Análisis completo del rendimiento del ácido poliláctico

El ácido poliláctico (PLA) es uno de los plásticos biodegradables con investigación y aplicación maduras.Sus materias primas provienen de fibras vegetales renovables, maíz, subproductos agrícolas, etc., que presentan una buena biodegradabilidad.El PLA tiene excelentes propiedades mecánicas, similares a los plásticos de polipropileno, y puede reemplazar a los plásticos PP y PET en algunos campos.Al mismo tiempo, tiene buen brillo, transparencia, tacto y cierta propiedad antibacteriana.

1. Estado actual de la producción de PLA

En la actualidad, existen dos rutas de síntesis de PLA, una es la condensación directa, es decir, el ácido láctico se deshidrata y condensa directamente a alta temperatura y baja presión.El proceso de producción es simple y de bajo costo, pero la masa molecular del producto es desigual y el efecto de la aplicación práctica es deficiente.El otro es la polimerización de apertura de anillo de lactida, que es el método de producción principal en la actualidad.

2. Degradabilidad del PLA

El PLA es estable a temperatura ambiente, pero se degrada fácil y rápidamente en CO2 y agua en ambientes de temperatura ligeramente más alta, ambientes ácido-base y ambientes microbianos.Por lo tanto, al controlar el medio ambiente y los rellenos, los productos de PLA se pueden usar de manera segura dentro del período de validez y se pueden degradar con el tiempo después de desecharlos.

Los factores que afectan la degradación del PLA incluyen principalmente la masa molecular, el estado cristalino, la microestructura, la temperatura y humedad ambiental, el valor de pH, el tiempo de luz y los microorganismos ambientales.La mezcla de PLA con otros materiales puede afectar la tasa de degradación.Por ejemplo, agregar una cierta cantidad de harina de madera o fibra de paja de maíz al PLA puede acelerar en gran medida la tasa de degradación.

3. La propiedad barrera del PLA

La barrera se refiere a la capacidad de un material para evitar el paso de gas y vapor de agua.La barrera es muy importante para los materiales de embalaje.En la actualidad, la bolsa de plástico biodegradable más común en el mercado es el compuesto PLA/PBAT.Las propiedades de barrera mejoradas de las películas PLA pueden ampliar el campo de aplicación.Los factores que afectan las propiedades de barrera del PLA incluyen principalmente factores internos (estructura molecular y estado cristalino) y factores externos (temperatura, humedad y fuerza externa).

1) El calentamiento de la película PLA reducirá su propiedad de barrera, por lo que el PLA no es adecuado para envases de alimentos que requieran calentamiento.

2) El PLA se puede estirar en un cierto rango para aumentar la propiedad de barrera.Cuando la relación de estiramiento aumenta de 1 a 6,5, la cristalinidad del PLA aumenta considerablemente y, por lo tanto, se mejora la propiedad de barrera.

3) Agregar algunas barreras (como arcilla y fibras) a la matriz de PLA puede mejorar la propiedad de barrera del PLA.Esto se debe a que la barrera prolonga la trayectoria curva del proceso de permeación de agua o gas de las moléculas pequeñas.

4) El recubrimiento de la superficie de la película PLA puede mejorar la propiedad de barrera.

4. Propiedades mecánicas del PLA

El PLA tiene buena resistencia, pero carece de tenacidad y es extremadamente susceptible a la flexión y la deformación, lo que generalmente requiere una modificación por endurecimiento.Para garantizar la biodegradabilidad del PLA, generalmente se endurece mezclándolo con resina biodegradable.PBAT, PBS, PCL, caucho natural y otras sustancias pueden mejorar la dureza del PLA.

5. Propiedades ópticas del PLA

PLA tiene una transparencia y brillo que son raros en otros plásticos degradables, que es comparable al celofán y al PET.Es especialmente adecuado para empaques visuales y el efecto de decoración es mejor.En general, no es necesario mejorar la transparencia y el brillo del PLA, y se debe prestar atención para no reducir su buena transparencia tanto como sea posible al modificar otros aspectos para asegurar su efecto de decoración y visibilidad del empaque.

6. Propiedades térmicas del PLA

La estabilidad térmica del material PLA es equivalente a la del PVC, pero inferior a la del PP, PE y PS.La temperatura de procesamiento generalmente se controla entre 170 ℃ y 230 ℃, lo cual es adecuado para inyección, estiramiento, extrusión, moldeo por soplado, impresión 3D y otros procesos de procesamiento.

En el proceso de procesamiento real, la tasa de cristalización de PLA es lenta y generalmente requiere modificación.Debido a la lenta tasa de cristalización y la baja cristalinidad, la temperatura de deformación térmica del PLA es baja, lo que limita su aplicación en el envasado de productos de llenado en caliente o esterilización por calor.

Para aumentar la tasa de cristalización y la cristalinidad del PLA, la pureza óptica del PLA se puede aumentar tanto como sea posible en el momento de la producción.El tratamiento de recocido también es un método para mejorar la cristalinidad del PLA.Además, se pueden agregar agentes de nucleación para mejorar el comportamiento de cristalización y la cristalinidad, aumentando así la temperatura de deformación térmica y mejorando su resistencia al calor.

7. Propiedades antibacterianas del PLA

PLA puede hacer que la superficie del producto forme un ambiente débilmente ácido y tiene efectos antibacterianos y de prueba leve.Si el uso auxiliar de otros agentes antibacterianos puede lograr una tasa antibacteriana superior al 90%, se puede usar para el envasado antibacteriano de productos.

Los agentes antibacterianos inorgánicos comúnmente utilizados incluyen principalmente iones u óxidos metálicos como plata, cobre y zinc.Los agentes antibacterianos orgánicos comúnmente utilizados para el envasado incluyen vainillina o compuestos de etilvainillina.Es necesario estudiar la seguridad alimentaria de otros agentes antibacterianos.

8. Propiedades eléctricas del PLA

El PLA se puede preparar como compuestos de polímeros conductores llenando partículas conductoras como negro de humo (CB), nanotubos de carbono (CNT), fibras de carbono (CF) o grafeno.Los compuestos de polímeros conductores se utilizan ampliamente en plásticos antiestáticos, materiales de protección electromagnética, materiales de calentamiento de temperatura autocontrolada, materiales de coeficiente de temperatura positivo y dispositivos ambientalmente sensibles.

Los compuestos de polímeros conductores a base de pla también tienen degradabilidad y biocompatibilidad, que se pueden utilizar en envases antiestáticos especiales, envases de blindaje electromagnético y envases inteligentes.El polímero conductor a base de Pla se puede utilizar para sensores de gas o líquido para detectar la información de calidad de los alimentos.