聚乙烯醇改性及改性聚乙烯醇涂布复合工艺研究.pdf

包装材料与辅料 聚乙烯醇改性及改性聚乙烯醇涂布复合工艺研究 庞志鹏1 耿建荣2 1 航天科技机电集团 江苏 南京210000 2 南京红宝丽股份有限公司 江苏 南京211300 摘要 论述了聚乙烯醇 PVA 改性机理和改性PVA涂布复合的生产工艺 结果表明 改性PVA实现 了不用预涂布锚固剂 在PE上直接涂布复合的先进工艺 简化了生产工艺 降低了生产成本 和未改性PVA 比较湿态性能明显提高 阻氧性能达到国际先进水平 关键词 PVA改性 涂覆 阻氧 耐湿性 中图分类号 TQ325 9 TQ320 67 2 文献标识码 B 文章编号 1001 3563 2001 04 0020 04 Modification of PVA and the Processing Method PANG Zhi2peng1 GENG Jian2rong2 1 China Aerospace Machinery and Electric Corporation Nanjing 21000 China 2 Hongbaoli Nanjing CO LTD Nanjing 211300 China Abstract The mechanismof the modified PVA and the processing method of the multilayer films by modified PVA is described in the paper The result realizes an advanced level on technology that the modified PVA can be coated on the PE film directly without coating adhesives early It is made simple on the processing method and it reduces the process cost It has the better properties than the unmodified PVA The property of preventing the oxygenpermeating in the film comes up to advanced world level Key words Modified PVA Coating Oxygenpermeating 聚乙烯醇 聚偏二氯乙烯和丙烯腈是迄今为 止三种阻隔性能最好的树脂 聚乙烯醇 PVA 是 聚醋酸乙烯酯的水解产物 其分子式为 CH2 CH CH CH2 n 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涂布层合膜 如BOPP PVA PE 在PE 表面涂覆PVA的产品 如PVA PE 在市场上并不 多见 这是由于未改性PVA有四种特性 1 气密性 未改性PVA薄膜在干燥条件 下有优异的阻氧性能 由表1看出 它的透氧系数 是各种树脂薄膜中最低者 但在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 详见图1 表1 各种树脂薄膜的透气系数 薄膜名称PVAPVDC尼龙6PETPE 透氧系数 ml cm cm2 s 厘米汞柱 6 24 10 175 3 10 13 3 8 10 12 7 1 10 13 2 10 12 2 5 10 10 透氧系数单位 PO2 ml cm cm2 s 厘米汞 柱 从图中看出 随着相对湿度的上升 其氧气透 过量明显上升 收稿日期 2001205212 作者简介 庞志鹏 1938 男 汉族 江苏江阴人 中国航天机电集团高级工程师 主要从事化学工业技术方面的理 论研究和实践 曾获四项发明专利 02 包装工程 PACK AGING ENGINEERINGVol 22 No 4 2001 图1 PVA在不同相对湿度下透氧系数 2 耐水性 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 3 工艺性 PVA水溶胶的粘度与温度和 存放时间有直接关系 在20 50 时 粘度下降 较大 50 以上时粘度下降较小 80 以上则趋于 稳定 PVA水溶胶的粘度随PVA浓度的提高而 增大 4 表面结皮 PVA水溶胶除粘度有计时 上升的特征外 在静止状态表面极易结皮 这种结 皮对涂布加工极为不利 不解决上述问题 将限制PVA作为阻隔包装 材料的推广和应用 1 遮断技术 为要稳定PVA薄膜在高湿条件下的阻隔性 采用遮断技术生产过BOPP PVA PE涂覆复合 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 遮断了潮湿水气对PVA的影响 其生产工艺如下 PVA溶胶 配粘结剂 恒温循环 配粘结剂 BOPP膜卷 预涂粘结剂 干燥 涂PVA胶 干燥 涂粘结剂 PE膜卷 干燥 层合 收卷 熟化 分切 检验 入库 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 2 PVA改性 为要提高和稳定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 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 能起多元醇的一切典型反应 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中的羟基适度交联 使 PVA形成一种强韧的三维结构涂层 稳定了PVA 在湿态条件下的气密性 提高了耐水性能 