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聚乳酸PLA薄膜在生產切袋過(guò)程中應(yīng)注意熱穩定性

聚乳(rǔ)酸PLA薄膜(mó)

聚乳酸PLA生產薄膜後,在生產切袋過(guò)程中(zhōng),應注意熱穩定性。熔融態加工時(shí)PLA的一個缺點是(shì)其容易發生熱分解,這與其加工溫度及其(qí)在擠出機或熱流(liú)道中的停留時間有關。一般來說(shuō),PLA的熱分解主要有下述幾種(a)少量水(shuǐ)引(yǐn)起的水解;(b)拉鏈狀解聚;(c)氧化(huà),無規主鏈斷裂;(d)分子間酯化成單體和酯類齊聚物;(e)分子內酯化,形成單體(tǐ)和低相對分(fèn)子質量丙交酯齊聚物。 Soninke等人認為(wéi),溫度高於200℃時(shí),PLA會發(fā)生分子間、分(fèn)子(zǐ)內的酯交換、順式消除、自由基(jī)和一致性非自由基反應,最終(zhōng)形成C0、CO2、乙醒和甲(jiǎ)基乙烯酮。相反(fǎn), Me Neill和 leiper則認(rèn)為PA的(de)熱分解是非自由基、“咬鏈酯間交換反應,包括一(yī)OH鏈端。反應發生在主鏈上的位置不同,分解產(chǎn)物可能會是丙交酯分子、齊聚物環或者是乙醛與CO。在溫度高(gāo)於(yú)270℃時,PLA主鏈發生皸裂。預計乙醛的形成(chéng)隨著加工溫度的升高而增加,這是分解反應加快所致。MoNell和 Leiper研究了(le)230-40℃溫度範圍內的情況,結果表明,230℃時,形成的乙醛最多,440℃時(shí)明顯減少。分析認為,這是由乙醛的熱分(fèn)解所致(zhì),包括高溫時種複雜的鏈反應形成的甲烷和(hé)CO。他(tā)們還認為測得的(de)另一種副產物—丁烷2,3.二酮的產(chǎn)生可能是主鏈(liàn)反應中的乙酰基(jī)自由(yóu)基的自由基組(zǔ)合所致。盡管乙醛被認為是無毒的,在很多食品中天然存在,但是在熔融加工PLA過程中產生的乙醛量需要控製在最低程度,尤其是加工成食品包裝材料如容器、瓶和薄膜等時。乙醛遷移到所包裝的食(shí)品中會使食(shí)品無味,影(yǐng)響(xiǎng)味(wèi)覺以及消費者對產(chǎn)品的認可。從生產的角度看,解聚產生的丙交(jiāo)酯是不希望有的。除了降低PLA的熔體黏度和彈性外,所形成的可(kě)揮發(fā)性丙交(jiāo)酯還會使加工設備如冷卻輥、模具和擠出機(jī)等表麵煙化和/或結垢。後者表現在設備表麵逐漸堆積起一層(céng)丙交酯,即(jí)常說(shuō)的沉積。為了解決這一問題,常常將設備升溫,減少丙交酯凝聚。Taubner和 Shishoo的研究(jiū)表明(míng),樹脂(zhī)的含水量(liàng)及擠出過程中的溫(wēn)度和(hé)停留時間是擠出過程中PLA相對分子質量下降的重要原因。210℃時在雙螺杆擠出機中加工初(chū)始數均相對分子質量M,=4000ml,幹(gàn)燥過的PLA、在螺(luó)杆轉速(sù)分別(bié)為120r/min和20r/min時,其相對分子質量(liàng)分別下(xià)降為33600g/mol和30200g/mol。相比之下,用濕樹脂(相當於20℃、65%RH時,濕含量為0.3%質量分數)擠(jǐ)出的製品相對分子質量(liàng)分別為18400g/mol和1200g/mol。這一結果充分說明了PLA擠出過程中(zhōng)將停留時間最短化以及控製加工溫度(dù)的重要性。從樹脂配方的角度(dù)看樹脂中殘存的聚合催化劑還會促進反向解(jiě)聚和水(shuǐ)解反應這有可能部分揭示了文獻中報道的熔融加工PLA時相對分子質量大幅度下降的原因(yīn)所在。例如,WikeGogolewski等人和 Perego等人的研究表明,PLA注塑件的相對分子質量分(fèn)別損失5%~52%(質量分數)、50%~88%(質量分(fèn)數)和14%~40%(質量分數)。為了使其在(zài)熔融加工過程中(zhōng)穩定,有一點非常重要,即將樹脂中(zhōng)殘存的催化劑去活或者是清除,使其相對分子質量下降最小(xiǎo),因為相對分(fèn)子質量會影響PLA產(chǎn)品的(de)性能。由於所(suǒ)用的(de)工(gōng)藝和技術不同,不同的供就商提供的PLA熔體穩定性會不同。用適當幹燥(zào)的優質PLA樹脂和最佳工藝生產的PLA注塑件的相對分子質量損失應小於或等於10%(質量(liàng)分(fèn)數)
熱穩定(dìng)性,是一種(zhǒng)加工的物理性質(zhì),聚乳酸PLA的加工熱(rè)穩定性跟普通 的塑料薄膜比起來,還是沒有普通的塑料薄膜好。

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