Polymjölksyra (PLA) är en av de biologiskt nedbrytbara plasterna med mogen forskning och tillämpning. Dess råvaror kommer från förnybara växtfibrer, majs, biprodukter från jordbruket etc., som har god biologisk nedbrytbarhet. PLA har utmärkta mekaniska egenskaper, liknande polypropenplaster, och kan ersätta PP- och PET-plaster inom vissa områden. Samtidigt har den bra glans, transparens, känsla och vissa antibakteriella egenskaper.
1. Aktuell status för PLA-produktion
För närvarande finns det två syntesvägar för PLA, en är direkt kondensation, det vill säga mjölksyra dehydreras direkt och kondenseras under hög temperatur och lågt tryck. Produktionsprocessen är enkel och låg kostnad, men produktens molekylmassa är ojämn och den praktiska appliceringseffekten är dålig. Den andra är ringöppningspolymerisationen av laktid, som är den vanliga produktionsmetoden för närvarande.
2. Nedbrytbarhet av PLA
PLA är stabilt vid rumstemperatur, men det bryts lätt och snabbt ned till CO2 och vatten i miljöer med lite högre temperaturer, syra-basmiljöer och mikrobiella miljöer. Därför, genom att kontrollera miljön och fyllmedel, kan PLA-produkter säkert användas inom giltighetsperioden och brytas ned i tid efter kassering.
Faktorerna som påverkar nedbrytningen av PLA inkluderar främst molekylmassa, kristallint tillstånd, mikrostruktur, miljötemperatur och luftfuktighet, pH-värde, ljustid och miljömikroorganismer. Blandning av PLA med andra material kan påverka nedbrytningshastigheten. Till exempel kan tillsats av en viss mängd trämjöl eller majshalmfiber till PLA avsevärt påskynda nedbrytningshastigheten.
3. PLA:s barriäregenskap
Barriär hänvisar till ett materials förmåga att förhindra gas och vattenånga från att passera igenom. Barriär är mycket viktig för förpackningsmaterial. För närvarande är den vanligaste biologiskt nedbrytbara plastpåsen på marknaden PLA/PBAT-komposit. De förbättrade barriäregenskaperna hos PLA-filmer kan vidga användningsområdet. De faktorer som påverkar barriäregenskaperna hos PLA inkluderar främst inre faktorer (molekylstruktur och kristallint tillstånd) och externa faktorer (temperatur, fuktighet och yttre kraft).
1) Uppvärmning av PLA-filmen minskar dess barriäregenskaper, så PLA är inte lämplig för livsmedelsförpackningar som kräver uppvärmning.
2) PLA kan sträckas i ett visst område för att öka barriäregenskapen. När sträckningsförhållandet ökas från 1 till 6,5 ökar kristalliniteten av PLA kraftigt och därför förbättras barriäregenskapen.
3) Att lägga till några barriärer (som lera och fibrer) till PLA-matrisen kan förbättra barriäregenskapen hos PLA. Detta beror på att barriären förlänger den krökta vägen för vatten- eller gaspermeationsprocessen för små molekyler.
4) Beläggning på ytan av PLA-film kan förbättra barriäregenskapen.
4. Mekaniska egenskaper hos PLA
PLA har god hållfasthet, men saknar seghet och är extremt känslig för böjning och deformation, vilket vanligtvis kräver härdningsmodifiering. För att säkerställa den biologiska nedbrytbarheten av PLA, härdas det vanligtvis genom att blandas med biologiskt nedbrytbart harts. PBAT, PBS, PCL, naturgummi och andra ämnen kan förbättra PLA:s seghet.
5. Optiska egenskaper hos PLA
PLA har en transparens och glans som är sällsynt i andra nedbrytbara plaster, vilket är jämförbart med cellofen och PET. Det är särskilt lämpligt för visuell förpackning, och dekorationseffekten är bättre. I allmänhet behöver inte transparensen och glansen hos PLA förbättras, och uppmärksamhet bör ägnas åt att inte minska dess goda transparens så mycket som möjligt när du ändrar andra aspekter för att säkerställa dess förpackningssynlighet och dekorationseffekt.
6. Termiska egenskaper hos PLA
Den termiska stabiliteten för PLA-material är likvärdig med PVC, men lägre än för PP, PE och PS. Bearbetningstemperaturen kontrolleras vanligtvis mellan 170 ℃ och 230 ℃, vilket är lämpligt för injektion, sträckning, extrudering, formblåsning, 3D-utskrift och andra bearbetningsprocesser.
I själva bearbetningsprocessen är PLA-kristallisationshastigheten långsam och kräver i allmänhet modifiering. På grund av den långsamma kristallisationshastigheten och låga kristalliniteten är den termiska deformationstemperaturen för PLA låg, vilket begränsar dess tillämpning i varmfyllnings- eller värmesteriliseringsproduktförpackningar.
För att öka PLA-kristallisationshastigheten och kristalliniteten kan den optiska renheten hos PLA ökas så mycket som möjligt vid tillverkningstillfället. Glödgningsbehandling är också en metod för att förbättra kristalliniteten hos PLA. Dessutom kan kärnbildande medel tillsättas för att förbättra kristallisationsbeteendet och kristalliniteten, och därigenom öka den termiska deformationstemperaturen och förbättra dess värmebeständighet.
7. Antibakteriella egenskaper hos PLA
PLA kan få ytan på produkten att bilda en svagt sur miljö och har antibakteriella och milda effekter. Om hjälpanvändningen av andra antibakteriella medel kan uppnå mer än 90% antibakteriell hastighet, kan den användas för antibakteriell förpackning av produkter.
De vanligen använda oorganiska antibakteriella medlen inkluderar huvudsakligen metalljoner eller oxider såsom silver, koppar och zink. De vanligen använda organiska antibakteriella medlen för förpackningar inkluderar vanillin- eller etylvanillinföreningar. Livsmedelssäkerheten för andra antibakteriella medel behöver studeras.
8. Elektriska egenskaper hos PLA
PLA kan framställas som ledande polymerkompositer genom att fylla ledande partiklar som kimrök (CB), kolnanorör (CNT), kolfibrer (CF) eller grafen. Konduktiva polymerkompositer används i stor utsträckning i antistatiska plaster, elektromagnetiska skärmningsmaterial, självkontrollerade temperaturuppvärmningsmaterial, material med positiv temperaturkoefficient och miljökänsliga enheter.
Pla-baserade ledande polymerkompositer har också nedbrytbarhet och biokompatibilitet, som kan användas i speciella antistatiska förpackningar, elektromagnetiska skärmningsförpackningar och intelligenta förpackningar. Pla-baserad ledande polymer kan användas för gas- eller vätskesensorer för att upptäcka kvalitetsinformationen för livsmedel.
