Axit polylactic (PLA) là một trong những loại nhựa phân hủy sinh học đã được nghiên cứu và ứng dụng hoàn thiện. Nguyên liệu thô của nó đến từ sợi thực vật tái tạo, ngô, phụ phẩm nông nghiệp, v.v., có khả năng phân hủy sinh học tốt. PLA có tính chất cơ học tuyệt vời, tương tự như nhựa polypropylene và có thể thay thế nhựa PP, PET trong một số lĩnh vực. Đồng thời, nó có độ bóng, độ trong suốt, cảm giác tốt và đặc tính kháng khuẩn nhất định.
1. Hiện trạng sản xuất PLA
Hiện nay, có hai phương pháp tổng hợp PLA, một là ngưng tụ trực tiếp, tức là axit lactic được khử nước trực tiếp và ngưng tụ ở nhiệt độ cao và áp suất thấp. Quy trình sản xuất đơn giản và chi phí thấp, nhưng khối lượng phân tử của sản phẩm không đồng đều và hiệu quả ứng dụng thực tế kém. Cách khác là trùng hợp mở vòng của lactide, đây là phương pháp sản xuất chủ đạo hiện nay.
2. Khả năng phân hủy của PLA
PLA ổn định ở nhiệt độ phòng, nhưng nó dễ dàng và nhanh chóng bị phân hủy thành CO2 và nước trong môi trường nhiệt độ cao hơn một chút, môi trường axit-bazơ và môi trường vi sinh vật. Do đó, bằng cách kiểm soát môi trường và chất độn, các sản phẩm PLA có thể được sử dụng an toàn trong thời hạn hiệu lực và phân hủy theo thời gian sau khi thải bỏ.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy của PLA chủ yếu bao gồm khối lượng phân tử, trạng thái tinh thể, cấu trúc vi mô, nhiệt độ và độ ẩm môi trường, giá trị pH, thời gian ánh sáng và vi sinh vật môi trường. Việc trộn PLA với các vật liệu khác có thể ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy. Ví dụ, thêm một lượng bột gỗ hoặc sợi rơm ngô nhất định vào PLA có thể đẩy nhanh tốc độ phân hủy.
3. Thuộc tính rào cản của PLA
Rào cản đề cập đến khả năng của vật liệu ngăn chặn khí và hơi nước đi qua. Rào chắn rất quan trọng đối với vật liệu đóng gói. Hiện nay, loại túi nhựa phân hủy sinh học phổ biến nhất trên thị trường là nhựa tổng hợp PLA/PBAT. Các đặc tính rào cản được cải thiện của màng PLA có thể mở rộng phạm vi ứng dụng. Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính rào cản của PLA chủ yếu bao gồm các yếu tố bên trong (cấu trúc phân tử và trạng thái tinh thể) và các yếu tố bên ngoài (nhiệt độ, độ ẩm và ngoại lực).
1) Làm nóng màng PLA sẽ làm giảm đặc tính rào cản của nó, vì vậy PLA không phù hợp với bao bì thực phẩm cần gia nhiệt.
2) PLA có thể được kéo dài trong một phạm vi nhất định để tăng tính chất rào cản. Khi tỷ lệ kéo dài tăng từ 1 lên 6,5, độ kết tinh của PLA tăng lên rất nhiều và do đó tính chất rào cản được cải thiện.
3) Việc thêm một số rào cản (như đất sét và sợi) vào ma trận PLA có thể cải thiện tính chất rào cản của PLA. Điều này là do rào cản kéo dài đường cong của quá trình thẩm thấu nước hoặc khí của các phân tử nhỏ.
4) Lớp phủ trên bề mặt màng PLA có thể cải thiện đặc tính rào cản.
4. Tính chất cơ học của PLA
PLA có độ bền tốt nhưng thiếu độ dẻo dai và rất dễ bị uốn cong và biến dạng, thường cần phải điều chỉnh độ cứng. Để đảm bảo khả năng phân hủy sinh học của PLA, nó thường được làm cứng bằng cách trộn với nhựa phân hủy sinh học. PBAT, PBS, PCL, cao su tự nhiên và các chất khác có thể cải thiện độ dẻo dai của PLA.
