改性PLA在包装行业的应用

来源:未知 时间:2020-02-08 点击数:

此前全球知名咨询公司IHS Markit分析指出,由西欧国家发起的“限制或停止使用塑料袋以及其他一次性塑料制品”等行动,将进一步推动生物可降解塑料的市场需求。2018年全球生物可降解塑料的市场额超过11亿美元,需求量为36万吨,年平均增长率9%,有望在2023年达到17亿美元,需求量到55万吨,其中PLA将扮演重要角色,食品包装等领域发展最快。2018年,PLA薄膜在生物聚合物薄膜市场份额中占到25%以上。

食品包装,一次性餐具(包括杯子、盘子和刀叉等)以及塑料袋是生物可降解塑料最大的用户市场,加上目前很火爆的电商快递,这是中国“白色污染”的主要来源,小编在之前的文章中曾提出:可降解塑料或许承担不起解决“白色污染”的重任,但它是目前一个很好的选择。

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PLA在市场上的应用主要集中在包装、医用和纺织(纤维)三大领域,其中在包装行业的应用尤为突出。一起看看改性PLA在包装行业的应用。

PLA在包装行业的应用简介

包装的目的在于保护产品、方便储运、促进销售,具体相关性能和基本要求如下。

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与传统的PE和PP材料相比,PLA的熔点(约180℃)较高,加工性较好。PLA的硬度、力学性能与传统的树脂(如PS)相近,有较好的透明度和极好的光泽度等,比较适合用作包装材料。但缺点也比较突出,与常用的高阻隔尼龙、聚偏二氯乙烯(PVDC)等相比,PLA的氧气和水蒸气阻隔性不足,对含油脂食品的保护性不够。加上PLA韧性较差,Tg较低,抗冲击性差,注定PLA暂时不适合用于耐久性较高的包装领域。此外,PLA的降解周期不好控制,在使用中容易出现不同程度的降解或水解,其性能会下降,材料成本是传统的PE、PP的2.5倍以上,这些都不容忽视。

PLA的主要性能参数

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PLA在包装行业的应用主要对标改性PP、PE和PET,此外缓冲材料对标EPS、EPE和EPU。鉴于PLA的优势,作为包装材料可制成薄膜、发泡材料和容器,如软包装袋、塑料瓶、缓冲材料、一次性餐具等,从形态来看主要是薄膜,其次是容器和片材。PLA的降解性、阻隔性、力学性能、光学性能、抗菌性、导电性和压电性,大多与结晶度有关,如果提高PLA的结晶度,其阻隔性、力学性能一般会提高,但加工性、降解性和透明度通常会下降。所以改性PLA作为包装材料使用时,关键在于控制其结晶行为,使各方面性能达到最优。

(1)PLA薄膜

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PLA流延膜(左)和双向拉伸膜(右)

PLA薄膜主要有高透明薄膜、热缩膜、粒料共混吹塑膜袋及PLA基复合材料薄膜。PLA薄膜可代替传统薄膜材料作为新型包装材料,如沃尔玛超市要求采用全降解PLA薄膜袋来替代传统的不可降解PE袋,日本电子产品也开始采用PLA纳米复合薄膜包装。

(2)PLA容器

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PLA瓶子(一次性)和水杯

由于PLA的降解性,被用于生产水和果汁瓶,但该市场有限,注射-拉伸-吹塑是 PLA 瓶子典型的生产方式,多应用在短期货架的食品包装上。PLA瓶的透明度和阻氧性都比PE瓶要好,由于PLA的蠕变行为不足和对CO2的低阻隔性,PLA瓶子的应用只限于非碳酸饮料。NatureWorks利用PLA瓶包装有机果汁饮料,可保证60天的货架期。丹麦Faerch塑胶公司使用PLA包装低温的面食、肉、沙拉等新鲜食品,可以达到很长的保质期。欧洲市场推出了PLA材质的酸奶杯和饮品包装瓶,可达到欧盟相关食品容器的标准。有公司已经开出的高透明性耐热级PLA水瓶,可以满足既透明又耐热(耐热温度≥100℃)的应用条件。国内市场将PLA涂覆在纸上制成淋膜纸杯,用于各种防水防油的食品包装。

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NatureWorks公司PLA在食品饮料包装领域的应用(官网)

(3)PLA发泡材料

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PLA发泡餐具

PLA发泡材料兼具生物降解性,可用于生产一次性餐饮用具(如快餐盒、方便面碗等)和缓冲包装的衬垫,不会产生白色污染,尤其是PLA耐热餐具将变得更加实用。“Graft”系列一次性餐具采用PLA发泡材质设计为逼真的果蔬外形,兼具环保与美观性。值得注意的是,发泡是PLA低成本使用的一种有效方法。纯PLA熔体强度较低,熔体黏度对剪切不明显,不适合挤出涂覆、发泡等加工手段,但其熔体强度可以通过改变分子链拓扑结构,比如长链支化来改善。


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