Polimlečna kislina (PLA) je ena od biorazgradljivih plastičnih mas z zrelimi raziskavami in uporabo. Njegove surovine prihajajo iz obnovljivih rastlinskih vlaken, koruze, kmetijskih stranskih proizvodov itd., ki imajo dobro biorazgradljivost. PLA ima odlične mehanske lastnosti, podobne polipropilenski plastiki, in lahko na nekaterih področjih nadomesti plastiko PP in PET. Hkrati ima dober sijaj, preglednost, občutek in določene antibakterijske lastnosti.
1. Trenutno stanje proizvodnje PLA
Trenutno obstajata dve poti sinteze PLA, ena je neposredna kondenzacija, to je, da se mlečna kislina neposredno dehidrira in kondenzira pri visoki temperaturi in nizkem tlaku. Proizvodni proces je preprost in poceni, vendar je molekulska masa izdelka neenakomerna, učinek praktične uporabe pa je slab. Druga je polimerizacija laktida z odpiranjem obroča, ki je trenutno glavna proizvodna metoda.
2. Razgradljivost PLA
PLA je stabilen pri sobni temperaturi, vendar se zlahka in hitro razgradi v CO2 in vodo v okoljih z nekoliko višjo temperaturo, kislinsko-bazičnim okoljem in mikrobnim okoljem. Zato je mogoče z nadzorom nad okoljem in polnili izdelke PLA varno uporabljati v obdobju veljavnosti in razgraditi v času po odstranitvi.
Dejavniki, ki vplivajo na razgradnjo PLA, vključujejo predvsem molekulsko maso, kristalno stanje, mikrostrukturo, temperaturo in vlažnost okolja, vrednost pH, čas svetlobe in okoljske mikroorganizme. Mešanje PLA z drugimi materiali lahko vpliva na stopnjo razgradnje. Na primer, dodajanje določene količine lesne moke ali vlaken iz koruzne slame PLA lahko močno pospeši stopnjo razgradnje.
3. Pregradna lastnost PLA
Pregrada se nanaša na sposobnost materiala, da prepreči prehod plina in vodne pare. Pregrada je zelo pomembna za embalažne materiale. Trenutno je najpogostejša biorazgradljiva plastična vrečka na trgu kompozit PLA/PBAT. Izboljšane pregradne lastnosti PLA filmov lahko razširijo področje uporabe. Dejavniki, ki vplivajo na pregradne lastnosti PLA, vključujejo predvsem notranje dejavnike (molekularno strukturo in kristalno stanje) in zunanje dejavnike (temperaturo, vlažnost in zunanjo silo).
1) Segrevanje PLA folije bo zmanjšalo njeno pregradno lastnost, zato PLA ni primeren za pakiranje hrane, ki zahteva segrevanje.
2) PLA je mogoče raztegniti v določenem območju, da povečate lastnost pregrade. Ko se razmerje raztezanja poveča z 1 na 6,5, se kristaliničnost PLA močno poveča in zato se izboljša lastnost pregrade.
3) Dodajanje nekaterih ovir (kot so glina in vlakna) matrici PLA lahko izboljša pregradne lastnosti PLA. To je zato, ker pregrada podaljša ukrivljeno pot procesa pronicanja vode ali plina majhnih molekul.
4) Premaz na površini PLA filma lahko izboljša lastnost pregrade.
4. Mehanske lastnosti PLA
PLA ima dobro trdnost, vendar mu primanjkuje žilavosti in je izjemno dovzeten za upogibanje in deformacijo, kar običajno zahteva modifikacijo utrjevanja. Da bi zagotovili biorazgradljivost PLA, ga običajno utrdimo z mešanjem z biorazgradljivo smolo. PBAT, PBS, PCL, naravni kavčuk in druge snovi lahko izboljšajo žilavost PLA.
5. Optične lastnosti PLA
PLA ima prosojnost in sijaj, ki sta redka pri drugi razgradljivi plastiki, kar je primerljivo s celofenom in PET. Še posebej je primeren za vizualno embalažo, učinek dekoracije pa je boljši. Na splošno prosojnosti in sijaja PLA ni treba izboljšati, pri čemer je treba paziti, da ne zmanjšate njegove dobre prosojnosti, kolikor je mogoče, ko spreminjate druge vidike, da zagotovite vidnost embalaže in učinek dekoracije.
6. Toplotne lastnosti PLA
Termična stabilnost materiala PLA je enakovredna PVC-ju, vendar nižja kot pri PP, PE in PS. Temperatura obdelave je na splošno nadzorovana med 170 ℃ in 230 ℃, kar je primerno za brizganje, raztezanje, ekstruzijo, pihanje, 3D tiskanje in druge procese obdelave.
V dejanskem procesu obdelave je stopnja kristalizacije PLA počasna in na splošno zahteva spremembo. Zaradi počasne stopnje kristalizacije in nizke kristaliničnosti je temperatura toplotne deformacije PLA nizka, kar omejuje njegovo uporabo pri vročem polnjenju ali embalaži izdelkov za toplotno sterilizacijo.
Da bi povečali stopnjo kristalizacije PLA in kristaliničnost, je mogoče optično čistost PLA čim bolj povečati v času proizvodnje. Obdelava z žarjenjem je tudi metoda za izboljšanje kristaliničnosti PLA. Poleg tega se lahko dodajo sredstva za nukleacijo, da se izboljša kristalizacijsko obnašanje in kristaliničnost, s čimer se poveča temperatura toplotne deformacije in izboljša njegova toplotna odpornost.
7. Antibakterijske lastnosti PLA
PLA lahko povzroči, da površina izdelka tvori šibko kislo okolje ter ima antibakterijske in blage odporne učinke. Če lahko pomožna uporaba drugih antibakterijskih sredstev doseže več kot 90-odstotno antibakterijsko stopnjo, se lahko uporablja za antibakterijsko pakiranje izdelkov.
Običajno uporabljena anorganska protibakterijska sredstva vključujejo predvsem kovinske ione ali okside, kot so srebro, baker in cink. Običajno uporabljena organska protibakterijska sredstva za pakiranje vključujejo spojine vanilina ali etil vanilina. Preučiti je treba varnost hrane drugih protibakterijskih sredstev.
8. Električne lastnosti PLA
PLA je mogoče pripraviti kot prevodne polimerne kompozite s polnjenjem prevodnih delcev, kot so saje (CB), ogljikove nanocevke (CNT), ogljikova vlakna (CF) ali grafen. Prevodni polimerni kompoziti se pogosto uporabljajo v antistatični plastiki, materialih za elektromagnetno zaščito, materialih za samonadzorovano temperaturo, materialih s pozitivnim temperaturnim koeficientom in okoljsko občutljivih napravah.
Prevodni polimerni kompoziti na osnovi Pla imajo tudi razgradljivost in biokompatibilnost, ki se lahko uporabljajo v posebni antistatični embalaži, embalaži za elektromagnetno zaščito in inteligentni embalaži. Prevodni polimer na osnovi Pla se lahko uporablja za plinske ali tekoče senzorje za zaznavanje informacij o kakovosti hrane.
