PVA的性質及其應用之研究.doc

摘要聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，簡稱P.V.A.) 是種具有優異獨特的強力粘接性、皮膜柔韌性、平滑性、耐油性、耐溶劑性、保護膠體性、氣體阻絕性、耐磨性以及經特殊處理具有的耐水性等優點，使得PVA再各產業上被廣泛的應用。PVA是一種白色到微黃色，顆粒（或粉狀），安定，無毐的水溶性高分子。水是PVA良好的溶劑。在實用的觀點來看，水也是唯一有效的溶劑，PVA具有良好的造膜性，這形成的膜具有優異的接著力，耐溶劑性，耐摩擦性，伸張強度與氧氣阻絕性，因為PVA 同時擁有親水基及疏水基兩種官能基，因此PVA具有界面活性的性質，所以PVA可以做為高分子乳化，懸浮聚合反應時的保護體。以上這些特有的性質使PVA廣泛的應用在各行各業。本研究可分為兩個部分，第一部分是介紹聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，簡稱P.V.A.)的性質、特點、聚合、應用及用途。第二部分是PVA在各業界中被應用的一些技術，包括液晶產業中的偏光板、印刷業中的水轉印技術、紡織業中的水溶性PVA纖維，還有包裝材料用的水溶性PVA薄膜等。由於PVA的優異性能，使得其應用範圍遍及紡織、食品、醫藥、建築、木材加工、造紙、印刷、農業、鋼鐵、高分子化工等行業。PVA的用途可概分為（1）紡織業：織布準備之漿紗工程的經紗上漿劑，整理加工時之硬挺與增厚劑，製造維尼龍纖維的原料與網版印花工程中作為加工布與機台間的定位劑。（2）造紙業：表面塗布時作為表面上膠劑，紙管或紙板的接著劑，郵票背膠的再濕接著，顏料塗布工程的膠合劑與紙品的內部上膠。（3）聚醋酸乙烯PVAc（或其共聚合物如EVA）乳液製造時作為保護膠體。（4）其他：如事務用糊的製造、合板木器的接著、建築業、化妝品業、電子業、材料工程業、陶瓷業、農業、印刷業、研磨材料業都可以發現PVA的存在。目錄摘要3目錄4第一章 前言5第二章 文獻回顧 62-1 PVA簡介 62-2 PVA的特性 82-3 PVA之聚合 92-3-1 聚合度對PVA特性之影響92-3-2 鹼化度對PVA特性之影響 102-4 PVA的用途及應用11第三章 PVA於產業中的應用12 3-1 偏光板 12 3-2 曲面印刷 15 3-2-1 水轉印技術17 3-3 水溶性PVA薄膜 183-4 水溶性PVA纖維 25第四章第一章 前言高分子材 (Polymeric materials) 因具有好強、質輕、價、加工等特點，已成為人生活中可或缺的材。聚乙烯醇（PVA）是一種用途廣泛的水溶性高分子聚合物，其性能介於塑料和橡膠之間。聚乙烯醇Poly(vinyl Alcohol)簡稱PVA是一種水溶性高分子化合物。由醋酸乙烯酯VAc先聚合成聚醋酸乙烯酯PVAc再經鹼化得到聚乙烯醇，並非直接由乙烯醇聚合而成。其性質取決於聚合度和鹼化度.聚合度越大，分子量越大，黏度越高。依鹼化度(表疏水基的醋酸基被親水基所取代的程度)可分成兩種完全鹼化(BF)，部分鹼化(BP)。本實驗所採用的為完全鹼化(B.F)形。有強烈的分子間氫鍵，對親水性的天然纖維有很大的親合性。1996年日本N.Nagashima, S.Matsuzawa, and M.okazaki研究將聚乙烯醇與NMMO混合溶解，經乾濕式紡絲法製成聚乙烯醇纖維應用於作業服、雨衣、魚網、水管、上漿劑等方面。 纖維素(Cellulose)是天然棉纖中的主要成份。其結構中含有OH基，所以分子和分子間會產生氫鍵。其特徵為高結晶性，高吸溼性，染色性良好。可用於內衣內襯夏天的服裝等衣料材料。纖維素纖維經由黏液製程生產高品質嫘縈供製成衣，是再生纖維最常見的方法。但此方法會產生CS2、H2S等含硫的污染物，目前國內環保排放的法規日趨嚴格，嫘縈的生產成本增加,因而造成減產。為此出現了種全新生產纖維素纖維的方法，即採用NMMO作溶媒，依該製程所製造的新再生纖維其化學結構與棉,嫘縈基本相同，除了保有天然纖維本身的特性外尚有良好的吸濕性、舒適性、光澤性、染色性及生物可分解性。