Το πολυγαλακτικό οξύ (PLA) είναι ένα από τα βιοαποδομήσιμα πλαστικά με ώριμη έρευνα και εφαρμογή. Οι πρώτες ύλες του προέρχονται από ανανεώσιμες φυτικές ίνες, καλαμπόκι, αγροτικά υποπροϊόντα κ.λπ., που έχουν καλή βιοδιασπασιμότητα. 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 γυαλάδα, διαφάνεια, αίσθηση και ορισμένες αντιβακτηριδιακές ιδιότητες.
1. Τρέχουσα κατάσταση της παραγωγής PLA
Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο οδοί σύνθεσης του PLA, η μία είναι η άμεση συμπύκνωση, δηλαδή το γαλακτικό οξύ αφυδατώνεται άμεσα και συμπυκνώνεται υπό υψηλή θερμοκρασία και χαμηλή πίεση. Η διαδικασία παραγωγής είναι απλή και χαμηλού κόστους, αλλά η μοριακή μάζα του προϊόντος είναι ανομοιόμορφη και το πρακτικό αποτέλεσμα εφαρμογής είναι φτωχό. Το άλλο είναι ο πολυμερισμός του λακτιδίου με άνοιγμα δακτυλίου, ο οποίος είναι η κύρια μέθοδος παραγωγής επί του παρόντος.
2. Δυνατότητα αποικοδόμησης του PLA
Το PLA είναι σταθερό σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά αποικοδομείται εύκολα και γρήγορα σε CO2 και νερό σε περιβάλλοντα ελαφρώς υψηλότερης θερμοκρασίας, περιβάλλοντα οξέος-βάσης και μικροβιακά περιβάλλοντα. Επομένως, ελέγχοντας το περιβάλλον και τα πληρωτικά, τα προϊόντα PLA μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ασφάλεια εντός της περιόδου ισχύος και να υποβαθμιστούν εγκαίρως μετά την απόρριψή τους.
Οι παράγοντες που επηρεάζουν την αποδόμηση του PLA περιλαμβάνουν κυρίως μοριακή μάζα, κρυσταλλική κατάσταση, μικροδομή, θερμοκρασία και υγρασία περιβάλλοντος, τιμή pH, χρόνο φωτός και περιβαλλοντικούς μικροοργανισμούς. Η ανάμειξη του PLA με άλλα υλικά μπορεί να επηρεάσει τον ρυθμό αποικοδόμησης. Για παράδειγμα, η προσθήκη ορισμένης ποσότητας αλεύρου ξύλου ή ινών καλαμποκιού στο PLA μπορεί να επιταχύνει σημαντικά τον ρυθμό αποικοδόμησης.
3. Η ιδιότητα φραγμού της PLA
Το φράγμα αναφέρεται στην ικανότητα ενός υλικού να εμποδίζει τη διέλευση αερίων και υδρατμών. Το φράγμα είναι πολύ σημαντικό για τα υλικά συσκευασίας. Επί του παρόντος, η πιο κοινή βιοδιασπώμενη πλαστική σακούλα στην αγορά είναι η σύνθετη 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 του, επομένως το PLA δεν είναι κατάλληλο για συσκευασίες τροφίμων που απαιτούν θέρμανση.
2) Το PLA μπορεί να τεντωθεί σε ένα συγκεκριμένο εύρος για να αυξήσει την ιδιότητα φραγμού. Όταν η αναλογία τάνυσης αυξάνεται από 1 σε 6,5, η κρυσταλλικότητα του PLA αυξάνεται σημαντικά και επομένως η ιδιότητα φραγμού βελτιώνεται.
3) Η προσθήκη μερικών φραγμών (όπως πηλός και ίνες) στη μήτρα PLA μπορεί να βελτιώσει την ιδιότητα φραγμού του PLA. Αυτό συμβαίνει επειδή 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 PLA
Το PLA έχει καλή αντοχή, αλλά στερείται σκληρότητας και είναι εξαιρετικά ευαίσθητο σε κάμψη και παραμόρφωση, που συνήθως απαιτεί τροποποίηση σκλήρυνσης. Προκειμένου να διασφαλιστεί η βιοδιασπασιμότητα του PLA, συνήθως σκληραίνει με ανάμειξη με βιοαποικοδομήσιμη ρητίνη. Το PBAT, το PBS, το PCL, το φυσικό καουτσούκ και άλλες ουσίες μπορούν να βελτιώσουν την ανθεκτικότητα του PLA.