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计量上升现象 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 3 涂覆工艺 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等薄膜表面涂覆 构成改性 PVA PE 改性PVA BOPP涂布复合膜 生产工艺 流程如下 制 胶 PE膜卷 改性PVA涂覆 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 12 庞志鹏等 聚乙烯醇改性及改性聚乙烯醇涂布复合工艺研究 为要进一步提高包装装璜效果 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复合膜 4 涂布设备 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复合机组 该机组采用 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涂 布复合膜 可同时分段生产改性PVA PE涂布复 合膜和尼龙 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 以及对涂层 厚度 烘道温度 运行速度的控制 当涂布复合机组烘道长度 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 为要确保涂层干燥 薄膜运行速 度势必很低 失去了工业化生产的意义 制了涂 层厚度为5 3 m 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 有利于提高生 产效率 该机组生产能力为1000吨 年 5 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明显提高 测 试数据详见表2 表2 未改性PVA与改性PVA涂层的粘结力 耐水性 阻隔性测试数据 测试指标未改性PVA涂层改性PVA涂层测试单位 粘合力PVA涂层剥落PVA涂层无剥落上海医药管理局药品测试所 耐水性 PVA涂层有溶胀 脱落PVA涂层无溶胀 脱落上海医药管理局药品测试所 在水中浸泡24h 有溶 胀脱落现象 在水中浸泡24h无溶胀 脱落现象 南京大学化工学院 氧气透过量 ml m2 24h atm 5 890 92南京大学化工学院 水蒸汽透过量 g m2 24h 8 203 30南京大学化工学院 改性PVA PE涂布复合膜及BOPP 改性PVA PE涂布复合薄膜的阻隔性能详见表3 表3 改性PVA高阻隔技术生产的产品与国内外塑料薄膜阻隔性能比照表 序 号 材料 名称代号 厚 m 透气量 20 RH65 cm3 m2 24h 0 1MPa atm N2O2CO2 透湿量40 RH90 g m2 24h 备注 产品及 数据来源 测试单位 1低密度聚乙烯LDPE25140040001850020资料 2高密度聚乙烯HDPE25220600300010资料 3拉伸聚丙烯OPP2510055016809资料 4硬聚氯乙烯PVC255615044240资料 5聚苯乙烯PS25880550014000110 160资料 22 包装工程 PACK AGING ENGINEERINGVol 22 No 4 2001 6聚酯PET25256042027资料 7尼龙PA251660253300资料 8聚偏二氯乙烯PVDC252 2313 11060 703 6资料 9聚乙烯醇PVA25710很大资料 10乙烯2乙烯醇共聚物EVOH25250资料 11OPP PE20 401500 20005无锡彩印厂上海轻工所 12ON PE15 4030 12016无锡彩印厂上海轻工所 13PET PE30 7031610 9上海人印厂上海轻工所 14PA PE20 6048 555 10安徽宿县上海轻工所 15PA SR15 6059 826日本进口上海轻工所 16PA PE16 6073 865日本进口上海轻工所 17K OP PE20 402 26 6日本进口上海轻工所 18KPET PE12 604 912日本进口上海轻工所 19K ONY PE15 504 325 8 6 2日本进口上海轻工所 20KPT PE15 403 54 2日本进口上海轻工所 21PP EVOH PP1 342 74 以下为改性PVA高阻隔技术产品 进口材料杭州 新光厂生产 杭州站 22BOPP 改性PVA PE22 400 592 5本所产品上海轻工所 23LLDPE 改性PVA60 50 514 79本所产品杭州站 24LLDPE 改性PVA60 50 917本所产品兵器部59所 25BOPP 改性PVA BOPP60 200 423 40本所产品杭州站 26BOPP 改性PVA BOPP60 200 966本所产品兵器部59所 27改性PVA高阻隔软管3 781 38本所产品杭州站 另外 改性PVA水溶胶可在塑料软管上涂布 复合 构成阻隔性塑料软管 一条年产500万支高 阻隔塑料软管生产线已经投产 改性PVA涂在 塑料软管上 涂层显得丰满 挺括 耐磨 其光亮度 胜过国产上光剂 生产工艺简单 成本低 利用原 塑料软管上光机即能进行涂布 替代了上光剂且 具有高阻隔性 外经贸部组织的专家评审意见是 填补国内空白 产品性能达到国际先进水平 6 结论 1 用对人体无毒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 基材的粘结性 省去了预涂布和粘结剂 尤其突出 的是和未改性PVA比较湿态阻隔性能明显提高 全套技术先进 2 和未改性PVA工艺比较 868