폴리락트산(PLA)은 성숙한 연구와 응용이 가능한 생분해성 플라스틱 중 하나입니다. 원료는 생분해성이 좋은 재생 가능한 식물 섬유, 옥수수, 농업 부산물 등에서 나옵니다. PLA는 폴리프로필렌 플라스틱과 유사한 우수한 기계적 특성을 가지며 일부 분야에서는 PP 및 PET 플라스틱을 대체할 수 있습니다. 동시에 광택, 투명성, 촉감 및 특정 항균성이 우수합니다.
1. PLA 생산 현황
현재 PLA의 합성 경로에는 두 가지가 있습니다. 하나는 직접 응축입니다. 즉, 젖산이 고온 저압 하에서 직접 탈수 및 응축됩니다. 생산 공정이 간단하고 비용이 저렴하지만 제품의 분자 질량이 고르지 않아 실제 적용 효과가 좋지 않습니다. 다른 하나는 현재 주류 생산방법인 락타이드의 개환중합법이다.
2. PLA의 분해성
PLA는 상온에서는 안정적이지만 약간 높은 온도 환경, 산-염기 환경, 미생물 환경에서는 쉽고 빠르게 CO2와 물로 분해됩니다. 따라서 환경과 충진재를 관리함으로써 PLA 제품은 유효기간 내에 안전하게 사용할 수 있으며, 폐기 후 시간이 지나면 품질이 저하됩니다.
PLA 분해에 영향을 미치는 요인에는 주로 분자 질량, 결정 상태, 미세 구조, 환경 온도 및 습도, pH 값, 조명 시간 및 환경 미생물이 포함됩니다. PLA를 다른 재료와 혼합하면 분해 속도에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어 PLA에 일정량의 목분이나 옥수수 짚 섬유를 첨가하면 분해 속도를 크게 가속화할 수 있습니다.
3. PLA의 차단성
장벽이란 가스와 수증기가 통과하는 것을 방지하는 물질의 능력을 말합니다. 배리어는 포장재에 있어서 매우 중요합니다. 현재 시중에 판매되는 가장 일반적인 생분해성 비닐봉지는 PLA/PBAT 복합재입니다. PLA 필름의 향상된 차단 특성은 응용 분야를 넓힐 수 있습니다. PLA의 차단성에 영향을 미치는 요인으로는 크게 내부요인(분자구조, 결정상태)과 외부요인(온도, 습도, 외력)이 있다.
1) PLA 필름을 가열하면 차단성이 저하되므로 가열이 필요한 식품포장에는 적합하지 않습니다.
2) PLA를 특정 범위로 늘려 차단성을 높일 수 있습니다. 연신율을 1에서 6.5로 증가시키면 PLA의 결정성이 크게 증가하여 배리어성이 향상된다.
3) PLA 매트릭스에 일부 장벽(예: 점토 및 섬유)을 추가하면 PLA의 장벽 특성을 향상시킬 수 있습니다. 이는 장벽이 작은 분자의 물 또는 가스 투과 과정의 곡선 경로를 연장시키기 때문입니다.
4) PLA 필름 표면에 코팅을 하면 차단성을 향상시킬 수 있습니다.
4. PLA의 기계적 성질
PLA는 강도가 좋지만 인성이 부족하고 굽힘 및 변형에 매우 취약하므로 일반적으로 강화 수정이 필요합니다. PLA의 생분해성을 보장하기 위해 일반적으로 생분해성 수지와 혼합하여 강화합니다. PBAT, PBS, PCL, 천연 고무 및 기타 물질은 PLA의 인성을 향상시킬 수 있습니다.
5. PLA의 광학적 특성
PLA는 셀로펜이나 PET에 버금가는 다른 분해성 플라스틱에서는 보기 드문 투명성과 광택을 갖고 있습니다. 특히 시각적 포장에 적합하며 장식 효과가 더 좋습니다. 일반적으로 PLA의 투명도와 광택은 개선할 필요가 없으며, 포장의 가시성 및 장식 효과를 보장하기 위해 다른 측면을 수정할 때 우수한 투명성을 최대한 감소시키지 않도록 주의해야 합니다.
6. PLA의 열적 특성
PLA 소재의 열 안정성은 PVC와 동일하지만 PP, PE, PS보다는 낮습니다. 가공 온도는 일반적으로 170℃에서 230℃ 사이로 제어되며 이는 사출, 연신, 압출, 블로우 성형, 3D 프린팅 및 기타 가공 공정에 적합합니다.
실제 가공 공정에서 PLA 결정화 속도는 느리고 일반적으로 수정이 필요합니다. PLA의 결정화 속도가 느리고 결정성이 낮기 때문에 PLA의 열변형 온도가 낮아 고온 충전이나 가열 멸균 제품 포장에 적용이 제한됩니다.
PLA 결정화 속도와 결정성을 높이기 위해서는 생산 시 PLA의 광학순도를 최대한 높일 수 있다. 어닐링 처리는 PLA의 결정성을 향상시키는 방법이기도 합니다. 또한, 결정화 거동 및 결정성을 향상시키기 위해 핵제를 첨가함으로써 열변형 온도를 높이고 내열성을 향상시킬 수 있다.
7. PLA의 항균성
PLA는 제품의 표면을 약산성 환경으로 만들 수 있으며, 항균, 항곰팡이 효과가 있습니다. 다른 항균제를 보조적으로 사용하면 90% 이상의 항균율을 얻을 수 있으며, 제품의 항균 포장에도 사용할 수 있습니다.
일반적으로 사용되는 무기계 항균제로는 은, 구리, 아연 등의 금속이온이나 산화물이 주로 사용된다. 포장용으로 일반적으로 사용되는 유기 항균제에는 바닐린 또는 에틸 바닐린 화합물이 포함됩니다. 다른 항균제의 식품 안전성에 대한 연구가 필요합니다.
8. PLA의 전기적 특성
PLA는 카본블랙(CB), 탄소나노튜브(CNT), 탄소섬유(CF), 그래핀 등 전도성 입자를 충전해 전도성 고분자 복합재로 만들 수 있다. 전도성 고분자 복합재는 정전기 방지 플라스틱, 전자기 차폐 재료, 자체 제어 온도 가열 재료, 정온도 계수 재료 및 환경에 민감한 장치에 널리 사용됩니다.
Pla 기반 전도성 고분자 복합재는 분해성과 생체적합성도 갖추고 있어 특수 정전기 방지 포장재, 전자파 차폐 포장재, 지능형 포장재 등에 활용될 수 있다. Pla 기반 전도성 고분자는 가스나 액체 센서로 식품의 품질 정보를 감지하는 데 사용될 수 있습니다.
