Polymaitohappo (PLA) on yksi biohajoavista muoveista, joilla on pitkälle kehitetty tutkimus ja sovellus. Sen raaka-aineet tulevat uusiutuvista kasvikuiduista, maissista, maatalouden sivutuotteista jne., joilla on hyvä biohajoavuus. PLA:lla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, kuten polypropeenimuovilla, ja se voi korvata PP- ja PET-muoveja joillakin aloilla. Samalla sillä on hyvä kiilto, läpinäkyvyys, tuntuma ja tietty antibakteerinen ominaisuus.
1. PLA-tuotannon nykytila
Tällä hetkellä PLA:lla on kaksi synteesireittiä, yksi on suora kondensaatio, eli maitohappo dehydratoidaan suoraan ja kondensoidaan korkeassa lämpötilassa ja matalassa paineessa. Tuotantoprosessi on yksinkertainen ja edullinen, mutta tuotteen molekyylimassa on epätasainen ja käytännön sovellusvaikutus on huono. Toinen on laktidin renkaan avauspolymerointi, joka on tällä hetkellä yleisin tuotantomenetelmä.
2. PLA:n hajoavuus
PLA on stabiili huoneenlämmössä, mutta se hajoaa helposti ja nopeasti CO2:ksi ja vedeksi hieman korkeammissa lämpötiloissa, happo-emäsympäristöissä ja mikrobiympäristöissä. Siksi ympäristöä ja täyteaineita valvomalla PLA-tuotteita voidaan käyttää turvallisesti voimassaoloaikana ja hajota ajoissa hävityksen jälkeen.
PLA:n hajoamiseen vaikuttavia tekijöitä ovat pääasiassa molekyylimassa, kidetila, mikrorakenne, ympäristön lämpötila ja kosteus, pH-arvo, valoaika ja ympäristön mikro-organismit. PLA:n sekoittaminen muihin materiaaleihin voi vaikuttaa hajoamisnopeuteen. Esimerkiksi tietyn määrän puujauhoa tai maissiolkikuitua lisäämällä PLA:han voi huomattavasti nopeuttaa hajoamisnopeutta.
3. PLA:n esteominaisuus
Este viittaa materiaalin kykyyn estää kaasun ja vesihöyryn kulkeutumista läpi. Este on erittäin tärkeä pakkausmateriaaleille. Tällä hetkellä markkinoiden yleisin biohajoava muovipussi on PLA/PBAT-komposiitti. PLA-kalvojen parannetut sulkuominaisuudet voivat laajentaa käyttöaluetta. PLA:n sulkuominaisuuksiin vaikuttavia tekijöitä ovat pääasiassa sisäiset tekijät (molekyylirakenne ja kidetila) ja ulkoiset tekijät (lämpötila, kosteus ja ulkoinen voima).
1) PLA-kalvon kuumentaminen heikentää sen sulkuominaisuutta, joten PLA ei sovellu lämmitystä vaativiin elintarvikepakkauksiin.
2) PLA:ta voidaan venyttää tietyllä alueella sulkuominaisuuden lisäämiseksi. Kun venytyssuhdetta nostetaan 1:stä 6,5:een, PLA:n kiteisyys lisääntyy suuresti ja siksi sulkuominaisuus paranee.
3) Joidenkin esteiden (kuten saven ja kuitujen) lisääminen PLA-matriisiin voi parantaa PLA:n suojaominaisuuksia. Tämä johtuu siitä, että este pidentää pienten molekyylien veden tai kaasun läpäisyprosessin kaarevaa reittiä.
4) PLA-kalvon pinnan pinnoitus voi parantaa sulkuominaisuutta.
4. PLA:n mekaaniset ominaisuudet
PLA:lla on hyvä lujuus, mutta siitä puuttuu sitkeys ja se on erittäin herkkä taipumiselle ja muodonmuutokselle, mikä vaatii yleensä karkaisua. PLA:n biohajoavuuden varmistamiseksi se yleensä kovetetaan sekoittamalla biohajoavaan hartsiin. PBAT, PBS, PCL, luonnonkumi ja muut aineet voivat parantaa PLA:n sitkeyttä.
