3D打印在食品包装中的应用剖析.docVIP

改性聚乳酸在食品包装中的应用 摘要：本文介绍了3D打印的基本概念、工作原理及其与传统打印作比较的优势和简便之处。同时也简单的介绍了聚乳酸（PLA）））））CO2和H2O不造成环境污染,是一种环境友好型材料。但是PLA成本较高、熔体强度低、质地较脆，难以满足实际应用，需要对其进行复合改性，以提高其使用性能和加工性能[8]。 在过去几十年作为替代包装材料获得了极大的关注，其属于真正的可生物降解材料，PLA膜具有比 LDPE更好的紫外光阻隔性能，稍微弱于玻璃、PS和PET材料；相比PS和PET ，PLA具有较好的力学性能；PLA 比PET和PS具有更低的熔点和玻璃化转变温度，且随时间而变化；湿度在10-95%，储存温度在5-40℃，PLA玻璃化转变温度没有什么影响，主要是由于其低的吸水值；PLA比PS和PET具有更好的二氧化碳、氧气和水阻隔性，相对PET,阻隔醋酸乙酯和D-柠檬酸更优异，因此PLA可以更安全的用于食品包装材料[11-19]。 4、聚乳酸的改性 PLA为线性聚合物，亲水性差，其韧性和耐热性差，PLA 在室温条件下属于硬而脆的材料, 断裂伸长率极低, 在一定程度上限制了其应用，鉴于PLA 自身固有的缺点,将其作为通用塑料的改性主要从以下几个方面进行: ( 1)PLA 的增韧增塑改性；(2) PLA 的耐热改性；(3)PLA 耐久性的改性；(4)PLA 降解性能的改性[9-11]。 但是欲制备像PE, PVC 一样柔软的薄膜应用于食品包装, 要着重与对PLA 进行增韧增塑改性 [21-23] ，以满足不同食品包装的使用要求。 近年来各国科研工作者通过物理、化学共混, 共聚及复合等方法,克服了聚乳酸的低温脆性、柔韧性差、耐热性差和降解时间不可控等缺点,使得聚乳酸( PLA)可应用于通用塑料领域,取代耗费大量石油资源的聚乙烯(PE) 、聚氯乙烯( PVC) 等常用塑料品种[18,19]。但是对聚乳酸的增韧改性主要分为共混和共聚两种方法，由于共聚手段耗能高，目前还不能达到试剂工业生产的水平，因此，共混改性成为增韧改性的主要手段。 4.1 相关研究动态 4.1.1（PLA/PCL 共混体系） Ikada等人[21]报道的PLA/PCL共混物的拉伸数据中，添加15 %PCL后共混物的断裂伸长率提高，但波动的幅度很大（250±200 %）。Seppala等人[22]发现添加20 % PCL后，PLA的断裂伸长率只有一定程度的提高，从1.6 %提高到9.6 %。因此，需提高PLA和PCL的相容性以提高PLA/PCL共混物的力学性能。 Ebra 等人[23]合成了 PLA-PCL-PLA 三嵌段共聚物作为 PLA/PCL 共混物的增容剂，对共混物低温淬断面经刻蚀后 SEM 观察发现在 PLA/PCL（70/30）共混物中，PCL 作为分散相分散于 PLA 基体中。未添加增容剂体系中，PCL 分散相具有较大的粒径，同时分布不均匀，而添加 0.5%PLA-PCL-PLA 三嵌段共聚物作为增容剂后，PCL 相畴明显减小，同时分散相分布较均匀；添加 2%以及 5%增容剂所得材料的 SEM 照片无明显区别，说明 2%增容剂即能达到有效增容。 Maglio等人[24]在 PLLA/PCL（70/30）共混物中添加 PLLA-PCL-PLLA作为增容剂，共混物的断裂伸长率由 2%提高到53% ，charpy 缺口冲击强度由1.1 k J/m2提高到 3.7 k J/m2。在 Tsuji[25]的研究中发现，在 PLLA/PCL（80/20）共混物中添加 10 % PLLA-PCL 两嵌段共聚物后，共混物的断裂伸长率由 175 %提高到 300 %。 4．1.2 PLA /PU共混体系 Yumin Yuan, Eli Ruckenstein [30]研究了聚氨酯增韧PLA，将二醇和三醇比例为 9：1的PCL5％在二月桂酸二丁基锡催化下与2，4－二异氰酸酯反应，之后在甲苯溶剂中与PLA溶液共混，制备PU/PLA半互穿网状共混物，该共混物断裂伸长率达 60％和冲击强度达 18MJ/m3，较纯PLA断裂伸长率达6％和冲击强度达1.6MJ/m3有显著提高。 4.1.3 PLA/PMMA、PLA/PMA 共混体系 Eguiburu等[29]研究PDLA、PLLA与PMMA、PMA共混。由DSC实验得到，PDLA/PMMA是相容的共混体系。PDLA、PMMA不同比例时，共混物都只表现出单一的玻璃化转变温度。并且，随着PMMA含量的增加玻璃化转变温度不断增加。在共混物中含有 70~80%PMMA时表现出较宽的玻璃化转变范围。PDLA/PMA共混体系也是相容的，在DSC曲线上表现出单一的玻璃化转变温度。共混体系的玻璃化转变温度随着PMA含量的增加而不断降低