專利名稱：熔融擠出法制備耐水性聚乙烯醇生物降解薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐水性聚乙烯醇(PVA)生物降解薄膜的配方和工藝，采用熔融擠出吹塑法制備，屬于高分子材料加工領(lǐng)域
背景技術(shù)：
PVA具有水溶解性且安全無毒的特性，作為包裝薄膜材料，被廣泛的應(yīng)用在食品、 日化、醫(yī)藥、電子元器件包裝等行業(yè)。PVA薄膜作為包裝材料，較一般的包裝材料在透明度、 抗靜電性、耐油性耐有機(jī)溶劑性、印刷性等方面都好于聚烯烴薄膜。近年來由于可生物降解塑料對于耐水性的特殊要求，使得PVA薄膜的發(fā)展有了新的方向。由于PVA分子中含有大量羥基，使得PVA分子內(nèi)和分子間存在很強(qiáng)的氫鍵，結(jié)晶度高，使其熔融溫度高于分解溫度，難以熱塑成型，所以在加工中需要加入增塑劑。增塑劑的加入可以降低PVA的熔融溫度及其熔體粘度，提高其在加工過程中的穩(wěn)定性。如在空氣中， 將PVA加熱到100°C以上，它就會慢慢地變色；在150°C以上，會充分軟化而熔融；加熱至 160°C以上，顏色會變得很深；在170°C以上，顏色更深；加熱至220°C以上，PVA很快分解，生成醋酸、乙醛、丁烯醇和水；至250°C以上來不及分解的PVA則變成含有共軛雙鍵的聚合物。 PVA由于化學(xué)結(jié)構(gòu)中乙烯醇的比例不同，分解溫度有一定的差異，其開始分解的溫度差異可達(dá)80°C。選擇適當(dāng)?shù)脑鏊軇┦辜庸囟鹊陀诜纸鉁囟?，能夠使PVA在熔融狀態(tài)下擠出加工。同時(shí)由于羥基的存在使得PVA有很高的吸水性和生物降解性，在配方中加入淀粉類可降解材料可以降低制品成本，又不失去生物降解特性。然而PVA和淀粉/PVA混合制成的薄膜極易吸水，導(dǎo)致強(qiáng)度下降，限制了在很多領(lǐng)域，特別是日用包裝材料方面的應(yīng)用。目前全國很多學(xué)者都在尋找改善淀粉/PVA耐水性的方法，而提高耐水性主要有以下幾種方法防水涂層法、共混法、交聯(lián)法等。近年來開始在淀粉基塑料薄膜表面涂布難溶或不溶于水且具有完全生物降解的高聚物，從而可以在保證材料完全生物降解性的同時(shí)明顯改善材料的耐水性。通過與一些具有耐水性的聚合物共混，可以顯著提高淀粉/PVA的耐水性。而且通過共混還可以針對不同的性能需求，加入不同的聚合物。目前研究發(fā)現(xiàn)在體系中加入少量纖維素、聚乳酸等可以明顯提高材料的耐水性。由于淀粉/PVA分子中含有羥基，具有較強(qiáng)的親水性，不適宜在有水或濕度大的環(huán)境中使用，因此人們采用交聯(lián)的方法來減少羥基的含量，從而提高材料的耐水性。目前常用的交聯(lián)劑有醛類、甲苯二異氰酸酯(TDI)、硼酸、尿素、環(huán)氧樹脂等。還有一些其他方法來提高淀粉/PVA塑料薄膜的耐水性，如可以使用變性淀粉來改善耐水性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于采用熔融擠出吹塑成型的方法，生產(chǎn)耐水性PVA生物降解薄膜。其特點(diǎn)是解決了 PVA薄膜耐水性差，加工性能差的難題，提高了 PVA薄膜的耐水性。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)的，其中所述的份數(shù)無特殊說明外，均為重量份數(shù)。熔融擠出法制備耐水性PVA生物降解薄膜的工藝包括下屬工藝步驟
(1)將PVA放入高速攪拌機(jī)中，攪拌升溫至70°C -80°C間將增塑劑緩慢且均勻加入；(2)低速攪拌10min-120min溫度控制在80°C _110°C間，待PVA充分吸收增塑劑；(3)將增塑PVA與淀粉、聚乳酸、熱塑性聚氨脂、交聯(lián)劑等加工助劑混合均勻；(4)將混合均勻 的PVA混合物通過排氣式雙螺桿擠出機(jī)或單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒；(5)將造好的顆粒通過單螺桿擠出機(jī)吹塑成型制備耐水性PVA生物降解薄膜，也可將膜泡進(jìn)一步雙向拉伸之后再干燥定型，可獲得耐水性強(qiáng)、強(qiáng)度好、高透明度的薄膜；(6)將定型后的薄膜冷卻收卷即為耐水性PVA生物降解薄膜成品。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下特點(diǎn)1、本發(fā)明采用單螺桿熔融擠出吹塑成型的方法制備薄膜，通過加入甲醛、乙二醛、 硼酸、TDI等交聯(lián)劑，可生產(chǎn)耐水性優(yōu)良的PVA薄膜。