隨著全球知名的軟包裝企業(yè)Amcor和品牌連鎖企業(yè)沃爾瑪相繼計(jì)劃推出環(huán)境友好型、生物可降解的軟包裝材料，聚乳酸薄膜近幾年成為化工研究和軟包裝產(chǎn)業(yè)等機(jī)構(gòu)和企業(yè)最熱門的研究方向之一。

聚乳酸（polylactide, polylactic acid, 簡(jiǎn)稱PLA ），也稱為聚丙交酯，是以玉米、小麥、木薯等含淀粉生物為最初原料，經(jīng)過酶分解得到葡萄糖，再經(jīng)過軟酸菌發(fā)酵后變成乳酸，最后，經(jīng)過化合得到生物可降解熱塑性聚酯，聚乳酸的生物相容性好，環(huán)境安全，沒有毒性，具有良好的機(jī)械性能和光透明度，且加工性能好，可用于地膜、食品包裝袋、藥品等多種包裝材料。

聚乳酸的廢棄制品，經(jīng)光和生物作用分解后變成二氧化碳和水，在消除白色污染、保護(hù)環(huán)境和自然生態(tài)平衡方面具有重要作用。

聚乳酸的結(jié)構(gòu)：

由于環(huán)狀丙交酯存在立體異構(gòu)體，高分子量PLA的性能很大程度上依賴于主鏈的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)和分子量。通過對(duì)大分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)控制，聚乳酸的結(jié)晶速度、結(jié)晶度、機(jī)械性能、加工溫度都可以得到控制。丙交酯(lactide)通常具有以下幾種結(jié)構(gòu)：左旋丙交酯（L-lactide）、右旋丙交酯（D-lactide）、內(nèi)消旋丙交酯（meso-lactide）和外消旋丙交酯（rac-lactide，稱為DL-lactide）。

因此，合成的聚乳酸一般也具有四種結(jié)構(gòu)，根據(jù)單體類型不同分為：左旋聚乳酸（poly(L-lactide),PPLA）、右旋聚乳酸（poly(D-lactide)，PDLA）、內(nèi)旋聚乳酸（poly(meso-lactide）和外旋聚乳酸（poly(rac-lactide），PDLLA)。

在合成過程中，最初的丙交酯與各異構(gòu)體的分布決定了聚乳酸的結(jié)晶性能。當(dāng)左旋丙交酯含量大于93%時(shí)，合成的高聚物是半結(jié)晶的；當(dāng)左旋丙交酯含量在50%~93%之間時(shí)，聚合物是無定型的。右旋丙交酯也是一種半結(jié)晶的高聚物，只有內(nèi)旋聚乳酸或外旋聚乳酸是無定型。在聚合過程中，丙交酯總是會(huì)包含有一些消旋丙交酯，而右旋丙交酯和消旋丙交酯兩者的存在都可以對(duì)左旋聚乳酸規(guī)則的分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的扭曲，聚合物的結(jié)晶性能也會(huì)受到影響。

聚乳酸熱力學(xué)性能：

對(duì)于半結(jié)晶性的聚乳酸，其結(jié)晶度、晶體尺寸和結(jié)晶形態(tài)不僅影響聚合物宏觀性能（如拉伸性能、沖擊強(qiáng)度、開裂性能、透明性等），還對(duì)降解性能有很大影響。完善的結(jié)晶有利于改善PLA的力學(xué)性能和調(diào)控降解速率，同時(shí)還可以提高薄膜材料耐熱性、熱穩(wěn)定性。

目前發(fā)現(xiàn)的聚乳酸有3中晶格結(jié)構(gòu)：α晶系、β晶系、γ晶系，它們分別具有不同的螺旋構(gòu)象和單元對(duì)稱性，在不同結(jié)晶條件下或不同外場(chǎng)誘導(dǎo)作用下，可形成不同類型的球晶。α晶系是最常見也是最穩(wěn)定的一種晶型，通常情況下，它是在熔融、冷結(jié)晶以及低溫溶液紡紗等過程中形成。β晶系可在高溫溶液紡紗過程中形成，也是一種穩(wěn)定的晶型。在高溫、高拉伸率的情況下，α晶系才能夠轉(zhuǎn)變成β晶系。γ晶系出現(xiàn)情況較少，只有在誘導(dǎo)的情況下才能產(chǎn)生外延γ型晶。