且不論在濕或乾狀態下都有很高的強度。其乾強度近於聚酯纖維,溼強度為乾強度的85%，一般嫘縈只剩50%。第二章 文獻回顧2-1 聚乙烯醇(PVA) 簡介聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，簡稱P.V.A.) 1924首先由德國科學家W.O.Herrmann 和 H.Haehnel 將氫氧化鈉加入溶於醇的聚醋酸乙烯酯(Polyvinyl Acetate)中經皂化作用後製得之白色粉末聚乙烯醇，至1931聚乙烯醇被製成纖維。1939日本 Sakurada 氏和其助手將濕式紡絲法紡製的聚乙烯醇纖維經熱處及施以縮甲醛化處，使纖維受熱水影響。圖1 PVA化學式水是PVA良好的溶劑。在實用的觀點來看，水也是唯一有效的溶劑，PVA具有良好的造膜性，這形成的膜具有優異的接著力，耐溶劑性，耐摩擦性，伸張強度與氧氣阻絕性，因為PVA 同時擁有親水基及疏水基兩種官能基，因此PVA具有界面活性的性質，所以PVA可以做為高分子乳化，懸浮聚合反應時的保護體。以上這些特有的性質使PVA廣泛的應用在各行各業。聚乙烯醇具有優越的吸濕性，日本自1950工業化以，即應用於衣上作為棉纖的替代品，同時聚乙烯醇本身具有優越的結晶性、耐衝擊性、耐氣候性、質輕結實、耐摩擦性、抗鹼性、耐腐蝕性和耐熱性等優點。在工業上，聚乙烯醇依據聚合、體規則性和皂化程的同而有同的用途。一般可用聚乙烯醇獨特的強接著性、皮膜強韌性、平性、耐油性、耐溶劑性、氣體阻絕性、保護膠體性等，作為工業上經紗上漿、纖維加工、接著劑、塗、乳化或懸浮聚合作用之保護膠體等主要材。 另外，聚乙烯醇纖維亦可作為 FRP (Fibre Reinforced Plastic) 用於補強材和建築鋼筋的取代材，且被大用於產業用紡織品，如繩、漁網、帳篷等。還用於生產過材、醫用衛生材等。然而，聚乙烯醇因分子間極性太大，加熱後無適當的動性；解溫與熔融動溫者太過接近，使得聚乙烯醇在加工性與紡紗工程上皆有熱熔性能佳的問題，因此實用上多半採用濕式紡絲法或溶劑紡絲。 聚乙烯醇是一種水溶性的乙烯聚合物，具有生物可解的特性，被微生物分解，而使聚乙烯醇分解的黴菌是透過打斷聚乙烯醇主鏈的方式低其聚合，可將聚乙烯醇分解成二氧化碳和水，對環境會產生污染。因此用聚乙烯醇製成的生物分解性高分子材，可有效解決科技文明對環境帶的衝擊。PVA歷經無數科學家，工程師，製造者與使用者共同持續的力開發新製程，探討新用途，使PVA的需求量逐年上昇(1995年全球產量達600,000公噸)，各種新的用途也不斷的擴大中。2-2 PVA的特性 外觀：白色至淡黃色顆粒或粉末 比重：真比重1.261.31，充填比重0.50.7。 折射率：1.52-1.55 (無水狀態) 比熱：1.65-1.67J/g (0.4cal/g) 熱膨脹係數：7-10*10 /(0-45) 玻璃轉移溫度：60(部份鹼化型)85(完全鹼化型) 熔點：180-190(部份鹼化型)，230(完全鹼化型) 耐藥品性，耐溶劑性：耐弱酸，弱鹼，但不耐強酸或強鹼。動植物性油脂，石油系碳氫化合物，酯，酮，高級醇等具高度安定性，係最佳的抗溶劑材料之一。 吸濕性：比其他水溶性高分子吸濕性低，受濕度影響較小。 透氣性：PVA薄膜除H2O以外，H2，N2，O2等氣體均具阻絕性。 耐光性：品質不受日光照射而受影響。 造膜性：PVA造膜性優，其抗張強度，撕裂強度，耐磨強度等物理性質，均較其他水溶性樹脂好。 無毐性：純粹的PVA對人體無害。 溶解性：PVA溶於水，水溫越高則溶解度越大，但幾乎不溶於有機溶劑。PVA溶解性隨醇解度和聚合度而變化。部分醇解和低聚合度的PVA溶解極快，而完全醇解和高聚合度PVA則溶解較慢。一般規律，對PVA溶解性的影響，醇解度大於聚合度。PVA溶解過程是分階段進行的，即：親和潤濕一溶脹一無限溶脹一溶解。成膜性PVA易成膜，其膜的機械性能優良，膜的拉伸強度隨聚合度、醇解度升高而增強。粘接性PVA與親水性的纖維素有很好的粘接力。