חומצה פולילקטית (PLA) היא אחד מהפלסטיקים המתכלים עם מחקר ויישום בוגרים. חומרי הגלם שלו מגיעים מסיבים צמחיים מתחדשים, תירס, תוצרי לוואי חקלאיים וכו', בעלי התכלות ביולוגית טובה. ל-PLA תכונות מכניות מצוינות, בדומה לפלסטיק פוליפרופילן, והוא יכול להחליף פלסטיק PP ו-PET בתחומים מסוימים. יחד עם זאת, יש לו ברק טוב, שקיפות, תחושה ותכונות אנטיבקטריאליות מסוימות.
1. מצב נוכחי של ייצור PLA
נכון להיום, ישנם שני מסלולי סינתזה של PLA, האחד הוא עיבוי ישיר, כלומר, חומצת חלב מיובשת ישירות ומתעבה בטמפרטורה גבוהה ולחץ נמוך. תהליך הייצור הוא פשוט ובעלות נמוכה, אך המסה המולקולרית של המוצר אינה אחידה, והשפעת היישום המעשית גרועה. השני הוא פילמור פתיחת הטבעת של לקטיד, שהיא שיטת הייצור המרכזית כיום.
2. הפירוק של PLA
PLA יציב בטמפרטורת החדר, אך הוא מתפרק בקלות ובמהירות ל-CO2 ומים בסביבות טמפרטורות מעט גבוהות יותר, בסביבות חומצה-בסיס וסביבות מיקרוביאלית. לכן, על ידי שליטה בסביבה וחומרי המילוי, ניתן להשתמש בבטחה במוצרי PLA בתוך תקופת התוקף ולפגוע בזמן לאחר ההשלכה.
הגורמים המשפיעים על הפירוק של PLA כוללים בעיקר מסה מולקולרית, מצב גבישי, מיקרו-מבנה, טמפרטורה ולחות סביבתית, ערך pH, זמן אור ומיקרואורגניזמים סביבתיים. שילוב של PLA עם חומרים אחרים יכול להשפיע על קצב הפירוק. לדוגמה, הוספת כמות מסוימת של קמח עץ או סיבי קש תירס ל-PLA יכולה להאיץ מאוד את קצב הפירוק.
3. נכס המחסום של PLA
מחסום מתייחס ליכולת של חומר למנוע מעבר גז ואדי מים. מחסום חשוב מאוד עבור חומרי אריזה. נכון להיום, שקית הפלסטיק המתכלה הנפוצה ביותר בשוק היא PLA/PBAT קומפוזיט. תכונות המחסום המשופרות של סרטי PLA יכולות להרחיב את שדה היישום. הגורמים המשפיעים על תכונות המחסום של PLA כוללים בעיקר גורמים פנימיים (מבנה מולקולרי ומצב גבישי) וגורמים חיצוניים (טמפרטורה, לחות וכוח חיצוני).
1) חימום סרט PLA יפחית את תכונת המחסום שלו, ולכן PLA אינו מתאים לאריזות מזון הדורשות חימום.
2) ניתן למתוח PLA בטווח מסוים כדי להגדיל את תכונת המחסום. כאשר יחס המתיחה גדל מ-1 ל-6.5, הגבישיות של PLA גדלה מאוד ולכן תכונת המחסום משתפרת.
3) הוספת כמה מחסומים (כגון חימר וסיבים) למטריצת PLA יכולה לשפר את תכונת המחסום של PLA. הסיבה לכך היא שהמחסום מאריך את הנתיב המעוקל של תהליך חדירת המים או הגז של מולקולות קטנות.
4) ציפוי על פני השטח של סרט PLA יכול לשפר את תכונת המחסום.
4. תכונות מכניות של PLA
ל-PLA חוזק טוב, אבל הוא חסר קשיחות והוא רגיש במיוחד לכיפוף ועיוות, מה שבדרך כלל דורש שינוי הקשוח. על מנת להבטיח את הפירוק הביולוגי של PLA, הוא בדרך כלל מתקשה על ידי ערבוב עם שרף מתכלה. PBAT, PBS, PCL, גומי טבעי וחומרים אחרים יכולים לשפר את הקשיחות של PLA.
