PLA 加工の構造特性を理解する
PLA は、世界最高の 100% バイオベースで完全に堆肥化可能なポリマーです。しかし、靭性が低く、熱たわみ温度も低いです。華氏約 140 度で軟化して構造的に崩壊するため、多くの熱い食品包装用途や使い捨て容器では使用できなくなります。プロトタイプの PLA カップは丈夫で透明ですが、硬くて熱湯を入れることができないため、この研究は破壊的な技術になる可能性があります。
UA 教授 Shiqing Wang は、さまざまなプラスチックの加工と構造と特性の関係を理解し、最新の知識を PLA の脆性に対処するために適用するための知識ベースの構築に取り組んできました。
丈夫な PLA カップの背後にある科学
プロトタイプの PLA カップがどのようにして延性を獲得し、耐熱性を達成するのかの背後にある科学を説明するために、Wang 氏は茹でたパスタの例えを使います。溶けた PLA を 100 万倍に拡大すると、それぞれの鎖状分子は長さ数メートルのスパゲッティの糸のように見えます。 PLA を含む熱可塑性プラスチックは丈夫であることが重要です。つまり、結晶化プロセスでは絡み合った「スパゲッティストランド」を除去したり切断したりすることができません。
「チェーンネットワーク」と呼ばれるこの織り交ぜられた構造により、誰でも箸を使ってボウルからほぼすべてのスパゲッティを取り除くことができます。このチェーンネットワークが正しく行われれば、PLA 飲料カップは機械的に強く、結晶化が起こりません。しかし、そのような市販のカップは、熱湯を注ぐと崩れる可能性があります。」通常は結晶質の PLA で作られたカップは熱湯を入れることができますが、非常にもろくて不透明です。」王さん
は、半結晶性ポリマーの延性の起源を調査し、PLA ネットワークを維持しながら結晶をナノスケールに閉じ込め、透明で強靱な耐熱性のカップを形成する方法の発見につながりました。これらの透明なカップは熱いお茶やコーヒーを入れることができ、市場に出ているほとんどのプラスチック製の飲料カップを置き換えることができます。
「私たちの新たな理解の影響は、最終的には PLA 市場の飛躍的な成長に拍車をかけることになるでしょう」と Wang 氏は述べています。
