεί να τεντωθεί σε ένα συγκεκριμένο εύρος για να αυξήσει την ιδιότητα φραγμού. Όταν η αναλογία τεντώματος αυξάνεται από 1 σε 6,5, η κρυσταλλικότητα του PLA αυξάνεται σημαντικά και επομένως βελτιώνεται η ιδιότητα φραγμού.
3) Η προσθήκη ορισμένων φραγμών (όπως ο πηλός και οι ίνες) στη μήτρα PLA μπορεί να βελτιώσει την ιδιότητα φραγμού του PLA. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το φράγμα παρατείνει την καμπύλη διαδρομή της διαδικασίας διείσδυσης νερού ή αερίου μικρών μορίων.
4) Η επίστρωση στην επιφάνεια του φιλμ PLA μπορεί να βελτιώσει την ιδιότητα φραγμού.
4. Μηχανικές ιδιότητες του PLA
Το PLA έχει καλή δύναμη, αλλά στερείται σκληρότητας και είναι εξαιρετικά επιρρεπής στην κάμψη και την παραμόρφωση, η οποία συνήθως απαιτεί τροποποίηση. Προκειμένου να εξασφαλιστεί η βιοαποικοδομητική δυνατότητα PLA, συνήθως ενισχύεται με την ανάμειξη με βιοαποικοδομήσιμη ρητίνη. PBAT, PBS, PCL, φυσικό καουτσούκ και άλλες ουσίες μπορούν να βελτιώσουν την ανθεκτικότητα του PLA.
5. Οπτικές ιδιότητες του PLA
Το PLA έχει μια διαφάνεια και γυαλιστερό που είναι σπάνια σε άλλα αποικοδομήσιμα πλαστικά, τα οποία είναι συγκρίσιμα με το σελοφαίνο και το κατοικίδιο ζώο. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για οπτική συσκευασία και το φαινόμενο διακόσμησης είναι καλύτερο. Σε γενικές γραμμές, η διαφάνεια και η γυαλάδα του PLA δεν χρειάζεται να βελτιωθούν και πρέπει να δοθεί προσοχή για να μην μειωθεί η καλή διαφάνεια του όσο το δυνατόν περισσότερο κατά την τροποποίηση άλλων πτυχών για να εξασφαλίσει την ορατότητα της συσκευασίας και το φαινόμενο διακόσμησης.
6. Θερμικές ιδιότητες του PLA
Η θερμική σταθερότητα του υλικού PLA είναι ισοδύναμη με εκείνη του PVC, αλλά χαμηλότερη από αυτή των ΡΡ, ΡΕ και PS. Η θερμοκρασία επεξεργασίας ελέγχεται γενικά μεταξύ 170 ℃ και 230 ℃, η οποία είναι κατάλληλη για ένεση, τέντωμα, εξώθηση, χύτευση με φυσαλίδες, τρισδιάστατη εκτύπωση και άλλες διαδικασίες επεξεργασίας.
Στην πραγματική διαδικασία επεξεργασίας, ο ρυθμός κρυστάλλωσης PLA είναι αργός και γενικά απαιτεί τροποποίηση. Λόγω του αργού ρυθμού κρυστάλλωσης και της χαμηλής κρυσταλλικότητας, η θερμοκρασία θερμικής παραμόρφωσης του PLA είναι χαμηλή, η οποία περιορίζει την εφαρμογή της σε συσκευασία προϊόντων θερμού πλήρωσης ή αποστείρωσης θερμότητας.
Προκειμένου να αυξηθεί ο ρυθμός κρυστάλλωσης PLA και η κρυσταλλικότητα, η οπτική καθαρότητα του PLA μπορεί να αυξηθεί όσο το δυνατόν περισσότερο κατά τη στιγμή της παραγωγής. Η ανόπτηση της θεραπείας είναι επίσης μια μέθοδος για τη βελτίωση της κρυσταλλικότητας του PLA. Επιπλέον, μπορούν να προστεθούν παράγοντες πυρήνωσης για τη βελτίωση της συμπεριφοράς κρυστάλλωσης και της κρυσταλλικότητας, αυξάνοντας έτσι τη θερμοκρασία θερμικής παραμόρφωσης και βελτιώνοντας την αντοχή της στη θερμότητα.
7. Αντιβακτηριακές ιδιότητες του PLA
Το PLA μπορεί να κάνει την επιφάνεια του προϊόντος να σχηματίζει ένα ασθενώς όξινο περιβάλλον και έχει αντιβακτηριακά και ήπια απόρριψη. Εάν η βοηθητική χρήση άλλων αντιβακτηριακών παραγόντων μπορεί να επιτύχει περισσότερο από 90% αντιβακτηριακό ρυθμό, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αντιβακτηριακή συσκευασία προϊόντων.
Οι συνήθως χρησιμοποιούμενες ανόργανοι αντιβακτηριακοί παράγοντες περιλαμβάνουν κυρίως μεταλλικά ιόντα ή οξείδια όπως ασήμι, χαλκός και ψευδάργυρος. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενοι οργανικοί αντιβακτηριακοί παράγοντες για συσκευασία περιλαμβάνουν ενώσεις βανιλλίνης ή αιθυλεστέρας. Πρέπει να μελετηθεί η ασφάλεια των τροφίμων άλλων αντιβακτηριακών παραγόντων.
8. Ηλεκτρικές ιδιότητες του PLA
Το PLA μπορεί να παρασκευαστεί ως αγώγιμα σύνθετα πολυμερές, γεμίζοντας αγώγιμα σωματίδια όπως το Black Carbon (CB), οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs), οι ίνες άνθρακα (CF) ή το γραφένιο. Τα αγώγιμα σύνθετα πολυμερή χρησιμοποιούνται ευρέως σε αντιστατικά πλαστικά, υλικά ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης, υλικά θέρμανσης θερμοκρασίας με αυτοπεποίθηση, υλικά θετικής θερμοκρασίας και περιβαλλοντικά ευαίσθητες συσκευές.
Τα αγώγιμα πολυμερή σύνθετα πολυμερούς με βάση το PLA έχουν επίσης αποικοδόμηση και βιοσυμβατότητα, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ειδικές αντιστατικές συσκευασίες, ηλεκτρομαγνητική συσκευασία θωράκισης και έξυπνες συσκευασίες. Το αγώγιμο πολυμερές που βασίζεται σε PLA μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αισθητήρες αερίου ή υγρού για την ανίχνευση των ποιοτικών πληροφοριών των τροφίμων.
