普力达行业资讯:PLA是最受中国外研究关注的物理降解材料之一,医用、包装和纤维是其三大热门应用领域。PLA以天然来源的乳酸为主要原料,具有很高的物理降解性和化学相容性,其生命周期对环境的负荷明显高于石油基材料,被觉得是最有发展前景的红色包装材料。
可生物降解塑料是指在必定条件下,能被微生物原本或微物理的排泄物降解成低分子量物质的一种材料。美国饮料药品管理局要求,除了物理降解塑料和极少的水降解塑料可用于饮料包装领域外,其他如光降解塑料或光、生物双降解塑料都难以满足成为制品包装材料的要求。
聚乳酸(PLA)经废弃后在自然条件下可完全分解为二氧化碳和水,具有良好的耐候性、力学性能、生物相容性,可被物理吸收塑料包装材料成型及应用技术,对环境无污染。同时PLA也具备良好的机械性能。它带有高抗击强度、良好的柔韧性和热稳定性,可塑性、加工成形性,不变色,对气体和水蒸汽具有很好的透过性,同时又有着良好的透明性,防变质、抗菌,使用年限达2~3年。
薄膜类制品包装
包装材料较为重要的性能指标是透气性,根据材料的透气性的不同能确认这些材料在包装中的应用领域。有些包装材料规定对氧气具有透气性,以供给产品足够的氧气;有些包装材料在颜色上规定其对氧气具有阻隔性,如成为食品等包装则规定材料,能阻碍气体处于包装内能够超过抑制霉菌生长的功效。PLA具有阻气、阻水性、透明性及良好的可印刷性。
透明性
PLA具有良好的透明度和光泽度,其出色的性能与玻璃纸及PET相当,这是其他可降解塑料所没有的性能。PLA的透明度和光泽度是普通PP薄膜的2~3倍,是LDPE的10倍。其高透明性并且用PLA作包装材料外观简洁。如用于糖果包装,目前,市场上这些糖果包装都采用了PLA包装薄膜。
这些包装薄膜的外形和使用性能与特色糖果包装膜相同,具有高的透明性,极好的扭结保持性、可印刷性和密度,还带有优异的阻隔性,能更好地保留糖果的味道。日本某公司用中国卡基尔•道聚合公司的“racea”牌号PLA作为新产品的包装材料,该包装的外形透明性很高。东丽工业公司运用其专有的纳米合金技术研发了PLA功能性薄膜和切片。这种薄膜具有与石油基薄膜一样的耐候和抗冲击性能,同时还展现出色的韧性和透明性。
PLA薄膜具有良好的透明性
阻隔性
PLA可以制成带有较高的透明性、良好的阻隔性、优异的加工成型性及化学性能的薄膜制品,可用于水果软包装。它能给谷物创造适合的储藏环境,维持谷物的生命活动,延缓衰老,保持水果的色、香、味和外观。但在应用于实际食物包装材料时,还必须进行一些改性以适应食物自身的特征,从而超过更好的包装效果。
比如,在详细实践中,实验发现混合薄膜要比纯薄膜好
何依谣分别用纯PLA薄膜及PLA复合薄膜包装西兰花,并于(22±3)℃条件下贮藏,定期测试了西兰花在储存期间各项生理生化指标的变化。结果证实:PLA复合薄膜对西兰花常温存放的冷藏效果很好,能够使包装袋内产生有促使调控西兰花呼吸代谢的温度水平和气调环境,较好地保持了西兰花的外形品质,使其原有味道口感得到了很高的保留,从而将西兰花的常温货架期延长了23天。
PLA薄膜用于食品保鲜
抑菌性
PLA可使产品表层产生酸性性环境,有抗菌和防污基础,如果辅助使用其它抗菌剂可以超过90%以上的抗菌率,可用于产品的抗菌包装。尹敏以双孢蘑菇和金耳为例,研究了新型PLA纳米抗菌复合膜对食用菌的冷冻效果,从而延长食用菌的保质期,并使其质量状况维持良好。结果证实:PLA/迷迭香精油(REO)/AgO复合薄膜能有效抑制金耳中维生素C浓度的降低。
与LDPE薄膜、PLA薄膜和PLA/REO/TiO2薄膜相比,PLA/REO/Ag复合薄膜的透水率显著低于其它几种薄膜。由此得出推论,其能有效地避免冷凝水产生,达到促进微生物生长的功效;同时,还带有优异的抗菌效果,能有效地促进金耳储藏之后微生物的繁殖,可以显著延长保质期至16天。