5. מאפיינים אופטיים של PLA
ל-PLA שקיפות ומבריק נדירים בפלסטיק מתכלה אחר, הדומה לצלופן ו-PET. זה מתאים במיוחד לאריזה ויזואלית, ואפקט הקישוט טוב יותר. באופן כללי, אין צורך לשפר את השקיפות והברק של PLA, ויש לשים לב לא להפחית את השקיפות הטובה שלו ככל האפשר בעת שינוי היבטים אחרים כדי להבטיח את נראות האריזה ואת אפקט הקישוט שלו.
6. תכונות תרמיות של PLA
היציבות התרמית של חומר PLA שווה לזו של PVC, אך נמוכה מזו של PP, PE ו-PS. טמפרטורת העיבוד נשלטת בדרך כלל בין 170 ℃ ל 230 ℃, אשר מתאימה להזרקה, מתיחה, אקסטרוזיה, יציקת מכה, הדפסת תלת מימד ותהליכי עיבוד אחרים.
בתהליך העיבוד בפועל, קצב התגבשות PLA הוא איטי ובדרך כלל דורש שינוי. בשל קצב ההתגבשות האיטי והגבישיות הנמוכה, טמפרטורת העיוות התרמית של PLA נמוכה, מה שמגביל את היישום שלו באריזה של מילוי חם או עיקור חום.
על מנת להגביר את קצב ההתגבשות והגבישות של PLA, ניתן להגדיל את הטוהר האופטי של PLA ככל האפשר בזמן הייצור. טיפול חישול הוא גם שיטה לשיפור הגבישיות של PLA. בנוסף, ניתן להוסיף סוכני גרעין כדי לשפר את התנהגות ההתגבשות והגבישות, ובכך להגדיל את טמפרטורת העיוות התרמי ולשפר את עמידות החום שלה.
7. תכונות אנטיבקטריאליות של PLA
PLA יכול לגרום לפני השטח של המוצר ליצור סביבה חומצית חלשה, ויש לו השפעות אנטיבקטריאליות וחסינות עדינות. אם השימוש הנלווה בחומרים אנטיבקטריאליים אחרים יכול להשיג יותר מ-90% שיעור אנטיבקטריאלי, ניתן להשתמש בו לאריזה אנטיבקטריאלית של מוצרים.
החומרים האנטי-בקטריאליים האנאורגניים הנפוצים כוללים בעיקר יוני מתכת או תחמוצות כגון כסף, נחושת ואבץ. הסוכנים האנטי-בקטריאליים האורגניים הנפוצים לאריזה כוללים תרכובות ונילין או אתיל ונילין. יש ללמוד את בטיחות המזון של חומרים אנטיבקטריאליים אחרים.
8. מאפיינים חשמליים של PLA
ניתן להכין PLA כחומרי פולימר מוליכים על ידי מילוי חלקיקים מוליכים כגון פחמן שחור (CB), ננו-צינוריות פחמן (CNTs), סיבי פחמן (CF) או גרפן. חומרים מרוכבים פולימרים מוליכים נמצאים בשימוש נרחב בפלסטיקה אנטי סטטית, חומרי מיגון אלקטרומגנטיים, חומרי חימום בטמפרטורה בשליטה עצמית, חומרים עם מקדם טמפרטורה חיובי והתקנים רגישים לסביבה.
לחומרים מרוכבים פולימרים מוליכים מבוססי Pla יש גם התכלות ותאימות ביולוגית, אשר ניתן להשתמש בהם באריזות אנטי-סטטיות מיוחדות, אריזות מיגון אלקטרומגנטיות ואריזות אינטליגנטיות. ניתן להשתמש בפולימר מוליך על בסיס Pla עבור חיישני גז או נוזל כדי לזהות את המידע האיכותי של מזון.
