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PLA吸管真的很环保,放在货架上就降解了?耐久改性十分重要!

小蜜 TK生物基材料 2022-05-01


聚乳酸PLA宝典报道,聚乳酸PLA是目前产业化成熟、产量大、应用广泛、主流生物基和生物降解塑料之一。聚乳酸具有高力学强度及透明性,但是耐热性、韧性及耐久性较差,限制了聚乳酸的应用。



为此,针对上述问题,从产品应用角度出发,需要从水解方面改进聚乳酸的耐老化性能。


01
聚乳酸自发水解的原因

聚乳酸(PLA)作为完全可降解的高分子材料被称为“绿色塑料”,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,最终生成二氧化碳和水,不污染环境。

具有良好降解性能的同时,聚乳酸也拥有良好的机械性能及物理性能,适用于吹塑、注塑等各种加工方法。能够制成纤维、膜、块、板等用于加工。

从工业到民用的各种塑料制品,其中食品包装、快餐饭盒、无纺布、农用织物、保健织物、抹布、卫生用品、室外防紫外线织物、帐篷布、地面垫等,聚乳酸的市场前景被十分看好。

聚乳酸作为降解塑料,在日常使用中的降解速率成为人们关心的问题,特别是在高温高湿条件下降解率快的问题,影响着聚乳酸塑料在很多方面的应用。因此,如何降低聚乳酸塑料的降解速率,实现可控降解,是聚乳酸产品应用中的关键。

郭宝华教授谈全生物降解


聚乳酸树脂在空气中的降解主要是吸湿后的水解,吸湿速度快,平衡吸湿量高,为聚乳酸树脂水解创造了条件。工业生产的非医用聚乳酸本身含有未反应的单体和齐聚物,这些单体和齐聚物比聚乳酸更易吸水,单体吸水后容易水解产生乙酰乳酸,乙酰乳酸和齐聚物的端羧基,使聚乳酸内部pH值降低。

水解产物的端羧基量逐渐增加,加速水解降解速度,是进一步加快水解的催化剂,会产生自催化现象。现有技术中解决聚乳酸树脂降解速度快目前主要采用结晶和封端的方法。


02
聚乳酸结晶技术


提高PLA树脂的耐久性

1、从原料合成方面,通过制备高纯度的丙交酯保证原料树脂的稳定性;

2、采用封端剂,保证PLA树脂端基的稳定性;

3、使用抗水解剂;

4、干燥充分,水分含量<250ppm




结晶使得聚乳酸分子排列整齐,提高聚乳酸的抗水解性,但不能彻底改变聚乳酸的抗水解问题。在聚乳酸材料内部,结晶部分水解速率慢,而非晶部分水解速率快,所以结晶度越高,聚乳酸抗水解性能越强。


但聚L乳酸和聚D乳酸均聚物属于半结晶聚合物。事实上也很难得到聚乳酸的均聚物,例如常说的聚L乳酸,实际上是有一定量D构型的无规共聚物,D构型含量越高,结晶速率越慢,当D构型超过20%时,聚L乳酸处于无定形态,不能结晶。

对聚乳酸树脂而言,结晶度过高,在制品加工时,产生螺杆喂料困难的问题,对聚乳酸制品而言,为实现制品的一些性能,往往要求结晶度低的材料。


03 
聚乳酸封端方法

现有技术的聚乳酸树脂的封端方法,如中国专利申请(CN101074501A)高温高湿下耐水解性能良好的聚乳酸纤维产品及生产方法,该方法通过加入碳化二亚胺或聚碳化二亚胺改进抗水解性,效果虽然不错,但也有一些重要的缺点。

缺点主要是聚乳酸树脂在注塑加工时,产生剌激性气味,该气味部分由于在加工温度下,挥发性的异氰酸酯的形成引起的。此外通过通常采用加入环氧物的方法,改进了水解稳定性,这种方法虽然可以提高熔体粘度,但是它对于注塑级聚乳酸树脂不太适用。



聚合型碳化二亚胺类抗水解剂是一种高效的、耐久型抗水解剂,可以有效捕捉PLA分子末端羧基,阻止PLA分子快速分解。抗水解剂价格极高。


单体型抗水解剂

聚合型抗水解剂


在增强PLA制品耐久性能过程中需要进一步探讨的问题:

1、加入抗水解剂后,PLA分解速率降低,影响材料的堆肥降解性能。(实现可控降解)
2、继续优化抗水解剂与扩链剂的用量
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