Kwas polilowy (PLA) jest jednym z biodegradowalnych tworzyw sztucznych z dojrzałymi badaniami i zastosowaniem. Jego surowce pochodzą z odnawialnych włókien roślin, kukurydzy, produktów ubocznych rolniczych itp., Które mają dobrą biodegradowalność. PLA ma doskonałe właściwości mechaniczne, podobne do plastików polipropylenowych, i może zastąpić PP i PET tworzywa sztuczne w niektórych polach. Jednocześnie ma dobry połysk, przezroczystość, odczucie i pewną właściwości przeciwbakteryjne.
1. Obecny status produkcji PLA
Obecnie istnieją dwie drogi syntezy PLA, jedna to bezpośrednia kondensacja, to znaczy kwas mlekowy jest bezpośrednio odwodniony i skondensowany pod wysoką temperaturą i niskim ciśnieniem. Proces produkcyjny jest prosty i niski, ale masa cząsteczkowa produktu jest nierówna, a praktyczny efekt zastosowania jest słaby. Drugim jest polimeryzacja otwierania pierścienia laktydu, która jest obecnie metodą produkcji głównego nurtu.
2. Degradowalność PLA
PLA jest stabilna w temperaturze pokojowej, ale jest łatwo i szybko degradowana do CO2 i wody w nieco wyższych środowiskach temperatury, środowiskach kwasowych i środowiskach drobnoustrojów. Dlatego, kontrolując środowisko i wypełniacze, produkty PLA można bezpiecznie stosować w okresie ważności i zdegradować w czasie po unieszkodledzeniu.
Czynniki wpływające na degradację PLA obejmują głównie masę cząsteczkową, stan krystaliczny, mikrostrukturę, temperaturę i wilgotność środowiska, wartość pH, czas światła i mikroorganizmy środowiskowe. Mieszanie PLA z innymi materiałami może wpływać na szybkość degradacji. Na przykład dodanie pewnej ilości mąki drewnianej lub włókna słomy kukurydzy do PLA może znacznie przyspieszyć szybkość degradacji.
3. Własność barierowa PLA
Bariera odnosi się do zdolności materiału do zapobiegania przechodzenia przez gaz i pary wodnej. Bariera jest bardzo ważna dla materiałów pakowania. Obecnie najczęstszą biodegradowalną plastikową torbą na rynku jest kompozyt PLA/PBAT. Ulepszone właściwości barierowe filmów PLA mogą poszerzyć pole aplikacji. Czynniki wpływające na właściwości barierowe PLA obejmują głównie czynniki wewnętrzne (struktura molekularna i stan krystaliczny) i czynniki zewnętrzne (temperatura, wilgotność i siła zewnętrzna).
1) Ogrzewanie folii PLA zmniejszy jego barierę, więc PLA nie nadaje się do opakowania żywności, które wymaga ogrzewania.
2) PLA można rozciągnąć w określonym zakresie, aby zwiększyć nieruchomość barierową. Gdy współczynnik rozciągania jest zwiększony z 1 do 6,5, krystaliczność PLA jest znacznie zwiększona, a zatem poprawa bariery.
3) Dodanie niektórych barier (takich jak glina i włókna) do matrycy PLA może poprawić barierę PLA. Wynika to z faktu, że bariera przedłuża zakrzywioną ścieżkę procesu przenikania wody lub gazu małych cząsteczek.
4) Powłoka na powierzchni folii PLA może poprawić właściwość barierową.
4. Właściwości mechaniczne PLA
PLA ma dobrą siłę, ale brakuje mu wytrzymałości i jest wyjątkowo podatny na zginanie i deformację, co zwykle wymaga modyfikacji zaostrzenia. Aby zapewnić biodegradowalność PLA, jest on zwykle hartowany przez mieszanie z żywicą biodegradowalną. PBAT, PBS, PCL, guma naturalna i inne substancje mogą poprawić wytrzymałość PLA.
5. Właściwości optyczne PLA
PLA ma przezroczystość i połysk, które są rzadkie w innych degradowalnych tworzywach sztucznych, które są porównywalne z celofenem i PET. Jest szczególnie odpowiedni do opakowania wizualnego, a efekt dekoracji jest lepszy. Ogólnie rzecz biorąc, przejrzystość i połysk PLA nie wymagają poprawy, a uwagę należy zwrócić na nie zmniejszenie jego dobrej przejrzystości tak bardzo, jak to możliwe przy modyfikowaniu innych aspektów, aby zapewnić jego widoczność i efekt dekoracji opakowania.
6. Właściwości termiczne PLA
Stabilność termiczna materiału PLA jest równoważna PVC, ale niższa niż w przypadku PP, PE i PS. Temperatura przetwarzania jest ogólnie kontrolowana między 170 ℃ a 230 ℃, która jest odpowiednia do wtrysku, rozciągania, wytłaczania, formowania ciosu, drukowania 3D i innych procesów przetwarzania.
W faktycznym procesie przetwarzania szybkość krystalizacji PLA jest powolna i ogólnie wymaga modyfikacji. Ze względu na powolną szybkość krystalizacji i niską krystaliczność temperatura deformacji termicznej PLA jest niska, co ogranicza jego zastosowanie w opakowaniu produktu do napełniania lub sterylizacji ciepła.
W celu zwiększenia szybkości krystalizacji PLA i krystaliczności, optyczną czystość PLA można zwiększyć w jak największym stopniu w momencie produkcji. Leczenie wyżarzania jest również metodą poprawy krystaliczności PLA. Ponadto można dodać środki zarodkowania w celu poprawy zachowania krystalizacji i krystaliczności, zwiększając w ten sposób temperaturę deformacji termicznej i poprawiając jego odporność na ciepło.
7. Właściwości przeciwbakteryjne PLA
PLA może sprawić, że powierzchnia produktu tworzy słabo kwaśne środowisko i ma działanie przeciwbakteryjne i łagodne. Jeśli pomocne zastosowanie innych środków przeciwbakteryjnych może osiągnąć więcej niż 90% szybkości przeciwbakteryjnej, może być stosowane do opakowania przeciwbakteryjnego produktów.
Powszechnie stosowane nieorganiczne środki przeciwbakteryjne obejmują głównie jony metali lub tlenki, takie jak srebro, miedź i cynk. Powszechnie stosowane organiczne środki przeciwbakteryjne do opakowań obejmują waniliny lub związki waniliny etylowej. Należy zbadać bezpieczeństwo żywności innych środków przeciwbakteryjnych.
8. Właściwości elektryczne PLA
PLA można przygotować jako przewodzące kompozyty polimerowe poprzez wypełnienie cząstek przewodzących, takich jak czarna węgiel (CB), nanorurki węglowe (CNT), włókna węglowe (CF) lub grafen. Kompozyty polimerowe przewodzące są szeroko stosowane w tworzywach antystatycznych, elektromagnetycznych materiałach ekranowych, samokontrolujących materiałach ogrzewania temperatury, dodatnich materiałach współczynnika temperatury i urządzeniach wrażliwych na środowisko.
Kompozyty przewodzące polimerowe oparte na PLA mają również degradowalność i biokompatybilność, które mogą być stosowane w specjalnym opakowaniu antistatycznym, opakowaniu elektromagnetycznym i inteligentnym opakowaniu. Polimer przewodzący oparty na PLA może być stosowany do czujników gazowych lub cieczy do wykrywania informacji o wysokiej jakości żywności.
