Verständnis der strukturellen Eigenschaften der PLA-Verarbeitung

PLA ist das weltweit führende 100% biobasierte und vollständig kompostierbare Polymer. Es weist jedoch eine geringe Zähigkeit und eine niedrige Wärmeformbeständigkeit auf. Bei etwa 140 Grad Fahrenheit wird es weich und kollabiert strukturell, wodurch es in vielen Anwendungen für die Verpackung heißer Lebensmittel und in Einwegbehältern unbrauchbar wird. Diese Forschung könnte eine bahnbrechende Technologie sein, da die Prototypen der PLA-Becher stark und transparent, aber hart sind und kein kochendes Wasser aufnehmen können.

UA-Professor Shiqing Wang hat daran gearbeitet, eine Wissensbasis aufzubauen, um die Beziehungen zwischen Verarbeitung, Struktur und Eigenschaften verschiedener Kunststoffe zu verstehen und die neuesten Erkenntnisse zur Bewältigung der Sprödigkeit von PLA anzuwenden.

Die Wissenschaft hinter den robusten PLA-Bechern

Um die Wissenschaft zu erklären, die dahinter steckt, wie ein Prototyp eines PLA-Bechers an Duktilität und Hitzebeständigkeit gewinnt, verwendet Wang die Analogie gekochter Nudeln. Wenn geschmolzenes PLA millionenfach vergrößert wird, sieht jedes kettenförmige Molekül wie eine mehrere Meter lange Spaghetti-Schnur aus. Für Thermoplaste, einschließlich PLA, ist es wichtig, dass sie widerstandsfähig sind, d. h. der Kristallisationsprozess kann die „Spaghetti-Stränge“ von Verfilzungen nicht entfernen oder aufbrechen.

Diese verwobene Struktur, „Kettennetzwerk“ genannt, ermöglicht es jedem, fast alle Spaghetti mit einem Paar Essstäbchen aus der Schüssel zu entfernen, und dieses Kettennetzwerk stellt bei richtiger Ausführung sicher, dass PLA-Getränkebecher mechanisch stabil und kristallisationsfrei sind . Allerdings können solche handelsüblichen Becher zusammenbrechen, wenn kochendes Wasser hineingegossen wird.“ Becher aus normal kristallinem PLA können kochendes Wasser aufnehmen, sind aber sehr spröde und undurchsichtig.“ Herr Wang

untersuchten den Ursprung der Duktilität halbkristalliner Polymere und führten zur Entdeckung einer Möglichkeit, Kristalle auf den Nanobereich zu beschränken und gleichzeitig das PLA-Netzwerk zu erhalten, wodurch ein transparenter, zäher und hitzebeständiger Becher entsteht. Diese durchsichtigen Becher bieten Platz für heißen Tee und Kaffee und können die meisten auf dem Markt erhältlichen Getränkebecher aus Kunststoff ersetzen.

„Die Auswirkungen unseres neuen Verständnisses werden letztendlich zu einem exponentiellen Wachstum des PLA-Marktes führen“, sagte Wang.