Asam polilaktat (PLA) adalah salah satu plastik biodegradable dengan penelitian dan penerapan yang matang. Bahan bakunya berasal dari serat tumbuhan terbarukan, jagung, produk samping pertanian, dll., yang memiliki daya terurai secara hayati yang baik. PLA memiliki sifat mekanik yang sangat baik, mirip dengan plastik polipropilen, dan dapat menggantikan plastik PP dan PET di beberapa bidang. Pada saat yang sama, ia memiliki kilap yang baik, transparansi, rasa dan sifat antibakteri tertentu.
1. Status produksi PLA saat ini
Saat ini terdapat dua jalur sintesis PLA, yang pertama adalah kondensasi langsung, yaitu asam laktat didehidrasi dan dikondensasi secara langsung pada suhu tinggi dan tekanan rendah. Proses produksinya sederhana dan berbiaya rendah, tetapi massa molekul produk tidak merata, dan efek penerapan praktisnya buruk. Cara lainnya adalah polimerisasi pembukaan cincin laktida, yang merupakan metode produksi utama saat ini.
2. Degradabilitas PLA
PLA stabil pada suhu kamar, tetapi mudah dan cepat terdegradasi menjadi CO2 dan air di lingkungan bersuhu sedikit lebih tinggi, lingkungan asam-basa, dan lingkungan mikroba. Oleh karena itu, dengan mengendalikan lingkungan dan bahan pengisi, produk PLA dapat digunakan dengan aman selama masa berlakunya dan terdegradasi seiring waktu setelah dibuang.
Faktor-faktor yang mempengaruhi degradasi PLA terutama meliputi massa molekul, keadaan kristal, struktur mikro, suhu dan kelembaban lingkungan, nilai pH, waktu cahaya, dan mikroorganisme lingkungan. Pencampuran PLA dengan material lain dapat mempengaruhi laju degradasi. Misalnya, menambahkan sejumlah tepung kayu atau serat jerami jagung ke dalam PLA dapat mempercepat laju degradasi.
3. Properti penghalang PLA
Penghalang mengacu pada kemampuan suatu material untuk mencegah lewatnya gas dan uap air. Penghalang sangat penting untuk bahan pengemas. Saat ini, kantong plastik biodegradable yang paling banyak beredar di pasaran adalah komposit PLA/PBAT. Sifat penghalang film PLA yang ditingkatkan dapat memperluas bidang aplikasi. Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat penghalang PLA terutama meliputi faktor internal (struktur molekul dan keadaan kristal) dan faktor eksternal (suhu, kelembaban, dan gaya eksternal).
1) Pemanasan film PLA akan mengurangi sifat penghalangnya, sehingga PLA tidak cocok untuk kemasan makanan yang memerlukan pemanasan.
2) PLA dapat diregangkan dalam jarak tertentu untuk meningkatkan sifat penghalang. Ketika rasio regangan ditingkatkan dari 1 menjadi 6,5, kristalinitas PLA meningkat pesat dan oleh karena itu sifat penghalangnya meningkat.
3) Menambahkan beberapa penghalang (seperti tanah liat dan serat) ke dalam matriks PLA dapat meningkatkan sifat penghalang PLA. Hal ini karena penghalang tersebut memperpanjang jalur lengkung proses perembesan air atau gas oleh molekul-molekul kecil.
4) Pelapisan pada permukaan film PLA dapat meningkatkan sifat penghalang.
4. Sifat mekanik PLA
PLA memiliki kekuatan yang baik, namun kurang memiliki ketangguhan dan sangat rentan terhadap tekukan dan deformasi, yang biasanya memerlukan modifikasi ketangguhan. Untuk memastikan biodegradabilitas PLA, biasanya dikeraskan dengan mencampurkannya dengan resin biodegradable. PBAT, PBS, PCL, karet alam dan zat lainnya dapat meningkatkan ketangguhan PLA.
5. Sifat optik PLA
PLA memiliki transparansi dan kilap yang jarang ditemukan pada plastik mudah terurai lainnya, sebanding dengan selofena dan PET. Ini sangat cocok untuk kemasan visual, dan efek dekorasinya lebih baik. Secara umum, transparansi dan kilap PLA tidak perlu ditingkatkan, dan perhatian harus diberikan untuk tidak mengurangi transparansi yang baik sebanyak mungkin ketika memodifikasi aspek lain untuk memastikan visibilitas kemasan dan efek dekorasinya.
6. Sifat termal PLA
Stabilitas termal bahan PLA setara dengan PVC, tetapi lebih rendah dibandingkan PP, PE dan PS. Suhu pemrosesan umumnya dikontrol antara 170 ℃ dan 230 ℃, yang cocok untuk injeksi, peregangan, ekstrusi, pencetakan tiup, pencetakan 3D, dan proses pemrosesan lainnya.
Dalam proses pemrosesan sebenarnya, laju kristalisasi PLA lambat dan umumnya memerlukan modifikasi. Karena laju kristalisasi yang lambat dan kristalinitas yang rendah, suhu deformasi termal PLA rendah, sehingga membatasi penerapannya dalam kemasan produk pengisian panas atau sterilisasi panas.
Untuk meningkatkan laju kristalisasi dan kristalinitas PLA, kemurnian optik PLA dapat ditingkatkan sebanyak mungkin pada saat produksi. Perawatan anil juga merupakan metode untuk meningkatkan kristalinitas PLA. Selain itu, zat nukleasi dapat ditambahkan untuk meningkatkan perilaku kristalisasi dan kristalinitas, sehingga meningkatkan suhu deformasi termal dan meningkatkan ketahanan panasnya.
7. Sifat antibakteri PLA
PLA dapat membuat permukaan produk membentuk lingkungan asam lemah, serta memiliki efek antibakteri dan tahan ringan. Jika penggunaan tambahan agen antibakteri lainnya dapat mencapai lebih dari 90% tingkat antibakteri, maka dapat digunakan untuk kemasan produk antibakteri.
Agen antibakteri anorganik yang umum digunakan terutama meliputi ion logam atau oksida seperti perak, tembaga, dan seng. Agen antibakteri organik yang umum digunakan untuk kemasan antara lain senyawa vanilin atau etil vanilin. Keamanan pangan dari agen antibakteri lainnya perlu dipelajari.
8. Sifat listrik PLA
PLA dapat dibuat sebagai komposit polimer konduktif dengan mengisi partikel konduktif seperti karbon hitam (CB), tabung nano karbon (CNT), serat karbon (CF), atau graphene. Komposit polimer konduktif banyak digunakan dalam plastik antistatis, bahan pelindung elektromagnetik, bahan pemanas suhu yang dikontrol sendiri, bahan dengan koefisien suhu positif, dan perangkat yang peka terhadap lingkungan.
Komposit polimer konduktif berbasis PLA juga memiliki kemampuan terurai dan biokompatibilitas, yang dapat digunakan dalam kemasan antistatis khusus, kemasan pelindung elektromagnetik, dan kemasan cerdas. Polimer konduktif berbahan dasar PLA dapat digunakan sebagai sensor gas atau cairan untuk mendeteksi informasi kualitas makanan.
