Полімолочна кислота (PLA) є одним із біологічно розкладаних пластмас із зрілими дослідженнями та застосуванням. Його сировина походить з відновлюваних рослинних волокон, кукурудзи, побічних продуктів сільського господарства тощо, які добре біологічно розкладаються. PLA має відмінні механічні властивості, подібні до поліпропіленових пластмас, і може замінити PP і PET пластики в деяких областях. У той же час він має гарний блиск, прозорість, відчуття та певні антибактеріальні властивості.
1. Сучасний стан виробництва PLA
В даний час існує два шляхи синтезу PLA, один - пряма конденсація, тобто молочна кислота безпосередньо зневоднюється і конденсується під високою температурою і низьким тиском. Процес виробництва простий і дешевий, але молекулярна маса продукту нерівномірна, а ефект практичного застосування поганий. Інший — це полімеризація лактиду з розкриттям кільця, яка в даний час є основним методом виробництва.
2. Розкладаність PLA
PLA стабільний при кімнатній температурі, але легко і швидко розкладається на CO2 і воду в середовищі з дещо вищою температурою, кислотно-лужному середовищі та мікробному середовищі. Тому, контролюючи навколишнє середовище та наповнювачі, продукти PLA можна безпечно використовувати протягом терміну придатності та погіршувати з часом після утилізації.
Фактори, що впливають на деградацію PLA, в основному включають молекулярну масу, кристалічний стан, мікроструктуру, температуру та вологість навколишнього середовища, значення pH, час освітлення та мікроорганізми навколишнього середовища. Змішування PLA з іншими матеріалами може вплинути на швидкість деградації. Наприклад, додавання певної кількості деревного борошна або волокна кукурудзяної соломи до PLA може значно прискорити швидкість деградації.
3. Бар'єрна властивість PLA
Бар'єр означає здатність матеріалу перешкоджати проходженню газу та водяної пари. Бар'єр дуже важливий для пакувальних матеріалів. В даний час найпоширенішим пластиковим пакетом, що піддається біологічному розкладанню, є композит PLA/PBAT. Покращені бар’єрні властивості плівок PLA можуть розширити область застосування. Фактори, що впливають на бар'єрні властивості PLA, в основному включають внутрішні фактори (молекулярна структура та кристалічний стан) і зовнішні фактори (температура, вологість і зовнішня сила).
1) Нагрівання плівки PLA зменшить її бар’єрні властивості, тому PLA не підходить для упаковки харчових продуктів, які потребують нагрівання.
2) PLA можна розтягнути в певному діапазоні, щоб збільшити бар'єрну властивість. Коли коефіцієнт розтягування збільшується від 1 до 6,5, кристалічність PLA значно підвищується, а отже, покращується бар’єрна властивість.
3) Додавання деяких бар’єрів (наприклад, глини та волокон) до матриці PLA може покращити бар’єрні властивості PLA. Це пояснюється тим, що бар’єр подовжує вигнутий шлях процесу проникнення води або газу малих молекул.
4) Покриття на поверхні плівки PLA може покращити бар’єрну властивість.
4. Механічні властивості PLA
PLA має хорошу міцність, але йому не вистачає в'язкості та надзвичайно сприйнятливий до згинання та деформації, що зазвичай вимагає модифікації для зміцнення. Щоб забезпечити здатність до біологічного розкладання PLA, його зазвичай зміцнюють шляхом змішування з біорозкладаною смолою. PBAT, PBS, PCL, натуральний каучук та інші речовини можуть покращити міцність PLA.
5. Оптичні властивості PLA
PLA має прозорість і блиск, які рідко зустрічаються в інших розкладаних пластмасах, які можна порівняти з целофеном і PET. Це особливо підходить для візуальної упаковки, а декоративний ефект кращий. Загалом, прозорість і блиск PLA не потребують покращення, і слід звернути увагу на те, щоб не зменшити його гарну прозорість, наскільки це можливо, під час модифікації інших аспектів, щоб забезпечити видимість його упаковки та декоративний ефект.
6. Теплові властивості PLA
Термічна стійкість матеріалу PLA еквівалентна ПВХ, але нижча, ніж у ПП, ПЕ та ПС. Температура обробки зазвичай контролюється від 170 ℃ до 230 ℃, що підходить для ін'єкцій, розтягування, екструзії, видувного формування, 3D-друку та інших процесів обробки.
У фактичному процесі обробки швидкість кристалізації PLA низька і, як правило, вимагає модифікації. Завдяки повільній швидкості кристалізації та низькій кристалічності температура термічної деформації PLA є низькою, що обмежує його застосування в упаковці продуктів гарячого наповнення або термічної стерилізації.
Щоб підвищити швидкість кристалізації та кристалічність PLA, оптичну чистоту PLA можна збільшити, наскільки це можливо, під час виробництва. Відпал також є методом покращення кристалічності PLA. Крім того, можна додавати зародишеутворювачі для покращення кристалізації та кристалічності, тим самим підвищуючи температуру термічної деформації та покращуючи його термостійкість.
7. Антибактеріальні властивості PLA
PLA може зробити поверхню виробу слабокислим середовищем і має антибактеріальну та м’яку стійкість. Якщо допоміжне використання інших антибактеріальних засобів може досягти більш ніж 90% антибактеріального показника, його можна використовувати для антибактеріального пакування продуктів.
Зазвичай використовувані неорганічні антибактеріальні агенти в основному включають іони металів або оксиди, такі як срібло, мідь і цинк. Органічні антибактеріальні агенти, які зазвичай використовуються для упаковки, включають ванілін або сполуки етилваніліну. Необхідно вивчити харчову безпеку інших антибактеріальних засобів.
8. Електричні властивості PLA
PLA можна приготувати як електропровідні полімерні композити шляхом наповнення електропровідними частинками, такими як сажа (CB), вуглецеві нанотрубки (CNT), вуглецеві волокна (CF) або графен. Електропровідні полімерні композити широко використовуються в антистатичних пластиках, матеріалах для екранування електромагнітного випромінювання, матеріалах із саморегульованим температурним нагріванням, матеріалах із позитивним температурним коефіцієнтом та екологічно чутливих пристроях.
Електропровідні полімерні композити на основі Pla також мають здатність до розкладання та біосумісність, які можуть використовуватися в спеціальній антистатичній упаковці, упаковці для екранування електромагнітного випромінювання та інтелектуальній упаковці. Провідний полімер на основі Pla можна використовувати для датчиків газу або рідини для виявлення інформації про якість їжі.
