纳米无机物改性聚乙烯醇涂布液的特性

纳米无机物改性聚乙烯醇涂布液的特性

在阻隔包装材料中，合理开发利用高阻隔性聚合物是行之有效的途径。这些聚合物由于分子结构自身的特点，致密性高，能有效地防止气体的渗透，用其做阻隔层与其它材料复合后，综合性能好，特别是透氧量低，其中有代表性的有聚乙烯醇PVA、聚偏二氯乙烯PVDC、乙烯一乙烯醇共聚物EVOH等。

聚偏氯乙烯PVDC是开发最早的阻隔材料，由于其分子链单元含有两个氯原子，且塑化温度与分解温度十分接近，加工困难，无法回收再利用，回收焚烧时产生大量的二恶英及氯化物气体污染大气，而利用此类材料制成的涂布液，涂于20μm厚的聚丙烯PP薄膜上，涂层厚度为1μm—2μm时，其氧气透过量为16cm3／m2·24h·0． 1Mpa。因此，发达国家已经逐步转向利用EVOH和PVA。实际上EVOH是PVA的改性品种，但EVOH价格比较高，属极性聚合物，无法直接与通用性材料复合，在生产过程中必须采用粘接性树脂，采用价格昂贵的多层共挤设备方可生产此类薄膜，因此造价非常高。而且此类材料与PVA一样，其阻透性能受湿度影响非常大，再由于其改性期间加入了30％一40％的乙烯成分与PVA聚合，因此造成其氧气透过量增大。采用五层共挤设备时中层用EVOH为阻隔层厚度 >10μm，其他材料厚度95μm，氧气透过量为8 cm3／m2·24h·0．1Mpa。

聚乙烯醇PVA是一种多羟基聚合物，其分子式为(一CH2一CHOH一)n，吸水性强，能溶于水，由于分子间氢键的作用，致密性高，气体阻隔性能优异，但其熔点高达2200(2—240℃，而分解温度低，160℃开始醚化，200℃开始分解，使其难以热塑性加工，目前市售的PVA膜，大多采用流延法生产，但流延法生产的缺点是：生产周期长、生产效率低、膜厚、质量不稳定、成本高，从而限制了PVA膜的推广应用。因此将PVA制成涂布液，涂于各类基膜将给 PVA的生产行业带来根本性的突破。但现有技术中，由于所采用的改性PVA的材料中，增塑剂、改性剂等添加量过大，使其纯度降低，透氧量增大，在基膜为聚丙烯PP，厚度为25pcm，聚乙烯醇涂层厚度为10llm，其氧气透过量为3 cm3／m2·24h·0． 1Mpa，水蒸汽透过量为4g／m2·24h，并且必须采用价格昂贵的专用涂布机方可生产，产量低、能耗高，所以其制造成本高，且透气性受湿度影响大，制约了其广泛的应用。而采用铝箔做阻隔层，由于其不透明，所以无法应用到需要透明的场合，况且其价格也较高，无法满足社会对高阻隔包装的要求。

纳米无机物改性聚乙烯醇涂布液是在利用纳米无机微粒的量子尺寸效应和表面效应，发挥其本身具有大颗粒材料所不具备的奇特性能的基础上，充分利用纳米无机物微粒所具有的极高的表面活性，以及比表面积大，表面能高，表面严重的配位不足等特殊的物理化学特性，结合PVA树脂(属水溶性材料，遇水后阻透性降低)致密性高，能有效地防止气体渗透及其特有的分子结构的特点；并利用纳米无机物微粒易与高分子材料中的氧起键合作用，提高分子间的键力，同时又易于分布到高分子链的空隙中的特性，从而大幅度地提高材料的强度、韧性、延展性、致密性、弹性、耐磨性、耐水性、光学特性、热稳定性等机理，通过表面处理、机械分散等手段，使纳米无机物微粒充分分散到PVA高分子链的空隙中，从而有效地提高PVA的可加工性、成膜后的耐水性、对紫外、红外光的反射性、耐磨性和阻透性等。 PVA涂层与基膜的粘接强度也大大地提高。

将用纳米无机物改性过的PVA涂布液涂布到基膜上成膜后，其氧气透过量同EVOH共挤薄膜比较(其中EVOH层10μm)降低了10倍以上，水蒸气透过量降低了5倍以上，如果在厚度为25μm聚乙烯PE基膜上涂覆5μm厚度的该涂布液，其氧气透过量为0．26cm3／m2·24h·0．1Mpa，水蒸气透过量为0．72g／m2·24h，其阻隔性能已接近铝箔和玻璃的水平，并且具有十分优良的透明度，在181xm厚度的PP基膜上涂覆11xm的该涂布液，其氧气透过量为1．7 cm3／m2·24h·0．1Mpa，其阻隔性能已远远好于现有技术中的其他共聚物，而制造成本远远低于EVOH和PVDC，具有十分优良的价格性能比，该涂布液的普及推广应用，将会给整个包装业带来一次革命。

作者/刘建林 刘浩