聚乳酸的一些常規(guī)熱力學(xué)性能如下：

聚乳酸的結(jié)晶性能受到很多方面的影響，如分子結(jié)構(gòu)（聚乳酸分子的構(gòu)象組成，等規(guī)度等），外作用場(chǎng)（溫度、應(yīng)力、輻射等），多組成共混體系（增塑劑等）。

增塑劑的加入，如小分子量的PEG等，可以大大提高PLA分子鏈的活動(dòng)能力，結(jié)晶能力大大提高，結(jié)晶度隨著增塑劑的濃度的增加提高，冷結(jié)晶溫度呈下降趨勢(shì)。

成核劑對(duì)聚乳酸的結(jié)晶也有很大影響，目前關(guān)于聚乳酸的成核劑，以及各種晶型的成核劑報(bào)道比較少。有研究機(jī)構(gòu)表明，云母對(duì)PLLA有很好的成核作用，而NA（含水滑石的一種混合物成核劑）對(duì)PLLA/PDLA有很好的成核作用。滑石粉可以加速PLA結(jié)晶化，SiO2和CaCO3的研究發(fā)現(xiàn)，這兩者只對(duì)PLA在加工降解過程中的熱降解性能有一定影響，對(duì)結(jié)晶成核作用不大。

聚乳酸的機(jī)械性能：

聚乳酸有比較好的機(jī)械性能，其拉伸強(qiáng)度最高可達(dá)到60MPa左右，其性能剛而脆，而對(duì)于日常包裝應(yīng)用需要較為柔性的模制產(chǎn)品對(duì)聚乳酸而言成為主要問題，與普通高聚物一樣，聚乳酸的機(jī)械性能依賴于分子特征，有序結(jié)構(gòu)如結(jié)晶度、晶體厚度、球晶尺寸、分子鏈定向程度等。此外，聚乳酸的性能還依賴于高聚物所含各異構(gòu)體的組成，純度等。

聚乳酸的流變性能：

聚乳酸可以通過普通的塑料成型方法如注塑、擠出、吹塑、拉伸等工藝進(jìn)行加工。聚乳酸的溶體黏度主要與重均分子鏈、L/D型單元體比例、增塑劑含量、剪切速率和溫度等有關(guān)。聚乳酸熔體屬于假塑性流體，與無定型PLA相比，半結(jié)晶PLA有較高的剪切黏度，但是隨著溫度升高，剪切黏度下降。因此在加工過程中可通過提高剪切力來有效降低其表觀黏度。

聚乳酸的降解性能：

聚乳酸是一種完全可生物降解的材料，其最終降解產(chǎn)物為二氧化碳和水，因此對(duì)環(huán)境非常友好，對(duì)人體也沒有毒害作用，目前對(duì)聚乳酸的降解途徑主要是水解和堆肥降解。

聚乳酸降解主要經(jīng)過兩個(gè)步驟：首先，在沒有生化酶的情況下，酯健隨機(jī)斷裂，導(dǎo)致分子量降低。這個(gè)過程在酸或堿的條件均可被加速，此外還受到溫度和濕度的影響。其次，低分子量PLA從本體向外擴(kuò)散，經(jīng)過環(huán)境中的微生物吞噬，轉(zhuǎn)化為CO2、水和腐殖質(zhì)。

聚乳酸水解方式大體分為兩種：催化水解和非催化水解。催化水解又分為外部和內(nèi)部物質(zhì)催化，聚乳酸的水解機(jī)制主要有表面侵蝕和整體侵蝕兩種。影響聚乳酸降解的因素很多，其降解速率主要由聚合物與水和催化劑的反應(yīng)性來決定。材料的形狀大小、溫度、濕度、結(jié)晶度、異構(gòu)體含量、殘留的乳酸濃度、分子量大小及其分布、吸水性、殘留的反應(yīng)催化劑等都可以影響聚乳酸的降解速率。

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