O ácido polilático (PLA) é um dos plásticos biodegradáveis com pesquisas e aplicações maduras. Suas matérias-primas são provenientes de fibras vegetais renováveis, milho, subprodutos agrícolas, etc., que apresentam boa biodegradabilidade. O PLA possui excelentes propriedades mecânicas, semelhantes às dos plásticos de polipropileno, e pode substituir os plásticos PP e PET em alguns campos. Ao mesmo tempo, possui bom brilho, transparência, toque e certas propriedades antibacterianas.
1. Situação atual da produção de PLA
Atualmente, existem duas rotas de síntese de PLA, uma é a condensação direta, ou seja, o ácido láctico é diretamente desidratado e condensado sob alta temperatura e baixa pressão. O processo de produção é simples e de baixo custo, mas a massa molecular do produto é desigual e o efeito de aplicação prática é fraco. A outra é a polimerização de lactídeo por abertura de anel, que é o método de produção convencional atualmente.
2. Degradabilidade do PLA
O PLA é estável à temperatura ambiente, mas é fácil e rapidamente degradado em CO2 e água em ambientes com temperaturas ligeiramente mais altas, ambientes ácido-base e ambientes microbianos. Portanto, ao controlar o meio ambiente e os enchimentos, os produtos PLA podem ser usados com segurança dentro do período de validade e degradados com o tempo após o descarte.
Os fatores que afetam a degradação do PLA incluem principalmente massa molecular, estado cristalino, microestrutura, temperatura e umidade ambiental, valor de pH, tempo de luz e microrganismos ambientais. A mistura do PLA com outros materiais pode afetar a taxa de degradação. Por exemplo, adicionar uma certa quantidade de farinha de madeira ou fibra de palha de milho ao PLA pode acelerar bastante a taxa de degradação.
3. A propriedade de barreira do PLA
Barreira refere-se à capacidade de um material impedir a passagem de gás e vapor de água. A barreira é muito importante para materiais de embalagem. Atualmente, a sacola plástica biodegradável mais comum no mercado é a composta PLA/PBAT. As propriedades de barreira melhoradas dos filmes PLA podem ampliar o campo de aplicação. Os fatores que afetam as propriedades de barreira do PLA incluem principalmente fatores internos (estrutura molecular e estado cristalino) e fatores externos (temperatura, umidade e força externa).
1) O aquecimento do filme PLA reduzirá sua propriedade de barreira, portanto o PLA não é adequado para embalagens de alimentos que requerem aquecimento.
2) O PLA pode ser esticado em uma determinada faixa para aumentar a propriedade de barreira. Quando a razão de estiramento é aumentada de 1 para 6,5, a cristalinidade do PLA aumenta bastante e, portanto, a propriedade de barreira é melhorada.
3) Adicionar algumas barreiras (como argila e fibras) à matriz do PLA pode melhorar a propriedade de barreira do PLA. Isso ocorre porque a barreira prolonga o caminho curvo do processo de permeação de água ou gás de pequenas moléculas.
4) O revestimento na superfície do filme PLA pode melhorar a propriedade de barreira.
4. Propriedades mecânicas do PLA
O PLA tem boa resistência, mas carece de tenacidade e é extremamente suscetível a flexão e deformação, o que geralmente requer modificação de tenacidade. Para garantir a biodegradabilidade do PLA, ele geralmente é endurecido por mistura com resina biodegradável. PBAT, PBS, PCL, borracha natural e outras substâncias podem melhorar a resistência do PLA.
5. Propriedades ópticas do PLA
O PLA tem transparência e brilho raros em outros plásticos degradáveis, comparável ao celofeno e ao PET. É especialmente adequado para embalagens visuais e o efeito decorativo é melhor. Em geral, a transparência e o brilho do PLA não precisam ser melhorados, e deve-se prestar atenção para não reduzir ao máximo sua boa transparência ao modificar outros aspectos para garantir a visibilidade da embalagem e o efeito decorativo.
6. Propriedades térmicas do PLA
A estabilidade térmica do material PLA é equivalente à do PVC, mas inferior à do PP, PE e PS. A temperatura de processamento é geralmente controlada entre 170 ℃ e 230 ℃, o que é adequado para injeção, alongamento, extrusão, moldagem por sopro, impressão 3D e outros processos de processamento.
No processo de processamento real, a taxa de cristalização do PLA é lenta e geralmente requer modificação. Devido à lenta taxa de cristalização e baixa cristalinidade, a temperatura de deformação térmica do PLA é baixa, o que limita sua aplicação em embalagens de produtos de envase a quente ou esterilização por calor.
A fim de aumentar a taxa de cristalização e cristalinidade do PLA, a pureza óptica do PLA pode ser aumentada tanto quanto possível no momento da produção. O tratamento de recozimento também é um método para melhorar a cristalinidade do PLA. Além disso, agentes nucleantes podem ser adicionados para melhorar o comportamento de cristalização e a cristalinidade, aumentando assim a temperatura de deformação térmica e melhorando a sua resistência ao calor.
7. Propriedades antibacterianas do PLA
O PLA pode fazer com que a superfície do produto forme um ambiente fracamente ácido e tem efeitos antibacterianos e à prova de luz. Se o uso auxiliar de outros agentes antibacterianos puder atingir mais de 90% de taxa antibacteriana, ele poderá ser usado para embalagens antibacterianas de produtos.
Os agentes antibacterianos inorgânicos comumente usados incluem principalmente íons ou óxidos metálicos, como prata, cobre e zinco. Os agentes antibacterianos orgânicos comumente usados para embalagens incluem compostos de vanilina ou etil vanilina. A segurança alimentar de outros agentes antibacterianos precisa ser estudada.
8. Propriedades elétricas do PLA
O PLA pode ser preparado como compósitos poliméricos condutores, preenchendo partículas condutoras, como negro de fumo (CB), nanotubos de carbono (CNTs), fibras de carbono (CF) ou grafeno. Os compósitos poliméricos condutores são amplamente utilizados em plásticos antiestáticos, materiais de blindagem eletromagnética, materiais de aquecimento de temperatura autocontrolada, materiais com coeficiente de temperatura positivo e dispositivos ambientalmente sensíveis.
Os compósitos poliméricos condutores à base de Pla também possuem degradabilidade e biocompatibilidade, que podem ser utilizados em embalagens antiestáticas especiais, embalagens de blindagem eletromagnética e embalagens inteligentes. O polímero condutor à base de Pla pode ser usado em sensores de gás ou líquido para detectar informações de qualidade dos alimentos.
