Polylactic Acid (PLA) là một trong những loại nhựa có thể phân hủy sinh học với nghiên cứu và ứng dụng trưởng thành. Nguyên liệu thô của nó đến từ các sợi thực vật tái tạo, ngô, sản phẩm phụ nông nghiệp, v.v., có khả năng phân hủy sinh học tốt. PLA có tính chất cơ học tuyệt vời, tương tự như nhựa polypropylen, và có thể thay thế nhựa PP và PET trong một số trường. Đồng thời, nó có độ bóng tốt, độ trong suốt, cảm giác và một số tài sản kháng khuẩn nhất định.
1. Tình trạng hiện tại của sản xuất PLA
Hiện tại, có hai tuyến tổng hợp của PLA, một là ngưng tụ trực tiếp, nghĩa là, axit lactic được khử nước trực tiếp và cô đọng dưới nhiệt độ cao và áp suất thấp. Quá trình sản xuất rất đơn giản và chi phí thấp, nhưng khối lượng phân tử sản phẩm là không đồng đều, và hiệu ứng ứng dụng thực tế là kém. Cái còn lại là sự trùng hợp mở vòng của lactide, hiện tại là phương pháp sản xuất chính thống.
2. Tính phân hủy của PLA
PLA ổn định ở nhiệt độ phòng, nhưng nó dễ dàng và nhanh chóng xuống 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 một cách an toàn trong thời gian hợp lệ và bị suy giảm trong thời gian sau khi xử lý.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự xuống cấp của PLA chủ yếu bao gồm khối lượng phân tử, trạng thái tinh thể, cấu trúc vi mô, nhiệt độ môi trường và độ ẩm, giá trị pH, thời gian ánh sáng và vi sinh vật môi trường. Pha trộn PLA với các vật liệu khác có thể ảnh hưởng đến tốc độ suy thoái. Ví dụ, việc thêm một lượng bột gỗ hoặc sợi bột ngô nhất định vào PLA có thể đẩy nhanh tốc độ suy thoái.
3. Tài sản rào cản của PLA
Rào cản đề cập đến khả năng của một vật liệu để ngăn hơi khí và hơi nước đi qua. Rào cản là rất quan trọng đối với vật liệu đóng gói. Hiện tại, túi nhựa phân hủy sinh học phổ biến nhất trên thị trường là tổng hợp PLA/PBAT. Các thuộc tính rào cản được cải thiện của màng PLA có thể mở rộng trường ứng dụng. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất 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 lực bên ngoài).
1) Làm nóng màng PLA sẽ làm giảm tài sản rào cản của nó, vì vậy PLA không phù hợp với bao bì thực phẩm đòi hỏi phải sưởi ấm.
2) PLA có thể được kéo dài trong một phạm vi nhất định để tăng tài sản rào cản. Khi tỷ lệ kéo dài được tăng từ 1 lên 6,5, độ kết tinh của PLA được tăng lên rất nhiều và do đó tính chất rào cản được cải thiện.
3) Thêm một số rào cản (như đất sét và sợi) vào ma trận PLA có thể cải thiện tài sản rào cản của PLA. Điều này là do hàng rào kéo dài đường cong của quá trình thẩm thấu nước hoặc khí của các phân tử nhỏ.
4) Lớp phủ trên bề mặt của màng PLA có thể cải thiện tài sản rào cản.
4. Tính chất cơ học của PLA
PLA có sức mạnh tốt, nhưng nó thiếu độ dẻo dai và cực kỳ dễ bị uốn cong và biến dạng, thường đòi hỏi phải sửa đổi tăng cường. Để đảm bảo khả năng phân hủy sinh học của PLA, nó thường được tăng cường bằng cách pha trộn với nhựa có thể phân hủy sinh học. PBAT, PBS, PCL, cao su tự nhiên và các chất khác có thể cải thiện độ bền của PLA.
5. Tính chất quang học của PLA
PLA có độ trong suốt và độ bóng rất hiếm trong các loại nhựa có thể phân hủy khác, tương đương với giấy bóng kính và PET. Nó đặc biệt phù hợp cho bao bì trực quan, và hiệu ứng trang trí là tốt hơn. Nói chung, tính minh bạch và độ bóng của PLA không cần phải được cải thiện và cần chú ý để không làm giảm tính minh bạch tốt nhất có thể khi sửa đổi các khía cạnh khác để đảm bảo khả năng hiển thị và hiệu ứng trang trí của nó.
6. Tính chất nhiệt của PLA
Độ ổn định nhiệt của vật liệu PLA tương đương với PVC, nhưng thấp hơn so với PP, PE và PS. Nhiệt độ xử lý thường được kiểm soát trong khoảng từ 170 đến 230, phù hợp để tiêm, kéo dài, 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 đòi hỏi phải sửa đổi. Do tốc độ kết tinh chậm và độ tinh thể thấp, nhiệt độ biến dạng nhiệt của PLA thấp, làm hạn chế ứng dụng của nó trong bao bì sản phẩm nóng hoặc triệt sản nhiệt.
Để tăng tốc độ kết tinh PLA và độ kết tinh, độ tinh khiết quang của PLA có thể được tăng càng nhiều càng tốt tại thời điểm sản xuất. Điều trị ủ cũng là một phương pháp để cải thiện độ kết tinh của PLA. Ngoài ra, các tác nhân tạo hạt nhân có thể được thêm vào để cải thiện hành vi kết tinh và độ kết tinh, do đó làm tăng nhiệt độ biến dạng nhiệt và cải thiện khả năng chống nhiệt của nó.
7. Đặc tính kháng khuẩn của PLA
PLA có thể làm cho bề mặt của sản phẩm tạo thành một môi trường axit yếu, và có tác dụng kháng khuẩn và chống nhẹ. Nếu việc sử dụng phụ trợ của các tác nhân kháng khuẩn khác có thể đạt được tỷ lệ kháng khuẩn hơn 90%, nó có thể được 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 kim loại hoặc oxit 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 tác nhân kháng khuẩn khác cần phải được nghiên cứu.
8. Tính chất điện của PLA
PLA có thể được điều chế dưới dạng vật liệu tổng hợp polymer dẫn điện bằng cách đổ đầy các hạt dẫn như đen carbon (CB), ống nano carbon (CNTs), sợi carbon (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 gia nhiệt nhiệt độ tự kiểm soát, vật liệu hệ số nhiệt độ dương và thiết bị nhạy cảm với môi trường.
Vật liệu tổng hợp polymer dẫn điện dựa trên PLA cũng có khả năng phân hủy và khả năng tương thích sinh học, có thể được sử dụng trong bao bì chống tĩnh điện đặc biệt, đóng gói bảo vệ 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.
