PLA masterbatch, also known as polylactic acid masterbatch, is a biodegradable plastic material mainly composed of polylactic acid (PLA). Polylactic acid is a polyester polymer mainly composed of lactic acid, and its production materials mainly come from renewable resources such as corn and cassava. Therefore, PLA masterbatch is known as a representative of “green plastics”.

Características

Biodegradabilidade

Condições de degradação: Sob condições de compostagem (condições adequadas, como temperatura, umidade, microorganismos, etc.), os produtos de masterbatch de PLA podem ser completamente degradados em dióxido de carbono e água em um determinado período de tempo. O tempo específico de degradação é afetado pelo espessura, forma e condições ambientais do produto.

Vantagens ambientais: Em comparação com os plásticos tradicionais à base de petróleo, os produtos de mistura de PLA não causam poluição branca após a eliminação, o que está em linha com o conceito de desenvolvimento sustentável.

Propriedade física

Propriedades mecânicas: o masterbatch de PLA possui boa resistência à tração e rigidez, mas alta fragilidade e resistência ao impacto relativamente baixa. Portanto, agentes de endurecimento e outros aditivos são frequentemente adicionados durante o processamento para melhorar suas características.

Performância de processamento: o masterbatch de PLA tem um ponto de fusão baixo (geralmente entre 170 e 180 ℃), uma ampla faixa de temperatura de processamento e é fácil de processar em diversos produtos através de vários processos, como filme estirado, moldagem por injeção, extrusão, etc.

Propriedades da superfície: os produtos de masterbatch de PLA apresentam uma superfície lisa, alto brilho, boa adaptabilidade à impressão e propriedades decorativas.

Biocompatibilidade

O masterbatch de PLA possui boa biocompatibilidade, é não tóxico e inofensivo, e pode ser utilizado amplamente na área médica, de saúde e em outros setores.

Tipos

O masterbatch de PLA (ácido poliláctico) pode ser classificado em vários tipos de acordo com diferentes critérios de classificação. A seguir estão alguns métodos comuns de classificação e os correspondentes tipos:

Função

Masterbatch de PLA para embalagens: Possui boa transparência, propriedades de selagem térmica e propriedades mecânicas, e é adequado para a produção de diversos materiais de embalagem, como embalagens para alimentos, sacos de compras, filme aderente, etc.

Masterbatch de PLA de grau de fibra: Com alta resistência e flexibilidade, pode ser utilizado para a produção de fibras de vestuário, fibras têxteis domésticas, fibras industriais, etc.

Masterbatch de PLA para moldagem por injeção: com boa fluidez e boa formabilidade, adequado para a produção por injeção de vários produtos plásticos, como brinquedos, material escolar, utensílios domésticos, etc.

Masterbatch de PLA para extrusão: possui bom desempenho de extrusão e pode ser utilizado para a produção por extrusão de tubos, chapas, perfis, etc.

Classificado por aditivos

Masterbatch de PLA endurecido: A adição de agentes endurecedores melhora a resistência à tração e à impacto do PLA, permitindo que ele mantenha um bom desempenho, mesmo em ambientes de baixa temperatura.

Masterbatch de PLA resistente ao calor: A adição de aditivos resistentes ao calor aumenta a temperatura de deformação térmica do PLA, permitindo que seja utilizado a temperaturas mais elevadas e expandindo seu escopo de aplicação.

Masterbatch de PLA antibacteriano: A adição de agentes antibacterianos confere ao PLA propriedades antibacterianas, que podem ser utilizados na produção de produtos médicos, embalagens alimentícias e outros produtos com altos requisitos de higiene.

Masterbatch de PLA retardador de chamas: A adição de retardador de chamas melhora o desempenho retardador de chamas do PLA, permitindo que ele cumpra os padrões de segurança contra incêndios relevantes e possa ser utilizado para a produção de carcaças eletrônicas e elétricas, materiais de construção, etc.

Classificado por desempenho de degradação

Masterbatch de PLA totalmente biodegradável: Pode ser completamente degradado em dióxido de carbono e água em ambientes naturais, sem poluir o meio ambiente.

Degradação controlada do masterbatch de PLA: Ao ajustar a fórmula e a tecnologia de processamento, a taxa e o tempo de degradação do PLA podem ser controlados para atender às necessidades de diferentes cenários de aplicação.

Classificado por massa molecular

Masterbatch de PLA de baixa massa molecular: Com uma massa molecular relativamente baixa, possui boa fluidez e processabilidade, tornando-o adequado para aplicações que exigem alta processabilidade.

