Polilaktična kiselina (PLA) jedna je od biorazgradivih plastičnih masa sa zrelim istraživanjima i primjenom. Njegove sirovine dolaze iz obnovljivih biljnih vlakana, kukuruza, poljoprivrednih nusproizvoda itd., koji imaju dobru biorazgradivost. PLA ima izvrsna mehanička svojstva, slična polipropilenskoj plastici, i može zamijeniti PP i PET plastiku u nekim područjima. U isto vrijeme, ima dobar sjaj, prozirnost, osjećaj i određena antibakterijska svojstva.
1. Trenutno stanje PLA proizvodnje
Trenutno postoje dva načina sinteze PLA, jedan je izravna kondenzacija, odnosno mliječna kiselina se izravno dehidrira i kondenzira pod visokom temperaturom i niskim tlakom. Proizvodni proces je jednostavan i jeftin, ali molekularna masa proizvoda je neujednačena, a učinak praktične primjene je loš. Drugi je polimerizacija laktida otvaranjem prstena, što je trenutno glavna metoda proizvodnje.
2. Razgradivost PLA
PLA je stabilan na sobnoj temperaturi, ali se lako i brzo razgrađuje u CO2 i vodu u okruženjima s malo višom temperaturom, kiselo-baznim okruženjima i mikrobnim okruženjima. Stoga, kontroliranjem okoliša i punila, PLA proizvodi se mogu sigurno koristiti unutar roka valjanosti i razgraditi u vremenu nakon odlaganja.
Čimbenici koji utječu na razgradnju PLA uglavnom uključuju molekularnu masu, kristalno stanje, mikrostrukturu, temperaturu i vlažnost okoliša, pH vrijednost, vrijeme osvjetljenja i mikroorganizme iz okoliša. Miješanje PLA s drugim materijalima može utjecati na stopu razgradnje. Na primjer, dodavanje određene količine drvenog brašna ili vlakana kukuruzne slame u PLA može uvelike ubrzati stopu razgradnje.
3. Barijerno svojstvo PLA
Barijera se odnosi na sposobnost materijala da spriječi prolaz plina i vodene pare. Barijera je vrlo važna za materijale za pakiranje. Trenutno je najčešća biorazgradiva plastična vrećica na tržištu PLA/PBAT kompozit. Poboljšana svojstva barijere PLA filmova mogu proširiti područje primjene. Čimbenici koji utječu na barijerna svojstva PLA uglavnom uključuju unutarnje čimbenike (molekularna struktura i kristalno stanje) i vanjske čimbenike (temperatura, vlažnost i vanjska sila).
1) Zagrijavanje PLA filma smanjit će njegovo svojstvo barijere, tako da PLA nije prikladan za pakiranje hrane koja zahtijeva zagrijavanje.
2) PLA se može rastegnuti u određenom rasponu kako bi se povećalo svojstvo barijere. Kada se omjer istezanja poveća s 1 na 6,5, kristalnost PLA se znatno povećava i stoga se poboljšava svojstvo barijere.
3) Dodavanje nekih barijera (kao što su glina i vlakna) PLA matrici može poboljšati svojstvo barijera PLA. To je zato što barijera produljuje zakrivljeni put procesa prodiranja vode ili plina malih molekula.
4) Premaz na površini PLA filma može poboljšati svojstvo barijere.
4. Mehanička svojstva PLA
PLA ima dobru čvrstoću, ali mu nedostaje žilavost i izuzetno je osjetljiv na savijanje i deformaciju, što obično zahtijeva modifikaciju ojačanja. Kako bi se osigurala biorazgradivost PLA, obično se ojačava miješanjem s biorazgradivom smolom. PBAT, PBS, PCL, prirodna guma i druge tvari mogu poboljšati žilavost PLA.
5. Optička svojstva PLA
PLA ima prozirnost i sjaj koji su rijetki kod druge razgradive plastike, što je usporedivo s celofenom i PET-om. Posebno je pogodan za vizualno pakiranje, a učinak ukrašavanja je bolji. Općenito, prozirnost i sjaj PLA ne treba poboljšavati i treba obratiti pozornost da se njegova dobra prozirnost ne smanji što je više moguće pri modificiranju drugih aspekata kako bi se osigurala vidljivost pakiranja i učinak ukrašavanja.
6. Toplinska svojstva PLA
Termička stabilnost PLA materijala jednaka je postojanosti PVC-a, ali niža od stabilnosti PP, PE i PS. Temperatura obrade općenito se kontrolira između 170 ℃ i 230 ℃, što je prikladno za brizganje, istezanje, ekstruziju, puhanje, 3D ispis i druge procese obrade.
U stvarnom procesu obrade, stopa kristalizacije PLA je spora i općenito zahtijeva modifikaciju. Zbog spore brzine kristalizacije i niske kristalnosti, temperatura toplinske deformacije PLA je niska, što ograničava njegovu primjenu u pakiranju proizvoda za vruće punjenje ili toplinsku sterilizaciju.
Kako bi se povećala stopa kristalizacije PLA i kristalnost, optička čistoća PLA može se povećati što je više moguće u vrijeme proizvodnje. Tretman žarenjem također je metoda za poboljšanje kristalnosti PLA. Osim toga, mogu se dodati sredstva za nukleaciju kako bi se poboljšalo ponašanje kristalizacije i kristalnost, čime se povećava temperatura toplinske deformacije i poboljšava njegova otpornost na toplinu.
7. Antibakterijska svojstva PLA
PLA može učiniti da površina proizvoda stvori slabo kiselo okruženje i ima antibakterijsko i blago otporno djelovanje. Ako se pomoćnom upotrebom drugih antibakterijskih sredstava može postići više od 90% antibakterijske stope, može se koristiti za antibakterijsko pakiranje proizvoda.
Uobičajeno korištena anorganska antibakterijska sredstva uglavnom uključuju metalne ione ili okside kao što su srebro, bakar i cink. Uobičajeno korištena organska antibakterijska sredstva za pakiranje uključuju spojeve vanilina ili etil vanilina. Potrebno je proučiti sigurnost hrane drugih antibakterijskih sredstava.
8. Električna svojstva PLA
PLA se može pripremiti kao vodljivi polimerni kompoziti punjenjem vodljivih čestica kao što su čađa (CB), ugljikove nanocijevi (CNT), ugljikova vlakna (CF) ili grafen. Vodljivi polimerni kompoziti naširoko se koriste u antistatičkoj plastici, materijalima za elektromagnetsku zaštitu, materijalima za zagrijavanje samokontrolirane temperature, materijalima s pozitivnim temperaturnim koeficijentom i ekološki osjetljivim uređajima.
Vodljivi polimerni kompoziti na bazi Pla također imaju razgradivost i biokompatibilnost, što se može koristiti u posebnim antistatičkim pakiranjima, pakiranjima za elektromagnetsku zaštitu i inteligentnim pakiranjima. Vodljivi polimer na bazi Pla može se koristiti za senzore za plin ili tekućinu za otkrivanje informacija o kvaliteti hrane.
