PLA聚乳酸(H-[OCHCH3CO]n-OH)也称为聚丙交酯(polylactide)。属于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸为主要原料经高科技聚合得到的聚合物,原料来源充分而且可以再生,主要以玉米、木薯等为原料。
聚乳酸的生产过程无污染,是一种来自植物而不是石油,可100%生物全降解的高分子材料,在自然界中的循环再生,因此能实现真正意义上的节能环保,被产业界一致认定为最具发展前途的绿色新型“生态材料”。
聚乳酸的热稳定性好,加工温度170~190℃,有良好的抗溶剂性,可应用多种方式进行加工,如挤压、纺丝、双轴拉伸,注塑、吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外,生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好。
聚乳酸是一种食品接触安全性更高的材料,因为,聚乳酸的单体——乳酸是一种食品添加剂,也是一种生物相容物质,它可以通过新陈代谢被人体完全吸收。聚乳酸制成的餐具安全无毒,不含双酚A,不含增塑剂,能应用于微波炉,可替代传统的密胺、通用石油基塑料等。
聚乳酸(PLA)还具有一定的耐菌性和抗紫外性,因此,用途十分广泛,可用作婴童用品、食品容器、包装材料、纤维和3D打印耗材等,目前,主要用于服装(内衣、外衣)、产业(建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域。
聚乳酸可以从发酵的小麦、玉米、甜菜中提取或通过化学合成获得。目前的化学合成方法主要是开环缩聚法和直接缩聚法。直接缩聚法是指通过乳酸的活性,在脱水剂的作用下,乳酸分子之间进行缩聚反应脱去羧基和羟基,在高温作用下生成聚乳酸。
开环聚合是将单体脱水环化得到乙交酯,然后通过乙交酯的聚合反应最终得到聚乳酸。此外,还可以通过化学和物理改性来提高聚乳酸的结晶度。通常,化学修饰包括在聚乳酸聚合物结构中加入小分子,而物理修饰包括添加纳米颗粒,这些纳米颗粒将充当成核剂并扩大聚合物基质中的晶区。
与传统聚合物相比,PLA并不能满足食品包装领域的所有要求,其力学性能接近PS(聚苯乙烯),但低于PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)纺丝。聚乳酸作为食品包装材料的缺点之一是其较差的阻隔性(对水蒸气、氧气和其他气体)。
除了外界因素外,阻隔性能还取决于结晶度,即结晶聚合物越多,气体通过膜的路径越长,因此,渗透性越低。PET和PLA均为疏水聚合物,它们只吸收微量的水,由于它们具有相似的阻隔性能,因此经常对它们进行性能的比较。
聚乳酸应用于食品包装的优势体现在:它在工业条件下可堆肥,由可再生资源生产,生物相容性好,可回收利用,具有替代传统塑料材料的潜力。
然而,由于聚乳酸的阻隔性和机械性能较差,目前,在食品包装中的应用受到限制。通过改变聚乳酸的化学组成和分子特性来平衡聚乳酸的性能是可能的。此外,将PLA与其他化合物结合可以调整性能,以满足不同食品的要求。
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