一般情況，聚合度、醇解度越高，粘接強度越強。 熱穩定性：PVA粉末加熱到100左右時，外觀逐漸發生變化。部分醇解的PVA在190左右開始熔化，200時發生分解。完全醇解的PVA在230左右才開始熔化，240時分解。熱裂解實驗表明：聚合度越低，重量減少越快；醇解度越高，分解時間越短。2-3 PVA之聚合乙烯醇(結構式如) 不穩定。聚乙烯醇不能由它聚合而成而是由聚乙酸乙烯酯的水解(或醇解)反應製得的。乙酸乙烯酯可進行本體溶液乳液聚合製得聚乙酸乙烯酯(工業上常採用以甲醇為溶劑的溶液聚合)然後在鹼催化劑存在下反應生成聚乙烯醇圖2 聚乙烯醇聚合反應式2-3-1 聚合度對PVA特性之影響：1 聚合度增加，分子量增加，粘度則增高，接著力上升。2 溶解性隨聚合度之增加而下降。3 皮膜物理強度（包括抗張力，撕裂強度及斷裂時之伸長率）隨聚合度之增加而增加，密著性和柔軟性下降。4 滲透性隨聚合度之增加而減少。5 保護膠體特性隨聚合度之增加而增加。2-3-2 鹼化度對PVA特性之影響：1 溶解性： （1） 完全鹼化型PVA（BF型或AW型）於常溫下在水中只吸收膨潤而不溶解，於高溫中（80以上）迅速溶解。 （2） 部份鹼化型PVA（BP型）可於常溫下緩性溶解，正常使用?縮短溶解時間，仍需加熱溶解。 （3） 超低部份鹼化型PVA（BC型），溶於冷水中，加溫反而不利於溶解。2 完全鹼化型PVA有很強的分子間氫鍵，其影響PVA的特性如下： （1） 對親水性天然纖維之親合性較大（例如棉、麻等） （2） 形成之PVA皮膜較具而水性。 （3） 溶液于高濃度，低溫條件下，其粘度較不安定。3 部份鹼化型PVA，分子內有11-14%之殘存醋酸基，醋酸基系疏水官能基，其影響的特性如下： （1） 對疏水性材料之親合性和接著性良好。 （2） 乳化安定性及對沒劑的相溶性優異。 （3） 水溶液之粘度安定性良好。2-4 PVA的應用及用途 聚乙烯醇（簡稱PVA）外觀為白色粉末，是一種用途相當廣泛的水溶性高分子聚合物，性能介於塑料和橡膠之間，它的用途可分為纖維和非纖維兩大用途。由於PVA具有獨特的強力粘接性、皮膜柔韌性、平滑性、耐油性、耐溶劑性、保護膠體性、氣體阻絕性、耐磨性以及經特殊處理具有的耐水性，因此除了作纖維原料外，還被大量用於生產塗料、粘合劑、紙品加工劑、乳化劑、分散劑、薄膜等產品，應用範圍遍及紡織、食品、醫藥、建築、木材加工、造紙、印刷、農業、鋼鐵、高分子化工等行業。其水溶液有很好的粘接性和成膜性；能耐油類、潤滑劑和烴類等大多數有機溶劑；具有長鏈多元醇酯化、醚化、縮醛化等化學性質。PVA的用途可概分為： (1) 紡織業：織布準備之漿紗工程的經紗上漿劑，整理加工時之硬挺與增厚劑，製造維尼龍纖維的原料與鋼版印花工程中作為加工布與機台間的定位劑。(2) 造紙業：表面塗布時作為表面上膠劑，紙管或紙板的接著劑，郵票被膠的再濕接著，顏料塗布工程的膠合劑與紙品的內部上膠。(3) 聚醋酸乙烯PVAc(或其共聚合物如EVA)乳液製造時作為保護膠體。(4) 電子業：PVA在電子業的應用很廣，例如：平面顯示器中，偏光板的結構中，由於PVA膜(polyvinyl alcohol)的延伸性具有偏光作用，因此普遍被當做為偏光基材。(5) LCD關鍵零組件-偏光板產：由於PVA膜(polyvinyl alcohol，聚乙烯醇) 的延伸特性具有偏光的作用，因此普遍被當為偏光基質，偏光板的製作是將碘離子擴散滲入PVA膜，微熱後用力延伸變長，機上的碘分子即偏轉於作用力方向，經吸收平行方向的光線、僅讓垂直方向的光線通過後，便具有將非極化光轉為極化光的功能。另一方面，PVA在經過延伸之後，通常機械性質會降低，變得容易碎裂，因此當偏光基質延展成膜後，兩側通常會鍍上一層TAC(triacetyl-cellulose，三醋酸纖維) 膜，作為保護及防止PVA膜回縮的作用，通常在外層再加上感壓膠、離型膜及保護膜，以作為保存及運送保護之用。(6) 其他：如事務用糊的製造、合板木器的接著、建築業、化妝品業、電子業、材料工程業、陶瓷業、農業、印刷業、研磨材料業都可以發現PVA的存在。