2、本發(fā)明采用單螺桿熔融擠出吹塑成型的方法制備薄膜，通過加入聚乳酸、熱塑性聚氨脂等助劑，不僅能獲得加工性能良好的PVA薄膜，還能改善薄膜的力學(xué)性能。本發(fā)明中的PVA可以使用多種醇解度為88%以上的PVA原料，助劑可以使用現(xiàn)有技術(shù)中的常用助劑。如增塑劑可以使用甘油、乙二醇、低分子量聚乙二醇、己內(nèi)酰胺、季戊四醇中的一種或幾種，添加量在5 80份。交聯(lián)劑可以選用甲醛、乙二醛、硼酸、TDI中的一種或幾種，添加量在0. 1 5份。另外根據(jù)需要可以在配方中加入淀粉等助劑。四、具體的實(shí)施方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行具體描述。有必要指出的是實(shí)施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例一在100份PVA中加入甘油40份、聚乳酸20份，首先將100份PVA放入高速攪拌機(jī)中，使PVA樹脂粉體升溫至80°C，然后將增塑劑甘油緩慢且均勻加入，低速攪拌60min溫度控制在80°C-110°C間，待PVA充分吸收甘油，在混入聚乳酸后出料，放置熟化24h，然后將混合物通過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒。將造好的顆粒通過單螺桿擠出機(jī)熔融擠出吹塑成型制備耐水性PVA生物降解薄膜。吹塑薄膜的折徑500mm，厚度40 μ m拉伸強(qiáng)度為20. 4Mpa,撕裂強(qiáng)度為50. 4Mpa，水浸泡24h后取出測得拉伸強(qiáng)度為13. 4Mpa。實(shí)施例二 在100份PVA中加入甘油40份、聚乳酸20份、TDI 1份，首先將100份PVA放入高速攪拌機(jī)中，使PVA樹脂粉體升溫至70°C，然后將增塑劑甘油緩慢且均勻加入，低速攪拌 60min溫度控制在80°C _110°C間，待PVA充分吸收甘油，在混入聚乳酸和TDI后出料，放置熟化24h，然后將混合物通過排氣單螺桿擠出機(jī)擠出造粒。將造好的顆粒通過單螺桿擠出機(jī)熔融擠出吹塑成型制備耐水性PVA生物降解薄膜。吹塑薄膜的折徑500mm，厚度40 μ m拉伸強(qiáng)度為21. 6Mpa，撕裂強(qiáng)度為61. 3Mpa，水浸泡24h后取出測得拉伸強(qiáng)度為20. 3Mpa。
權(quán)利要求
1.一種耐水性可生物降解薄膜，其特征在于該薄膜是由一種混合物通過雙螺桿擠出機(jī)或單螺桿擠出機(jī)擠出造粒，單螺桿擠出機(jī)熔融擠出吹塑而形成的產(chǎn)物，所述混合物含有 PVA、增塑劑，含或不含淀粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜，其中，所述PVA中值聚合度為1700 3000，醇解度為 88 99%;所述淀粉為玉米淀粉、木薯淀粉、變性淀粉中的一種或幾種，其添加量為0 150 份；所述增塑劑為甘油、乙二醇、低分子量聚乙二醇、己內(nèi)酰胺、季戊四醇中的一種或幾種， 其添加量為5 80份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜，其中，所述混合物中還含有聚乳酸、熱塑性聚氨酯、聚酯中的一種或幾種，其添加量為5 100份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜，其中，所述混合物中還含有甲醛、乙二醛、硼酸、甲苯二異氰酸酯中的一種或幾種，其添加量為0. 1 5份。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熔融擠出吹塑加工成型的方法，生產(chǎn)耐水性聚乙烯醇生物降解薄膜的配方和工藝。該工藝是通過特定的混料方法，使得聚乙烯醇與各種助劑混合均勻，通過雙螺桿擠出造粒，然后用一臺單螺桿擠出機(jī)熔融擠出制備耐水性聚乙烯醇薄膜。本制品制備工藝的優(yōu)點(diǎn)在于采用熔融擠出吹膜的成型方法，相對于傳統(tǒng)的流延法成型具有連續(xù)化程度高、生產(chǎn)周期短、工藝穩(wěn)定，薄膜的厚度和折徑可調(diào)；通過加入交聯(lián)劑、加工改性劑等改善了聚乙烯醇薄膜的耐水性和加工性，所得薄膜的各項(xiàng)性能優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于食品、日化、醫(yī)藥電子元器件等包裝行業(yè)。
文檔編號B29C49/04GK102241862SQ201010171998
公開日2011年11月16日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者張振宇, 苑會林 申請人:北京化工大學(xué)