Acidul polilactic (PLA) este unul dintre materialele plastice biodegradabile cu cercetare și aplicare mature. Materiile sale prime provin din fibre vegetale regenerabile, porumb, subproduse agricole etc., care au o bună biodegradabilitate. PLA are proprietăți mecanice excelente, similare cu materialele plastice din polipropilenă și poate înlocui plasticele PP și PET în unele domenii. În același timp, are un luciu bun, transparență, senzație și anumite proprietăți antibacteriene.
1. Starea actuală a producției de PLA
În prezent, există două căi de sinteză a PLA, una este condensarea directă, adică acidul lactic este deshidratat direct și condensat la temperatură ridicată și presiune joasă. Procesul de producție este simplu și cu costuri reduse, dar masa moleculară a produsului este neuniformă, iar efectul de aplicare practic este slab. Celălalt este polimerizarea lactidei cu deschidere a inelului, care este metoda de producție principală în prezent.
2. Degradabilitatea PLA
PLA este stabil la temperatura camerei, dar este ușor și rapid degradat în CO2 și apă în medii cu temperaturi puțin mai ridicate, medii acido-bazice și medii microbiene. Prin urmare, prin controlul mediului și a materialelor de umplutură, produsele PLA pot fi utilizate în siguranță în perioada de valabilitate și degradate în timp după eliminare.
Factorii care afectează degradarea PLA includ în principal masa moleculară, starea cristalină, microstructura, temperatura și umiditatea mediului, valoarea pH-ului, timpul de lumină și microorganismele de mediu. Amestecarea PLA cu alte materiale poate afecta rata de degradare. De exemplu, adăugarea unei anumite cantități de făină de lemn sau fibre de paie de porumb la PLA poate accelera foarte mult rata de degradare.
3. Proprietatea de barieră a PLA
Bariera se referă la capacitatea unui material de a împiedica trecerea gazului și a vaporilor de apă. Bariera este foarte importantă pentru materialele de ambalare. În prezent, cea mai comună pungă de plastic biodegradabilă de pe piață este compozitul PLA/PBAT. Proprietățile de barieră îmbunătățite ale filmelor PLA pot lărgi domeniul de aplicare. Factorii care afectează proprietățile de barieră ale PLA includ în principal factori interni (structura moleculară și starea cristalină) și factori externi (temperatură, umiditate și forță externă).
1) Încălzirea filmului PLA va reduce proprietatea de barieră, astfel încât PLA nu este potrivit pentru ambalarea alimentelor care necesită încălzire.
2) PLA poate fi întins într-un anumit interval pentru a crește proprietatea barierei. Când raportul de întindere este crescut de la 1 la 6,5, cristalinitatea PLA este mult crescută și, prin urmare, proprietatea de barieră este îmbunătățită.
3) Adăugarea unor bariere (cum ar fi argilă și fibre) la matricea PLA poate îmbunătăți proprietatea de barieră a PLA. Acest lucru se datorează faptului că bariera prelungește traseul curbat al procesului de permeație a apei sau a gazului a moleculelor mici.
4) Acoperirea pe suprafața filmului PLA poate îmbunătăți proprietatea de barieră.
4. Proprietățile mecanice ale PLA
PLA are o rezistență bună, dar îi lipsește duritatea și este extrem de susceptibil la îndoire și deformare, ceea ce necesită de obicei modificarea durării. Pentru a asigura biodegradabilitatea PLA, acesta este de obicei întărit prin amestecarea cu rășină biodegradabilă. PBAT, PBS, PCL, cauciucul natural și alte substanțe pot îmbunătăți duritatea PLA.
5. Proprietățile optice ale PLA
PLA are o transparență și un luciu care sunt rare în alte materiale plastice degradabile, care sunt comparabile cu celofenul și PET. Este potrivit în special pentru ambalarea vizuală, iar efectul de decor este mai bun. În general, transparența și luciul PLA nu trebuie îmbunătățite și trebuie acordată atenție pentru a nu reduce cât mai mult posibil transparența acestuia atunci când se modifică alte aspecte pentru a-i asigura vizibilitatea ambalajului și efectul de decor.
6. Proprietățile termice ale PLA
Stabilitatea termică a materialului PLA este echivalentă cu cea a PVC-ului, dar mai mică decât cea a PP, PE și PS. Temperatura de procesare este în general controlată între 170 ℃ și 230 ℃, ceea ce este potrivit pentru injecție, întindere, extrudare, suflare, imprimare 3D și alte procese de procesare.
În procesul de procesare propriu-zis, viteza de cristalizare a PLA este lentă și, în general, necesită modificare. Datorită vitezei lente de cristalizare și cristalinității scăzute, temperatura de deformare termică a PLA este scăzută, ceea ce limitează aplicarea acestuia în ambalarea produselor de umplere la cald sau sterilizare termică.
Pentru a crește viteza de cristalizare a PLA și cristalinitatea, puritatea optică a PLA poate fi crescută cât mai mult posibil în momentul producției. Tratamentul de recoacere este, de asemenea, o metodă de îmbunătățire a cristalinității PLA. În plus, se pot adăuga agenți de nucleare pentru a îmbunătăți comportamentul de cristalizare și cristalinitatea, crescând astfel temperatura de deformare termică și îmbunătățind rezistența la căldură.
7. Proprietățile antibacteriene ale PLA
PLA poate face ca suprafața produsului să formeze un mediu slab acid și are efecte antibacteriene și ușoare. Dacă utilizarea auxiliară a altor agenți antibacterieni poate atinge o rată antibacteriană mai mare de 90%, aceasta poate fi utilizată pentru ambalarea antibacteriană a produselor.
Agenții antibacterieni anorganici utilizați în mod obișnuit includ în principal ioni sau oxizi metalici, cum ar fi argintul, cuprul și zincul. Agenții antibacterieni organici utilizați în mod obișnuit pentru ambalare includ compuși de vanilină sau etil vanilină. Siguranța alimentară a altor agenți antibacterieni trebuie studiată.
8. Proprietățile electrice ale PLA
PLA poate fi preparat ca compozite polimerice conductoare prin umplerea cu particule conductoare cum ar fi negru de fum (CB), nanotuburi de carbon (CNT), fibre de carbon (CF) sau grafen. Compozitele polimerice conductive sunt utilizate pe scară largă în materialele plastice antistatice, materialele de ecranare electromagnetică, materialele de încălzire cu temperatură autocontrolată, materialele cu coeficient de temperatură pozitiv și dispozitivele sensibile la mediu.
Compozitele polimerice conductoare pe bază de Pla au, de asemenea, degradabilitate și biocompatibilitate, care pot fi utilizate în ambalaje speciale antistatice, ambalaje cu ecranare electromagnetică și ambalaje inteligente. Polimerul conductiv pe bază de Pla poate fi utilizat pentru senzorii de gaz sau lichid pentru a detecta informațiile despre calitatea alimentelor.
