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浅谈聚乳酸(PLA)热成型领域应用

近日,国内多地发文加码禁塑措施,并提出明确的时间表,可降解塑料越来越受人们的关注。解决好不可降解塑料替代品的问题,是限塑、禁塑见效的关键。树立可持续发展,推动人与自然和谐发展,推进绿色环保材料的开发和应用。


聚乳酸 PLA


聚乳酸作为一种新型的"绿色塑料",以可再生的植物资源为原料,提取淀粉,经微生物发酵制得乳酸,再经过聚合得到聚乳酸树脂(简称"PLA")。


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PLA具有优异的机械加工和生物降解性能,可胜任大部分合成塑料的用途,废弃后能完全降解,分解成CO₂ 和H₂O,对环境不产生污染,可替代部分石油基产品,并与现有固废处理系统相适应。

PLA迎合了21世纪发展循环经济、实现可持续发展的要求,被产业界认定为新世纪最有发展前景的新型“生态材料”。PLA产品有利于解决聚烯烃包装材料造成的“白色”污染和减少对石油资源的依赖。



PLA固废处理:


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可焚烧——清洁燃烧;

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可填埋——无渗滤液或有毒物质;

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可堆肥——完全降解;

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可回收——加工成单体或其它产品。


聚乳酸 (PLA) 是一种优良的生物相容性和生物可降解性的合成高分子材料。同时,聚乳酸食品接触安全,兼具良好的机械性能和透明光泽性

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目前海正PLA产品主要以纯聚乳酸树脂和改性聚乳酸树脂为主,可广泛地应用在食品包装领域,包括冷饮杯、水果包装盒、沙拉盘、水果碟、鸡蛋托、杯盖、餐盒等吸塑产品。

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聚乳酸(PLA)是FDA批准可用于食品接触材料的聚合物。

PLA
SWOT分析

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PLA 挤出、热成型

塑料的片材挤出加工,

主要有熔融→挤出→冷却→收卷等步骤。

片材挤出加工跟材料的特性密切相关。材料的熔点、熔指、力学等性能影响着产品的加工成型和制品性能。


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聚乳酸和常用高分子材料力学性能比较

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数据参考自:化学工业出版社

《生物分解塑料与生物基塑料(第二版)》


在机械性能上,聚乳酸的拉伸强度和模量与PET相当,高于PS和PP,在使用中,可替代部分PET和PP的应用。

值得注意的是,聚乳酸的优缺点在使用时是相对的。如用于包装材料领域,由于透氧透气性高,不建议用于存放较久的液态物品,但如用于鲜果包装上,可以较好地保持食品的新鲜度。

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PLA
挤出成型


螺杆挤出成型机可以用于生产PLA片材、薄膜、纤维、管子和发泡片材等。以挤出片材为例,海正纯PLA树脂REVODE110\190、改性CPLA树脂REVODE721,适合在传统的PET挤出机器挤出成型。推荐生产片材厚度在0.2-1.5mm,推荐螺杆长径比率为28:1-44:1。


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在加入聚乳酸树脂前,需保证干燥系统和输送系统清洁。因聚乳酸树脂与普通塑料的相容性差且加工温度又比PET的低很多。在PET设备上进行挤出加工时应先将加工温度升到PET的加工温度,使用低熔指、非热交联型的聚丙烯清洗挤出机,将温度保持在稳定状态下。一段时间后再将温度调到PLA的加工温度区间。


PLA容易吸潮水解,其平衡水含量高于PET树脂,水解速率也比PET快。对于片材、薄膜加工,PLA树脂的水含量要控制在0.05%以下。海正REVODE聚乳酸树脂在出厂时候已经进行过干燥处理,水份含量小于500ppm,并用充有氮气的铝箔袋密封包装。在挤出加工时,可对聚乳酸树脂重新干燥,使水份小于200ppm,更有利于提高树脂的加工性能和成品品质。



带冷却的普通喂料喉,长径比在28:1-44:1的单螺杆挤出机适用于PLA片材挤出,建议在模头前加熔体泵或静态混合器以保证物料的稳定输送。典型的PLA挤片加工参数如下(温度℃):图片(温度设定仅供参考,在生产中可以进行优化调整)

辊筒温度
辊145℃
辊235℃
辊325℃

(温度可根据生产能力,熔温和辊筒直径优化调整)


PLA有较高的弹性模量,收卷设备须配很好的张力控制系统。

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PLA也可以挤出薄膜加工,PLA膜的透明性和光泽度可以与PET相比,优于PE;硬度高,拉伸强度和模量高,与PET相当;PLA吸水性强,与PE相比具有较好的印刷性,可热封。PLA也被广泛用于挤出淋膜,用于淋膜纸的加工生产。PLA淋膜纸杯兼具良好的食品接触安全、耐热性能和生物全降解性能,越来越受消费市场的青睐。
PLA
热成型


PLA的热成型是利用PLA片材作为原料来生产制品的成型加工方法。片材通过受热软化延伸,然后凭借施加的压力,使软化的片材紧贴模具的型面,成型为设定的型样,经冷却修饰后得到制品。PLA热成型的方式有很多,例如落模成型、真空成型、加压成型等。


现有的PET热成型方法和设备一般适用于PLA的加工,由于两者具有相似的收缩性能,可使用相同的成型模具、修整冲床等设备。而PLA的软化温度较PET要略低些,要适当调节加热设定温度。


PLA挤出适用于生产冷饮杯、水果碟\盒、沙拉盘等透明吸塑产品,其产品具有较好的透明度和光泽性,也可以用于生产吸塑杯盖、吸塑餐盒等耐热制品。



PLA是结晶性聚合物,在PLA的加工成型时,其性能很大程度上取决于PLA结晶情况。由于结晶使大分子链排列规整,分子间作用力增强,因而随结晶度增大,PLA制品的刚度、拉伸强度及耐热等性能提高。结晶性高分子,高于可见光波长范围的大型结构是不透明的,而低于可见光波长的,结晶和不结晶的高分子一样都是透明的。晶粒大小影响制品的力学性能,一般晶粒大而不均匀使制品变脆,透明性也随着下降。


生产吸塑耐温制品,可选用具有较快结晶能力的海正REVODE721树脂;在产品吸塑成型过程中,需对制品在线热处理,因此对热成型设备有一定的要求。热成型模具温度需加热至90℃-100℃,推荐使用高温导热油或红外灯管加热。得到的PLA制品可耐温90℃以上,外观呈现不透明或半透状态。

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PLA



PLA制品在堆肥条件下,

能实现生物全降解。


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End


在环保政策的驱动下,PLA、PBAT、PHA、PCL、PBS等生物降解塑料,在一次性餐具、包装、农业、汽车、医疗、纺织等领域的应用正迎来市场发展新机遇。生物降解塑料的改性材料,以及相关助剂,如扩链接,抗水解剂,增韧剂,成核剂,抗菌剂也会有新一轮的创新。


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此外,对现有通用塑料如LDPE薄膜、PP注塑制品的替代,由于生物降解材料本身的特性,对片材,注塑,薄膜,吹塑,热成型设备有不同的要求,也会有更新换代的机会。为此艾邦建有生物降解塑料微信交流群,金发、海正生物、吉林中粮、蓝山屯河、中石化、九江科院、光华伟业,禾尔斯、科碧恩等企业已加入,欢迎加入一起交流探讨!

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