Polymelkzuur (PLA) wordt een steeds belangrijker polymeer in talloze velden als film en in biologisch afbreekbare toepassingen die ook milieuvriendelijk zijn. Omdat het is gemaakt van hernieuwbare bronnen zoals maïszetmeel en rietsuiker, is PLA-film een goede vervanging voor conventionele kunststoffen gemaakt van olie. Dit artikel behandelt de verschillende voordelen en toepassingen van PLA-film en het belang ervan bij het overwegen van een case voor verpakkingen, landbouw en andere gebieden. Naar aanleiding van de eigenschappen en voordelen, evenals de mogelijke toepassingen, wordt verwacht dat dit artikel de lezers zal helpen begrijpen hoe PLA-film ons zal leiden naar de toekomst van duurzame materialen.
Wat is PLA-kunststof en hoe wordt het gemaakt?
Inzicht in de polymerisatie proces van PLA
Ringopeningspolymerisatie is het proces waarbij PLA wordt vervaardigd. Normaal gesproken begint dit proces met de fermentatie van koolhydraten voor de productie van melkzuur, bijvoorbeeld maïszetmeel of suikerriet. Het melkzuur wordt eerst omgezet en gesponnen in lange ketens die bekend staan als lactide. In dit deel van de polymerisatie vindt een opening van de ring van lactide plaats en combineert het met de andere moleculen van lactide om lange functionerende PLA-ketens te vormen, hoewel met behulp van stoffen zoals tinoctoaatkatalyse. Deze methode van industriële in situ-synthese van polymeren maakt het niet alleen mogelijk om polymeren te produceren met een hoog optisch moleculair gewicht, maar de ruimtelijke verdeling van het moleculair gewicht en de kristalliniteit van het polymeer kunnen worden ingesteld en daarom de prestaties van PLA in specifieke toepassingen optimaliseren.
Wat zijn de grondstoffen gebruikt bij de productie van PLA?
De essentiële grondstoffen die worden gebruikt bij de productie van polymelkzuur (PLA) zijn zetmeel en suikers die worden verkregen uit hernieuwbare biochemische bronnen. De plantaardige grondstoffen omvatten voornamelijk maïszetmeel, suikerriet en ander glucosehoudend materiaal. In de eerste stap worden deze koolhydraten gedepolymeriseerd door hydrolyse om glucose te produceren, dat vervolgens wordt gefermenteerd met behulp van specifieke organismen om melkzuur te produceren. Dit melkzuur kan vervolgens worden gedifferentieerd en getransformeerd tot lactide, wat een belangrijk tussenproduct is voor de productie van PLA. Andere gewassen zoals cassave en suikerbiet worden getest op de mogelijkheden van de grondstoffen om alternatieve manieren te bieden om PLA te produceren en dat verbetert de economie van het materiaal.
Wat maakt PLA een biobased filmen?
Polymelkzuur, of PLA, zoals het gewoonlijk wordt genoemd, kan ook worden gecategoriseerd als een biobased film omdat het is gemaakt van hernieuwbare bronnen, die voornamelijk plantaardige zetmelen en suikers omvatten. Het basiskenmerk dat de term biobased materialen definieert, is dat deze zijn gemaakt van biomassa en niet van fossiele bronnen. PLA wordt geproduceerd door de fermentatie van koolhydraatgrondstoffen als een lactaatprecursor. Een dergelijk proces verbetert niet alleen de lage impact op het milieu, maar verbetert ook de inspanningen voor end-of-life management tijdens de productiecyclus. Tegelijkertijd is PLA composteerbaar onder bepaalde industriële omstandigheden, waardoor de reikwijdte van PLA als biopolymeervervanger voor traditionele op aardolie gebaseerde kunststoffen verder wordt uitgebreid. Dit tweevoudige voordeel van zowel hernieuwbaar als biologisch afbreekbaar bewijst verder de waarde van PLA in de ontwikkeling van verdere duurzame verpakkings- en filmformulering.
Wat zijn de Fysieke eigenschappen van PLA-films?
Hoe doen de mechanische eigenschappen van PLA vergeleken met andere kunststoffen?