第三章 PVA於產業中的應用3-1 偏光膜偏光膜 (Polarizing Film) 是將一般不具偏極性的自然光， 產生偏極化， 轉變成偏極光， 因此液晶顯示器(LCD)就能利用此偏極光， 加上液晶分子扭轉特性， 來達到控制光線的通過與否。隨著LCD 應用廣泛，偏光片的需求市場， 也隨之水漲船高。 原理與結構以簡單的LCD工作原理圖來看(圖3)，LCD的顯示原理為：液晶分子(TN型)會隨上下二片玻璃基板上配向膜的配向方向，扭曲90排列。利用二片偏光片，以相互垂直狀態置於基板二側，當光線通過下片偏光膜變成偏極光，由於液晶分子的光學異光性on效果，會沿著液晶分子而扭曲，而通過上方偏光膜，最後視為亮的狀態。但是玻璃基板加上電壓後，原來平行旋轉90 的液晶分子變成垂直排列，因此偏極光會維持原方向而受到上片偏光膜的遮蔽成為暗的狀態。偏光膜ITO玻璃偏光膜圖3 LCD工作原理圖偏光膜的基本結構如圖4，是由幾層厚度僅數十m薄膜材料貼合組成，各層的材料及功能如表1所示。目前最常採用的偏光膜為高分子二色性型，所以偏光基體是利用透光性良好的高分子薄膜(常用PVA)，吸附上二色性物質(碘系、染料系等)，使碘離子或染料擴散滲入內層PVA中，微熱後拉伸PVA 膜。圖4 偏光膜結構圖原本PVA分子為任意角度無規則性分佈，受力拉伸後分子就逐漸偏轉於作用力方向上，而附著在PVA上的碘離子或染料也隨之有方向性，因此它可以吸收平行於其排列方向的光束分量，只讓垂直方向的光分量通過，利用此偏極特性就是偏光膜的獨特功能。表 1 偏光膜組成材料及其功用偏光膜是由美國 Polaroid 公司的Edwin H. Land在1938 年所發明，雖然至今有60年歷史，但是製程上原理及材料上仍大致相同。以下圖5製造流程來看，染色、延伸、貼合、乾燥為最主要的步驟，其中染色材料配方是重要的技術關鍵，另外PVA的延伸定向控制也會影響偏光膜的光學特性。圖5 偏光膜製造流程 偏光膜種類偏光膜的應用廣泛，不但能使用在LCD做偏光材料，亦能應用在太陽眼鏡、護目鏡、濾光鏡及光量調整器等方面。為了滿足輕量化及方便性的要求，偏光膜的選擇以高分子二色性型為主，目前常用的類型有二類：1. 碘 系 偏 光 膜 (Ioding Type Polarizing Film)碘系偏光膜具有高透過性、高對比、且有較廣域波長的偏向特性，價格也是比較便宜，所以市場佔有率高達80%90%。所以應用領域廣泛，如：手錶、計算機、PC、OA 機器等，所需LCD 都大量採用碘系偏光膜。2. 染 料 系 偏 光 膜 (Dye Type Polarizing Film)染料系偏光膜的偏光性能比碘系來得差，但是耐濕熱特性就不錯，所以在汽車、船舶、航空器、戶外量測儀器上就得採用此類耐久性偏光膜。 開發方向配合LCD的發展，偏光片的性能要求也隨之升高。碘系、染料系材料的配方技術，加工技術開發，對於性能提升有幫助。理論上，偏光膜單體最佳特性可達到透過率50%、偏光度100%，目前所開發出來高透過高偏光度型偏光膜，已經可達透過率44%、偏光度99.9%，偏光子的配向技術改良是檢討方向。所以，偏光特性改善，高耐久化， 高對比，高亮度，廣視角化等等目標(如下圖6所示)是廠商所努力方向。圖6 偏光膜改良方向為了防止反射現像，偏光膜表面會與予特殊處理。一般加上一層AG(Antiglare)層，因為表面上形成微細凹凸結構，可擴散反射光線，減低反射率，目前廠商已經有相關產品推出。另一方面，無反射處理方法上，大致上有二種方法，一是根據光學設計原理，利用多層鍍膜方法，將折射率不同的金屬氧化物，蒸著在偏光膜上。或是將低折射率氟化物塗布在偏光膜上。多層蒸著法比低折射率塗布法，在處理成本上雖然較高，但是降低表面反射率效果較好。3-2 曲面印刷曲面印刷為日本CUBIC公司所發展出來一種革命性且獨一無二的新科技，擁有世界各國專利，能在不規則曲面物體上全面性印刷各種具有階調及層次圖案的印刷方式，目前已在工業先進國家如美，英，日，義，瑞典及韓國被廣泛使用。在台灣，台達化學公司是少數獲得此項專利授權的廠商，也是這項加工技術的引進者。