Inzicht in de structurele eigenschappen van PLA-verwerking
PLA is 's werelds belangrijkste 100% biogebaseerde en volledig composteerbare polymeer. Maar het heeft een lage taaiheid en een lage warmteafbuigingstemperatuur. Het wordt zachter en stort structureel in bij ongeveer 140 graden Fahrenheit, waardoor het onbruikbaar wordt in veel toepassingen voor het verpakken van warme voedingsmiddelen en wegwerpcontainers. Dit onderzoek zou een disruptieve technologie kunnen zijn, omdat de prototype PLA-bekers sterk en transparant zijn, maar hard en geen kokend water kunnen vasthouden.
UA-professor Shiqing Wang heeft gewerkt aan het opbouwen van een kennisbasis om de relaties tussen verwerking, structuur en eigenschappen van verschillende kunststoffen te begrijpen en om de nieuwste kennis toe te passen om met de broosheid van PLA om te gaan.
De wetenschap achter de stoere PLA-bekers
Om de wetenschap uit te leggen achter hoe een prototype van een PLA-beker ductiliteit verkrijgt en hittebestendigheid bereikt, gebruikt Wang de analogie van gekookte pasta. Als gesmolten PLA een miljoen keer wordt vergroot, ziet elk ketenachtig molecuul eruit als een spaghettisliert van een paar meter lang. Het is belangrijk dat thermoplastische materialen, inclusief PLA, taai zijn, dat wil zeggen dat het kristallisatieproces de ‘spaghettistrengen’ van klitten niet kan verwijderen of breken.
Door deze verweven structuur, het ‘kettingnetwerk’ genoemd, kan iedereen met een paar eetstokjes bijna alle spaghetti uit de kom halen, en dit kettingnetwerk zorgt er, als het op de juiste manier wordt gedaan, voor dat PLA-drankbekers mechanisch sterk en kristallisatievrij zijn. Dergelijke commerciële bekers kunnen echter instorten als er kokend water in wordt gegoten.” Bekers gemaakt van normaal kristallijn PLA kunnen kokend water bevatten, maar zijn erg bros en ondoorzichtig.” Meneer Wang
onderzocht de oorsprong van de ductiliteit van semi-kristallijne polymeren, wat leidde tot de ontdekking van een manier om kristallen op nanoschaal te beperken met behoud van het PLA-netwerk, waardoor een transparante, taaie en hittebestendige beker ontstaat. Deze doorzichtige bekers kunnen hete thee en koffie bevatten en kunnen de meeste plastic drankbekers op de markt vervangen.
“De impact van ons nieuwe inzicht zal uiteindelijk een exponentiële groei in de PLA-markt stimuleren”, aldus Wang.