Polymelkzuur (PLA) heeft zijn eigen unieke eigenschappen, die van invloed kunnen zijn op het bereik van gebieden waar het zal worden toegepast in vergelijking met meer conventionele kunststoffen; de meeste galik 6 omvatten polyethyleen (PE), polypropyleen (PP) en polyvinylchloride (PVC). De treksterkte van PLA ligt meestal binnen het bereik van 50 tot 70 MPa, wat vrij voordelig is ten opzichte van de meeste kunststoffen; bijvoorbeeld, de treksterkte van normaal PE is ongeveer 20 MPa terwijl polypropyleen tussen de 30 en 50 MPa ligt.
Wat betreft de trekrek in percentage dat de maximale rek van het individu tot breuk (elastomeren verlengen) weergeeft, ligt PLA doorgaans tussen de 2-8%, in tegenstelling tot polyethyleen dat 300 tot 700% is en polypropyleen dat 400 tot 500% is. Deze variatie in ductiliteit brengt ook het aspect van gebruik naar voren voor dergelijke materialen die kunnen worden blootgesteld aan buiging en een hoge impactbelasting. Tot slot moet worden opgemerkt dat de Young-modulus van PLA in het bereik van 3-4 GPa ligt, wat relatief hoog is in vergelijking met PE dat 0.2-0.8 GPa is en PP dat 1.0-1.5 GPa is. Dit betekent dat PLA in vergelijking met lastdragende materialen stijver is en beter bestand tegen permanente vervorming bij buigen en comprimeren.
Naast het thermoplastificatieproces is vastgesteld dat de thermische eigenschappen ook belangrijk zijn voor de mechanische prestaties van PLA. De glasovergangstemperatuur ligt ongeveer binnen de grenzen van 60-65° en de smelttemperatuur is ongeveer 150-160 °C. Deze factoren zijn relatief lage thermische weerstand en dit zijn de factoren die het toepassingsbereik van PLA beperken; in tegenstelling tot de meeste kunststoffen met betere prestaties, kunnen ze hogere temperaturen verdragen. Concluderend, wanneer PLA wordt beschouwd als een materiaal voor een aantal toepassingen, kunnen zeer goede mechanische eigenschappen worden verwacht. De situatie is echter anders in termen van broosheid en thermische eigenschappen, die redelijk zouden moeten zijn in productontwerp en -selectie.
Thermische stabiliteit en barrière-eigenschappen van PLA-films
De thermische stabiliteit van de PLA-films is matig en wordt beïnvloed door de samenstelling en de verwerkingsomstandigheden. De thermische stabiliteit van PLA is erg belangrijk, vooral met betrekking tot verpakkingstoepassingen waarbij het belangrijk is om vervorming en degradatie te weerstaan. In de meeste gevallen begint thermische degradatie van PLA ergens in de regio van ongeveer 220 °C op te treden, waarmee rekening moet worden gehouden tijdens de verwerking en het gebruik van het materiaal.
Wat betreft gasbarrière-eigenschappen zijn PLA-folies behoorlijk effectief tegen zuurstof- en koolstofdioxidepermeatie en kunnen daarom worden gebruikt in voedselverpakkingen. Wat betreft vochtbarrière-eigenschappen zijn ze echter niet zo goed als de conventionele vochtbarrières zoals polyethyleen, wat leidt tot hogere waterdamptransmissiesnelheden. Dit geval kan het gebruik van PLA beperken vanwege enkele eindgebruiken zoals verpakkingen die hoge vochtbarrières vereisen. Samenvattend, hoewel PLA-folies gunstige thermische en barrière-eigenschappen hebben voor sommige toepassingen, zouden ze moeten worden gebruikt voor het ontwerpen en selecteren van materialen voor producten op basis van hun prestaties in veranderende omstandigheden en omgevingen.
Hoe werkt PLA-film Bijdragen aan Composteerbaar Oplossingen?
Wat maakt PLA-folies biologisch afbreekbaar en composteerbaar?
Polymelkzuur is afkomstig van hernieuwbare en composteerbare materialen zoals maïszetmeel of suikerriet, daarom wordt het PLA-films genoemd. De structurele samenstelling van PLA zorgt ervoor dat het lichaam het kan metaboliseren tot bijproducten zoals koolstofdioxide, water en compost. Dit proces begint met hydrolyse, waarbij watermoleculen de esterbindingen splitsen die aanwezig zijn in de PLA-polymeerketens. Na hydrolyse worden de oligomeren en monomeren ook door microben behandeld totdat volledige afbraak is bereikt.
