（1）原材料豐富（以淀粉含量高的植物為主），可生物降解，對(duì)環(huán)境友好；
（2）加工性能優(yōu)越，利于工業(yè)加工；
（3）良好的生物相容性，可用于在生物醫(yī)藥等領(lǐng)域；
（4）擁有較高的透明度和光澤度；
（5）對(duì)霉菌的生長(zhǎng)有著抑制的作用。因此聚乳酸（PLA）在包裝、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。
聚乳酸改性研究
目前聚乳酸（PLA）的增韌改性方法主要有兩種：化學(xué)共聚和物理共混。但是因?yàn)榛瘜W(xué)共聚需要苛刻的實(shí)驗(yàn)條件、復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作和困難的工業(yè)生產(chǎn)，而物理共混僅需要低實(shí)驗(yàn)設(shè)備、簡(jiǎn)單的操作，有著較高的經(jīng)濟(jì)效率，因此物理共混更容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
共混改性是將乳酸與其他化合物或高分子材料共混，原理是將含有極性和剛性基團(tuán)的聚合物引入PLA中來(lái)提高聚合物鏈之間的相互作用，以此來(lái)提高材料的性能。共混劑主要是可降解高子材料，因?yàn)槠渌卟ＡЩD(zhuǎn)變溫度化合物與高耐熱高分子材料不能降解。由于共混改性的操作方法比較簡(jiǎn)單，因此目前成為PLA改性的主要方法。
增韌改性研究
聚乳酸（PLA）是一種硬而脆的聚合物材料，具有高拉伸強(qiáng)度、低斷裂伸長(zhǎng)率和低抗沖擊性。分子量是決定材料的重要參數(shù)，分子量越大，PLA的力學(xué)強(qiáng)度越大。Shady將 PLA 的分子量加倍，發(fā)現(xiàn)其拉伸模量也加倍，而拉伸強(qiáng)度增加了幾倍。薄膜中較高的L型含量導(dǎo)致較高的拉伸強(qiáng)度。Farrer的研究發(fā)現(xiàn)，98%的L型PLLA的屈服伸長(zhǎng)率高于 94%的 L形 PLLA，94%的 L-型PLLA斷裂伸長(zhǎng)率是98%的L-形PLLA的7倍，這表明94%的L-PLLA更具塑性。
但是當(dāng)PLLA用作塑料薄膜時(shí)，其脆性使其不切實(shí)際。PLLA的旋光純度與產(chǎn)品的性能密切相關(guān)，純PLLA結(jié)晶度在60%左右，熔點(diǎn)為180°C，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為60°C，拉伸強(qiáng)度高于60MPa，拉伸模量大于 3GPa，斷裂伸長(zhǎng)率約為 3～6%，呈現(xiàn)剛性和易脆性斷裂等特點(diǎn)。
為改善PLLA的脆性，共混改性是最有效的途徑之一。覃宇悅等將天然植物抗菌精油如丁香精油、肉桂精油、茴香精油和檸檬草精油等質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2%-10%的天然植物抗菌精華油添加到PLA中，然后與聚三亞甲基碳酸酚共混，制備的聚乳酸共混膜的拉伸強(qiáng)度可達(dá)11-27MPa，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)120%-200%。對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率分別超過90%和95%。它是一種高性能抗菌包裝材料。
阻隔改性研究
