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聚乳酸PLA薄膜在生产切袋过程中应注意热稳定性

聚乳酸PLA薄膜

聚乳酸PLA生产薄膜后,在生产切袋过程中,应注意热稳定性。熔融态加工时PLA的一个缺点是其容易发生热分解,这与其加工温度及其在挤出机或热流道中的停留时间有关。一般来说,PLA的热分解主要有下述几种(a)少量水引起的水解;(b)拉链状解聚;(c)氧化,无规主链断裂;(d)分子间酯化成单体和酯类齐聚物;(e)分子内酯化,形成单体和低相对分子质量丙交酯齐聚物。 Soninke等人认为,温度高于200℃时,PLA会发生分子间、分子内的酯交换、顺式消除、自由基和一致性非自由基反应,最终形成C0、CO2、乙醒和甲基乙烯酮。相反, Me Neill和 leiper则认为PA的热分解是非自由基、“咬链酯间交换反应,包括一OH链端。反应发生在主链上的位置不同,分解产物可能会是丙交酯分子、齐聚物环或者是乙醛与CO。在温度高于270℃时,PLA主链发生皲裂。预计乙醛的形成随着加工温度的升高而增加,这是分解反应加快所致。MoNell和 Leiper研究了230-40℃温度范围内的情况,结果表明,230℃时,形成的乙醛最多,440℃时明显减少。分析认为,这是由乙醛的热分解所致,包括高温时种复杂的链反应形成的甲烷和CO。他们还认为测得的另一种副产物—丁烷2,3.二酮的产生可能是主链反应中的乙酰基自由基的自由基组合所致。尽管乙醛被认为是无毒的,在很多食品中天然存在,但是在熔融加工PLA过程中产生的乙醛量需要控制在最低程度,尤其是加工成食品包装材料如容器、瓶和薄膜等时。乙醛迁移到所包装的食品中会使食品无味,影响味觉以及消费者对产品的认可。从生产的角度看,解聚产生的丙交酯是不希望有的。除了降低PLA的熔体黏度和弹性外,所形成的可挥发性丙交酯还会使加工设备如冷却辊、模具和挤出机等表面烟化和/或结垢。后者表现在设备表面逐渐堆积起一层丙交酯,即常说的沉积。为了解决这一问题,常常将设备升温,减少丙交酯凝聚。Taubner和 Shishoo的研究表明,树脂的含水量及挤出过程中的温度和停留时间是挤出过程中PLA相对分子质量下降的重要原因。210℃时在双螺杆挤出机中加工初始数均相对分子质量M,=4000ml,干燥过的PLA、在螺杆转速分别为120r/min和20r/min时,其相对分子质量分别下降为33600g/mol和30200g/mol。相比之下,用湿树脂(相当于20℃、65%RH时,湿含量为0.3%质量分数)挤出的制品相对分子质量分别为18400g/mol和1200g/mol。这一结果充分说明了PLA挤出过程中将停留时间最短化以及控制加工温度的重要性。从树脂配方的角度看树脂中残存的聚合催化剂还会促进反向解聚和水解反应这有可能部分揭示了文献中报道的熔融加工PLA时相对分子质量大幅度下降的原因所在。例如,WikeGogolewski等人和 Perego等人的研究表明,PLA注塑件的相对分子质量分别损失5%~52%(质量分数)、50%~88%(质量分数)和14%~40%(质量分数)。为了使其在熔融加工过程中稳定,有一点非常重要,即将树脂中残存的催化剂去活或者是清除,使其相对分子质量下降最小,因为相对分子质量会影响PLA产品的性能。由于所用的工艺和技术不同,不同的供就商提供的PLA熔体稳定性会不同。用适当干燥的优质PLA树脂和最佳工艺生产的PLA注塑件的相对分子质量损失应小于或等于10%(质量分数)
热稳定性,是一种加工的物理性质,聚乳酸PLA的加工热稳定性跟普通 的塑料薄膜比起来,还是没有普通的塑料薄膜好。

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