聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料,使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由糖化得到葡萄糖,再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸,再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物可降解性,使用后能被自然界中微生物完全降解,终生成二氧化碳和水,不污染环境,这对保护环境非常有利,是公认的环境友好材料。普通塑料的处理方法依然是焚烧火化,造成大量温室气体排入空气中,而聚乳酸塑料则是掩埋在土壤里降解,产生的二氧化碳直接进入土壤有机质或被植物吸收,不会排入空气中,不会造成温室效应。
聚乳酸(PLA)薄膜具有良好的透气性、透氧性及透二氧二碳性,它也具有隔离气味的特性。病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面,故有安全及卫生的疑虑,然而,聚乳酸是具有优良及抗霉特性的生物可降解塑料。当焚化聚乳酸(PLA)时,其燃烧热值与焚化纸类相同,是焚化传统塑料(如聚乙烯)的一半,而且焚化聚乳酸不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体。人体也含有以单体形态存在的乳酸,这就表示了这种分解性产品具有的安全性。
用间歇式搅拌反应器和双螺杆挤出机组合,进行连续的熔融聚合实验,可获得由乳酸通过连续熔融缩聚制得的分子量达150000的聚乳酸。利用双螺杆挤出机将低摩尔质量的乳酸预聚物在挤出机上进一步缩聚,制备出较高摩尔质量的聚乳酸。在反应温度为150℃、催化剂用量为0.5%、螺杆转速为75 r/min时可通过双螺杆反应挤出缩聚法快速有效地提高聚乳酸的摩尔质量,而且反应挤出产物分散系数减小,均匀性变好。通过DSC曲线的比较发现,通过反应挤出缩聚法制得的聚乳酸的结晶度有所降低,这对改善聚乳酸材料在使用过程中表现出较大的脆性是有益的。
挤出级树脂是PLA的主要的市场应用,主要用于大型超市里新鲜蔬果包装,该类包装已成为欧洲市场链中的重要一员;其次用于一些宣扬安全、节能、环保的电子产品包装上。在这些用途中PLA高透明度、高光泽度、高钢性等优点体现得,已经是PLA应用的主导方向。另外,挤出级树脂在园艺上的应用也开始获得重视,在斜坡绿化、沙尘暴治理等领域已有所应用。
PLA的挤出加工却并非易事,仅适合在一些的PET挤出成型机上进行加工,且挤出片材的厚度一般只在0.2-1.0mm范围。加工过程对水 份含量及加工温度尤其敏感,挤出加工时,一般要求其水份含量要小于50PPM,这对设备的干燥系统和温控系统又提出了新的要求。加工过程中,如果没有适宜的结晶设备,边料的回收也是一大难题,这也正是市场上有大量PLA边角料在流通的原因。
改性后的聚乳酸制品牺牲了透明性,但是却改进了聚乳酸在耐热性、柔韧性、抗冲性等方面的缺陷,提高了其加工难易程度,因此应用范围也得到了拓展。在海正的注塑级树脂销售中大约有70%为改性聚乳酸。而整体上,相对高昂的成本是阻碍PLA在注塑市场上广泛应用的大原因。虽然纯树脂通过填充改性可以降低一些成本,但是在其性能的前提下,这一措施的作用也有限,如果需要在全生物降解这一前提之下改善PLA性能上的缺陷,比如耐热性能,成本则更高。