Polüpiimhape (PLA) on üks biolagunevatest plastidest, mida on uuritud ja kasutatud. Selle tooraine pärineb taastuvatest taimsetest kiududest, maisist, põllumajanduslikest kõrvalsaadustest jne, millel on hea biolagunevus. PLA-l on suurepärased mehaanilised omadused, mis on sarnased polüpropüleenplastidele ning see võib mõnes valdkonnas asendada PP- ja PET-plaste. Samal ajal on sellel hea läige, läbipaistvus, tunnetus ja teatav antibakteriaalne omadus.
1. PLA tootmise hetkeseis
Praegu on PLA-l kaks sünteesiviisi, üks on otsene kondensatsioon, see tähendab, et piimhape dehüdreeritakse ja kondenseeritakse kõrgel temperatuuril ja madalal rõhul. Tootmisprotsess on lihtne ja odav, kuid toote molekulmass on ebaühtlane ja praktiline rakendusefekt on halb. Teine on laktiidi tsükliava polümerisatsioon, mis on praegu peamine tootmismeetod.
2. PLA lagunevus
PLA on toatemperatuuril stabiilne, kuid veidi kõrgema temperatuuriga keskkondades, happe-aluse keskkonnas ja mikroobikeskkonnas laguneb see kergesti ja kiiresti CO2-ks ja veeks. Seetõttu saab keskkonda ja täiteaineid kontrollides PLA tooteid kehtivusaja jooksul ohutult kasutada ja pärast kõrvaldamist aja jooksul laguneda.
PLA lagunemist mõjutavad tegurid hõlmavad peamiselt molekulmassi, kristalset olekut, mikrostruktuuri, keskkonna temperatuuri ja niiskust, pH väärtust, valguse aega ja keskkonna mikroorganisme. PLA segamine teiste materjalidega võib mõjutada lagunemiskiirust. Näiteks võib PLA-le teatud koguse puidujahu või maisiõlgede kiudude lisamine lagunemiskiirust oluliselt kiirendada.
3. PLA barjääriomadus
Barjäär viitab materjali võimele takistada gaasi ja veeauru läbimist. Pakkematerjalide puhul on barjäär väga oluline. Praegu on turul kõige levinum biolagunev kilekott PLA/PBAT komposiit. PLA-kilede täiustatud barjääriomadused võivad rakendusala laiendada. PLA barjääriomadusi mõjutavad tegurid hõlmavad peamiselt sisemisi tegureid (molekulaarne struktuur ja kristalne olek) ja väliseid tegureid (temperatuur, niiskus ja välisjõud).
1) PLA-kile kuumutamine vähendab selle tõkkeomadusi, mistõttu PLA ei sobi kuumutamist vajavate toiduainete pakendamiseks.
2) PLA-d saab teatud vahemikus venitada, et suurendada barjääri omadust. Kui venitussuhet suurendatakse 1-lt 6,5-le, suureneb PLA kristallilisus oluliselt ja seetõttu paraneb barjääriomadus.
3) Mõne barjääri (nt savi ja kiud) lisamine PLA maatriksile võib parandada PLA barjääriomadusi. Selle põhjuseks on asjaolu, et barjäär pikendab väikeste molekulide vee või gaasi läbitungimise protsessi kõverat rada.
4) PLA-kile pinna katmine võib parandada tõkkeomadusi.
4. PLA mehaanilised omadused
PLA-l on hea tugevus, kuid sellel puudub tugevus ning see on väga vastuvõtlik paindumisele ja deformatsioonile, mis nõuab tavaliselt karmistamist. PLA biolagunevuse tagamiseks karastatakse seda tavaliselt biolaguneva vaiguga segades. PBAT, PBS, PCL, looduslik kautšuk ja muud ained võivad parandada PLA tugevust.
5. PLA optilised omadused
PLA-l on teistes lagunevates plastides haruldane läbipaistvus ja läige, mis on võrreldav tsellofeeni ja PET-ga. See sobib eriti visuaalseks pakendamiseks ja kaunistusefekt on parem. Üldiselt ei vaja PLA läbipaistvust ja läiget parandada ning tähelepanu tuleks pöörata sellele, et mitte vähendada selle head läbipaistvust nii palju kui võimalik muude aspektide muutmisel, et tagada selle pakendi nähtavus ja kaunistusefekt.
6. PLA termilised omadused
PLA materjali termiline stabiilsus on samaväärne PVC omaga, kuid madalam kui PP-l, PE-l ja PS-l. Töötlemistemperatuuri reguleeritakse tavaliselt vahemikus 170 ℃ kuni 230 ℃, mis sobib süstimiseks, venitamiseks, ekstrusiooniks, puhumisvormimiseks, 3D-printimiseks ja muudeks töötlemisprotsessideks.
Tegelikus töötlemisprotsessis on PLA kristalliseerumiskiirus aeglane ja vajab üldiselt muutmist. Aeglase kristalliseerumiskiiruse ja madala kristallilisuse tõttu on PLA termilise deformatsiooni temperatuur madal, mis piirab selle kasutamist kuuma täitmise või kuumsteriliseerimise toodete pakendites.
PLA kristalliseerumiskiiruse ja kristallilisuse suurendamiseks saab PLA optilist puhtust tootmise ajal nii palju kui võimalik tõsta. Lõõmutamine on ka meetod PLA kristallilisuse parandamiseks. Lisaks võib kristalliseerumise ja kristallilisuse parandamiseks lisada tuuma moodustavaid aineid, suurendades seeläbi termilise deformatsiooni temperatuuri ja parandades selle kuumakindlust.
7. PLA antibakteriaalsed omadused
PLA võib muuta toote pinna nõrgalt happeliseks keskkonnaks ning omab antibakteriaalset ja kerget kaitset. Kui teiste antibakteriaalsete ainete lisakasutusega on võimalik saavutada üle 90% antibakteriaalse taseme, saab seda kasutada toodete antibakteriaalseks pakendamiseks.
Tavaliselt kasutatavad anorgaanilised antibakteriaalsed ained hõlmavad peamiselt metalliioone või -oksiide, nagu hõbe, vask ja tsink. Tavaliselt kasutatavad orgaanilised antibakteriaalsed ained pakendamiseks hõlmavad vanilliini või etüülvanilliini ühendeid. Teiste antibakteriaalsete ainete toiduohutust tuleb uurida.
8. PLA elektrilised omadused
PLA-d saab valmistada juhtivate polümeersete komposiitidena, täites juhtivaid osakesi, nagu tahm (CB), süsinik-nanotorud (CNT), süsinikkiud (CF) või grafeen. Juhtivaid polümeerkomposiite kasutatakse laialdaselt antistaatilistes plastides, elektromagnetilistes varjestusmaterjalides, isereguleeruva temperatuuriga küttematerjalides, positiivse temperatuurikoefitsiendiga materjalides ja keskkonnatundlikes seadmetes.
Pla-põhistel juhtivatel polümeerkomposiitidel on ka lagunevus ja biosobivus, mida saab kasutada spetsiaalsetes antistaatilises pakendis, elektromagnetilise varjestuse pakendis ja intelligentses pakendis. Pla-põhist juhtivat polümeeri saab kasutada gaasi- või vedelikuandurite jaoks, et tuvastada toidu kvaliteediteavet.