5. Οπτικές ιδιότητες του PLA
Το PLA έχει διαφάνεια και γυαλάδα που είναι σπάνια σε άλλα αποικοδομήσιμα πλαστικά, η οποία είναι συγκρίσιμη με το σελοφάν και το PET. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για οπτική συσκευασία και το εφέ διακόσμησης είναι καλύτερο. Γενικά, η διαφάνεια και η γυαλάδα του PLA δεν χρειάζεται να βελτιωθούν και θα πρέπει να δοθεί προσοχή ώστε να μην μειώνεται όσο το δυνατόν περισσότερο η καλή του διαφάνεια κατά την τροποποίηση άλλων πτυχών για να διασφαλιστεί η ορατότητα της συσκευασίας και το αποτέλεσμα διακόσμησης.
6. Θερμικές ιδιότητες του PLA
Η θερμική σταθερότητα του υλικού PLA είναι ισοδύναμη με αυτή του PVC, αλλά χαμηλότερη από αυτή των PP, PE και PS. Η θερμοκρασία επεξεργασίας ελέγχεται γενικά μεταξύ 170 ℃ και 230 ℃, η οποία είναι κατάλληλη για έγχυση, τέντωμα, εξώθηση, χύτευση με εμφύσηση, 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, γεγονός που περιορίζει την εφαρμογή του σε συσκευασίες προϊόντων θερμής πλήρωσης ή αποστείρωσης με θερμότητα.
Προκειμένου να αυξηθεί ο ρυθμός κρυστάλλωσης και η κρυσταλλικότητα του PLA, η οπτική καθαρότητα του PLA μπορεί να αυξηθεί όσο το δυνατόν περισσότερο τη στιγμή της παραγωγής. Η επεξεργασία ανόπτησης είναι επίσης μια μέθοδος για τη βελτίωση της κρυσταλλικότητας του PLA. Επιπλέον, μπορούν να προστεθούν παράγοντες πυρηνοποίησης για τη βελτίωση της συμπεριφοράς κρυστάλλωσης και της κρυσταλλικότητας, αυξάνοντας έτσι τη θερμοκρασία θερμικής παραμόρφωσης και βελτιώνοντας την αντίσταση στη θερμότητα.
7. Αντιβακτηριδιακές ιδιότητες του PLA
Το PLA μπορεί να κάνει την επιφάνεια του προϊόντος να σχηματίσει ένα ασθενώς όξινο περιβάλλον και έχει αντιβακτηριακά και ήπια στεγανά αποτελέσματα. Εάν η βοηθητική χρήση άλλων αντιβακτηριακών παραγόντων μπορεί να επιτύχει περισσότερο από 90% αντιβακτηριακό ποσοστό, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αντιβακτηριακή συσκευασία προϊόντων.
Οι ευρέως χρησιμοποιούμενοι ανόργανοι αντιβακτηριδακοί παράγοντες περιλαμβάνουν κυρίως μεταλλικά ιόντα ή οξείδια όπως ο άργυρος, ο χαλκός και ο ψευδάργυρος. Οι ευρέως χρησιμοποιούμενοι οργανικοί αντιβακτηριδακοί παράγοντες για συσκευασία περιλαμβάνουν ενώσεις βανιλίνης ή αιθυλοβανιλίνης. Η ασφάλεια των τροφίμων άλλων αντιβακτηριακών παραγόντων πρέπει να μελετηθεί.
8. Ηλεκτρικές ιδιότητες του PLA
Το PLA μπορεί να παρασκευαστεί ως αγώγιμα πολυμερή σύνθετα υλικά γεμίζοντας αγώγιμα σωματίδια όπως αιθάλη (CB), νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs), ίνες άνθρακα (CF) ή γραφένιο. Τα αγώγιμα πολυμερή σύνθετα χρησιμοποιούνται ευρέως σε αντιστατικά πλαστικά, ηλεκτρομαγνητικά υλικά θωράκισης, θερμαντικά υλικά αυτοελεγχόμενης θερμοκρασίας, υλικά με θετικό συντελεστή θερμοκρασίας και περιβαλλοντικά ευαίσθητες συσκευές.
Τα αγώγιμα πολυμερή σύνθετα με βάση Pla έχουν επίσης ικανότητα αποικοδόμησης και βιοσυμβατότητα, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ειδικές αντιστατικές συσκευασίες, ηλεκτρομαγνητικές συσκευασίες θωράκισης και έξυπνες συσκευασίες. Το αγώγιμο πολυμερές με βάση το Pla μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αισθητήρες αερίων ή υγρών για την ανίχνευση των πληροφοριών ποιότητας των τροφίμων.
