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綠色包裝材料水溶性塑料薄膜的特點(diǎn)及生產(chǎn)要領(lǐng)介紹

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2007-12-20 20:09:15點(diǎn)擊率：

    在水溶性塑料薄膜作為一種環(huán)保的包裝材料，發(fā)達(dá)國家被廣泛用于各種產(chǎn)品的包裝，例如農(nóng)藥、化肥、顏料、染料、清潔劑、水處理劑、礦物添加劑、洗滌劑、混凝土添加劑、混凝土增強(qiáng)材料、攝影用化學(xué)試劑及園藝護(hù)理的化學(xué)試劑等。它的主要特點(diǎn)是：

    1.環(huán)保安全、降解徹底（達(dá)10%），降解的 終產(chǎn)物是CO2 和H2O，可徹底解決包裝廢棄物的處理問題；

    2.使用安全方便，避免使用者直接接觸被包裝物，可用于對人體有害物品的包裝；

    3.力學(xué)性能好，且可熱封，熱封強(qiáng)度較高；

    4.能準(zhǔn)確計(jì)量、防止浪費(fèi)；

    5.具有防偽功能，可作為優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的防偽，延長優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的壽命周期。

    許多水溶性薄膜由于具有環(huán)保特性，因此已受到世界發(fā)達(dá)國家廣泛重視。國外主要是日本、美國、法國等生產(chǎn)銷售此類產(chǎn)品，如美國的W.T.P 公司、C.C.L.P 公司，法國的GRENSOL 公司和日本的合成化學(xué)公司等等，其用戶也是一些 的大公司，例如Bayet（拜耳）、Henkel（漢高）、Shell（殼牌）等。

    國內(nèi)湖南工業(yè)大學(xué)與廣東肇慶方興包裝材料公司在中國包裝總公司科技部的支持下，聯(lián)合研制開發(fā)了水溶性薄膜及其生產(chǎn)設(shè)備，目前已投入生產(chǎn)，走向市場。

    在國內(nèi)，水溶性薄膜市場正在興起。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國每年所需的包裝薄膜占塑料制品的20%，約達(dá)30.9 萬噸。即便按占有市場5%計(jì)，則每年需求量也達(dá)1.5 萬噸。目前市場售價(jià)：美國產(chǎn)品為13 萬元／噸～17 萬元／噸，日本產(chǎn)品為20 萬元／噸～25 萬元／噸。國內(nèi)產(chǎn)品銷售價(jià)僅為美國的40%，平均售價(jià)為6 萬元／噸，因而在價(jià)格上具有很強(qiáng)的競爭力。隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，人們越來越注意保護(hù)我們賴以生存的環(huán)境，尤其是我國加入了WTO，與世界發(fā)達(dá)國家接軌，對包裝的環(huán)保要求日益提高，因而水溶性包裝薄膜在我國的應(yīng)用前景一定十分廣闊。

    水溶性塑料薄膜的主要化學(xué)成分及其水溶性原理

    水溶性塑料薄膜的主要組分

    水溶性薄膜的主要原料是成膜物質(zhì)和各種輔助物質(zhì)。

    可作成膜劑的材料有：

    蛋白質(zhì)材料──動(dòng)物蛋白物質(zhì)、植物蛋白物質(zhì)；

    植物多糖類物質(zhì)（如淀粉）；

    合成聚合物（如聚乙烯醇）等。

    目前用得 多的是植物多糖類物質(zhì)（如淀粉）和合成聚合物（如聚乙烯醇）。

    也可以用合成成膜劑與天然的動(dòng)物、植物成膜劑共同使用。合成成膜劑有時(shí)也采用與部分不溶性聚合物作為成膜劑的組成部分，如低分子量的乙烯基接枝反應(yīng)物。

    所添加的輔助劑大多為C、 H、O 化合物，通常輔助劑與成膜物質(zhì)溶液相容。

    利用這些物質(zhì)的成膜性、水溶性及降解性，添加各種助劑，如表而活性劑、增塑劑、防粘劑等得到水溶性膜。

    成膜劑

    蛋白成膜劑

    蛋白成膜劑是以天然蛋白質(zhì)及其改性產(chǎn)品為主要成分的成膜劑，包括動(dòng)物蛋白和植物蛋白兩大類。蛋白質(zhì)舊稱肽。由20 多種L 型α－氨基酸經(jīng)共價(jià)肽鍵（－CONH－）連接而成的生物大分子。動(dòng)物蛋白質(zhì)和植物蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)通常是多種氨基酸類物質(zhì)，通過肽共價(jià)鍵聚合后也稱為多肽。蛋白質(zhì)也是許多食物的一種營養(yǎng)成分，廣泛存在于肉類、乳類、蛋類、豆類、谷類中。按照溶解度可分為清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和不溶的硬蛋白等。按照組成可分為簡單蛋白，這是指除氨基酸外不含其他物質(zhì)，如胰島素；結(jié)合蛋白，這是指除氨基酸外還含有其他物質(zhì)如脂蛋白、色素蛋白、磷蛋白、核蛋白、糖蛋白等。按照營養(yǎng)成分可分為完全蛋白：含有全部必需氨基酸，如酪蛋白、卵清蛋白、大豆球蛋白；不完全蛋白：缺少一種或幾種必需氨基酸，如食用明膠。

