改性PVA高阻隔薄膜的特征和应用

1．聚乙烯醇（PVA）的特性
　　聚乙烯醇（PVA）是聚醋酸乙烯酯的水解产物，具有造膜性能优良、皮膜无色透明、耐油、耐有机溶剂、对细菌和日光稳定等特性，作为薄膜生产工艺而言，以下特性必须引起足够的重视。

　　（1）PVA的溶剂是水，但对水的溶解性很大程度上受聚合度的影响，特别是受醇解度的支配。完全醇解的PVA在水中的溶解极微，醇解度在88％以下时，在20℃常温下几乎完全溶解，但随着醇解度的上升，溶解度则大幅度下降。

　　（2）高醇解度的聚乙烯醇水溶液的粘度，因放置的条件不同而引起的变化，存放温度直接影响粘度。实验证明在20～50℃时粘度下降较大，50℃以上粘度下降较小，80℃以上则处于稳定。PVA水溶液的粘度随PVA浓度的提高而增大。在静止状态下PVA水溶液表面极易结皮，这种结皮现象对涂布加工极为不利。

　　（3）PVA薄膜在干燥条件下有优异的阻氧性能，它的透氧系数是各种树脂薄膜中最低的。

　　PVA的分子链上存在大量羟基（OH），处于湿态环境中这些羟基易和水分子形成氢键，导致PVA聚集态结构发生变化，使PVA的阻隔性大大下降。随着相对湿度的上升，其氧气透过量明显上升。

　　（4）PVA薄膜遇到水有溶胀、脱落现象，这种涂布复合膜若裸露于潮湿环境中，其高阻氧性能将丧失贻尽。

　　20世纪90年代初，国内一些高校和研究单位将PVA树脂制成水溶胶，采用涂布复合的工艺，制成了PVA涂布薄膜，为稳定PVA薄膜在高湿条件下的阻隔性，采用遮蔽技术生产出了BOPP／PVA。PE涂布薄膜，其实质是将怕水的PVA夹在两层阻湿性能较好的薄膜中间，遮蔽了潮湿水气对PVA的影响。该流程生产的PVA涂布复合膜，可以保持其阻隔性能，但流程复杂，效率低，成本高，而且性能不稳定。

　　2．聚乙烯醇改性

　　为了提高和稳定PVA湿态阻隔性能，简化生产工艺，降低生产成本，让性能优越的PVA复合薄膜走向市场，我们对PVA进行了改性。

　　聚乙烯醇之所以不耐水，是由于它带有亲水性的羟基（OH），如果能将羟基适当封闭，接上耐水性基团，就可提高PVA薄膜的耐水性。PVA含有羟基，可发生多元醇的一切典型反应，我们选用了多种能与PVA中的OH进行分子交联的化合物，其改性效果及工艺性并不理想，最后研制成功了一种对人体无毒副作用的密胺树脂改性液“868”。由于“868”是一种多功能度的缩聚物，在添加量不大的情况下，就能与PVA中的羟基适度交朕，使PVA形成一种强韧的三维结构涂层，稳定了PVA的湿态条件下的气密性，提高了耐水能力。

　　改性后的PVA胶液，在常温下不结皮，在生产允许的时间内粘度无上升现象，实现了常温配胶，常温涂布，为改性PVA涂布复合膜的生产提供了一个宽松的工艺条件。

　　涂布工艺：由于改性液极性较大，提高了改性PVA与基膜的附着力，层间结合力可达不可分离的程度，可直接在PE、BOPP、BOPA、BOPET等薄膜表面涂布，构成改性PVA／PE、改性PVA／BOPP涂布复合膜，生产工艺流程如下：

