Kyselina polymliečna (PLA) je jedným z biologicky odbúrateľných plastov s vyspelým výskumom a aplikáciou. Jeho suroviny pochádzajú z obnoviteľných rastlinných vlákien, kukurice, vedľajších poľnohospodárskych produktov atď., ktoré majú dobrú biologickú odbúrateľnosť. PLA má vynikajúce mechanické vlastnosti, podobne ako polypropylénové plasty a v niektorých oblastiach môže nahradiť PP a PET plasty. Zároveň má dobrý lesk, transparentnosť, pocit a určité antibakteriálne vlastnosti.
1. Aktuálny stav výroby PLA
V súčasnosti existujú dva spôsoby syntézy PLA, jedným je priama kondenzácia, to znamená, že kyselina mliečna je priamo dehydratovaná a kondenzovaná pri vysokej teplote a nízkom tlaku. Výrobný proces je jednoduchý a lacný, ale molekulová hmotnosť produktu je nerovnomerná a praktický aplikačný efekt je slabý. Druhým je polymerizácia laktidu s otvorením kruhu, čo je v súčasnosti hlavný prúd výroby.
2. Odbúrateľnosť PLA
PLA je stabilný pri izbovej teplote, ale ľahko a rýchlo sa rozkladá na CO2 a vodu v prostredí s mierne vyššou teplotou, acidobázickom prostredí a mikrobiálnom prostredí. Vďaka kontrole prostredia a plnív môžu byť produkty PLA bezpečne používané počas doby platnosti a po likvidácii sa môžu časom znehodnotiť.
Faktory ovplyvňujúce degradáciu PLA zahŕňajú najmä molekulovú hmotnosť, kryštalický stav, mikroštruktúru, teplotu a vlhkosť prostredia, hodnotu pH, svetelný čas a mikroorganizmy prostredia. Miešanie PLA s inými materiálmi môže ovplyvniť rýchlosť degradácie. Napríklad pridanie určitého množstva drevnej múčky alebo vlákniny z kukuričnej slamy do PLA môže výrazne urýchliť rýchlosť degradácie.
3. Bariérová vlastnosť CHKO
Bariéra sa vzťahuje na schopnosť materiálu zabrániť prechodu plynov a vodných pár. Bariéra je pre obalové materiály veľmi dôležitá. V súčasnosti je najbežnejším biodegradovateľným plastovým vreckom na trhu PLA/PBAT kompozit. Zlepšené bariérové vlastnosti PLA fólií môžu rozšíriť oblasť použitia. Medzi faktory ovplyvňujúce bariérové vlastnosti PLA patria najmä vnútorné faktory (molekulárna štruktúra a kryštalický stav) a vonkajšie faktory (teplota, vlhkosť a vonkajšia sila).
1) Zahrievanie fólie PLA zníži jej bariérovú vlastnosť, takže PLA nie je vhodná na balenie potravín, ktoré si vyžaduje ohrev.
2) PLA sa môže natiahnuť v určitom rozsahu, aby sa zvýšila bariérová vlastnosť. Keď sa pomer napínania zvýši z 1 na 6,5, kryštalinita PLA sa výrazne zvýši, a preto sa zlepší bariérová vlastnosť.
3) Pridanie niektorých bariér (ako je hlina a vlákna) do matrice PLA môže zlepšiť bariérové vlastnosti PLA. Je to preto, že bariéra predlžuje zakrivenú dráhu procesu prestupu vody alebo plynu malých molekúl.
4) Povlak na povrchu PLA fólie môže zlepšiť bariérovú vlastnosť.
4. Mechanické vlastnosti PLA
PLA má dobrú pevnosť, ale chýba mu húževnatosť a je extrémne náchylný na ohyb a deformáciu, čo si zvyčajne vyžaduje úpravu tvrdenia. Aby sa zabezpečila biologická odbúrateľnosť PLA, zvyčajne sa spevňuje zmiešaním s biologicky odbúrateľnou živicou. PBAT, PBS, PCL, prírodný kaučuk a ďalšie látky môžu zlepšiť húževnatosť PLA.
5. Optické vlastnosti PLA
PLA má priehľadnosť a lesk, ktoré sú zriedkavé v iných degradovateľných plastoch, čo je porovnateľné s celofénom a PET. Je vhodný najmä na vizuálne balenie a efekt dekorácie je lepší. Vo všeobecnosti priehľadnosť a lesk PLA nie je potrebné zlepšovať a treba venovať pozornosť tomu, aby sa čo najviac neznížila jeho dobrá priehľadnosť pri úprave iných aspektov, aby sa zabezpečila viditeľnosť obalu a efekt dekorácie.
6. Tepelné vlastnosti PLA
Tepelná stabilita materiálu PLA je ekvivalentná s PVC, ale nižšia ako u PP, PE a PS. Teplota spracovania sa vo všeobecnosti reguluje medzi 170 ℃ a 230 ℃, čo je vhodné na vstrekovanie, naťahovanie, vytláčanie, vyfukovanie, 3D tlač a iné procesy spracovania.
V skutočnom procese spracovania je rýchlosť kryštalizácie PLA pomalá a vo všeobecnosti vyžaduje úpravu. Vzhľadom na pomalú rýchlosť kryštalizácie a nízku kryštalinitu je teplota tepelnej deformácie PLA nízka, čo obmedzuje jeho použitie pri plnení za horúca alebo pri balení produktov tepelnej sterilizácie.
Aby sa zvýšila rýchlosť kryštalizácie a kryštalinita PLA, optická čistota PLA sa môže zvýšiť čo najviac v čase výroby. Ošetrenie žíhaním je tiež metódou na zlepšenie kryštalinity PLA. Okrem toho môžu byť pridané nukleačné činidlá na zlepšenie kryštalizačného správania a kryštalinity, čím sa zvýši teplota tepelnej deformácie a zlepší sa jej tepelná odolnosť.
7. Antibakteriálne vlastnosti PLA
PLA môže spôsobiť, že povrch produktu vytvorí slabo kyslé prostredie a má antibakteriálne a mierne odolné účinky. Ak pomocné použitie iných antibakteriálnych látok môže dosiahnuť viac ako 90% antibakteriálnej miery, môže sa použiť na antibakteriálne balenie produktov.
Bežne používané anorganické antibakteriálne činidlá zahŕňajú najmä kovové ióny alebo oxidy, ako je striebro, meď a zinok. Bežne používané organické antibakteriálne činidlá na balenie zahŕňajú vanilín alebo etylvanilínové zlúčeniny. Je potrebné preskúmať potravinovú bezpečnosť iných antibakteriálnych látok.
8. Elektrické vlastnosti PLA
PLA možno pripraviť ako vodivé polymérne kompozity vyplnením vodivých častíc, ako sú sadze (CB), uhlíkové nanorúrky (CNT), uhlíkové vlákna (CF) alebo grafén. Vodivé polymérne kompozity sú široko používané v antistatických plastoch, elektromagnetických tieniacich materiáloch, materiáloch s regulovanou teplotou, materiáloch s kladným teplotným koeficientom a zariadeniach citlivých na životné prostredie.
Vodivé polymérne kompozity na báze Pla majú tiež odbúrateľnosť a biokompatibilitu, čo je možné použiť v špeciálnych antistatických obaloch, obaloch s elektromagnetickým tienením a inteligentných obaloch. Vodivý polymér na báze pla možno použiť pre senzory plynu alebo kvapalín na zisťovanie informácií o kvalite potravín.
