Kyselina polylaktová (PLA) je jednou z biologicky odbúrateľných plastov so zrelým výskumom a aplikáciou. Jeho suroviny pochádzajú z obnoviteľných vlákien rastlín, kukurice, poľnohospodárskych vedľajších produktov atď., Ktoré majú dobrú biologicky odbúrateľnosť. PLA má vynikajúce mechanické vlastnosti, podobné polypropylénovým plastom a v niektorých oblastiach môže nahradiť plasty PP a PET. Zároveň má dobrý lesk, transparentnosť, pocit a určitú antibakteriálnu vlastnosť.
1. Aktuálny stav výroby PLA
V súčasnosti existujú dve syntézne trasy PLA, jedna je priama kondenzácia, tj kyselina mliečna je priamo dehydratovaná a kondenzovaná pri vysokej teplote a nízkom tlaku. Výrobný proces je jednoduchý a nízky náklady, ale molekulárna hmota produktu je nerovnomerná a praktický účinok aplikácie je zlý. Druhou je polymerizácia laktidu otvárania kruhu, ktorá je v súčasnosti metódou výroby hlavného prúdu.
2. Degradovateľnosť PLA
PLA je stabilná pri teplote miestnosti, ale ľahko a rýchlo sa degraduje na CO2 a vodu v prostredí mierne vyššej teploty, prostredia na báze kyseliny a mikrobiálnych prostredí. Preto je možné, že produkty PLA je možné bezpečne používať v období platnosti a degradované v čase po likvidácii.
Medzi faktory ovplyvňujúce degradáciu PLA najmä patrí molekulárna hmota, kryštalický stav, mikroštruktúra, teplota a vlhkosť prostredia, hodnota pH, čas svetla a mikroorganizmy životného prostredia. Miešanie PLA s inými materiálmi môže ovplyvniť mieru degradácie. Napríklad pridanie určitého množstva drevenej múky alebo kukuričného vlákna do PLA môže výrazne urýchliť rýchlosť degradácie.
3. Bariérová vlastnosť PLA
Bariéra sa týka schopnosti materiálu zabrániť plynulému plynu a vodnej pary. Bariéra je veľmi dôležitá pre obalové materiály. V súčasnosti je najbežnejším biologicky odbúrateľným plastovým vreckom na trhu PLA/PBAT Composite. Vylepšené bariérové vlastnosti filmov PLA môžu rozšíriť pole aplikácie. Faktory ovplyvňujúce bariérové vlastnosti PLA zahŕňajú najmä vnútorné faktory (molekulárna štruktúra a kryštalický stav) a vonkajšie faktory (teplota, vlhkosť a vonkajšia sila).
1) Zahrievanie filmu PLA zníži svoju bariérovú vlastnosť, takže PLA nie je vhodná na balenie potravín, ktoré si vyžaduje zahrievanie.
2) PLA je možné natiahnuť v určitom rozsahu, aby sa zvýšila bariéra. Keď sa pomer úseku zvýši z 1 na 6,5, kryštalinita PLA sa výrazne zvýši, a preto sa zlepšila vlastnosť bariéry.
3) Pridanie niektorých prekážok (napríklad hliny a vlákna) do matrice PLA môže zlepšiť bariéru vlastnosti PLA. Je to preto, že bariéra predlžuje zakrivenú cestu procesu prenikania vody alebo plynu malých molekúl.
4) Povlak na povrchu filmu PLA môže zlepšiť vlastnosť bariéry.
4. Mechanické vlastnosti PLA
PLA má dobrú silu, ale chýba mu húževnatosť a je mimoriadne náchylná na ohýbanie a deformáciu, čo zvyčajne vyžaduje sprísnenie modifikácie. Aby sa zabezpečila biologicky odbúrateľnosť PLA, zvyčajne sa tvrdí zmiešaním s biologicky odbúrateľnou živicou. PBAT, PBS, PCL, prírodná guma 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 celolofén a PET. Je obzvlášť vhodný na vizuálne balenie a dekoračný efekt je lepší. Všeobecne platí, že transparentnosť a lesk PLA sa nemusia vylepšiť a pozornosť by sa mala venovať, aby sa neznížila čo najviac svojej dobrej transparentnosti pri úprave iných aspektov, aby sa zabezpečila jeho viditeľnosť a účinok dekorácie.
6. Termálne vlastnosti PLA
Tepelná stabilita materiálu PLA je rovnocenná s PVC, ale nižšia ako stabilita PP, PE a PS. Teplota spracovania sa vo všeobecnosti reguluje medzi 170 ℃ a 230 ℃, čo je vhodné na vstrekovanie, rozťahovanie, vytláčanie, vylisovanie, 3D tlač a ďalšie procesy spracovania.
V skutočnom procese spracovania je rýchlosť kryštalizácie PLA pomalá a vo všeobecnosti vyžaduje modifikáciu. V dôsledku rýchlosti pomalého kryštalizácie a nízkej kryštalinity je teplota tepelnej deformácie PLA nízka, čo obmedzuje jeho aplikáciu pri balení produktu horúcej výplne alebo tepelnej sterilizácie.
Aby sa zvýšila rýchlosť kryštalizácie PLA a kryštalinita, v čase výroby sa môže optická čistota PLA čo najviac zvýšiť. Liečba žíhania je tiež metódou na zlepšenie kryštalinity PLA. Okrem toho sa môžu pridať jadrové činidlá na zlepšenie kryštalizačného správania a kryštalinity, čím sa zvyšuje teplota tepelnej deformácie a zlepšila jej tepelnú odolnosť.
7. Antibakteriálne vlastnosti PLA
PLA môže urobiť z povrchu produktu slabo kyslé prostredie a má antibakteriálne a mierne odolné účinky. Ak pomocné použitie iných antibakteriálnych látok môže dosiahnuť viac ako 90% antibakteriálnu rýchlosť, môže sa použiť na antibakteriálne balenie produktov.
Bežne používané anorganické antibakteriálne látky zahŕňajú hlavne kovové ióny alebo oxidy, ako sú striebro, meď a zinok. Bežne používané organické antibakteriálne látky na balenie zahŕňajú zlúčeniny vanilínu alebo etyl vanilínu. Je potrebné študovať bezpečnosť potravín iných antibakteriálnych látok.
8. Elektrické vlastnosti PLA
PLA sa môže pripraviť ako vodivé polymérne kompozity vyplnením vodivých častíc, ako je napríklad čierna uhlíka (CB), uhlíkové nanotrubice (CNT), uhlíkové vlákna (CF) alebo grafén. Vodivé polymérne kompozity sa široko používajú v antistatických plastoch, v elektromagnetických tieniacich materiáloch, samostatných materiáloch na zahrievanie teploty, materiálov koeficientu pozitívneho teploty a zariadeniach citlivých na životné prostredie.
Vodivé polymérne kompozity založené na PLA majú tiež degradbilitu a biokompatibilitu, ktoré sa môžu použiť pri špeciálnom antistatickom balení, elektromagnetickom tieniacom balení a inteligentnom balení. Vodivý polymér na báze PLA sa môže použiť na senzory plynu alebo kvapaliny na detekciu kvalitných informácií o potravinách.