　　PE解卷—→改性PVA涂布—→干燥—→收卷—→熟化—→分切—→检验—→入库

　　改性PVA／PE膜无需任何处理即可在PVA面上进行彩印，油墨附着力很强。

　　为了进一步提高包装装潢效果，还可先在BOPP等基材上印刷，再与改性PVA涂布复合，进一步加工成BOPP／改性PVA／PE薄膜。

　　3．涂布复合设备

　　我们自行设计加工制造了适宜改性PVA涂布复合薄膜生产的多功能涂布机组，机组采用了逆转辊涂布头、热风对流干燥、微张力输送等先进结构，可用一步法生产BOPP／改性PVA／PE、BOPP／PE、PET／PE复合膜；还可用于不干胶、保护膜的生产，达到了运行稳定、涂布均匀、节能及一机多用的设计目标。

　　当涂布层合机组烘道长度、送风量固定以后，涂布膜的干燥速度就由涂布厚度、烘道温度及走膜速度三者来控制，涂层越厚、烘道温度越低、则干燥速度就越慢。为了确保涂层干燥，薄膜运行速度势必很低，失去了工业化生产的意义。我们制定了涂层厚度为5～8微米，PVA涂层在100℃烘道内快速通过的工艺条件，这不仅有利于提高PVA的结晶度，确保PVA的气密性和耐水性，还有利于提高生产效率，该机组生产能力为1000吨／年。

　　4．PVA改性效果

　　改性PVA涂布复合膜通过小试、中试，已建成年产1000吨的生产线，产品投放市场后受到用户好评。改性PVA涂布膜与未改性PVA涂布膜相比，粘结力、湿态阻隔性和耐水性有了明显提高。

　　5．改性PVA高阻隔薄膜的特征

　　（1）用对人体无毒、无副作用的密胺树脂改性液“868”对PVA进行适度交联，PVA在保留干态阻隔性能、透明、柔韧的优点的同时，还提高了与基材的粘接性，省去了预涂布和粘结剂，尤其突出的是与未改性PVA比较湿态阻隔性能明显提高，全套技术先进。

　　（2）与未改性PVA工艺比较，“868”改性的PVA省掉了预涂布和使用粘结剂的工段，可减少设备投资和降低产品成本。改性后的PVA水溶胶解决了静态下表面结皮和生产条件下粘度上升的难题，取消了遮蔽工艺，生产工艺合理。

　　（3）性能与未改性PVA比较，改性PVA涂布层在水中浸泡24小时后涂层无溶胀和脱落现象，关键指标氧气透过量达到国际先进水平。

　　（4）厚辅材料和生产设备立足国内，产品在南京红宝丽（集团）股份有限公司已大批量生产。

　　6．应用

　　改性PVA高阻隔薄膜的应用是和其特性分不开的，这里作一简单介绍。

　　（1）改性PVA薄膜透明度、光泽度好，特别适用于服装、鞋帽、皮革及皮革制品、工艺美术、文稿、档案的封存，与除氧剂配套使用，有防霉、防虫蛀、防氧化变色的功效。

　　（2）改性PVA薄膜极性强，印刷时油墨粘着性好，用玻璃纸型印刷油墨便可得到美观的印刷效果。

　　（3）耐油、耐有机溶剂性好，对动物油、植物油、矿物油、醇类、醚类、酮类、酯类都是不溶的，适宜于化工原料及中间体的包装和油脂食品的包装。

　　（4）有很好的保香性，可广泛用于茶叶、咖啡、咖喱粉、辣椒粉、胡椒粉等香料的包装封存，用于灌装芥末，可使气味透不出来。

　　（5）具有优良的气体阻隔性，特别是有极低的透氧性，适宜于以下物品的包装封存。

　　A、可用于小杂粮、油料、海鲜干发、名贵中药材、烟草等包装，与除氧剂或抽真空配合使用，其防霉、防虫蛀、防退色的保质保鲜效果特别明显，用于封存高油脂食品，防止油脂氧化发“哈”和保持食品原有风味的功效。

　　B、用于无线电元器件及整机、精密机械、军械、雷达、弹药、大型导弹的综合封存，有独到的防氧化锈蚀的功能。
　　C、光学仪器、镜片及另配件采用综合封存，可防止发霉和起雾。

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