De rol van PLA in industriële compostering
- Snelle afbraak: PLA-films worden afgebroken in industriële composteringsfaciliteiten. Dramatische afbraak vindt plaats bij geschikte temperatuur, vochtigheid en aanwezigheid van micro-organismen. Bij industriële composteringsprocessen wordt de temperatuur hoog genoeg gehouden (rond de 55°C) dan bij de meeste composteringsmethoden om het afbraakproces te versnellen.
- Verminderde milieu-impact: Met het gebruik van PLA in plaats van de normale plastic of petroleum gebaseerde materialen, wordt de afvalfactor verminderd. Omdat het composiet niet bedoeld is voor toepassingen die leiden tot de ophoping van polymeerafval, zal het niet bijdragen aan het langdurige plastic afval.
- Bijdrage van voedingsstoffen: De bijproducten, zoals organisch materiaal en koolstof, die nuttig zijn voor levende organismen, worden na de afbraak van PLA weer in de bodem teruggebracht. Hierdoor wordt de bodemkwaliteit verbeterd en worden gezonde ecosysteemprocessen bevorderd.
- Compatibiliteit met andere organische materialen: De biofilms van PLA kunnen ook worden gecomposteerd met organisch afval, zoals etensresten of tuinafval. Bovendien zorgen diversere microbiële gemeenschappen voor actieve composteringsprocessen.
- Vergemakkelijking van afvalbeheer: Wanneer PLA wordt geïntegreerd in afvalbeheersystemen, kunnen de juiste industriële composteringsstromen worden gecreëerd, waardoor de druk en/of het gewicht op de hooglanden wordt verlicht.
- Bewustwording en acceptatie bij de consument: campagne voeren voor PLA als een geschikt, schoon afvalmateriaal en het stimuleren van het gebruik van compost zal ook de kennis van de juiste strategieën voor afvalverwerking verbeteren.
- Voortgang in onderzoek naar materiaalontwikkeling: De vraag naar composteerbare materialen zoals PLA stimuleert en bevordert verder onderzoek en ontwikkeling van nieuwe biologisch afbreekbare polymeren met betere prestatie-eigenschappen voor verschillende doeleinden.
Afbraaksnelheden van PLA-folies in compost
De resultaten tonen aan dat gewichtsverlies, een goede indicator van de tijd die nodig is voor degradatie, kan worden gebruikt om de snelheid van PLA-filmdegradatie van industriële composteringsfaciliteiten te beoordelen. Met name voor PLA-films hebben onderzoekswerkzaamheden aangetoond dat gewichtsverlies van ongeveer 90% kan worden bereikt in minder dan 90 dagen, wat veel beter is dan thuiscomposteringsfaciliteiten waar het meer dan een jaar kan duren om totaal massaverlies te bereiken onder minder gunstige omstandigheden. Bovendien kunnen studies naar PLA-filmfragmentatie gebruikmaken van technieken zoals infraroodspectroscopie of grove deeltjesvolumetrische analyse en bepaling van het molecuulgewicht om het degradatieproces te meten, en dus de evolutie van composteerbare deeltjes.
Wat zijn de toepassingen van PLA-film in De verpakking van levensmiddelen?
Hoe wordt PLA gebruikt in actieve voedselverpakkingen?
Vanwege zijn biocompatibele en biologisch afbreekbare aard, blijkt PLA een effectief actief voedselverpakkingsmateriaal en een duurzaam polymeer te zijn dat op aardolie gebaseerde kunststoffen kan vervangen. GEWIJZIGD PLA BEVAT DE CONSTITUTIEVE ADDITIEF BIOACTIEVE TOEVOEGING, zoals antimicrobiële of antioxidanten, deze toegevoegde modificator GEWIJZIGD PLA kan uitlogen naar het voedsel en de voedselconservering verbeteren. Deze middelen kunnen de houdbaarheid van voedselproducten verlengen door de microbiële kolonisatie en infectie te beheersen, evenals oxidatieprocessen, en zo bederf voorkomen en de voedselveiligheid verbeteren.