聚乳酸（PLA）對(duì)水蒸氣、氧氣、二氧化碳和氮?dú)獾淖韪粜远驾^低，不使用于對(duì)阻隔性要求高的食品包裝。但其良好的透氣性和穩(wěn)定水蒸氣滲透性恰好符合果蔬氣調(diào)包裝的標(biāo)準(zhǔn)。為了研究 PLLA對(duì)氣體的阻隔性，Auras等測(cè)得 PLLA薄膜的水蒸氣滲透系數(shù)降低到 1.34×10-11g.m/m2.s.Pa。
將殼聚糖/納米粘土的共混物涂覆在PLLA表面，單位時(shí)間氧氣透過量由 736cc/m2.d降低為4cc/m2.24h，水蒸氣透過率也從556g/m²•24h降到 431g/m2.24h。同時(shí)，D-乳酸的含量對(duì)PLLA膜的透氣性也有一定影響。少量D-乳酸的存在可以促進(jìn)PLLA分子規(guī)則結(jié)構(gòu)的形成。分子鏈排列更加有序，PLLA的透氣性將降低。
透明改性研究
PLA具有其他可降解塑料少有的透明度和光澤度，與玻璃紙及聚酯（PET）相當(dāng)，尤其適合用作可視包裝，裝潢效果較好。單一的聚乳酸材料在透明度和光澤度并不需要改進(jìn)，但聚乳酸在增韌改性中容易出現(xiàn)界面相容性不好，從而導(dǎo)致聚乳酸共混物透明度降低的情況。因此，在聚乳酸增韌改性的基礎(chǔ)上，保持原有的透明度是一個(gè)值得關(guān)注的問題。
影響共混物的透明度的主要因素之一是界面相容性。界面相容性良好則有利于提高共混物的透明度。在完全相容的聚合物共混物中，因?yàn)樾纬删嗨钥蓪⑵淇闯筛飨蛲圆牧?。若兩組分聚合物是透明的，則共混物透明。在不相容（部分相容）的聚合物共混物中，一般呈現(xiàn)相分離的情況，即一種聚合物作為分散相分布在另一種聚合物的連續(xù)相中。若兩種聚合物折光指數(shù)不同，形成的界面產(chǎn)生光散射，即使兩種均聚物各自透明，它們的共混物也不透明。
解決的辦法是向共混物中加入增容劑、相容劑或者通過共聚或接枝來(lái)調(diào)節(jié)聚合物的折光指數(shù)。李照鑫制備了具有高接枝密度的聚丙烯（PP）和聚PLLA的接枝共聚物（iPP-g-PLLA共聚物）用于PLA增韌，其中iPP的半結(jié)晶或橡膠態(tài)主鏈旨在提高共聚物韌性并保持較高的強(qiáng)度，而接枝的PLLA支鏈旨在確保與PLA基體的高度相容性，并通過咪唑的離子聚集作用提高相界性能，所得到的改性PLA共混物表現(xiàn)出顯著提高的斷裂伸長(zhǎng)率，同時(shí)還保持了非常高的強(qiáng)度和優(yōu)異的透明度。
Liu等在PLLA/PMMA共混物中成功引入了 PDLA，在PLLA原位形成了立構(gòu)聚乳酸（SC-PLA），研究發(fā)現(xiàn)，SC-PLA在PMMA中分散均勻，平均直徑在720nm～760nm。當(dāng)SC-PLA含量高于20wt%時(shí)，出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，透明度有所下降，約80%?？梢园l(fā)現(xiàn)，折射指數(shù)相近的聚合物可以大量添加，并且對(duì)材料的透明度影響較小。材料可以通過修飾的方法調(diào)整折射指數(shù)，使混合材料間的折光指數(shù)相近，從而改善共混物的透明性。
聚乳酸常用阻燃劑
磷系阻燃劑
