การวิเคราะห์ประสิทธิภาพของกรด polylactic เต็มรูปแบบ

Polylactic acid (PLA) เป็นหนึ่งในพลาสติกย่อยสลายได้ที่มีการวิจัยและการประยุกต์ใช้ วัตถุดิบมาจากเส้นใยพืชหมุนเวียนข้าวโพดผลพลอยได้จากการเกษตร ฯลฯ ซึ่งมีความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพที่ดี PLA มีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมคล้ายกับพลาสติกโพลีโพรพีลีนและสามารถแทนที่พลาสติก PP และ PET ในบางสาขา ในขณะเดียวกันก็มีความเงางามความโปร่งใสความรู้สึกและคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียบางอย่าง

1. สถานะปัจจุบันของการผลิต PLA

ในปัจจุบันมีสองเส้นทางการสังเคราะห์ของ PLA หนึ่งเส้นทางคือการควบแน่นโดยตรงนั่นคือกรดแลคติกจะถูกทำให้แห้งโดยตรงและควบแน่นภายใต้อุณหภูมิสูงและความดันต่ำ กระบวนการผลิตเป็นเรื่องง่ายและต้นทุนต่ำ แต่มวลโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ไม่สม่ำเสมอและเอฟเฟกต์การใช้งานจริงไม่ดี อีกอย่างคือการเปิดแหวนพอลิเมอไรเซชันของแลคไทด์ซึ่งเป็นวิธีการผลิตกระแสหลักในปัจจุบัน

2. การย่อยสลายของ PLA

PLA มีความเสถียรที่อุณหภูมิห้อง แต่จะลดลงอย่างง่ายดายและลดลงอย่างรวดเร็วเป็น CO2 และน้ำในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูงขึ้นเล็กน้อยสภาพแวดล้อมของกรดเบสและสภาพแวดล้อมของจุลินทรีย์ ดังนั้นโดยการควบคุมสภาพแวดล้อมและฟิลเลอร์ผลิตภัณฑ์ PLA สามารถใช้อย่างปลอดภัยภายในระยะเวลาที่ถูกต้องและลดลงในเวลาหลังจากการกำจัด

ปัจจัยที่มีผลต่อการเสื่อมสภาพของ PLA ส่วนใหญ่รวมถึงมวลโมเลกุลสถานะผลึกโครงสร้างจุลภาคอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมและความชื้นค่า pH เวลาแสงและจุลินทรีย์สิ่งแวดล้อม การผสมผสานของ PLA กับวัสดุอื่น ๆ อาจส่งผลต่ออัตราการย่อยสลาย ตัวอย่างเช่นการเพิ่มแป้งไม้หรือเส้นใยฟางข้าวโพดใน PLA จำนวนหนึ่งสามารถเร่งอัตราการย่อยสลายได้อย่างมาก

3. คุณสมบัติอุปสรรคของ PLA

สิ่งกีดขวางหมายถึงความสามารถของวัสดุในการป้องกันไม่ให้ไอน้ำและไอน้ำผ่าน อุปสรรคสำคัญมากสำหรับวัสดุบรรจุภัณฑ์ ในปัจจุบันถุงพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่พบมากที่สุดในตลาดคือคอมโพสิต PLA/PBAT คุณสมบัติอุปสรรคที่ได้รับการปรับปรุงของฟิล์ม PLA สามารถขยายเขตข้อมูลแอปพลิเคชันได้ ปัจจัยที่มีผลต่อคุณสมบัติอุปสรรคของ PLA ส่วนใหญ่รวมถึงปัจจัยภายใน (โครงสร้างโมเลกุลและสถานะผลึก) และปัจจัยภายนอก (อุณหภูมิความชื้นและแรงภายนอก)

1) การให้ความร้อนกับฟิล์ม PLA จะลดคุณสมบัติของสิ่งกีดขวางดังนั้น PLA จึงไม่เหมาะสำหรับบรรจุภัณฑ์อาหารที่ต้องใช้ความร้อน

2) PLA สามารถยืดได้ในช่วงที่กำหนดเพื่อเพิ่มคุณสมบัติสิ่งกีดขวาง เมื่ออัตราส่วนการยืดเพิ่มขึ้นจาก 1 เป็น 6.5 ผลึกของ PLA จะเพิ่มขึ้นอย่างมากและดังนั้นคุณสมบัติของสิ่งกีดขวางจึงดีขึ้น

3) การเพิ่มอุปสรรคบางอย่าง (เช่นดินและเส้นใย) ลงในเมทริกซ์ PLA สามารถปรับปรุงคุณสมบัติอุปสรรคของ PLA นี่เป็นเพราะสิ่งกีดขวางยืดเส้นทางโค้งของน้ำหรือกระบวนการซึมผ่านของก๊าซของโมเลกุลขนาดเล็ก

4) การเคลือบบนพื้นผิวของฟิล์ม PLA สามารถปรับปรุงคุณสมบัติของสิ่งกีดขวาง

4. คุณสมบัติเชิงกลของ PLA

PLA มีความแข็งแรงที่ดี แต่ก็ขาดความเหนียวและมีความอ่อนไหวต่อการดัดและการเสียรูปอย่างมากซึ่งมักจะต้องมีการปรับเปลี่ยนที่ยากขึ้น เพื่อให้แน่ใจว่าการย่อยสลายทางชีวภาพของ PLA มักจะแกร่งโดยผสมกับเรซินที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ PBAT, PBS, PCL, ยางธรรมชาติและสารอื่น ๆ สามารถปรับปรุงความทนทานของ PLA

