Polymelkzuur (PLA) is een van de biologisch afbreekbare kunststoffen met volwassen onderzoek en toepassing. De grondstoffen zijn afkomstig van hernieuwbare plantaardige vezels, maïs, agrarische bijproducten enz., die een goede biologische afbreekbaarheid hebben. PLA heeft uitstekende mechanische eigenschappen, vergelijkbaar met polypropyleenkunststoffen, en kan op sommige gebieden PP- en PET-kunststoffen vervangen. Tegelijkertijd heeft het een goede glans, transparantie, gevoel en bepaalde antibacteriële eigenschappen.
1. Huidige status van PLA-productie
Momenteel zijn er twee syntheseroutes van PLA, één is directe condensatie, dat wil zeggen dat melkzuur direct wordt gedehydrateerd en gecondenseerd onder hoge temperatuur en lage druk. Het productieproces is eenvoudig en goedkoop, maar de moleculaire massa van het product is ongelijk en het praktische toepassingseffect is slecht. De andere is de ringopeningspolymerisatie van lactide, wat momenteel de reguliere productiemethode is.
2. Afbreekbaarheid van PLA
PLA is stabiel bij kamertemperatuur, maar wordt gemakkelijk en snel afgebroken tot CO2 en water in omgevingen met iets hogere temperaturen, zuur-base-omgevingen en microbiële omgevingen. Daarom kunnen PLA-producten, door het milieu en de vulstoffen te controleren, veilig worden gebruikt binnen de geldigheidsperiode en na verwijdering na verloop van tijd worden afgebroken.
De factoren die de afbraak van PLA beïnvloeden, omvatten voornamelijk moleculaire massa, kristallijne toestand, microstructuur, omgevingstemperatuur en -vochtigheid, pH-waarde, lichttijd en omgevingsmicro-organismen. Het mengen van PLA met andere materialen kan de afbraaksnelheid beïnvloeden. Het toevoegen van een bepaalde hoeveelheid houtmeel of maïsstrovezel aan PLA kan bijvoorbeeld de afbraaksnelheid aanzienlijk versnellen.
3. De barrière-eigenschap van PLA
Barrière verwijst naar het vermogen van een materiaal om te voorkomen dat gas en waterdamp erdoorheen gaan. Barrière is erg belangrijk voor verpakkingsmaterialen. Momenteel is de meest voorkomende biologisch afbreekbare plastic zak op de markt PLA/PBAT-composiet. De verbeterde barrière-eigenschappen van PLA-films kunnen het toepassingsgebied vergroten. De factoren die de barrière-eigenschappen van PLA beïnvloeden, omvatten voornamelijk interne factoren (moleculaire structuur en kristallijne toestand) en externe factoren (temperatuur, vochtigheid en externe kracht).
1) Het verwarmen van de PLA-film zal de barrière-eigenschap verminderen, dus PLA is niet geschikt voor voedselverpakkingen die verwarming vereisen.
2) PLA kan binnen een bepaald bereik worden uitgerekt om de barrière-eigenschap te vergroten. Wanneer de verstrekverhouding wordt verhoogd van 1 naar 6,5, wordt de kristalliniteit van PLA aanzienlijk vergroot en daarom wordt de barrière-eigenschap verbeterd.
3) Het toevoegen van enkele barrières (zoals klei en vezels) aan de PLA-matrix kan de barrière-eigenschap van PLA verbeteren. Dit komt omdat de barrière het gebogen pad van het water- of gaspermeatieproces van kleine moleculen verlengt.
4) Coating op het oppervlak van PLA-film kan de barrière-eigenschap verbeteren.
4. Mechanische eigenschappen van PLA
PLA heeft een goede sterkte, maar mist taaiheid en is uiterst gevoelig voor buiging en vervorming, waarvoor meestal aanpassing van de hardheid nodig is. Om de biologische afbreekbaarheid van PLA te garanderen, wordt het meestal versterkt door het te mengen met biologisch afbreekbare hars. PBAT, PBS, PCL, natuurlijk rubber en andere stoffen kunnen de taaiheid van PLA verbeteren.
5. Optische eigenschappen van PLA
PLA heeft een transparantie en glans die zeldzaam zijn in andere afbreekbare kunststoffen, vergelijkbaar met cellofeen en PET. Het is vooral geschikt voor visuele verpakkingen en het decoratie-effect is beter. Over het algemeen hoeven de transparantie en glans van PLA niet te worden verbeterd, en er moet aandacht worden besteed aan het niet zoveel mogelijk verminderen van de goede transparantie ervan bij het wijzigen van andere aspecten om de zichtbaarheid van de verpakking en het decoratie-effect te garanderen.
6. Thermische eigenschappen van PLA
De thermische stabiliteit van PLA-materiaal is gelijk aan die van PVC, maar lager dan die van PP, PE en PS. De verwerkingstemperatuur wordt over het algemeen geregeld tussen 170 ℃ en 230 ℃, wat geschikt is voor injectie, strekken, extrusie, blaasvormen, 3D-printen en andere verwerkingsprocessen.
Bij het daadwerkelijke verwerkingsproces is de PLA-kristallisatiesnelheid laag en vereist deze in het algemeen aanpassing. Vanwege de langzame kristallisatiesnelheid en lage kristalliniteit is de thermische vervormingstemperatuur van PLA laag, wat de toepassing ervan in productverpakkingen met heet afvullen of hittesterilisatie beperkt.
Om de PLA-kristallisatiesnelheid en kristalliniteit te verhogen, kan de optische zuiverheid van PLA op het moment van productie zoveel mogelijk worden verhoogd. Gloeibehandeling is ook een methode om de kristalliniteit van PLA te verbeteren. Bovendien kunnen kiemvormende middelen worden toegevoegd om het kristallisatiegedrag en de kristalliniteit te verbeteren, waardoor de thermische vervormingstemperatuur wordt verhoogd en de hittebestendigheid ervan wordt verbeterd.
7. Antibacteriële eigenschappen van PLA
PLA kan ervoor zorgen dat het oppervlak van het product een zwak zure omgeving vormt en heeft antibacteriële en mild-proof effecten. Als het aanvullende gebruik van andere antibacteriële middelen een antibacterieel percentage van meer dan 90% kan bereiken, kan het worden gebruikt voor antibacteriële verpakking van producten.
De algemeen gebruikte anorganische antibacteriële middelen omvatten voornamelijk metaalionen of oxiden zoals zilver, koper en zink. De algemeen gebruikte organische antibacteriële middelen voor verpakkingen zijn onder meer vanilline- of ethylvanillineverbindingen. De voedselveiligheid van andere antibacteriële middelen moet worden onderzocht.
8. Elektrische eigenschappen van PLA
PLA kan worden bereid als geleidende polymeercomposieten door geleidende deeltjes zoals roet (CB), koolstofnanobuisjes (CNT's), koolstofvezels (CF) of grafeen te vullen. Geleidende polymeercomposieten worden veel gebruikt in antistatische kunststoffen, elektromagnetische afschermingsmaterialen, zelfgecontroleerde temperatuurverwarmingsmaterialen, materialen met een positieve temperatuurcoëfficiënt en milieugevoelige apparaten.
Pla-gebaseerde geleidende polymeercomposieten hebben ook afbreekbaarheid en biocompatibiliteit, die kunnen worden gebruikt in speciale antistatische verpakkingen, elektromagnetische afschermende verpakkingen en intelligente verpakkingen. Op Pla-gebaseerd geleidend polymeer kan worden gebruikt voor gas- of vloeistofsensoren om de kwaliteitsinformatie van voedsel te detecteren.