    由蛋白質(zhì)為基料可以得到的天然蛋白質(zhì)膠。具有水溶性，無毒，價(jià)格較低，使用方便，耐水性、耐久性、粘接強(qiáng)度一般比淀粉膠好。按來源可分為五類：（1）骨膠（包括皮膠）及明膠；（2）血液蛋白質(zhì)膠；（3）酪蛋白膠；（4）魚皮膠；（5）植物蛋白膠。醫(yī)藥、食品加工中也大量應(yīng)用。動(dòng)物品種有酪蛋白、絲蛋白、毛蛋白、膠原蛋白及其改性物為基本組成的成膜劑。

    植物蛋白質(zhì)主要有花生蛋白、大豆蛋白、玉米蛋白等。

    淀粉

    淀粉是一種多糖類物質(zhì)。未改性的淀粉結(jié)構(gòu)通常有兩種：直鏈淀粉和支鏈淀粉，是聚合的多糖類物質(zhì)。通常因?yàn)樗苄圆?，故往往是采用改性淀粉，即水溶性淀粉?/span>

    可溶性淀粉是經(jīng)不同方法處理得到的一類改性淀粉衍生物，不溶于冷水、乙醇和乙醚，溶于或分散于沸水中，形成膠體溶液或乳狀液體。

    在改性淀粉中用于水溶性薄膜的淀粉也是非常講究的，要使形成的薄膜更為均勻，收縮及爆裂的可能性更小，而且對薄膜的透明性影響較小。

    合成材料──PVA

    有許多合成材料都具有不同的水溶特性，包括聚丙烯酸類、聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯醇和它們的衍生物。它們具有不同的水溶特性，根據(jù)不同的要求采用不同的方法制備水溶性合成材料。目前制備水溶性薄膜用得 多的是PVA 及PVA 的改性聚合物。

    PVA 的結(jié)構(gòu)

    聚乙烯醇的聚合度可分為高聚合度、中聚合度、低聚合度。近來，還開發(fā)了一種超高聚合度的產(chǎn)品。

    PVA 是由聚醋酸乙烯酯經(jīng)醇解得到。

    影響到PVA 膜制備和性能的主要是聚合度、醇解度兩個(gè)指標(biāo)。醇解度通常有三種，即78%、88%和98%。完全醇解的聚乙烯醇醇解度為98%～100%，部分醇解的醇解度通常為87%～89%。PVA 的性質(zhì)

    水溶性

    一般說來，聚合度增大，水溶液的粘度增大，成膜后的強(qiáng)度和耐溶劑性增大，但在水中的溶解度下降，成膜后的伸長率下降。醇解度增大，在冷水中溶解度下降，而在熱水和的溶解度提高。

    聚乙烯醇的溶解性隨其醇解度的高低而有很大差別。醇解度小于66%，由于憎水的乙酰基含量增大，水溶性下降到醇解度在50%以下，聚乙烯醇即不再溶于水。以上品種的產(chǎn)品，一旦制成水溶液，就不會(huì)在冷卻時(shí)從溶液中再析出來。

    溫度對聚乙烯醇溶解性能的影響也因醇解度的高低而不同。在醇解度為97%～98%時(shí)這種影響變得十分明顯。

    水溶液粘度

    PVA 水溶液的粘度隨品種、溶液濃度、溶液溫度而變化。

    PVA 薄膜的吸濕性

    所有牌號(hào)的聚乙烯醇都是吸濕性的。

    增塑劑使用不當(dāng)往往會(huì)增加吸濕性，除非在特殊情況下，聚乙烯醇的膜甚至在高濕度下仍保持不粘和干燥。但是這種方法將增加薄膜成本和惡化薄膜性能。

    水溶性薄膜的主要輔助材料

    為了水溶性膜的改性和工藝需要，在水溶性膜制備時(shí)需要多種添加劑。主要有表面活性劑、增塑劑、防腐劑、增粘劑、著色劑、潤滑劑、填充劑、滲透劑、pH 調(diào)節(jié)劑、崩解劑。

    水速溶性膜的水溶性機(jī)理

    水溶性薄膜的成膜材料宏觀上都是親水物質(zhì)，在其分子結(jié)構(gòu)中都有大量的親水極性基團(tuán)。如蛋白材料是氨基酸的衍生物和聚合物，分子中含有大量親水的羧基（－COOH）、氨基（HnN－，n＝1 或2）、酰氨基（－CONH－）；淀粉是多糖類物質(zhì)，也含有少量蛋白物質(zhì)（應(yīng)該說是含氮物質(zhì)），分子中有大量經(jīng)基（－OH）；PVA 是聚乙酸乙烯酯經(jīng)不同程度醇解后的產(chǎn)物，分子中有大量羥基（－OH）和?；ǎ璈3）。

    這些基團(tuán)的存在，使得這些物質(zhì)的分子和分子鏈鍵間產(chǎn)生強(qiáng)烈的結(jié)合作用，形成很大的結(jié)合力，導(dǎo)致它們難在室溫和低溫下溶于水，破壞這些作用需要一定的能量。淀粉由于鏈的剛性，在這種結(jié)合下還可能形成膠凝，產(chǎn)生排列、締合和結(jié)晶作用（退減作用）。如：

    蛋白成膜劑的薄膜粘著力強(qiáng)、光澤自然，耐高溫熨皮和打光，衛(wèi)生性能好，透氣及透水氣性好，手感自然。缺點(diǎn)是成膜硬、延伸性小、易斷裂、吸水性大、不耐濕擦。

    絕大多數(shù)淀粉類薄膜的缺點(diǎn)，一是溫度低時(shí)薄膜發(fā)硬，甚至發(fā)脆；二是薄膜的透明性差。PVA 膜有較好的強(qiáng)度和柔順性，但有較強(qiáng)的吸濕性。

    所以要得到質(zhì)量滿意的水溶<

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