5. Tính chất quang học của PLA
PLA có độ trong suốt và độ bóng hiếm có ở các loại nhựa phân hủy khác, có thể so sánh với giấy bóng kính và PET. Nó đặc biệt thích hợp cho bao bì trực quan và hiệu quả trang trí tốt hơn. Nhìn chung, độ trong suốt và độ bóng của PLA không cần phải cải thiện và cần chú ý không làm giảm độ trong suốt tốt của nó càng nhiều càng tốt khi sửa đổi các khía cạnh khác để đảm bảo khả năng hiển thị và hiệu quả trang trí của bao bì.
6. Tính chất nhiệt của PLA
Độ ổn định nhiệt của vật liệu PLA tương đương với PVC, nhưng thấp hơn PP, PE và PS. Nhiệt độ xử lý thường được kiểm soát trong khoảng từ 170oC đến 230oC, thích hợp cho quá trình ép phun, kéo giãn, ép đùn, đúc thổi, in 3D và các quy trình xử lý khác.
Trong quá trình xử lý thực tế, tốc độ kết tinh PLA chậm và thường cần phải sửa đổi. Do tốc độ kết tinh chậm và độ kết tinh thấp nên nhiệt độ biến dạng nhiệt của PLA thấp, điều này hạn chế ứng dụng của nó trong đóng gói sản phẩm chiết rót nóng hoặc khử trùng bằng nhiệt.
Để tăng tốc độ kết tinh và độ kết tinh của PLA, độ tinh khiết quang học của PLA có thể được tăng lên càng nhiều càng tốt tại thời điểm sản xuất. Xử lý ủ cũng là một phương pháp nhằm cải thiện độ kết tinh của PLA. Ngoài ra, các tác nhân tạo hạt có thể được thêm vào để cải thiện đặc tính kết tinh và độ kết tinh, từ đó làm tăng nhiệt độ biến dạng nhiệt và cải thiện khả năng chịu nhiệt của nó.
7. Đặc tính kháng khuẩn của PLA
PLA có thể làm cho bề mặt sản phẩm tạo thành môi trường axit yếu, có tác dụng kháng khuẩn và chống nhiễm trùng nhẹ. Nếu việc sử dụng phụ trợ các chất kháng khuẩn khác có thể đạt tỷ lệ kháng khuẩn trên 90% thì có thể sử dụng để đóng gói sản phẩm kháng khuẩn.
Các chất kháng khuẩn vô cơ thường được sử dụng chủ yếu bao gồm các ion hoặc oxit kim loại như bạc, đồng và kẽm. Các chất kháng khuẩn hữu cơ thường được sử dụng để đóng gói bao gồm các hợp chất vanillin hoặc ethyl vanillin. Sự an toàn thực phẩm của các chất kháng khuẩn khác cần được nghiên cứu.
8. Tính chất điện của PLA
PLA có thể được điều chế dưới dạng vật liệu tổng hợp polyme dẫn điện bằng cách lấp đầy các hạt dẫn điện như muội than (CB), ống nano cacbon (CNT), sợi cacbon (CF) hoặc graphene. Vật liệu tổng hợp polymer dẫn điện được sử dụng rộng rãi trong nhựa chống tĩnh điện, vật liệu che chắn điện từ, vật liệu làm nóng nhiệt độ tự kiểm soát, vật liệu có hệ số nhiệt độ dương và các thiết bị nhạy cảm với môi trường.
Vật liệu tổng hợp polymer dẫn điện dựa trên pla cũng có khả năng phân hủy và tương thích sinh học, có thể được sử dụng trong bao bì chống tĩnh điện đặc biệt, bao bì che chắn điện từ và bao bì thông minh. Polymer dẫn điện dựa trên pla có thể được sử dụng cho các cảm biến khí hoặc chất lỏng để phát hiện thông tin chất lượng của thực phẩm.