磷系阻燃劑是應(yīng)用廣泛、具有較好實(shí)用性的環(huán)保型阻燃劑。磷系阻燃劑按照不同的組成與結(jié)構(gòu)可分成有機(jī)磷系阻燃劑和無(wú)機(jī)磷系阻燃劑，有機(jī)磷系阻燃劑主要包括磷酸酯、9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO)等有機(jī)磷化合物。無(wú)機(jī)磷系阻燃劑主要有紅磷、聚磷酸銨、磷酸鹽等；磷系阻燃劑還可按照使用方式不同，分為添加型和反應(yīng)型兩類。添加型磷系阻燃劑是將阻燃劑直接與高分子材料進(jìn)行物理混合，然后加工成復(fù)合阻燃功能材料，反應(yīng)型磷系阻燃劑則是將阻燃基團(tuán)通過化學(xué)反應(yīng)的方式鍵合到高分子材料上實(shí)現(xiàn)阻燃的目的。研究表明，磷系阻燃劑的阻燃機(jī)理為，阻燃劑在高溫時(shí)會(huì)發(fā)生熱解，產(chǎn)生酸性物質(zhì)，酸性物質(zhì)有利于聚乳酸(PLA)聚合物降解形成炭層，阻止熱量向聚合物基體傳遞，并且磷系阻燃劑燃燒過程中產(chǎn)生的含磷自由基也可淬滅PLA熱解時(shí)產(chǎn)生的自由基，并可與聚合物基體形成熱穩(wěn)定性很高的聚合物網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)阻燃效果。磷系阻燃劑已廣泛應(yīng)用于PLA等高分子材料的阻燃改性中。
目前報(bào)道的用于PLA磷系阻燃劑主要是DOPO與其他化合物反應(yīng)生成的衍生物，如DOPO與環(huán)氧化聚丁二烯、DOPO與肉桂酰胺、DOPO與甲醛等。另外一種磷系阻燃劑是基于聚磷酸銨(APP)的復(fù)配阻燃劑，如將含有聚己內(nèi)酯(PCL)鏈段、PLA鏈段以及苯基次磷酸鹽的離子共聚物與APP復(fù)合，或者將植酸鎳(PA-Ni)、葡甲胺(N)與APP相結(jié)合。這些磷系阻燃劑均能使PLA獲得優(yōu)異的阻燃性能。
氮系阻燃劑
含氮阻燃劑是一種無(wú)鹵阻燃劑，契合了當(dāng)下阻燃劑綠色環(huán)保的發(fā)展理念。氮系阻燃劑具有低毒、低煙的優(yōu)點(diǎn)，目前比較普遍的有三聚氰胺、雙氰胺、胍鹽及其衍生物等。當(dāng)達(dá)到分解溫度時(shí)，氮系阻燃劑產(chǎn)生的CO2，NH3，N2等不燃性氣體，可稀釋PLA化合物受熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體及聚合物周圍的O2，同時(shí)由于阻燃劑的分解會(huì)吸收熱量，有效降低了PLA的表面溫度，從而達(dá)到了阻燃的目的。由于在實(shí)際阻燃改性中單獨(dú)使用氮系阻燃劑的阻燃效率低，因此常將氮系阻燃劑與其他類型阻燃劑共同使用，利用協(xié)效作用達(dá)到良好的阻燃效果。
硅系阻燃劑
硅系阻燃劑是含有硅元素的無(wú)鹵環(huán)保型阻燃的材料，不僅可以改善材料的阻燃性能，還可改善材料的力學(xué)性能、加工性能以及耐熱性能等?；诠柘底枞紕┑谋姸鄡?yōu)點(diǎn)，其成為了目前研究的熱點(diǎn)。研究表明，硅系阻燃劑可以在凝聚相中延緩甚至中斷材料的熱分解，從而達(dá)到良好的阻燃效果。硅系阻燃劑產(chǎn)煙量低、安全性高，但單獨(dú)使用時(shí)阻燃效果不佳，一定程度上限制了硅系阻燃劑在阻燃PLA中的應(yīng)用。可將硅系阻燃劑與其他阻燃劑復(fù)配進(jìn)行協(xié)效阻燃，所以開發(fā)硅系阻燃劑的高效協(xié)同阻燃體系具有非常廣闊的發(fā)展前景。
無(wú)機(jī)納米阻燃劑
無(wú)機(jī)納米阻燃劑因其特殊的尺寸特征，與普通無(wú)機(jī)粒子相比具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為制備阻燃材料提供了新思路。但無(wú)機(jī)納米粒子單獨(dú)作為阻燃劑使用時(shí)存在添加量大的缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中，通常將無(wú)機(jī)粒子和其它類型阻燃劑進(jìn)行復(fù)配以提高阻燃效果。