Voordelen van het gebruik van PLA in voedselverpakkingstoepassingen
- Biologisch afbreekbaar: Omdat PLA een bioplastic is, zijn de grondstoffen die bij de productie van PLA worden gebruikt hernieuwbaar en milieuvriendelijk. Ze kunnen namelijk worden gecomposteerd en veroorzaken weinig afval, omdat het materiaal kan afbreken tot onschadelijke componenten.
- Kleinere CO2-voetafdruk: vergeleken met alternatief maleïnezuuranhydridepolyethyleen (mape)-plastomeer, leiden de processen die worden gebruikt voor de productie van PLA tot minder uitstoot van gassen die verantwoordelijk zijn voor broeikasgassen, wat op zijn beurt bijdraagt aan het leveren van milieuvriendelijke verpakkingen.
- Aanpasbare eigenschappen: Er kan aan verschillende eisen voor voedselverpakkingen worden voldaan zonder dat dit ten koste gaat van de prestaties van het PLA. Dit kan door de samenstelling van het PLA aan te passen, bijvoorbeeld om de vereiste mechanische en thermische eigenschappen te verkrijgen.
- Verbeterde veiligheid: Omdat PLA geen giftige ingrediënten bevat, kan het veilig worden gebruikt voor toepassingen in contact met voedingsmiddelen, zonder dat er chemische migratie in de voedingsmiddelen plaatsvindt.
- Compatibiliteit met bioactieve stoffen: Omdat PLA bioactieve stoffen kan vastleggen en weer vrijgeven, kan de houdbaarheid van voedingsmiddelen worden verbeterd en kan de bruikbaarheid ervan worden vergroot.
- Voorkeur van de consument: Als reactie op de toenemende bezorgdheid over het milieu, eisen steeds meer consumenten dat hun producten worden verpakt met milieuvriendelijke materialen zoals PLA. Dit verbetert het imago van het bedrijf en biedt toegang tot nieuwe markten.
Houdbaarheidsoverwegingen voor PLA-voedselverpakkingen
Wat betreft de houdbaarheid van voedselverpakkingssystemen die PLA als materiaal gebruiken, komen er nogal wat variabelen in beeld, zoals temperatuur, vochtigheid en het type voedsel dat wordt verpakt. Onderzoek toont aan dat de barrière-eigenschappen van PLA, met name de effectiviteit van de zuurstof- en vochtbarrière, belangrijke factoren zijn in de kwaliteit van voedselconservering. Eén onderzoek toonde bijvoorbeeld aan dat PLA-folie een hoge OTR van ongeveer 400 cm³/(m²·dag) had bij analyse bij 23ºC en 50% RV, wat waarschijnlijk de houdbaarheid van zuurstofgevoelige producten verkortte. Daarom moeten dergelijke parameters worden onderzocht en verbeterd in overeenstemming met het specifieke voedselproduct en de verwachte conserveringsomstandigheden en de omlooptijd.
Zijn er milieuvoordelen verbonden aan het gebruik van PLA-film?
Hoe wordt PLA gewonnen uit hernieuwbare grondstoffen?
PLA of Polylactic Acid wordt gemaakt van melkzuur, dat afkomstig is van de fermentatie van koolhydraten en zetmelen, voornamelijk uit hernieuwbare bronnen zoals maïszetmeel, suikerriet of tapioca. In dergelijke fermentatiesystemen zetten bacteriën suikers om in melkzuur. Het melkzuur wordt vervolgens gepolymeriseerd tot PLA. Dit biopolymeer maakt niet alleen gebruik van hernieuwbare materialen, maar biedt ook de mogelijkheid om de afhankelijkheid van petrochemicaliën voor grondstoffen in traditionele kunststoffabricage te verminderen.
Waarom wordt PLA beschouwd als een milieuvriendelijke optie?
PLA, of Polyactic acid, wordt gezien als een milieuvriendelijker alternatief voor traditionele kunststoffen, omdat het gemakkelijk afbreekbaar is en een lagere CO50-voetafdruk heeft tijdens het productieproces. Het is vastgesteld dat de broeikasgasemissies (GHG) van PLA tijdens de levenscyclus ten minste 70-XNUMX% lager zijn dan die van op aardolie gebaseerde kunststoffen. Bovendien moet PLA, wat betreft verwijdering, worden gecomposteerd of worden afgevoerd via industriële compostering, waarbij de elementen op natuurlijke wijze worden afgebroken tot hun aanvaardbare bestanddelen, waardoor de negatieve effecten die verband houden met plastic afval worden verminderd.
