Schaumverhalten und Wasseraufnahme-Desorptionszyklus von Polylactid für die Lebensmittelverpackung

Diese Studie untersucht das Schaumverhalten von Polylactid (PLA), das notorisch schwer zu schäumen ist, unter Verwendung eines druckinduzierten Batch-Schaumverfahrens mit überkritischem Kohlendioxid (sc-CO₂) als physikalischem Treibmittel. Die Wahl von sc-CO₂ bietet strategische Vorteile aufgrund seines leicht kontrollierbaren kritischen Punktes und der hohen Löslichkeit in PLA, was es für Laboruntersuchungen praktisch macht. Ziel dieser Forschung ist es, die Schaumbildung von PLA zu erkunden, mit dem primären Ziel, eine nachhaltige Alternative zu expandierten Polystyrol (EPS)-Schaumstoffen zu entwickeln. Als Biokunststoff, der aus erneuerbaren Ressourcen gewonnen wird, bietet PLA eine vielversprechende Lösung für die drängenden Umweltsorgen, die mit EPS verbunden sind. Durch die experimentelle Untersuchung der Schaumbildung von PLA mit sc-CO₂ zielt diese Studie darauf ab, zur Entwicklung umweltfreundlicher und nachhaltiger Verpackungslösungen beizutragen. Die Schäume wurden bei unterschiedlichen Schäumdrücken von 14.426 kPa bis 19.574 kPa bei konstanter Temperatur von 443,15 K über 135 Minuten hergestellt. Die höchste Dichteverminderung (90,645 %) und die überlegene Druckfestigkeit (5,597 MPa) wurden erreicht. Die FTIR-Analyse zeigt keine verbliebenen chemischen Reaktionen im Schäumprozess, was an der Abwesenheit der -CH-Gruppenschwingung (2919 cm⁻¹) im geschäumten PLA und dem Vorhandensein des starken O-H-Peaks (3297 cm⁻¹) nur im unge schäumten PLA zu erkennen ist. Der Wassertests zeigte, dass der PLA-Schaum innerhalb der ersten 15 Minuten etwa 12 % Wasser aufnahm, was geringer ist als bei vielen anderen biologisch abbaubaren Schäumen. Er hielt auch über 3 Zyklen von 2-stündigen Wasseruntertauchen stand, was auf sein Potenzial für nachhaltige Verpackungsanwendungen hinweist.