曲面印刷的原理 (圖7)按特別配方製造而成的印刷膜經活化處理後，輸送往水槽表面。將產品浸入軟化的印刷膜裏憑著水的自然壓力，把印刷膜3D立體轉印在產品上，當產品從水槽浮現出來時，已將紋路裝飾在產品表面。然後再噴塗一層面漆，使產品光滑耐用。與一般塗裝產品不同，因有紋路在其上，真實性及驚人的效果百聞不如一見。圖7曲面印刷的原理、過程特點：1. 曲面印刷可應用於裝飾各種複雜外型的產品，這是其它任何方式無法做到的。2. 除了應用於不規則外型產品外，更適用於不同的材質，使產品設計不受任何限制。3. 通用圖案包括各種木紋，大理石，皮紋及隨時會添新的抽象圖案；客戶也可以提供專用圖案供我們製作。4. 令人目不暇給的各種精細圖案全由日本頂尖的印刷公司-大日本印刷印製後，由本公司加工轉印。主要用途：1. 交通器材：汽車儀表板、各種汽車內(外)裝飾件(板)、方向盤、機車 車身塑板等。2. 家電產品：冰箱把手、洗衣機面板、遙控器、除濕機、電視、冷氣機及小家電產品、碟影機、音響及配件等外殼。3. 資訊產品：滑鼠、語言翻譯機、筆記型電腦及電腦周邊設備產品等之外殼。4. 通訊產品：電話機、行動電話、呼叫器、傳真機、答錄機等之外殼。5. 建築器材：踢腳板、扶手、衛浴器材、廚具、門、窗、櫃、電器開關蓋、喇叭鎖、家俱等。6. 運動器材：各式球拍、球杆、特殊運動鞋、直排輪鞋、弓、自行車配件、刀鞘、各式護目鏡等。7. 文具禮品：筆、桌上系列文具、鐘表、相框、畫框等。8. 其它：燈具、餐具、化妝品外殼、相機等。3-2-1 水轉印技術（Water Transfer）水轉印其實是一種嶄新的轉印技術。以特殊化學處理的薄膜，經由印刷上一定的色彩紋路後，平放在水的表面，利用水壓的作用，將色彩紋路圖案均勻地轉寫於產品的表面，一般的傳統印刷或轉印，對於外型複雜的工件就束手無策，而水轉印應付此問題不但輕鬆自如，而且能適用於不同的材質，更由於圖案、色澤生動活潑而大幅提高了產品的附加價值。水轉印膜的結構（圖8）主要是由可溶於水的PVA為印刷的底材，印刷完油墨後必須在印上層金油，金油是作為固定油墨和保護油墨的用途。水轉印（圖9）的步驟如下： 圖8 水轉印膜的結構 圖9 水轉印的方式圖 噴塗底漆：許多材質必須塗上一層接著劑primer，如P.P.金屬等，若要轉印不同的圖案必須使用不同的底色，如木紋必須使用棕色。 膜的延展：讓膜在水面上平放。 活化：以特殊溶劑使轉印膜上的圖案活化呈油墨狀態。 轉印：利用水壓將經活化後的圖案印於被印物上。 水洗及乾燥：將薄膜清洗乾淨並烘乾。 表面漆：噴上透明漆保護表面。 烘乾保護漆完成產品製程。3-3 水溶性PVA薄膜水溶性PVA薄膜在軟包裝上的應用及其生產技術隨著社會的發展和進步，人們越來越注意保護我們賴以生存的環境，有著優異環保性能的水溶性PVA薄膜必將受到人們越來越多的重視和應用，毫無疑問，水溶性PVA薄膜在我國擁有廣闊的市場前景。 種新型綠色包裝材料高保真印刷，具有水降解和生物降解的雙重特性，可完全降解為二氧化碳和水，是名副其實的高新環保產品，在軟包裝中有著廣泛而又獨特的用途。目前在國外市場（主要是日本、美國和法國），有關供應商在生產銷售此類產品；在國內市場中國印刷企業強，在中國包裝總公司科技部的支持下，湖南工業大學與肇慶方興包裝材料有限公司聯合研製開發了水溶性PVA薄膜及其生產設備，目前已投入生產，產品填補了國內空白，正在走向市場。本文將對水溶性PVA薄膜的成分、特性、應用範圍以及生產工藝過程加以介紹。(1) 水溶性薄膜的特性環保性PVA薄膜產品屬於綠色環保包裝材料，既無毒，也不會阻礙微生物的生長繁殖，可完全降解。PVA材料具有水和生物兩種降解特性，首先溶於水形成膠液滲入土壤中，增加土壤的團粘化、透氣性和保水性，特別適合於沙土改造。在土壤中的PVA材料可被土壤中分離的細菌的菌株分解，最終可降解為CO2和h3O 。水溶性1.冷水可溶，水溶速度可設計選擇，根據其溶解快慢分為：速溶、中溶、慢溶三種。其溶解速度依據水溫及膜厚度而定，水溫越高，溶解越快，反之亦然。