Masterbatch de PLA de alta massa molecular: Com uma massa molecular alta, possui alta resistência, dureza e resistência ao calor, mas a dificuldade de processamento é relativamente alta, tornando-o adequado para campos que exigem alto desempenho dos produtos.

Relação de fórmula

Masterbatch de PLA totalmente degradável: 60% -74% de partículas de PLA, 10% -13% de pigmentos mistos, 8% -18% de dispersantes, 6% -12% de antioxidantes, 2% -5% de agentes de acoplamento.

Masterbatch de ácido poliláctico endurecido e degradável composto: 20-60 partes de resina de PLA, 10-50 partes de fibras curtas de plantas modificadas, 10-50 partes de partículas de CaCO3 modificadas, 0,5-1,0 partes de lubrificante. Preferencialmente, utilizam-se 30-50 partes de resina de PLA, 20-40 partes de fibras curtas de plantas modificadas, 20-40 partes de partículas de CaCO3 modificadas e 0,5-1,0 partes de lubrificante; ainda mais preferencialmente, utilizam-se 35-45 partes de resina de PLA, 25-35 partes de fibras curtas de plantas modificadas, 25-35 partes de partículas de CaCO3 modificadas e 0,6-0,9 partes de lubrificante.

Masterbatch macio de PLA: obtido pela fusão e extrusão de partículas de PLA, derivados de amidas gordas e fosfitos, em uma relação de massa de 73: (24-26): (1,9-2,1).

Masterbatch de ácido poliláctico antibacteriano: misture fatias de PLA pura com pó de fosfato de cricónio carregado de prata de forma uniforme e coloque-as em um extrusor de dois parafusos. As frações em massa das fatias de PLA e do pó de fosfato de cricónio carregado de prata são, respectivamente, de 80% e 20%, para fabricar o masterbatch antibacteriano.

Processo de produção

O processo de produção de masterbatch de PLA geralmente inclui etapas como preparação da matéria-prima, mistura dos ingredientes, extrusão do material fundido, resfriamento e corte, embalagem, etc. A seguir, apresentamos uma introdução específica:

1. Preparação da matéria-prima

Selecione uma resina de ácido poliláctico (PLA) adequada como material de base e escolha partículas de PLA com diferentes pesos moleculares e viscosidades intrínsecas de acordo com as diferentes exigências do produto. Ao mesmo tempo, prepare vários aditivos, como plastificantes, antioxidantes, lubrificantes, masterbatch de cor, etc., para melhorar as características e o aspecto do masterbatch de PLA.

2. Mistura dos ingredientes

Pesar com precisão a resina de PLA e os diversos aditivos de acordo com a fórmula projetada. Colocar as matérias-primas pesadas no misturador de alta velocidade para uma mistura completa. Ao agitar, o aditivo é disperso uniformemente na superfície das partículas de resina de PLA, formando uma pré-mistura.

3. Extrusão de fusão

Adicione o pré-mistura à câmara do extrusor de dois parafusos. O extrusor de dois parafusos aquece as matérias-primas no tambor acima do ponto de fusão do PLA através de um dispositivo de aquecimento, fundindo-as gradualmente. Sob a rotação do parafuso, o material fundido é submetido a cisalhamento, compressão e mistura no tambor, homogenizando-se ainda mais. Ao mesmo tempo, portas de adição de aditivos podem ser configuradas em diferentes posições do extrusor, conforme necessário, como a adição de alguns aditivos que precisam ser totalmente eficazes a altas temperaturas no meio do extrusor.

4. Resfriamento e granulação

O material fundido extrudado da matriz do extrusor tem uma forma de tira contínua e é resfriado através de um tanque de água para solidificar rapidamente o material. A tira resfriada entra no granulador, que corta a tira em partículas uniformes de acordo com o tamanho de partícula definido, obtendo assim o masterbatch de PLA.

5. Embalagem

O masterbatch de PLA produzido é normalmente embalado em embalagens seladas para evitar a absorção de umidade, oxidação e outros fatores que podem afetar o seu desempenho. O masterbatch de PLA embalado pode ser armazenado no armazém ou transportado para clientes downstream para processamento e aplicação adicionais.

