Polipienskābe (PLA) ir viena no bioloģiski noārdāmajām plastmasām, kurai ir nobrieduši pētījumi un pielietojums. Tās izejvielas nāk no atjaunojamām augu šķiedrām, kukurūzas, lauksaimniecības blakusproduktiem u.c., kam ir laba bionoārdīšanās spēja. PLA piemīt lieliskas mehāniskās īpašības, līdzīgas polipropilēna plastmasām, un dažās jomās tas var aizstāt PP un PET plastmasu. Tajā pašā laikā tai ir labs spīdums, caurspīdīgums, sajūta un noteiktas antibakteriālas īpašības.
1. Pašreizējais PLA ražošanas stāvoklis
Pašlaik ir divi PLA sintēzes ceļi, viens ir tieša kondensācija, tas ir, pienskābe tiek tieši dehidrēta un kondensēta augstā temperatūrā un zemā spiedienā. Ražošanas process ir vienkāršs un zemas izmaksas, bet produkta molekulmasa ir nevienmērīga, un praktiskā pielietojuma efekts ir vājš. Otra ir laktīda gredzena atvēršanas polimerizācija, kas pašlaik ir galvenā ražošanas metode.
2. PLA noārdīšanās spēja
PLA ir stabils istabas temperatūrā, bet tas viegli un ātri sadalās CO2 un ūdenī nedaudz augstākas temperatūras vidēs, skābju bāzes vidē un mikrobu vidē. Tāpēc, kontrolējot vidi un pildvielas, PLA izstrādājumus var droši lietot derīguma termiņā un pēc izmešanas laikā noārdīties.
Faktori, kas ietekmē PLA noārdīšanos, galvenokārt ir molekulmasa, kristāliskais stāvoklis, mikrostruktūra, vides temperatūra un mitrums, pH vērtība, gaismas laiks un vides mikroorganismi. PLA sajaukšana ar citiem materiāliem var ietekmēt noārdīšanās ātrumu. Piemēram, noteikta daudzuma koksnes miltu vai kukurūzas salmu šķiedras pievienošana PLA var ievērojami paātrināt noārdīšanās ātrumu.
3. PLA barjeras īpašība
Barjera attiecas uz materiāla spēju novērst gāzes un ūdens tvaiku izkļūšanu cauri. Barjera ir ļoti svarīga iepakojuma materiāliem. Šobrīd tirgū visizplatītākais bioloģiski noārdāmais plastmasas maisiņš ir PLA/PBAT kompozīts. Uzlabotās PLA plēvju barjeras īpašības var paplašināt pielietojuma jomu. Faktori, kas ietekmē PLA barjeras īpašības, galvenokārt ir iekšējie faktori (molekulārā struktūra un kristāliskais stāvoklis) un ārējie faktori (temperatūra, mitrums un ārējais spēks).
1) PLA plēves karsēšana samazinās tās barjeras īpašības, tāpēc PLA nav piemērots pārtikas iepakojumam, kam nepieciešama karsēšana.
2) PLA var izstiept noteiktā diapazonā, lai palielinātu barjeras īpašību. Ja stiepes koeficients tiek palielināts no 1 līdz 6,5, PLA kristāliskums ievērojami palielinās un tādējādi tiek uzlabota barjeras īpašība.
3) Dažu barjeru (piemēram, mālu un šķiedru) pievienošana PLA matricai var uzlabot PLA barjeras īpašības. Tas ir tāpēc, ka barjera pagarina mazo molekulu ūdens vai gāzes caurlaidības procesa izliekto ceļu.
4) Pārklājums uz PLA plēves virsmas var uzlabot barjeras īpašību.
4. PLA mehāniskās īpašības
PLA ir laba izturība, taču tai trūkst stingrības, un tas ir ļoti jutīgs pret liecēm un deformācijām, kas parasti prasa rūdīšanu. Lai nodrošinātu PLA bioloģisko noārdīšanos, tas parasti tiek rūdīts, sajaucot ar bioloģiski noārdāmiem sveķiem. PBAT, PBS, PCL, dabīgais kaučuks un citas vielas var uzlabot PLA izturību.
