O ácido polilático (PLA) é um dos plásticos biodegradáveis com pesquisa e aplicação maduras. Suas matérias-primas vêm de fibras de plantas renováveis, milho, subprodutos agrícolas, etc., que têm boa biodegradabilidade. O PLA possui excelentes propriedades mecânicas, semelhantes aos plásticos de polipropileno, e pode substituir os plásticos PP e PET em alguns campos. Ao mesmo tempo, possui um bom brilho, transparência, sensação e certa propriedade antibacteriana.
1. Status atual da produção de PLA
Atualmente, existem duas rotas de síntese de PLA, uma é uma condensação direta, ou seja, o ácido lático é diretamente desidratado e condensado sob alta temperatura e baixa pressão. O processo de produção é simples e baixo, mas a massa molecular do produto é desigual e o efeito prático da aplicação é ruim. O outro é a polimerização de abertura do anel do lactídeo, que é o método de produção convencional atualmente.
2. Degradabilidade do PLA
O PLA é estável à temperatura ambiente, mas é degradado de maneira fácil e rápida em CO2 e água em ambientes de temperatura um pouco mais altos, ambientes ácidos-base e ambientes microbianos. Portanto, ao controlar o ambiente e os preenchimentos, os produtos PLA podem ser usados com segurança dentro do período de validade e degradados no 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 leve e microorganismos ambientais. A mistura de 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 barreira do PLA
A barreira refere -se à capacidade de um material para impedir que o vapor de gás e água passasse. A barreira é muito importante para materiais de embalagem. Atualmente, o saco plástico biodegradável mais comum no mercado é o compósito PLA/PBAT. As propriedades de barreira aprimoradas dos filmes do PLA podem ampliar o campo de aplicação. Os fatores que afetam as propriedades da 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, para que o PLA não seja adequado para embalagens de alimentos que requer aquecimento.
2) O PLA pode ser esticado em um determinado intervalo para aumentar a propriedade da barreira. Quando a taxa de alongamento é aumentada de 1 para 6,5, a cristalinidade do PLA aumenta bastante e, portanto, a propriedade da barreira é aprimorada.
3) Adicionar algumas barreiras (como argila e fibras) à matriz PLA pode melhorar a propriedade da 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 da barreira.
4. Propriedades mecânicas do PLA
O PLA tem boa força, mas não tem resistência e é extremamente suscetível à flexão e deformação, o que geralmente requer modificação de endurecimento. Para garantir a biodegradabilidade do PLA, geralmente é endurecido pela 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 possui uma transparência e brilho raros em outros plásticos degradáveis, comparáveis ao celofeno e PET. É especialmente adequado para embalagens visuais, e o efeito de decoração é melhor. Em geral, a transparência e o brilho do PLA não precisam ser aprimorados, e a atenção deve ser dada para não reduzir sua boa transparência o máximo possível ao modificar outros aspectos para garantir seu efeito de visibilidade e decoração de embalagem.
6. Propriedades térmicas do PLA
A estabilidade térmica do material do PLA é equivalente à do PVC, mas menor que a de PP, PE e PS. A temperatura de processamento é geralmente controlada entre 170 ℃ e 230 ℃, que é adequada 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 taxa de cristalização lenta e baixa cristalinidade, a temperatura de deformação térmica do PLA é baixa, o que limita sua aplicação na embalagem de produtos de enchimento a quente ou esterilização térmica.
Para aumentar a taxa de cristalização do PLA e a cristalinidade, a pureza óptica do PLA pode ser aumentada o máximo possível no momento da produção. O tratamento de recozimento também é um método para melhorar a cristalinidade do PLA. Além disso, agentes nucleadores podem ser adicionados para melhorar o comportamento e a cristalinidade da cristalização, aumentando assim a temperatura de deformação térmica e melhorando 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 tenha efeitos antibacterianos e leves. Se o uso auxiliar de outros agentes antibacterianos puder obter mais de 90% de taxa antibacteriana, ele poderá ser usado para embalagens antibacterianas de produtos.
Os agentes antibacterianos inorgânicos comumente usados incluem principalmente íons metálicos ou óxidos como prata, cobre e zinco. Os agentes antibacterianos orgânicos comumente usados para embalagens incluem compostos de vanilina ou etila vanilina. A segurança alimentar de outros agentes antibacterianos precisa ser estudada.
8. Propriedades elétricas do PLA
O PLA pode ser preparado como compósitos de polímeros condutores, preenchendo partículas condutoras como preto de carbono (CB), nanotubos de carbono (CNTs), fibras de carbono (CF) ou grafeno. Os compósitos de polímeros condutores são amplamente utilizados em plásticos antistáticos, materiais de blindagem eletromagnética, materiais de aquecimento de temperatura autocontrolados, materiais de coeficiente de temperatura positivos e dispositivos ambientalmente sensíveis.
Os compósitos de polímeros condutores baseados em PLA também têm degradabilidade e biocompatibilidade, que podem ser usadas em embalagens antistáticas especiais, embalagens de blindagem eletromagnética e embalagens inteligentes. O polímero condutor baseado em PLA pode ser usado para sensores de gás ou líquido para detectar as informações de qualidade dos alimentos.
