PVA薄膜

海川百科 · 发表于 2021-1-28 11:12:31

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简介

聚乙烯醇薄膜(简称PVA)，聚乙烯醇薄膜密度为1.26-1,29g/cm三次方，折射率为1.52，紫外线照射后发篮白色光。吸水性大，浸入水中能溶解。纤维的含水率可达30%-50%，在65%RH, 25 ℃ 环境下的含湿率也可达4.5%。能透过水蒸气，但难透过醇蒸汽，更不能透过有机溶剂蒸汽，惰性气体和氢气，聚乙烯醇薄膜的阻隔性甚至优于偏二氯乙烯薄膜。

PVA是唯一可被细菌作为碳源和能源利用的乙烯基聚合物，在细菌和酶的作用下，46天可降解75%，属于一种生物可降解高分子材料,可由非石油路线大规模生产，价格低廉，其耐油、耐溶剂及气体阻隔性能出众，在食品、药品包装方面具有独特优势。PVA的应用基于溶液法，通过流延成膜制备薄膜材料，但是溶液加工成型需经历溶解和干燥过程, 存在工艺复杂、成本高、产量低等缺点，很难制备厚壁、形状复杂的制品，同时，也无法与其他材料进行共挤吹塑制备多层复合薄膜。

聚乙烯醇（PVA）是一种水溶性聚合物，特点是致密性好、结晶度高，粘接力强、制成的薄膜柔韧平滑、耐油、耐溶剂、耐磨耗、气体阻透性好，以及经特殊处理具有的耐水性，用途广泛。
聚乙烯醇对人体无毒、无味、无害，与自然环境具有良好的亲和性，不累积，无污染。
聚乙烯醇薄膜是以聚乙烯醇为主体，加入改性剂等助剂，经过特殊工艺加工、可以被土壤中的微生物完全降解的绿色环保功能性材料。它可在短时间内降解为二氧化碳和水，并有改良土地的作用。
聚乙烯醇薄膜最大的优点是水溶性，最大的缺点是耐水性差。之所以耐水性差，是由于其分子中带有亲水性的羟基（-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，选用适当的缩聚物，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，稳定了PVA在湿态条件下的气密性，提高了耐水能力。
分类聚乙烯醇薄膜按照溶解特性分为以下几类：
常温溶薄膜（NT型，又称快溶薄膜、冷溶薄膜）：溶解温度25℃
中温溶薄膜（IT型，又称中溶薄膜、热熔薄膜）：溶解温度65℃
高温溶薄膜（HT型，又称难溶薄膜、耐溶薄膜）：溶解温度85℃
特种薄膜：可以根据具体用途设计配方和工艺，达到特殊使用的要求。

性能环保性
PVA薄膜产品属于绿色环保材料。有关部门测得PVA生物耗氧量（BOD）比淀粉小得多，美国空气产品公司把Airvol公司的PVA产品进行生物降解5天后，测得的BOD量低于最初BOD总量的1%。经过生物试验证明PVA既无毒。
就降解机理而言，PVA材料具有水和生物两种降解属性，首先溶于水形成胶液渗入土壤中，可增加土壤的团粘化、透气性和保水性，特别适合于沙土改造。在土壤中的PVA材料可被土壤中的细菌分解，最终可降解为CO2和H2O。
水溶性
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。醇解度在88%以下时，在20℃常温的常温水中几乎完全溶解。随着醇解度的上升溶解度大幅度下降，完全醇解的PVA在水中的溶解极微。
PVA薄膜的水溶性与薄膜的厚度和水的温度有关，相关数据表如下：
溶解水温开始溶解时间
（分钟）完全溶解时间
（分钟）
常温溶薄膜 25℃ 0.5 15
中温溶薄膜 65℃ 0.5 10
高温熔薄膜 40℃以下完全不溶，85℃以上完全溶解 0.5 10
注：1、薄膜厚度：20μm，2、在动荡水中。
强度和耐候性
PVA薄膜韧性好，拉伸强度大，抗撕裂强度居各类薄膜之首，其双向拉伸强度优越，耐候性好，使用寿命长。各种薄膜强度性能如下表：
PVA膜 PT膜（玻璃纸） PE膜 PP膜 PVC膜
拉伸强度（MPa） 44.1~63.7 54.9~131.4 17.3~19.1 45.1~53.9 20.6~17.6
延伸率（%） 150~400 15~25 50~600 200~600 5~25
脱模和金属镀性
PVA薄膜对疏水性极强的塑料亲和力低，对极性小的各种有机材料的脱膜（剥离）性能好。
PVA薄膜可以在1.33×10~266×10Pa的真空下镀铝，其制品在30℃水中浸24小时，镀层不会剥离。
透明和光泽性
PVA薄膜的透明度、光泽度均优于其它薄膜。
PVA膜 PT膜（玻璃纸） PVC膜 PET膜
透过率% 90.1 60.5 50.4 57.8
反射率% 81.5 60.5 79.5 22
透湿性
PVA膜的透湿性和玻璃纸相似，是一种透湿度极高的薄膜，包装热、湿物品时不会产生雾滴。按照JIS-Z1503测定的数据如下表：
PVA膜 PT膜（玻璃纸） PVC膜 PET膜
透湿度 1500~2000 1300~2000 120~180 35~180
阻隔性
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），处于潮湿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**下降。随着相对湿度的上升，其氧气透过量明显上升。
PVA薄膜对水分及氨气具有较强的透过性，但对氧气、氮气、氢气、氦气、氩气及二氧化碳等具有优越的阻隔性，常压环境下对氧气的阻隔率约为常用聚乙烯薄膜的1000倍，聚丙烯膜的300倍。使用PVA薄膜可以完好地保持被包装产品的成分及本身的气味。
防静电性
很多塑料薄膜都有很强的带电性，而PVA薄膜几乎不带静电。使用PVA薄膜包装产品的过程中，不会因为静电而引起其可塑性降低或静电附尘。
PVA膜 PT膜（玻璃纸） PVC膜 PE膜 PET膜
静电压 1.2V 1.3V 40.5V 98.6V 120.6V
印刷性能
PVA膜具有优良的水色和油墨印刷性，这是现有塑料薄膜只能用油墨印刷不可比拟的优点，可用于水转移印刷，如：玻璃、陶瓷、电器外壳、汽车部件等等不规则表面的彩色印刷。同时PVA薄膜极性强，印刷时可不用电火花处理，广泛地应用在特种印刷行业上，如水转印膜衬底。
热封性
水溶性包装薄膜具有良好的热封性，适合于电阻热封及高频热封，热封强度与温湿度、压力、时间等条件有关，一般大于200g/cm2。
耐油性及耐溶剂性
PVA薄膜具有极好的耐油性（植物油、动物油、矿物油）、耐有机溶剂和碳水化合物等。但强碱、强酸、氯自由基及其它可与PVA发生化学反应的物质（如硼砂、硼酸、某些染料等），这类物质不适合采用PVA薄膜包装。
A 油脂吸收量表
油品测试条件 PVA PET OPP PE OPS
汽油 20℃,10天 0 1.1 1.1 4.7
柴油 40℃,30天 0 3.2 5.2 3.5 2.8
色拉油 40℃,30天 0 1.8 3.1 4.6 1.5
B 溶剂吸收量表
溶剂 PVA EVAL CPP OPP PET
保香性及防止升华性
PVA薄膜的保香性及防止包装物升华的性能极佳，采用PVA薄膜包装，不仅能很好地保持包装物的香味，而且也可防止包装物受到外界异味的影响。

