聚交酯(PLA)是由可再生植物制得的唯一工业上可用的聚合物。薄膜、片材和瓶子加工商评价聚交酯时认为其不仅是“绿色的”,同样吸引人的是其独特的性能,包括突出的清晰度和光泽、扭转和死褶保持性,以及味道和气味阻隔性。
聚乳酸最早在半世纪之前合成,如今终于凭借其高清晰度的包装作用而成为PET、高冲击强度PS、PVC和纤维素塑料的替换物。聚交酯可应用于糖果包装、光学改进薄膜和收缩标签中,也出现在成型-灌装-封口共挤的密封层,这种新颖的树脂在热成型杯和容器中起着越来越重要的作用,并可能被用在单人份的饮料瓶中。
2002年初,Carill Dow LLC在美国内布拉斯加州的布莱尔开始运转全世界首家完整的聚交酯厂,年产能力为3亿磅。在过去两年中,Cargill Dow在同样位于布莱尔的一家年产1400 万磅中试工厂培育下了聚交酯的市场。聚交酯仅有的另两家供应商是位于日本东京的Mitsui chemical和Shimadzu chemical,两家均供应少量的试点用量,供应能力均低于100万磅/年,且仅集中于日本市场。通过与Mitsui签订技术共享和市场分配协议,Carill Dow将供应Mitsui树脂产品,以Mitsui的Lacea 牌号在日本销售。
到目前为止,聚交酯获得人们的注意主要是由于其不同凡响的性能:它由已加工的谷物,即一种可再生的植物原料合成而得,使用后如做成堆肥,它会生物降解。制造聚交酯所需矿物燃料比用烃来合成聚合物少30-50%,从而减少了二氧化碳的释放。这些“绿色”优点给用户带来市场优势,如在德国,可使用户避免缴纳包装“绿色税”;在日本则能满足严苛的废物处理规定。
聚交酯是一种脂肪族聚酯,特有高清晰度、高光泽、高硬挺度以及大多数设备中易加工的性能。然而,聚交酯也面临着障碍,比如其比PP和PS高的密度(1.25克/毫升);它还具有高极性,使其难以在没有粘接层的情况下在多层结构中与非极性PE和PP粘合;除此之外其耐热性比PET差,并且阻隔潮气和气体的性能有限。而最大的障碍是聚交酯的价格,目前平均为1.30美元/磅,不过新的规模经济及工艺改进使Cargill Dow预言,在一年在右其价格将控制到1美元/磅以下。二三年内,聚交酯制品的价格将与PET形成竞争。
与此同时,聚交酯优异的密封性能、类似纸张的扭转和死褶保持性,以及良好的味道和气味屏障性能使一些用户对其产生了浓厚兴趣。Cargill Dow的策略是追寻其高性能和环保优势共存的高价值应用领域。
聚交酯在薄膜中的表现
Cargill Dow 的流水作业工厂开始制造按规范的树酯,在此管线内可预期有稳定的树脂流动。同时其分子量、熔体流量和结晶度等性能参数均可以调节。Cargill Dow的Nature works 聚交酯品级现在包括薄膜、片材、注塑体及拉坯吹塑系属。
一般说来,聚交酯最适宜取代密度和价格二方面的高档透明材料,如:PET(0.9克/毫升,50美分/磅),软PVC(1.3克/毫升,50美分/磅)和纤维素塑料薄膜类。
据称,聚交酯的清晰度(低雾度)和光泽与PET、PVC、取向PS及赛珞玢相同。薄膜级聚交酯具有2.1%雾度,它与其它顶级竞争产品一样可用于高清晰度包装。
聚交酯的硬挺度很高,其薄膜的拉伸模量为480,000psi,片材挤塑级为500,000psi。相对于赛珞玢薄膜而言,PLA薄膜可减少约25%的厚度,而对高耐冲性PE片材则可减少15-20%;其牢度比PET高20%。PLA薄膜在糖果搓捻式包装、多层FFS结构(如谷物食品、焙烤食品),以及收缩薄膜中应用较为普遍。
Cargill Dow 的薄膜树脂包括Nature Works 402ID 和404ID,它们与取向PP和PET具有类似性能,但对目前使用取向PP和PET的设备最为合适。Noture Works 4060最适合用作多层结构 聚交酯牛奶瓶有 可能取代PET包 装,具有5-10 天货架期。 Nature Works4050为控制收缩级,系针对压敏瓶标签、套膜和其它收缩薄膜应用,在此双轴取向PLA呈现出薄膜减厚潜力和改进的印刷性能,与取向PS、PET和PVC相比有优良的光学性能。
对双轴取向PLA薄膜的另一大优点是它的扭曲和死褶保持性,相当于赛珞玢,比其它热塑性塑料好20%。这使其在糖果包装中大获成功。此外它还具有优异的气味、芳香和溶剂分子阻隔性能以及油脂渗透性能。
聚交酯是一种极性材料,其固有表面能为38dynes/cm2,无论是否用电晕处理或火焰处理,都能与多种印刷油墨相容。
聚交酯是一种高效密封剂,其玻璃化温度(Tg)为55-65℃,这表明密封产生于80℃左右,这与18%EVA密封剂相当。聚交酯在高速生产线的密封性能也很好,并呈现出高热粘性强度。低温可热合性与气味芳香隔离性使PLA在阻隔层食品包装袋中表现良好。
透明刚性包装
Cargill Dow的聚交酯在热成型或吹塑模刚性容器中也得到很好的应用。公司为透明杯子提供了更为无定形的品级(Nature Works 2000D)片材,一种更为结晶性的产品(2100D)被用于餐饮器具和其它不透明用途。
在对环境极为敏感的国家如奥地利和瑞典,快餐食品零售商已起用聚交酯制品来作为色拉容器、饮料杯和酸奶管。意大利的食品零售商Iper已采用 聚交酯制品作为新鲜色拉、水果和面食的容器,以此替代货架期较短的耐冲性PS。此外,聚交酯也是透气的,它改善了新鲜度并减少了结雾;其优良的外观以及与高耐冲性PS相比的减厚潜能,以及它在现有挤出线和工具上运作的能力。
聚交酯的极限因素之一是其对水蒸汽、氧气和二氧化碳相对较弱的阻隔性能。但PLA的水蒸汽渗透速率要比PET、PP或PVC高得多,目前PLA在吹塑中所起的作用仅局限于货架期较短的产品、粘性液体(如食用油)、干货以及冷藏物品。
展望未来,Cargill Dow将努力改进PLA性能上的不足,开发聚交酯瓶、盖和标签的产品体系,并提供最佳的性能。为增强PLA的潮气和气体阻隔性能,公司正在研究如纳米复合物、铝金属化,以及玻璃或其它阻隔涂料之类的技术。
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