No processo de produção, é necessário controlar estritamente os parâmetros de cada etapa, como temperatura, velocidade do parafuso, velocidade de alimentação, etc., para garantir a estabilidade de qualidade e o cumprimento das especificações do masterbatch de PLA. Ao mesmo tempo, para melhorar a eficiência de produção e a qualidade do produto, também podem ser adotados equipamentos e tecnologias de produção avançadas, como o uso de equipamentos de mistura eficientes, sistemas de controle de extrusão de precisão, etc.

Equipamento de produção

1. Misturador de alta velocidade: utilizado para misturar uniformemente a resina de PLA com vários aditivos. Através de lâminas de agitação rotativas a alta velocidade, consegue uma mistura adequada dos materiais em um curto período de tempo, garantindo a distribuição uniforme dos aditivos na resina de PLA e estabelecendo as bases para a produção subsequente.

2. Extrusora de dois parafusos: É o equipamento principal para a produção de masterbatch de PLA. Possui dois parafusos interligados que rotam sob a ação de um motor. O tambor possui várias zonas de aquecimento, que permitem controlar com precisão a temperatura, permitindo que a resina de PLA e os aditivos sejam misturados, plastificados e homogeneizados através dos efeitos de corte, extrusão e transporte do parafuso no estado aquecido e fundido, e finalmente extrudados da cabeça do molde.

3. Lavatório: Geralmente fabricado em material de aço inoxidável, é utilizado para refrigerar e solidificar materiais de fita de alta temperatura extrudidos da matriz do extrusor. A temperatura da água no lavatório pode ser controlada com precisão por um sistema de controle de temperatura, para garantir que o material se resfrie rapidamente e obtenha uma boa aparência e desempenho.

4. Granulador: Os tipos comuns incluem granuladores quentes e granuladores frios. A máquina de corte quente é usada para cortar materiais que estão em estado termoplástico e são adequados para materiais sensíveis à temperatura; O granulador frio corta o material após o seu resfriamento e solidificação, resultando em partículas com formas regulares e tamanhos uniformes. O granulador pode controlar com precisão o tamanho e a forma das partículas do masterbatch de PLA, ajustando a velocidade e a frequência de corte da ferramenta de corte.

5. Máquina de embalagem: utilizada para embalar o masterbatch de PLA produzido. As máquinas de embalagem automáticas podem automatizar uma série de processos de embalagem, como medição, enchimento e selagem, melhorando a eficiência e a qualidade da embalagem. Os tipos comuns incluem máquinas de embalagem por pesagem e máquinas de embalagem volumétrica, que podem ser selecionadas de acordo com os requisitos de embalagem do produto.

Além do equipamento principal mencionado acima, equipamentos auxiliares, como alimentadores, desumidificadores e filtros de mofo, também podem ser utilizados no processo de produção para melhorar a eficiência de produção e a qualidade do produto.

Requisitos relacionados

Boa capacidade de plasticização: a resina PLA precisa ser completamente plasticizada durante o processo de extrusão para garantir a qualidade do produto. Portanto, o extrusor deve ter uma potência de aquecimento adequada e um design de parafuso que permita a fusão uniforme da resina PLA em um curto período de tempo. Por exemplo, o uso de um parafuso gradiente com uma seção de compressão mais longa pode comprimir e cortar gradualmente o material durante a extrusão, alcançando um bom efeito de plasticização.

Controle preciso da temperatura: a PLA é sensível à temperatura, e uma temperatura excessiva pode facilmente levar à sua degradação, afetando o seu desempenho. Se a temperatura for muito baixa, causará uma má plasticização. O tambor de material do extrusor deve estar equipado com várias zonas de aquecimento e um sistema de controle de temperatura preciso, que pode controlar independentemente a temperatura de cada zona de aquecimento para atender às exigências de temperatura de processamento da PLA em diferentes estágios. Geralmente, a faixa de temperatura de processamento da PLA está entre 160-220 ℃, e a temperatura específica deve ser ajustada de acordo com o modelo e a fórmula da PLA.

Pressão e taxa de fluxo de extrusão estáveis: Para garantir a estabilidade de qualidade do masterbatch de PLA, o extrusor deve fornecer uma pressão e uma taxa de fluxo de extrusão estáveis. Isto requer que o projeto do parafuso do extrusor seja razoável, que o sistema de transmissão seja estável e que seja possível manter a consistência na pressão e na taxa de fluxo de extrusão em diferentes velocidades de produção. Por exemplo, a adoção de um novo tipo de design de cabeça de parafuso pode melhorar a uniformidade do fluxo dos materiais durante a extrusão e reduzir as flutuações de pressão.

