Analisi completa delle prestazioni dell'acido polilattico

L'acido polilattico (PLA) è una delle plastiche biodegradabili con ricerca e applicazione mature.Le sue materie prime provengono da fibre vegetali rinnovabili, mais, sottoprodotti agricoli, ecc., che hanno una buona biodegradabilità.Il PLA ha eccellenti proprietà meccaniche, simili alla plastica in polipropilene, e può sostituire la plastica PP e PET in alcuni campi.Allo stesso tempo, ha una buona lucentezza, trasparenza, sensazione al tatto e alcune proprietà antibatteriche.

1. Stato attuale della produzione di PLA

Al momento, ci sono due vie di sintesi del PLA, una è la condensazione diretta, cioè l'acido lattico viene disidratato direttamente e condensato ad alta temperatura e bassa pressione.Il processo di produzione è semplice ea basso costo, ma la massa molecolare del prodotto non è uniforme e l'effetto pratico dell'applicazione è scarso.L'altro è la polimerizzazione dell'apertura dell'anello del lattide, che è attualmente il metodo di produzione tradizionale.

2. Degradabilità del PLA

Il PLA è stabile a temperatura ambiente, ma si degrada facilmente e rapidamente in CO2 e acqua in ambienti a temperatura leggermente più elevata, ambienti acido-base e ambienti microbici.Pertanto, controllando l'ambiente e i riempitivi, i prodotti PLA possono essere utilizzati in sicurezza entro il periodo di validità e degradati nel tempo dopo lo smaltimento.

I fattori che influenzano la degradazione del PLA includono principalmente massa molecolare, stato cristallino, microstruttura, temperatura e umidità ambientali, valore del pH, tempo di luce e microrganismi ambientali.La miscelazione del PLA con altri materiali può influire sulla velocità di degradazione.Ad esempio, l'aggiunta di una certa quantità di farina di legno o fibra di paglia di mais al PLA può accelerare notevolmente il tasso di degradazione.

3. La proprietà barriera del PLA

La barriera si riferisce alla capacità di un materiale di impedire il passaggio di gas e vapore acqueo.La barriera è molto importante per i materiali di imballaggio.Attualmente, il sacchetto di plastica biodegradabile più comune sul mercato è il composito PLA/PBAT.Le proprietà barriera migliorate dei film PLA possono ampliare il campo di applicazione.I fattori che influenzano le proprietà barriera del PLA includono principalmente fattori interni (struttura molecolare e stato cristallino) ed esterni (temperatura, umidità e forza esterna).

1) Il riscaldamento del film PLA ridurrà la sua proprietà barriera, quindi il PLA non è adatto per imballaggi alimentari che richiedono riscaldamento.

2) Il PLA può essere allungato in un certo intervallo per aumentare la proprietà barriera.Quando il rapporto di allungamento viene aumentato da 1 a 6,5, la cristallinità del PLA è notevolmente aumentata e quindi la proprietà barriera è migliorata.

3) L'aggiunta di alcune barriere (come argilla e fibre) alla matrice del PLA può migliorare le proprietà barriera del PLA.Questo perché la barriera prolunga il percorso curvo del processo di permeazione dell'acqua o del gas di piccole molecole.

4) Il rivestimento sulla superficie del film PLA può migliorare la proprietà barriera.

4. Proprietà meccaniche del PLA

Il PLA ha una buona resistenza, ma manca di tenacità ed è estremamente suscettibile alla flessione e alla deformazione, che di solito richiedono una modifica della tempra.Al fine di garantire la biodegradabilità del PLA, di solito viene indurito miscelandolo con resina biodegradabile.PBAT, PBS, PCL, gomma naturale e altre sostanze possono migliorare la tenacità del PLA.

5. Proprietà ottiche del PLA

Il PLA ha una trasparenza e una lucentezza rare in altre plastiche degradabili, paragonabili al cellofene e al PET.È particolarmente adatto per l'imballaggio visivo e l'effetto decorativo è migliore.In generale, non è necessario migliorare la trasparenza e la lucentezza del PLA e occorre prestare attenzione a non ridurne il più possibile la buona trasparenza quando si modificano altri aspetti per garantire la visibilità dell'imballaggio e l'effetto decorativo.

6. Proprietà termiche del PLA

La stabilità termica del materiale PLA è equivalente a quella del PVC, ma inferiore a quella di PP, PE e PS.La temperatura di lavorazione è generalmente controllata tra 170 ℃ e 230 ℃, che è adatta per iniezione, stiramento, estrusione, soffiaggio, stampa 3D e altri processi di lavorazione.

Nel processo di elaborazione effettivo, la velocità di cristallizzazione del PLA è lenta e generalmente richiede modifiche.A causa della lenta velocità di cristallizzazione e della bassa cristallinità, la temperatura di deformazione termica del PLA è bassa, il che ne limita l'applicazione nel confezionamento di prodotti di riempimento a caldo o sterilizzazione a caldo.

Al fine di aumentare la velocità di cristallizzazione e la cristallinità del PLA, la purezza ottica del PLA può essere aumentata il più possibile al momento della produzione.Il trattamento di ricottura è anche un metodo per migliorare la cristallinità del PLA.Inoltre, possono essere aggiunti agenti nucleanti per migliorare il comportamento di cristallizzazione e la cristallinità, aumentando così la temperatura di deformazione termica e migliorando la sua resistenza al calore.

7. Proprietà antibatteriche del PLA

Il PLA può far sì che la superficie del prodotto formi un ambiente debolmente acido e ha effetti antibatterici e a prova di lieve.Se l'uso ausiliario di altri agenti antibatterici può raggiungere un tasso antibatterico superiore al 90%, può essere utilizzato per l'imballaggio antibatterico dei prodotti.

Gli agenti antibatterici inorganici comunemente usati includono principalmente ioni o ossidi metallici come argento, rame e zinco.Gli agenti antibatterici organici comunemente usati per l'imballaggio includono composti di vanillina o etil vanillina.La sicurezza alimentare di altri agenti antibatterici deve essere studiata.

8. Proprietà elettriche del PLA

Il PLA può essere preparato come compositi polimerici conduttivi riempiendo particelle conduttive come nerofumo (CB), nanotubi di carbonio (CNT), fibre di carbonio (CF) o grafene.I compositi polimerici conduttivi sono ampiamente utilizzati nelle materie plastiche antistatiche, nei materiali di schermatura elettromagnetica, nei materiali per il riscaldamento della temperatura autocontrollata, nei materiali a coefficiente di temperatura positivo e nei dispositivi sensibili all'ambiente.

I compositi polimerici conduttivi a base di Pla hanno anche degradabilità e biocompatibilità, che possono essere utilizzati in imballaggi antistatici speciali, imballaggi con schermatura elettromagnetica e imballaggi intelligenti.Il polimero conduttivo a base di Pla può essere utilizzato per sensori di gas o liquidi per rilevare le informazioni sulla qualità degli alimenti.