5. PLA:n optiset ominaisuudet
PLA:n läpinäkyvyys ja kiilto ovat harvinaisia muissa hajoavissa muoveissa, mikä on verrattavissa sellofeeniin ja PET:hen. Se sopii erityisen hyvin visuaalisiin pakkauksiin, ja koristeellinen vaikutus on parempi. Yleisesti ottaen PLA:n läpinäkyvyyttä ja kiiltoa ei tarvitse parantaa, vaan tulee kiinnittää huomiota siihen, ettei sen hyvää läpinäkyvyyttä heikennetä mahdollisimman paljon, kun muutetaan muita näkökohtia sen pakkauksen näkyvyyden ja koristeellisen vaikutuksen varmistamiseksi.
6. PLA:n lämpöominaisuudet
PLA-materiaalin lämpöstabiilisuus vastaa PVC:tä, mutta alhaisempi kuin PP:n, PE:n ja PS:n. Prosessointilämpötilaa säädetään yleensä välillä 170 ℃ - 230 ℃, mikä sopii ruiskutukseen, venyttämiseen, suulakepuristukseen, puhallusmuovaukseen, 3D-tulostukseen ja muihin prosessointiprosesseihin.
Varsinaisessa prosessointiprosessissa PLA:n kiteytysnopeus on hidas ja vaatii yleensä muutoksia. Hitaan kiteytysnopeuden ja alhaisen kiteisyyden vuoksi PLA:n lämpömuodonmuutoslämpötila on alhainen, mikä rajoittaa sen käyttöä kuumatäyttö- tai lämpösterilointituotteiden pakkauksissa.
PLA:n kiteytysnopeuden ja kiteisyyden lisäämiseksi PLA:n optista puhtautta voidaan lisätä niin paljon kuin mahdollista valmistushetkellä. Hehkutuskäsittely on myös menetelmä parantaa PLA:n kiteisyyttä. Lisäksi voidaan lisätä ydintämisaineita parantamaan kiteytyskäyttäytymistä ja kiteisyyttä, mikä lisää lämpömuodonmuutoslämpötilaa ja parantaa sen lämmönkestävyyttä.
7. PLA:n antibakteeriset ominaisuudet
PLA voi saada tuotteen pinnan muodostamaan heikosti happaman ympäristön, ja sillä on antibakteerisia ja lievästi estäviä vaikutuksia. Jos muiden antibakteeristen aineiden apukäytöllä voidaan saavuttaa yli 90 % antibakteerinen pitoisuus, sitä voidaan käyttää tuotteiden antibakteeriseen pakkaamiseen.
Yleisesti käytettyjä epäorgaanisia antibakteerisia aineita ovat pääasiassa metalli-ionit tai -oksidit, kuten hopea, kupari ja sinkki. Yleisesti käytettyjä orgaanisia antibakteerisia aineita pakkauksissa ovat vanilliini tai etyylivanilliiniyhdisteet. Muiden antibakteeristen aineiden elintarviketurvallisuutta on tutkittava.
8. PLA:n sähköiset ominaisuudet
PLA:ta voidaan valmistaa johtavina polymeerikomposiitteina täyttämällä johtavia hiukkasia, kuten hiilimustaa (CB), hiilinanoputkia (CNT), hiilikuituja (CF) tai grafeenia. Johtavia polymeerikomposiitteja käytetään laajalti antistaattisissa muoveissa, sähkömagneettisissa suojamateriaaleissa, itseohjautuvan lämpötilan lämmitysmateriaaleissa, positiivisissa lämpökerroinmateriaaleissa ja ympäristöherkissä laitteissa.
Pla-pohjaisilla johtavilla polymeerikomposiiteilla on myös hajoavuus ja bioyhteensopivuus, joita voidaan käyttää erityisissä antistaattisissa pakkauksissa, sähkömagneettisissa suojapakkauksissa ja älykkäissä pakkauksissa. Pla-pohjaista johtavaa polymeeriä voidaan käyttää kaasu- tai nesteantureissa ruoan laatutietojen havaitsemiseen.