納米鎂鋁水滑石可用于PLA的阻燃，一般采用插層劑對(duì)其插層，制備出氨基磺酸插層水滑石、磷鎢酸插層改性鎂鋁水滑石等，再與膨脹阻燃劑(IFR)復(fù)合，用于阻燃改性PLA，提升PLA的阻燃性能。另外，有機(jī)插層納米蒙脫土有明顯的抑煙作用，可以使PLA/麥秸纖維復(fù)合材料的阻燃性能得到有效改善。
近年來(lái)新型納米阻燃劑碳納米管(CNTs)在PLA阻燃領(lǐng)域也有應(yīng)用。例如可將10-羥基-9，10-二氫-9-氧雜-10-膦菲10氧化物(DOPO-OH)共價(jià)嵌至多壁碳納米管(MWCNT)的表面，制備得到DOPO官能化的MWCNT (MWCNT-DOPO-OH)，并通過熔融共混引入至PLA/磷酸鋁(AHP)體系中，進(jìn)而提高PLA/AHP的阻燃性能。
膨脹阻燃劑
膨脹阻燃劑(IFR)是一類無(wú)毒高效的綠色環(huán)保阻燃劑，IFR以磷、氮、碳三種元素為主要組分，由酸源、氣源和碳源三部分構(gòu)成。目前，用于PLA阻燃改性的膨脹型阻燃體系中，酸源主要是APP；氣源主要有三聚氰胺(MA)、三嗪衍生物、尿素等；碳源有多羥基聚合物淀粉(ST)、木質(zhì)素(LIG)、纖維素等。IFR可以提高PLA的成炭量，有效降低燃燒熔滴現(xiàn)象。IFR阻燃PLA的阻燃機(jī)理為，PLA在燃燒時(shí)其表面的炭和泡沫會(huì)進(jìn)行膨脹，產(chǎn)生多泡沫炭層，表面的多泡沫炭層阻礙下層材料燃燒。由于IFR具有良好的隔熱抑煙效果，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。
生物質(zhì)阻燃劑
近幾年，隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益提高，人們開始逐漸將研究方向轉(zhuǎn)移到利用生物質(zhì)阻燃劑來(lái)改善PLA的阻燃性能。常見的生物質(zhì)阻燃劑包括淀粉、纖維素、環(huán)糊精等。生物質(zhì)阻燃劑因含大量活性羥基，加入PLA后在燃燒時(shí)交聯(lián)成炭，形成多孔炭層，從而達(dá)到阻燃的目的。但生物質(zhì)材料單獨(dú)使用同樣存在添加量大、相容性差等問題，因此對(duì)生物質(zhì)材料進(jìn)行改性具有重大意義。
生物質(zhì)阻燃劑一般與其他阻燃劑復(fù)配使用：例如可采用五氧化二磷、甲磺酸、三聚氰胺對(duì)生物質(zhì)阻燃劑殼聚糖進(jìn)行改性，然后將改性殼聚糖和三聚氰胺聚磷酸鹽(MPP)復(fù)配，形成IFR；將磷系阻燃劑二乙基次膦酸鋁(AlPi)和淀粉進(jìn)行復(fù)配，形成協(xié)效阻燃劑對(duì)PLA進(jìn)行阻燃改性，可獲得阻燃效果良好的PLA；通過植酸改性殼聚糖(PAMC)與MPP復(fù)配得到IFR，再以有機(jī)化蒙脫土為協(xié)效劑，可有效改善PLA復(fù)合材料的阻燃性能。
結(jié)語(yǔ)
基于目前世界環(huán)境逐年惡化的強(qiáng)壓力下，在解決“白色污染”的問題上，聚乳酸扮演著不可或缺的主要角色。聚乳酸以土豆、玉米、甜菜等淀粉含量高的植物為原材料，在大自然中被分解為水和二氧化碳，又再次給植物利用吸收，是一種理想的綠色材料，實(shí)現(xiàn)了真正的綠色循環(huán)。并且聚乳酸所具備一定優(yōu)良的物理以及化學(xué)性能更大程度上優(yōu)化了產(chǎn)品的可利用性。結(jié)合聚乳酸的增韌改性方法，將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中存在巨大的潛力。
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