5. คุณสมบัติทางแสงของ PLA

PLA มีความโปร่งใสและมันวาวที่หายากในพลาสติกที่ย่อยสลายได้อื่น ๆ ซึ่งเปรียบได้กับ Cellophene และ PET เหมาะอย่างยิ่งสำหรับบรรจุภัณฑ์ที่มองเห็นได้และเอฟเฟกต์การตกแต่งก็ดีกว่า โดยทั่วไปความโปร่งใสและความเงาของ PLA ไม่จำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงและควรให้ความสนใจเพื่อไม่ลดความโปร่งใสที่ดีให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เมื่อปรับเปลี่ยนด้านอื่น ๆ เพื่อให้แน่ใจว่าการมองเห็นบรรจุภัณฑ์และผลการตกแต่ง

6. คุณสมบัติความร้อนของ PLA

ความเสถียรทางความร้อนของวัสดุ PLA นั้นเทียบเท่ากับ PVC แต่ต่ำกว่า PP, PE และ PS อุณหภูมิการประมวลผลโดยทั่วไปจะถูกควบคุมระหว่าง 170 ℃และ 230 ℃ซึ่งเหมาะสำหรับการฉีดการยืดการอัดรีดการปั้นการพิมพ์ 3 มิติและกระบวนการประมวลผลอื่น ๆ

ในกระบวนการประมวลผลจริงอัตราการตกผลึกของ PLA นั้นช้าและโดยทั่วไปต้องมีการปรับเปลี่ยน เนื่องจากอัตราการตกผลึกช้าและความเป็นผลึกต่ำอุณหภูมิการเสียรูปความร้อนของ PLA อยู่ในระดับต่ำซึ่ง จำกัด การใช้งานในบรรจุภัณฑ์ของผลิตภัณฑ์เติมความร้อนหรือการฆ่าเชื้อด้วยความร้อน

เพื่อเพิ่มอัตราการตกผลึก PLA และผลึกความบริสุทธิ์ทางแสงของ PLA สามารถเพิ่มขึ้นได้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ในเวลาที่ผลิต การรักษาด้วยการหลอมเป็นวิธีการปรับปรุงผลึกของ PLA นอกจากนี้สารนิวเคลียสสามารถเพิ่มเพื่อปรับปรุงพฤติกรรมการตกผลึกและความเป็นผลึกซึ่งจะเป็นการเพิ่มอุณหภูมิการเสียรูปความร้อนและปรับปรุงความต้านทานความร้อน

7. คุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียของ PLA

PLA สามารถทำให้พื้นผิวของผลิตภัณฑ์เป็นสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดที่อ่อนแอและมีผลต้านเชื้อแบคทีเรียและไม่รุนแรง หากการใช้สารต้านเชื้อแบคทีเรียอื่น ๆ ช่วยให้ได้อัตราการต้านเชื้อแบคทีเรียมากกว่า 90% ก็สามารถใช้สำหรับบรรจุภัณฑ์ต้านเชื้อแบคทีเรียของผลิตภัณฑ์

สารต้านเชื้อแบคทีเรียอนินทรีย์ที่ใช้กันทั่วไปส่วนใหญ่รวมถึงไอออนโลหะหรือออกไซด์เช่นเงินทองแดงและสังกะสี สารต้านเชื้อแบคทีเรียอินทรีย์ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับบรรจุภัณฑ์ ได้แก่ สารประกอบวานิลลินหรือเอทิลวานิลลิน ความปลอดภัยของอาหารของสารต้านเชื้อแบคทีเรียอื่น ๆ จำเป็นต้องได้รับการศึกษา

8. คุณสมบัติไฟฟ้าของ PLA

PLA สามารถเตรียมเป็นคอมโพสิตโพลีเมอร์นำไฟฟ้าได้โดยการเติมอนุภาคนำไฟฟ้าเช่นคาร์บอนแบล็ก (CB), ท่อนาโนคาร์บอน (CNTs), เส้นใยคาร์บอน (CF) หรือกราฟีน คอมโพสิตโพลีเมอร์นำไฟฟ้าถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในพลาสติกป้องกันการป้องกันวัสดุป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าวัสดุทำความร้อนอุณหภูมิที่ควบคุมด้วยตนเองวัสดุสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกและอุปกรณ์ที่มีความไวต่อสิ่งแวดล้อม

คอมโพสิตโพลีเมอร์นำไฟฟ้าที่ใช้ PLA ยังมีความสามารถในการย่อยสลายและความเข้ากันได้ทางชีวภาพซึ่งสามารถใช้ในบรรจุภัณฑ์ป้องกันการป้องกันพิเศษบรรจุภัณฑ์การป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าและบรรจุภัณฑ์อัจฉริยะ พอลิเมอร์นำไฟฟ้าที่ใช้ PLA สามารถใช้สำหรับเซ็นเซอร์ก๊าซหรือของเหลวเพื่อตรวจจับข้อมูลคุณภาพของอาหาร