在全球范围内，软包装行业的领军企业Amcor以及零售巨头沃尔玛都开始积极布局环境友好型包装解决方案，其中生物可降解的软包装材料正成为科研机构、化工企业及相关行业关注的焦点，聚乳酸薄膜的研究热度持续攀升。
聚乳酸（英文全称为polylactide，简称PLA），又被称为聚丙交酯，其生产原料主要来源于玉米、小麦、木薯等富含淀粉的生物质资源。这些原料首先通过酶解作用转化为葡萄糖，随后在乳酸菌的作用下发酵生成乳酸，最终通过化学合成方法制得具有生物可降解特性的热塑性聚酯材料。聚乳酸不仅具有良好的生物相容性，而且对环境安全无害，无毒性，同时具备优异的机械性能和光学透明度，加工性能也十分出色，因此被广泛应用于地膜覆盖、食品包装袋、药品容器等多种包装领域。
从环保角度来看，聚乳酸废弃物在光解和生物降解的共同作用下能够分解为二氧化碳和水，这一特性使其在减少白色污染、保护生态环境和维护自然生态平衡方面发挥着重要作用。
聚乳酸的结构特性：
由于环状丙交酯存在多种立体异构体，高分子量聚乳酸的性能很大程度上取决于其主链的立体化学构型和分子量大小。通过精确控制大分子链的化学结构，可以调节聚乳酸的结晶速度、结晶度、机械性能以及加工温度等关键参数。丙交酯（lactide）主要有以下几种结构类型：左旋丙交酯（L-lactide）、右旋丙交酯（D-lactide）、内消旋丙交酯（meso-lactide）以及外消旋丙交酯（rac-lactide，也称为DL-lactide）。
相应地，合成的聚乳酸也表现出四种不同的结构形式，根据单体类型的不同可分为：左旋聚乳酸（poly(L-lactide), PPLA）、右旋聚乳酸（poly(D-lactide)，PDLA）、内旋聚乳酸（poly(meso-lactide）和外旋聚乳酸（poly(rac-lactide)，PDLLA)。
在合成过程中，初始丙交酯与各异构体的比例决定了聚乳酸的结晶性能。当左旋丙交酯含量超过93%时，所得高聚物呈现半结晶特性；而当左旋丙交酯含量在50%~93%之间时，聚合物则表现为无定型结构。右旋丙交酯同样形成半结晶高聚物，唯有内旋聚乳酸或外旋聚乳酸是无定型的。在聚合过程中，丙交酯通常含有一定比例的消旋丙交酯，而右旋丙交酯和消旋丙交酯的存在都会对左旋聚乳酸规整的分子结构产生干扰，进而影响聚合物的结晶性能。
聚乳酸的热力学特性：
对于半结晶性的聚乳酸，其结晶度、晶体尺寸和结晶形态不仅影响聚合物宏观性能（如拉伸性能、冲击强度、开裂性能、透明度等），还对降解性能产生显著影响。完善的结晶结构能够有效提升PLA的力学性能并调控其降解速率，同时还可以提高薄膜材料的耐热性和热稳定性。
目前发现的聚乳酸主要有三种晶格结构：α晶系、β晶系、γ晶系，它们分别具有不同的螺旋构象和单元对称性，在不同结晶条件或外场诱导下，可形成不同类型的球晶。α晶系是最常见且最稳定的晶型，通常在熔融、冷结晶以及低温溶液纺纱等过程中形成。β晶系可在高温溶液纺纱过程中形成，也是一种稳定的晶型。在高温、高拉伸率条件下，α晶系才能够转变为β晶系。γ晶系出现频率较低，只有在特定诱导条件下才能产生外延γ型晶。
聚乳酸的热力学性能参数：
聚乳酸的结晶性能受到多种因素的影响，包括分子结构（聚乳酸分子的构象组成、等规度等）、外作用场（温度、应力、辐射等）以及多组分共混体系（如增塑剂等）。
增塑剂的添加，例如小分子量的PEG等，可以显著提高PLA分子链的活动能力，从而大幅提升其结晶能力，结晶度随着增塑剂浓度的增加而提高，而冷结晶温度则呈现下降趋势。
成核剂对聚乳酸的结晶过程也具有重要作用，目前关于聚乳酸成核剂的研究相对较少。有研究机构指出，云母对PLLA具有良好的成核效果，而NA（含水滑石的一种混合物成核剂）对PLLA/PDLA表现出优异的成核性能。滑石粉可以加速PLA的结晶过程，而SiO2和CaCO3的研究表明，这两者主要影响PLA在加工降解过程中的热降解性能，对结晶成核作用有限。
聚乳酸的机械性能：
聚乳酸具备良好的机械性能，其拉伸强度最高可达60MPa左右，但性能刚而脆，这对于需要柔性的日常包装应用来说构成主要挑战。与普通高聚物类似，聚乳酸的机械性能依赖于分子特征，包括有序结构如结晶度、晶体厚度、球晶尺寸、分子链定向程度等。此外，聚乳酸的性能还受到高聚物所含各异构体组成和纯度的影响。
聚乳酸的流变学特性：
聚乳酸可以通过常规的塑料成型方法如注塑、挤出、吹塑、拉伸等工艺进行加工。聚乳酸的溶体黏度主要受重均分子链、L/D型单元体比例、增塑剂含量、剪切速率和温度等因素影响。聚乳酸熔体属于假塑性流体，与无定型PLA相比，半结晶PLA具有较高的剪切黏度，但随着温度升高，剪切黏度会下降。因此在加工过程中，可以通过提高剪切力来有效降低其表观黏度。
聚乳酸的降解特性：
聚乳酸是一种完全可生物降解的材料，其最终降解产物为二氧化碳和水，因此对环境非常友好，对人体也没有毒害作用。目前对聚乳酸的降解途径主要是水解和堆肥降解。
聚乳酸的降解过程主要分为两个阶段：首先，在没有生化酶的情况下，酯键发生随机断裂，导致分子量降低。这个过程在酸或碱的条件下可以被加速，同时受到温度和湿度的影响。其次，低分子量PLA从本体向外扩散，被环境中的微生物吞噬，转化为CO2、水和腐殖质。
聚乳酸水解方式主要分为两种：催化水解和非催化水解。催化水解又可分为外部和内部物质催化，聚乳酸的水解机制主要有表面侵蚀和整体侵蚀两种。影响聚乳酸降解的因素众多，其降解速率主要由聚合物与水和催化剂的反应性决定。材料的形状大小、温度、湿度、结晶度、异构体含量、残留的乳酸浓度、分子量大小及其分布、吸水性、残留的反应催化剂等都会影响聚乳酸的降解速率。
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