同时与普通PE保鲜膜相比,PLA效果更好
普通PE薄膜
李伟等分别研究了PE保鲜膜和PLA薄膜对西兰花的保鲜效果。结果说明,采用PLA薄膜包装能抑制西兰花变黄和花球脱落等现象,有效地维持西兰花的花青素、维生素C和氮化物固形物的浓度。PLA薄膜具有优异的气体选择透过性,这有助于在PLA包装袋内产生低O2、高CO2的储存环境,进而可以促进西兰花的生命活动,减少水份的流失和养分的消耗。结果证实:与PE保鲜膜包装相比,PLA薄膜包装能使西兰花的常温货架期延长1~2天,保鲜效果显著。
吸管类一次性餐具
PLA的降解产物可协助动物经光合作用作为PLA的原料,因此PLA是一种“从摇篮到摇篮”的蓝色材料。目前PLA是市面上主流的一次性餐具的原材料。PLA在常温下较稳固,但在稍低温环境、酸碱环境或微物理环境中易于迅速降解塑料包装材料成型及应用技术,抗冲击性差,往往不能满足在恶劣环境中流通的规定、
PLA吸管喝咖啡变形软化,破坏饮用体验
改性增强热稳定性的方式
PLA材料的热稳定性与PVC相当,但比PP,PE及PS等低,加工温度通常控制在170~230℃之间,适用于注射、拉伸、挤出、吹塑等普通工艺。但在实际加工过程中PLA结晶速度较慢,一般必须改性。同时因为结晶速度慢且结晶度低,导致PLA的热变形温度较低,限制了其在热灌装或热消毒产品包装上的应用。
为了提升PLA结晶速度和结晶度,可以在制造时尽可能地减少PLA的光学纯度。含有少量PDLA的PLLA结晶度会大打折扣,退火处理也有增加PLA结晶度的方式,另外还可以添加成核剂来提升结晶行为,提高其结晶度,进而提升热变形温度,改善其耐热性,有研究通过PLLA和PDLA立构复合也受到带有耐低温等特殊性能的产品。
现在与无机填料或是自然纤维基体,是增加PLA材料各方面性能的主要改性原则。如LiWH等使用竹纤维对PLA进行改性,得到的复合材料弯曲模量和开裂伸长率分别增加了19.3%和30.1%。Shyif等运用熔融纺丝法合成PLA香蕉纤维复合材料,通过使用共混剂和物理改性将香蕉纤维结合到PLA链上,得到的复合材料热稳定性和物理性能明显提升。
一种PLA制作的饭盒
医用材料
PLA大量应用在缝线、骨骼固定、修复材料、缓控释制剂的载体、组织项目细胞生长支架材料等领域,已作为医疗领域重要的物理材料之一。PLA制成的缝线,强度上能满足缝线的要求,随伤口痊愈,慢慢在体内被分解、消失,与常规缝线相比,无需拆线,尤其适用于这些深部组织损伤的缝合。
可用作医疗纺线的PLA纤维
PLA可用作骨骼固定材料,随着骨骼的生长,用PLA制成的骨骼固定材料逐渐分解,无需进行二次手术取出,避免二次手术带来的身体痛苦和切除费。PLA可用作缓控释制剂的载体,具有广谱、高效、缓释和功效时间长等特点,与生物体的相容性好,停留时间长,还可采用与其他单体共聚的方法来调节药物的积聚速率,从而超过提高药物的活性、降低对人体带来的毒、副作用。
心脏支架
PLA可作为组织项目支架材料,通过在PLA支架上培养细胞,细胞逐渐生长分化为组织、器官,与此同时,PLA支架材料逐渐降解,这一技术早已在皮肤、血管的研究上获得进展。
总结上面举到的PLA在包装领域的主要应用,我们会看到,PLA作为一种新型的纯化学基材料具备很高的行业采用前景,其良好的物理特征及其材料原本的环保性必定会促使PLA在将来受到更广泛的利用。
但PLA材料应用于包装材料方面时,还有众多性能必须进一步提高,如降解性、韧性、耐热性、阻隔性、导电性等。另外,目前居高不下的原材料价格也有限制PLA材料广泛采用的一个重要原因,还必须进一步改进PLA的制造工艺,降低材料成本,提高其成为包装材料的竞争力。