改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜工藝技術(shù)研究

趙潔 楊庭軍 連海明

摘 要：目前，PVA是替代不可降解PVDC和昂貴EVOH的理想高阻隔膜材。缺點(diǎn)是熔融溫度高于分解溫度，不能直接用于熔融加工，只能通過溶液涂布或者加入大量增塑劑才能熔融加工。因此，本文以“改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜工藝技術(shù)研究”為研究課題，通過分析聚乙烯醇高的改性機(jī)理及效果，提出適合改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜的生產(chǎn)工藝，對(duì)促進(jìn)我國綠色高阻隔材料開發(fā)及發(fā)展有著積極的意義。

關(guān)鍵詞：改性聚乙烯醇;高阻隔;涂布膜;工藝技術(shù)

PVA，全稱為聚乙烯醇，是由聚醋酸乙烯水解而得到的白色、粉末狀樹脂。改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜具備安全、環(huán)保、可降解特性，其技術(shù)原理是加入不溶化劑后可以使PVA失去水溶性，提高聚乙烯醇和涂層的耐水性，在涂布生產(chǎn)工藝中近幾年已經(jīng)開始廣泛使用。

1 聚乙烯醇的改性

1.1 改性機(jī)理

PVA產(chǎn)生親水性的原因是分子中含有的大量經(jīng)基，只要將這些輕基全部或部分封閉，就可以降低其親水性，達(dá)到提高耐水性的目的。為了克服PVA耐水性差這個(gè)缺點(diǎn)，需要對(duì)它進(jìn)行改性，添加交聯(lián)劑是最適合PVA水性涂布液的改性方法。交聯(lián)既去掉了PVA的部分經(jīng)基，降低了吸濕性，又使PVA的結(jié)構(gòu)發(fā)生本質(zhì)的變化—由線性結(jié)構(gòu)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)，限制了PVA分子間的運(yùn)動(dòng)，抑制了PVA涂層在高相對(duì)濕度下的溶脹，從而提高了PVA涂層在高相對(duì)濕度下的阻氧性。

1.2 改性效果

①第1代改性液?！?68”是8511研究所20世紀(jì)90年代初研制的第1代改性液，改性PVA涂布膜與未改性PVA涂布膜相比，粘結(jié)力、濕態(tài)阻隔性和耐水性有明顯提高;②第2代改性液。在第1代改性液“868”的基礎(chǔ)上研制出了第2代改性液“878”?！?78”改性的PVA除了能涂布PE和MPE基材外，還可以在PET和BOPA上涂布，而且附著力不可剝離，阻隔性也很好;③第3代改性液。在第2代改性液“878”的基礎(chǔ)上制出了第3代改性液“888”?！?88”改性液能讓PVA膠液涂布在PE，MPE，PTE，BOPA，BOPP和CPP上，而且附著力不可剝離。由于“888”的生產(chǎn)成本比“878”的高，建議涂布PE、MPE、PTE、BOPA基材時(shí)使用“878”改性液，涂布BOPP和CPP時(shí)使用“888”改性液。

2 改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜的生產(chǎn)工藝

2.1 涂布膜的生產(chǎn)工藝流程

由于改性聚乙烯醇液極性較大，導(dǎo)致改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜與基材之間有著非常大的附著力，層間結(jié)合力甚至能夠達(dá)到不可分離的程度，因此，可以直接在PE、MPE、BOPP、BOPA、PET和CPP上進(jìn)行涂布，構(gòu)成改性PVA/PE，改性PVA/MPE，改性PVA/BOPP，改性PVA/BOPA，改性PVA/PET和改性PVA/CPP涂布復(fù)合膜，改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

通過圖1我們可以知道，提出的改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜的生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單，而且改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜不需要進(jìn)行任何處理，就能夠在改性聚乙烯醇表面進(jìn)行彩印，油墨附著力非常高。

2.2 涂布膜的生產(chǎn)工藝設(shè)備

根據(jù)上述改性聚乙烯醇涂布膜的生產(chǎn)工藝流程，自行設(shè)計(jì)加工制造適宜改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜生產(chǎn)的多功能涂布復(fù)合機(jī)組，該機(jī)組采用了逆轉(zhuǎn)輥涂布頭、熱風(fēng)對(duì)流干燥、微張力輸送等先進(jìn)結(jié)構(gòu)，可用一步法生產(chǎn)BOPP/改性PVA/PE涂布復(fù)合膜;可同時(shí)分段生產(chǎn)改性PVA/PE涂布復(fù)合膜和尼龍/PE、BOPP/PE、PET/PE復(fù)合膜;還可用于不干膠、保護(hù)膜的生產(chǎn)，最終達(dá)到運(yùn)行穩(wěn)定、涂布均勻、節(jié)能及一機(jī)多用的設(shè)計(jì)目標(biāo)，以及對(duì)涂層厚度、烘道溫度、運(yùn)行速度的控制。且該機(jī)組制定了涂層厚度為5～3μm、改性聚乙烯醇涂層在100℃烘道內(nèi)快速通過的工藝條件，在此條件下，不僅有利于提高改性聚乙烯醇的結(jié)晶度，確保改性聚乙烯醇的氣密性和耐水性，還能夠有效提高改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜的生產(chǎn)效率。

3 改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜的特點(diǎn)

改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜主要具備以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：①改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜中改性聚乙烯醇水性涂布液的涂布量比PVDC涂布復(fù)合膜中PVDC的涂布量少很多大大節(jié)約了自然資源;②改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，只需涂布1次且不用預(yù)涂，阻氧性能和附著牢度就很優(yōu)秀因此改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜的涂布設(shè)備的要求比涂布PVDC的更低。因此在絕大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，改性聚乙烯醇高阻隔涂布膜可以取代環(huán)保性能差的PVDC涂布復(fù)合膜。

社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步促使人們對(duì)安全、環(huán)保、可降解、循環(huán)使用的新型材料提出了更多要求和期望，應(yīng)運(yùn)而生的改性PVA涂布膜的技術(shù)的發(fā)展將不會(huì)停止，蒸蒸日上的塑料加工產(chǎn)業(yè)呼喚一代又一代新產(chǎn)品的誕生，可以預(yù)計(jì)在不久的將來，伴隨著改性PVA高阻隔涂布膜的技術(shù)日臻成熟，其在塑料包裝市場(chǎng)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)檔次、經(jīng)濟(jì)效益的占有比重會(huì)越來越大。