類別開始溶解完全溶解快溶薄膜10秒2分中溶薄膜5分40分慢溶薄膜40以下不溶80 以上完全溶解2.按外觀可分為光面和壓紋3.按色澤可分為無色和有色（紅、藍、黃、綠等）安全性PVA薄膜可避免使用者與有毒物質的直接接觸；透明性和光澤性PVA薄膜的透明度、光澤度均優於其它薄膜。透濕性PVA膜的透濕性同玻璃紙相似，是一種透濕度極高的薄膜，包裝熱濕物品時不會產生霧滴。水溶膜含水量會隨著環境濕度而有所變化。通常水溶膜都是用PE膜封裝好，保持其含水量不變，當水溶膜從PE膜中取出後，含水量會隨著環境濕度而發生變化，性能也隨之有所變化。在常溫下，其含水量與環境濕度變化如表:相對濕度（RH）40%60%80%90%含水量（%）4-57-910-1213-15阻隔性PVA薄膜對水分及氨氣具有較強的透過性，但對氧氣、氮氣、氫氣、氦氣、氬氣及二氧化碳等具有優越的阻隔性，使用PVA薄膜可以完好保持被包裝產品的成分及本身的氣味。防靜電性很多塑料薄膜都有很強的帶電性，而PVA薄膜幾乎不帶靜電。使用PVA薄膜包裝產品的過程中，不會因為靜電而引起其可塑性降低或靜電附塵。與其它薄膜靜電參數對比表:項目水溶性薄膜PVC膜PE膜PET膜靜電（V）1241050-1801280印刷性PVA薄膜極性強，印刷性能好，印刷時可不用電火花處理，目前已廣泛地應用在特種印刷行業上，如水轉印膜襯底。強度和耐侯性PVA薄膜強韌性好、拉伸強度大，抗撕裂強度居各類薄膜之首，其雙向拉伸強度優越，耐曲折數是其他薄膜的10倍，耐侯性好，使用壽命長。力學性能表相對濕度（RH）?性能指標40%60%80%彈性模量kg/cm21550-2500900-1700400-1000抗拉強度kg/cm2350-400300-400200-150撕斷裂力kg/cm2200-300220-30050-150延伸率（%）90-150200-350220-300與PVC膜強度性能對比表項目水溶膜PVC膜拉伸強度（Mpa）45.32-65.2121.20-18.71抗裂強度（Mpa）15030-842264133-7912延伸率（%）150-4006-25熱封性PVA薄膜具有良好的熱封性能，適合於電阻熱封及高頻熱封，熱封強度與溫度、濕度、壓力、時間長短有關；熱封性能與含水率關聯表含水率（%）55-78-1112-15熱合溫度（）210200180165水分及氣體透過率水溶性薄膜對水分及氨氣具有較強的透過性，但對氧氣、氮氣、氫氣及二氧化碳氣體等具有良好的阻隔性。這些特點，使其可以完好保持被包裝產品的成份及原有氣味。耐油性和有機溶劑PVA薄膜具有極好的耐油性（植物油、動物油、礦物油），耐脂肪性、耐有機溶劑和碳水化合物等。但強鹼、強酸、氯自由基及其它可與PVA發生化學反應的物質（如硼砂、硼酸、某些染料等），這類物質不適合採用PVA薄膜包裝。具有防偽包裝功能亦用為優質產品防偽的最佳利器，延長優質產品的壽命週期。(2) 水溶性PVA薄膜在軟包裝上的應用1. 水中使用產品的包裝水中使用的產品包括農藥、顏料、染料、清潔洗滌劑、除草劑、化肥、清潔劑、水處理劑、混凝土添加劑等。採用水溶性PVA薄膜包裝這些產品曼羅蘭，可以達到減少環境污染、改善作業環境的目的，而且還能實現準確計量，減少浪費。2. 洗滌包裝在醫院或一些其他場合中，採用高溫水溶性PVA薄膜（溶解溫度大約為60）包裝帶污染的用品和衣物，可將包裝袋直接投入清洗消毒設備中進行清洗商業輪轉在中國，安全方便，可以減少醫務人員接觸有污染的用品、衣物的機率，避免疾病的交叉傳染。3.服裝及紡織品包裝利用高溫水溶性PVA薄膜不帶靜電、透明度與光澤度均優於其他薄膜的特點，用其包裝服裝、紡織品等易產生靜電的商品，能使商品更加美觀包裝材料，並提高其附加值。顯影4.食品包裝水溶性PVA薄膜是阻氧性能十分優異的包裝材料，用其作為食品包裝的阻隔層，能大大延長食品的保質期。 5.電子、電器產品包裝水溶性PVA薄膜幾乎不帶靜電包裝容器，因此尤其適用於電子、電器產品的包裝。此外，還可以利用水溶性PVA薄膜良好的印刷性能和可控水溶性的特點，配合特種油墨，製作出高附加值的防偽環保包裝，這也必將受到高端電子、電器產品廠家的歡迎。