Полимолочная кислота (PLA) — один из биоразлагаемых пластиков, который уже хорошо изучен и применяется. Его сырье состоит из возобновляемых растительных волокон, кукурузы, побочных продуктов сельского хозяйства и т. д., которые обладают хорошей биоразлагаемостью. PLA имеет превосходные механические свойства, аналогичные полипропиленовым пластикам, и в некоторых областях может заменить пластики PP и PET. В то же время он имеет хороший блеск, прозрачность, приятные на ощупь и определенные антибактериальные свойства.
1. Текущее состояние производства ПЛА
В настоящее время существует два пути синтеза PLA: один — прямая конденсация, то есть молочная кислота напрямую дегидратируется и конденсируется при высокой температуре и низком давлении. Производственный процесс прост и недорог, но молекулярная масса продукта неравномерна, а эффект практического применения низкий. Другой метод – это полимеризация лактида с раскрытием кольца, которая в настоящее время является основным методом производства.
2. Разлагаемость ПЛА.
PLA стабилен при комнатной температуре, но легко и быстро разлагается на CO2 и воду в средах с несколько более высокими температурами, кислотно-щелочной среде и микробной среде. Таким образом, контролируя окружающую среду и наполнители, продукты PLA можно безопасно использовать в течение срока годности и со временем разлагаться после утилизации.
Факторы, влияющие на деградацию PLA, в основном включают молекулярную массу, кристаллическое состояние, микроструктуру, температуру и влажность окружающей среды, значение pH, время освещения и микроорганизмы окружающей среды. Смешивание PLA с другими материалами может повлиять на скорость разложения. Например, добавление к PLA определенного количества древесной муки или волокон кукурузной соломы может значительно ускорить скорость разложения.
3. Барьерные свойства ПЛА.
Барьерность – это способность материала препятствовать прохождению газа и водяного пара. Барьерность очень важна для упаковочных материалов. В настоящее время наиболее распространенным биоразлагаемым пластиковым пакетом на рынке является композит PLA/PBAT. Улучшенные барьерные свойства пленок PLA могут расширить область применения. К факторам, влияющим на барьерные свойства PLA, в основном относятся внутренние факторы (молекулярная структура и кристаллическое состояние) и внешние факторы (температура, влажность и внешняя сила).
1) Нагревание пленки PLA снижает ее барьерные свойства, поэтому PLA не подходит для упаковки пищевых продуктов, требующих нагревания.
2) PLA можно растягивать в определенном диапазоне для повышения барьерных свойств. Когда коэффициент растяжения увеличивается с 1 до 6,5, кристалличность PLA значительно увеличивается и, следовательно, улучшаются барьерные свойства.
3) Добавление некоторых барьеров (например, глины и волокон) в матрицу PLA может улучшить барьерные свойства PLA. Это связано с тем, что барьер удлиняет изогнутый путь процесса проникновения воды или газа небольших молекул.
4) Покрытие на поверхности пленки PLA может улучшить барьерные свойства.
4. Механические свойства PLA.
PLA обладает хорошей прочностью, но ему не хватает ударной вязкости и он чрезвычайно восприимчив к изгибу и деформации, что обычно требует повышения прочности. Чтобы обеспечить биоразлагаемость PLA, его обычно упрочняют путем смешивания с биоразлагаемой смолой. PBAT, PBS, PCL, натуральный каучук и другие вещества могут улучшить прочность PLA.
5. Оптические свойства PLA.
PLA обладает прозрачностью и блеском, которые редки для других разлагаемых пластиков, и сравнимы с целлофеном и ПЭТ. Он особенно подходит для визуальной упаковки, а эффект украшения лучше. В общем, прозрачность и блеск PLA не нужно улучшать, и следует уделять внимание тому, чтобы не снижать его хорошую прозрачность в максимально возможной степени при изменении других аспектов, чтобы обеспечить его видимость на упаковке и эффект украшения.
6. Термические свойства PLA
Термическая стабильность материала PLA эквивалентна ПВХ, но ниже, чем у ПП, ПЭ и ПС. Температура обработки обычно контролируется в диапазоне от 170 ℃ до 230 ℃, что подходит для литья под давлением, растяжения, экструзии, выдувного формования, 3D-печати и других процессов обработки.
В реальном процессе обработки скорость кристаллизации PLA низкая и обычно требует модификации. Из-за медленной скорости кристаллизации и низкой кристалличности температура термической деформации PLA низкая, что ограничивает его применение при горячем розливе или упаковке продуктов с термической стерилизацией.
Чтобы увеличить скорость кристаллизации и кристалличность PLA, можно максимально увеличить оптическую чистоту PLA во время производства. Обработка отжигом также является методом улучшения кристалличности PLA. Кроме того, можно добавлять зародышеобразователи для улучшения характеристик кристаллизации и кристалличности, тем самым увеличивая температуру термической деформации и улучшая ее термостойкость.
7. Антибактериальные свойства PLA.
PLA может создавать на поверхности изделия слабокислую среду, обладает антибактериальным и мягкозащитным действием. Если при вспомогательном использовании других антибактериальных средств можно достичь антибактериальной эффективности более 90%, его можно использовать для антибактериальной упаковки продуктов.
Обычно используемые неорганические антибактериальные агенты в основном включают ионы или оксиды металлов, таких как серебро, медь и цинк. Обычно используемые органические антибактериальные агенты для упаковки включают ванилин или соединения этилванилина. Необходимо изучить пищевую безопасность других антибактериальных средств.
8. Электрические свойства PLA.
PLA можно получить в виде проводящих полимерных композитов путем наполнения проводящими частицами, такими как углеродная сажа (CB), углеродные нанотрубки (УНТ), углеродные волокна (CF) или графен. Проводящие полимерные композиты широко используются в антистатических пластиках, материалах для электромагнитной защиты, нагревательных материалах с саморегулируемой температурой, материалах с положительным температурным коэффициентом и экологически чувствительных устройствах.
Проводящие полимерные композиты на основе Pla также обладают способностью к разложению и биосовместимостью, что позволяет использовать их в специальной антистатической упаковке, упаковке с электромагнитным экранированием и интеллектуальной упаковке. Проводящий полимер на основе Pla можно использовать в датчиках газа или жидкости для определения информации о качестве пищевых продуктов.