5. PLA optiskās īpašības
PLA ir caurspīdīgums un spīdums, kas ir reti sastopams citās noārdāmajās plastmasās, kas ir salīdzināms ar celofēnu un PET. Tas ir īpaši piemērots vizuālam iepakojumam, un dekorēšanas efekts ir labāks. Kopumā PLA caurspīdīgums un spīdums nav jāuzlabo, un, pārveidojot citus aspektus, lai nodrošinātu iepakojuma redzamību un dekorēšanas efektu, jāpievērš uzmanība tam, lai pēc iespējas nesamazinātu tā labo caurspīdīgumu.
6. PLA termiskās īpašības
PLA materiāla termiskā stabilitāte ir līdzvērtīga PVC, bet zemāka nekā PP, PE un PS. Apstrādes temperatūra parasti tiek kontrolēta no 170 ℃ līdz 230 ℃, kas ir piemērota iesmidzināšanai, stiepšanai, ekstrūzijai, izpūšanai, 3D drukāšanai un citiem apstrādes procesiem.
Faktiskajā apstrādes procesā PLA kristalizācijas ātrums ir lēns un parasti ir jāmaina. Lēna kristalizācijas ātruma un zemās kristalitātes dēļ PLA termiskās deformācijas temperatūra ir zema, kas ierobežo tā pielietojumu karstās pildīšanas vai termiskās sterilizācijas produktu iepakojumā.
Lai palielinātu PLA kristalizācijas ātrumu un kristāliskumu, ražošanas laikā pēc iespējas var palielināt PLA optisko tīrību. Rūdīšanas apstrāde ir arī metode, lai uzlabotu PLA kristāliskumu. Turklāt, lai uzlabotu kristalizācijas uzvedību un kristāliskumu, var pievienot kodolvielas veidojošos līdzekļus, tādējādi palielinot termiskās deformācijas temperatūru un uzlabojot tā karstumizturību.
7. PLA antibakteriālās īpašības
PLA var padarīt produkta virsmu vāji skābu vidi, un tam ir antibakteriāla un viegli izturīga iedarbība. Ja, izmantojot citus antibakteriālos līdzekļus, var sasniegt vairāk nekā 90% antibakteriālo līmeni, to var izmantot produktu antibakteriālai iepakošanai.
Parasti izmantotie neorganiskie antibakteriālie līdzekļi galvenokārt ietver metālu jonus vai oksīdus, piemēram, sudrabu, varu un cinku. Iepakošanai parasti izmantotie organiskie antibakteriālie līdzekļi ietver vanilīnu vai etilvanilīna savienojumus. Ir jāizpēta citu antibakteriālo līdzekļu pārtikas nekaitīgums.
8. PLA elektriskās īpašības
PLA var pagatavot kā vadošus polimēru kompozītus, piepildot vadošās daļiņas, piemēram, oglekli (CB), oglekļa nanocaurules (CNT), oglekļa šķiedras (CF) vai grafēnu. Vadītspējīgi polimēru kompozītmateriāli tiek plaši izmantoti antistatiskajā plastmasā, elektromagnētiskajos ekranēšanas materiālos, paškontroles temperatūras sildmateriālos, pozitīvā temperatūras koeficienta materiālos un videi jutīgās ierīcēs.
Uz Pla bāzes ražotiem vadošiem polimēru kompozītiem ir arī noārdāmība un bioloģiskā saderība, ko var izmantot īpašā antistatiskā iepakojumā, elektromagnētiskā ekranējuma iepakojumā un viedajā iepakojumā. Vadošo polimēru uz Pla bāzes var izmantot gāzes vai šķidruma sensoriem, lai noteiktu pārtikas kvalitātes informāciju.