6.種子袋包裝採用水溶性PVA薄膜製作農作物（如小蘿蔔、洋蔥頭、胡蘿蔔及各種植物、花草種子）種子袋打樣，並將其掩埋在土壤裡，土壤中的水分（雨水或濕氣）在一段時間後會將包裝袋溶解，分佈在種子周圍的PVA提高了土壤的保水性，有利於種子的發芽生長。這種方法還可有效避免種子在大風沙地區因裸露而被吹失或被動物吃掉，又可使農作物按種子帶或種子網的佈局生長。因此這一技術也必將在農田增產、綠化造林、沙漠改造中大有作為。此外色彩管理，還可以將農藥、營養素等作為種子袋的一部分，以促進種子的生長。 探討水溶性PVA薄膜在捲菸包裝、藥品包裝、水果保鮮包裝等方面的可行性。不過，需要指出的是，目前水溶性PVA薄膜在我國最主要的應用並不在包裝領域，而是在水轉移印刷以及作為暫時性載體用於假髮及刺繡的製作過程。原因主要是我國的消費水平與發達國家相比還較低金屬包裝，很難接受水溶性PVA薄膜包裝相對較高的價格，因此目前主要是出口產品的包裝採用水溶性PVA薄膜。(3) 水溶性PVA薄膜生產技術發展現狀目前，國內外製造水溶性PVA薄膜的工藝方法主要有溶液流延法（濕法）和擠出吹膜法（干法）。這兩種工藝均“脫胎”於傳統塑料薄膜生產過程，基本生產流程分別如圖10和圖11所示。溶液流延法的工藝流程相對簡單，但產品質量不易控製書刊印刷，出膜率低，能耗高，設備投資較大。而擠出吹膜法在產品質量、生產效率等方面均有明顯改善，但是PVA原料須進行改性處理，還增加了前期的造粒工序人民幣，輔料添加量也相應有所增加。此外，在整個擠出吹膜的生產過程中，PVA樹脂及薄膜需要經過多次加熱，薄膜必須始終保持15%35%的含水率，工藝過程複雜裁切，技術難度大，能耗高，而且薄膜成型、拉伸、定型同時進行，分子鏈難以移動，所得薄膜強度不高投資採購，未能充分發揮出PVA樹脂的固有特性。 圖10 溶液流延法生產過程圖11 擠出吹膜法生產過程上述兩種工藝都存在許多技術性問題，將其直接應用於生產水溶性PVA薄膜並不經濟。因此，研究改進這兩種工藝與生產設備，使之更加適於水溶性PVA薄膜的生產，是國內外業界近幾年的研發重點。從國內狀況來看連線加工，湖南工業大學研究開發了鋼帶溶液流延法生產技術，其生產工藝如圖12所示。利用這種方法生產的水溶性PVA薄膜已在國內多家企業得到了推廣應用，其產品佔據國內市場份額的2/3以上，並遠銷印度和英國。北京工商大學等單位對擠出吹膜法進行了研究和改進，目前也已在兩家國內企業得到應用知識產權，正在建或已建成生產線。另據了解，蘭州兩家公司正在開發滾筒溶液流延法生產技術，目前尚處於中試階段，未投入批量生產。圖13 鋼帶溶液流延法生產過程 目前國內生產的水溶性PVA薄膜與國外同類產品相比網絡出版，還有較大差距，主要表現在以下幾個方面。（1）國內企業利用溶液流延法生產的水溶性PVA薄膜的主要問題在於薄膜厚度不均勻，其原因是國產成膜鋼帶的質量不過關，在高溫下變形較大。（2）國內現有的溶液流延法生產速度慢，能耗高EFI，設備複雜。鋼帶法生產速度約為37m/min，而滾筒法更慢，只有12m/min，直接影響產量。為解決生產速度慢、能耗高的問題，目前鋼帶溶液流延設備的干燥系統已經逐步改用天然氣、煤氣或煤作為燃料商業輪轉在中國，以替代價格昂貴且不斷上漲的燃油，同時也在不斷研究、優化干燥系統，提高乾燥效率。（3）國內現有的擠出吹膜法雖然具有較高的生產速度，但其生產的水溶性PVA薄膜的厚度更不均勻，水溶性也不好CTF，存在溶解不徹底的問題。不過，雖然國產水溶性PVA薄膜在質量方面還存在一些問題，然而就其在包裝領域的應用而言，已經達到客戶要求，可以替代進口產品。(4) 水溶性PVA薄膜的未來展望在世界範圍而言華光精工，工業化開發水溶性PVA薄膜的歷史僅十餘年，投放市場至今還不足十年，我國更晚，在近五年間才真正開始工業性研發。因此，對於工業性研發產品的市場研究數字印刷機，無論是我國政府部門、行業部門，還是研究單位或者企業，都缺乏系統、準確的掌握和了解。目前尚未找到國內外關於水溶性PVA薄膜生產量、需求量、增長量與增長趨勢分析的權威資料或數據。 