Capacidade forte de mistura e dispersão: devido à adição de vários aditivos, como plasticizantes, antioxidantes, masterbatch de cor, etc., durante a produção do masterbatch de PLA, os extrusores precisam ter uma forte capacidade de mistura e dispersão para dispersar uniformemente os aditivos na resina de PLA. Elementos especiais de mistura, como discos dentes, blocos de amassar, etc., podem ser instalados na hélice para aumentar o efeito de cisalhamento e mistura do material e melhorar a uniformidade da dispersão do aditivo.

Resistência à corrosão: Durante o processo de produção do masterbatch de PLA, certos aditivos podem apresentar certa corrosividade, portanto, os componentes que entram em contato com o material, como o cilindro do extrusor e a hélice, devem ter boa resistência à corrosão. Esses componentes são tipicamente fabricados em aço inoxidável ou em materiais que passaram por tratamentos especiais na superfície para prolongar a vida útil do extrusor.

Aplicação

O masterbatch de PLA possui boa biodegradabilidade, estabilidade térmica e processabilidade, o que lhe confere uma ampla gama de aplicações em vários setores. A seguir, apresentamos algumas das principais áreas de aplicação:

Campo de embalagem

Utensílios descartáveis: o masterbatch de PLA pode ser transformado em diversos tipos de utensílios, como pratos, caixas, colheres, etc. Após o uso, ele pode se degradar gradualmente no ambiente natural, reduzindo a poluição branca e cumprindo os conceitos de proteção ambiental.

Embalagens alimentares: Devido às excelentes propriedades de barreira e desempenho de higiene do masterbatch de PLA, pode ser utilizado na produção de sacos, caixas e outros tipos de embalagens alimentares. Pode manter eficazmente a frescura e a qualidade dos alimentos, sendo, ao mesmo tempo, biodegradável após o descarte, sem causar danos ao longo prazo ao meio ambiente.

Saco de compras: Um saco de compras feito a partir de um masterbatch de PLA, que possui alta resistência e pode suportar um certo peso de itens. Além disso, suas propriedades biodegradáveis o tornam uma alternativa ideal às sacolas de plástico convencionais, ajudando a reduzir a geração de resíduos plásticos.

Área têxtil

Roupas: O masterbatch de PLA pode ser transformado em fibras para a produção de roupas. A fibra de PLA tem uma sensação suave ao toque, boa absorção de umidade e resistência aos raios UV, o que a torna confortável de usar. Ao mesmo tempo, também possui resistência natural às rugas, o que mantém as roupas em bom estado.

Textos para casa: Em produtos têxteis para casa, como roupa de cama e cortinas, as fibras feitas a partir de masterbatch de PLA estão se tornando cada vez mais populares. Não apenas proporcionam uma experiência de utilização confortável, mas também adicionam elementos ecologicamente corretos ao ambiente doméstico.

Área médica

Suture: PLA masterbatch has good biocompatibility and degradability, and can be used to make sutures. After the wound heals, the suture can gradually degrade and be absorbed by the human body without the need for suture removal, reducing the patient’s pain and risk of infection.

Suporte de engenharia de tecidos: o masterbatch de PLA pode ser utilizado para preparar suporte de engenharia de tecidos, fornecendo suporte ao crescimento das células e à reparação do tecido. Sua biodegradabilidade permite que o stent desapareça gradualmente após a reparação do tecido, evitando o incômodo da remoção cirúrgica secundária.

Portador de liberação prolongada de medicamentos: A encapsulação de medicamentos em microesferas ou nanopartículas feitas de mistura de masterbatch de PLA pode permitir a liberação lenta de medicamentos, prolongar o tempo de ação do medicamento e melhorar a eficácia do medicamento.

Agricultura

Filme agrícola: O filme agrícola feito a partir do masterbatch de PLA possui boas propriedades de isolamento, retenção de umidade e transparência, o que pode promover o crescimento das culturas. Além disso, após o uso, o filme agrícola pode se degradar naturalmente no solo e não permanecer no solo, como os filmes agrícolas tradicionais, afetando a estrutura do solo e o crescimento das culturas.

Bacia de mudas: Uma bacia de mudas feita a partir do masterbatch de PLA, que pode ser enterrada diretamente no solo durante a transplantação das mudas, sem a necessidade de removê-la, reduzindo os danos às raízes das mudas e evitando o problema da reciclagem e da eliminação das bacias de mudas.