Wat is de impact van PLA op de vermindering van plasticafval?
Het gebruik van PLA kan in grote mate helpen bij het verminderen van plastic afval. Als zodanig kan het materiaal als biologisch afbreekbaar worden behandeld en is het daarom een hele opluchting met de wereldwijde plaag van plastic afval. Volgens een rapport van de European Bioplastics Organization zouden PLA en andere bioplastics tegen 7.6 een jaarlijkse vervanging van ongeveer 2030 miljoen ton conventionele plastic verpakkingen opleveren, wat de druk op de stortplaatsen en het milieu zou verlichten, Pamela Twining. Bovendien vermindert de overstap naar PLA-verpakkingen niet alleen de hoeveelheid plastic afval, maar integreert het ook circulaire economiepraktijken door het gebruik van hernieuwbare bronnen te stimuleren, samen met schonere en groenere methoden om de verpakking te produceren en af te voeren.
Wat zijn de uitdagingen en beperkingen van PLA-films?
Hoe beïnvloedt de rek bij breuk de PLA-prestaties?
Rek bij breuk is een van de mechanische eigenschappen die het vermogen van een plastic om te rekken vóór het breken kenmerken. Voor PLA-films variëren factoren die de rek bij breuk beïnvloeden van 4 tot ongeveer 6%, afhankelijk van de formulering en verwerkingsomstandigheden. Een hogere rek bij breuk wordt normaal gesproken geassocieerd met een betere flexibiliteit en slagvastheid, waardoor de toepassingsprestaties bij verpakkingsbewerkingen worden verbeterd. Aan de andere kant resulteert het te veel verhogen van deze parameter in een afname van de treksterkte, en daarom moet er voldoende zorg worden besteed aan het optimaliseren van de eigenschappen die worden weergegeven voor een bepaald eindgebruik.
Wat zijn de compositionele grenzen van PLA-films?
Zoals de naam al aangeeft, worden PLA-films voornamelijk gemaakt van polymelkzuur, dat kan worden verkregen uit milieuvriendelijke middelen zoals maïszetmeel of suikerriet. De samenstelling kan worden gewijzigd door verschillende additieve materialen te gebruiken, zoals weekmakers, stabilisatoren en vulstoffen, die dienen om bepaalde kenmerken of eigenschappen van de polymere films te verbeteren. Het gebruik van zeer 'sterk' plastic kan bijvoorbeeld de flexibiliteit verbeteren, maar te veel gebruik kan leiden tot problemen zoals broosheid of slechte hittebestendigheid in het geval van polymeren. Ergens anders verbetert het toevoegen van dergelijke additieven als weekmakers de flexibiliteit, maar overmatig gebruik schaadt de thermische eigenschappen en de composteerbaarheid van PLA-films.
Kunnen PLA-folies in bepaalde omgevingen achteruitgaan?
Beschikbaar, PLA-films hebben ook nadelen. Alle polymeren zijn gevoelig voor degradatie onder de juiste omstandigheden. Naarmate het vochtgehalte stijgt en de temperatuur stijgt, ondergaat PLA hydrolytische splitsing. Dit geldt met name in een composteringssituatie waarbij vocht en temperaturen van 58 graden Celsius (136 oF) en hoger vaak voorkomen. Bij dergelijke omstandigheden is aangetoond dat binnen enkele weken de intrinsieke treksterkte van PLA-films aanzienlijk afneemt en volledige degradatie binnen 90 tot 180 dagen wordt bereikt. Dit betekent dat het, net als bij de meeste kunststoffen, ook nodig is om voorzichtig te zijn bij het realiseren van PLA-structuren, zodat alkalische omgevingen hun structurele toepassingen niet in gevaar brengen. Ook moeten PLA-materialen uit de buurt worden gehouden van sterke UV-straling, omdat dit PLA-polymeren kan fotodegraderen, wat de waarde en het gebruik van de strategieën zal verminderen.