量低於日本、高於美國，居世界前列。同時，我國也是塑料消費大國化妝品包裝，在現有各種塑料薄膜每年近千萬噸的消耗總量中，水溶性PVA薄膜哪怕僅佔據5%的份額，每年的需求也能以數十萬噸計。隨著社會的發展和進步，人們越來越注意保護我們賴以生存的環境，有著優異環保性能的水溶性PVA薄膜必將受到人們越來越多的重視和應用富士施樂，毫無疑問，水溶性PVA薄膜在我國擁有廣闊的市場前景。3-4 水溶性PVA纖維以聚乙烯醇（PVA）改性的水溶性纖維的可水溶性及在活性污泥中的生物降解性符合人們日益關注的環境保護要求，近20年日本對水溶性PVA纖維的開發應用處於世界領先，可樂麗及Nichibi公司已申請多項專利，發表多篇文章。可樂麗公司於1996年首次得到完全不用水的，無污染方法生産的水溶性纖維，已可製造出3種性能不同的纖維：水溶性、高強力和容易原纖化。中國北京維尼綸廠和上海石化公司維綸廠都曾對水溶性PVA纖維進行過研究，成功開發了70左右水溶性PVA纖維，並已形成規模生産，現已有溶解溫度爲4090的各種水溶性PVA纖維品種供應國內外市場。但是對於性能優良的較低溫度水溶的纖維開發還不理想。本文簡要說明對紡絲原料PVA結構與水溶性的關係，並概括幾種主要的紡絲工藝。 1 PVA結構與水溶性改性方法 普通PVA具有較高的聚合度和醇解度，在柔性主鏈上含有大量羥基，分子間和分子內形成大量氫鍵，物理交聯點多，密度高，導致PVA纖維結晶度高，不利於水分子的滲入。若提高水溶性必須減弱大分子間的親和力，其一般方法有兩種：降低羥基含量；增加羥基間的距離。 1.1 PVA纖維的結構特徵 a聚合度（DP） PVA的DP與其水溶性關係見圖14。由圖14可見，隨著DP的增加，纖維疏水性增加，水溶溫度相應提高。所以，採用低DP的PVA進行紡絲，可得到水溶溫度較低的纖維。但DP降低，可紡性變差。日本專利中使用低DP組分（DP小於800）與高DP組分（DP大於100）進行混合紡絲，製得的纖維可紡性及水溶性都較理想。 圖14 PVA聚合度與水溶溫度的關係b醇解度 PVA的醇解度對纖維水溶性的影響也很大，兩種不同乙酸基含量的聚合物在不同熱處理溫度時的水溶溫度。 可知，殘餘乙醯基越多，其立體結構妨礙了分子的緊密排列，使結晶性不好，水溶溫度低，但是，殘餘乙醯基的存在，會影響初生纖維的拉伸性能，使斷絲、毛絲增多，操作情況惡化，還會影響纖維著色，因此水溶性PVA的醇解度有一合適水平。 1.2 水溶性PVA改性技術 1.2.l 共聚改性 引人共聚組分，改變PVA分子鏈的化學結構和規整度，降低PVA分子間、分子內羥基作用，可大大提高其水溶性。如將醋酸乙烯酯等乙烯酯類單體和具有能産生羧酸及內酯環的單體（如丙烯酰胺）共聚得到乙烯酯類聚合物，在醇或二甲基亞礬（DMSO）溶液中皂化，得改性PVA。又如用乙烯與醋酸乙烯酯共聚物皂化後得到的共聚體與甲基丙烯酸系化合物通過邁克爾加成反應，得到氨基甲醯烷基化和羧烷基化的乙烯-乙烯醇共聚物。 1.2.2 後反應改性 利用聚合度和醇解度一定的PVA與甲基丙烯酸系化合物在鹼性條件下進行邁克爾加成反應，充分反應後在鹼性條件下進行部分或完全水解，得羧酸改性PVA。 專利報導使用含有乙烯醇或醋酸乙烯酯以外的其他結構單元改性的PVA，可製得低於60溫度下可溶於水的纖維，此類改性單元有：乙烯、烯丙醇、衣康酸、馬來酸酐及其開環産物具有至少4個碳原子的脂肪酸乙烯酯類等。這些改性單元可以以後反應的方法引人且不受限制的以無規、嵌段或節枝的方式被分佈在所得的聚合物鏈中。 1.2.3 共混改性 PVA類聚合物是典型的水溶性聚合物，由於分子內羥基的作用，大分子鏈之間具有很強的相互作用，其熔點接近其熱分解溫度，一般說來無法使之熔融而又不産生分解，爲了能夠將其熔融模塑，可通過添加增塑劑的共混方式對PVA進行作用。如添加甲基纖維素，羥基纖維素，還有天然聚合物（例如脫乙酰的甲殼質）等，以及一些水溶性聚合物，例如聚氧化乙烯，聚乙烯毗咯烷酮等。 此外，將相對分子質量超過1000的聚合物充分皂化後同玉米澱粉以85:15的比例混合配成紡絲液，經乾法或濕法紡絲，在1