主要用途

快溶薄膜
 农药、化工产品内包装衬袋，可避免手触摸农药及化工产品，没有残留农药在塑料袋中。
 水泥添加剂包装袋，避免粉尘飞扬危害环境。
 刺绣衬底、假发等织物载体。衬托载体，便于清理。
 人造大理石脱模膜，在型膜内垫上水溶膜，可快速脱模。
 水转移印刷，在该薄膜上印刷后可转印到曲面上。
 种子袋，把种子按固定间隔包装起来再埋入地下，节省贵重种子，可省去间苗的繁忙。
 医院洗涤包装袋，无需接触污染的衣服将包装袋直接投入洗衣机。
 垃圾袋。

中溶薄膜
 食品、化妆品包装袋，超市购物袋。
 食品包装复合膜、高级纺织品、胶袋包装袋、包装缓冲气垫。
 用玻璃纸型印刷油墨便可得到美观的印刷效果。
 动物油、植物油、矿物油的包装和油脂食品的包装。
 用于茶叶、咖啡、咖喱粉、辣椒粉、胡椒粉等香料的包装封存。
 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。
 电子产品防静电包装。

难溶薄膜
 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。
 用玻璃纸型印刷油墨便可得到美观的印刷效果。
 醇类、醚类、同类、酯类、化工原料及中间体的包装。
 日用品、医药、玩具包装。
 用于无线电元器件及整机、精密机械、军械、雷达、弹药的封存，有独到的防氧化锈蚀的功能。
 光学仪器、镜片及零配件采用综合封存，可防止发霉和起雾。

特种薄膜
聚乙烯醇薄膜还可以用于偏振模、汽车贴膜、挡风玻璃夹层、卫生材料制造等特殊领域。

生产技术

(1)共聚改性，通过共聚或高分子反应在主链或侧基上引入作用力较弱的单元，减弱PVA分子内和分子间作用力，降低熔点；日本可乐丽公司合成了可热塑加工的PVA, 该PVA 含有碳原子数小于4 的α-烯烃单元及/或乙烯醚单元, 熔点为160-230℃；日本合成化学公司开发的AXPVA共聚物薄膜, 其成型加工性能优异, 熔点在200-210℃, 成型加工温度在210-230℃。

工艺 [1]

(2)共混改性，通过加入能与PVA中羟基生成氢键的大量聚合物，破坏PVA分子间作用力，降低熔点或提高热分解温度，如糖类衍生物、胶原水解物等。Nishino将糖类衍生物Poly(GEMA)与PVA共混，其热分解温度大幅提高，当加入量为到25wt%时，混合物的热分解温度达到326℃。意大利Montedison集团Novamont公司开发生产出最成功的PVA/淀粉复合材料“MaterBi”牌号，由变性淀粉与改性PVA 共混构成的互穿网络结构高分子塑料合金, 具有优异的成型加工性、二次加工性、力学性能和生物降解性能。该公司已开发出挤出成型用片、吹塑薄膜、流延薄膜、注塑制品、中空容器、玩具等产品。
(3)后反应改性，通过对PVA分子链上的羟基进行化学改性，引入可降低PVA的规整度和提高热稳定性的结构单元，改善PVA的热塑加工性能。Nishimura研究表明，烷基硼酸络合物能有效地降低PVA的熔融温度和提高分解温度，实现熔融纺丝。
(4)增塑改性，该方法简单、高效，国内外对增塑研究较多，如日本可乐丽公司、日本合成化学公司、美国杜邦公司、四川维尼纶厂、四川大学、北京化工大学、华南理工大学、北京工商大学等单位采用水、无机盐、甘油、多元醇及其低聚物、己内酰胺、醇胺等单一或复合增塑改性剂，降低PVA的熔点，改善加工流动性。

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