利用其水溶性,可以用于水中使用產(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、攝影用化學(xué)試劑及園藝護(hù)理化學(xué)試劑等。

1) 水溶性pva 農(nóng)藥環(huán)保包裝袋

　　農(nóng)藥普遍存在濃度高、劇毒等問題,對人體危害極大。對農(nóng)藥包裝產(chǎn)生的問題已經(jīng)越來越受到化工農(nóng)藥部門的高度重視。

長期以來,農(nóng)藥包裝存在3 大缺點:

(1) 液體農(nóng)藥使用玻璃瓶包裝,玻璃瓶破損率高;

(2) 使用普通農(nóng)藥包裝袋極易產(chǎn)生大量的包裝殘留物,造成浪費;

(3) 廢棄的帶有大量殘留物的農(nóng)藥包裝袋容易丟棄在江河、溪流、田間、地頭等地方,污染土壤和水源。日積月累就會成為毒害人類和污染環(huán)境的無形殺手。據(jù)統(tǒng)計,我國每年農(nóng)藥包裝廢棄物約有3 億個。這些農(nóng)藥包裝廢棄物約損失農(nóng)藥過百噸。如何及時處理這些包裝廢棄物,已成為擺在我們面前的當(dāng)務(wù)之急。

　　近年來,日本、美國等先進(jìn)國家采用了水溶性農(nóng)藥包裝新技術(shù)。其主要原理是采用一種新型的環(huán)保水溶性pva 薄膜作為包裝材料,將大包裝產(chǎn)品分裝成水溶性薄膜小包裝。由于水溶性pva 塑料薄膜具有獨特的性能及環(huán)保特性,因此受到世界上發(fā)達(dá)國家廣泛重視。

　　水溶性pva 農(nóng)藥環(huán)保包裝袋具有以下優(yōu)點:

　　(1) 水溶性,水溶速度可設(shè)計選擇。無毒無污染,冷水可溶。
　　(2) 可以大大減少農(nóng)藥、工業(yè)化學(xué)品這些有毒或刺激性物質(zhì)對人體和環(huán)境的影響。
　　(3) 可有效解決因玻璃瓶較重而增加生產(chǎn)和運(yùn)輸成本問題,以及瓶塞封口不嚴(yán),易泄漏、難回收而造成的浪費問題。
　　(4) 具有極好的耐油性,耐脂肪性和耐有機(jī)溶劑性。
　　(5) 抗靜電性能優(yōu)良,包裝粉狀物時,不會吸附粉末和塵埃。
　　(6) 計量準(zhǔn)確,避免農(nóng)藥使用時容易造成過量或用量不足導(dǎo)致害蟲、病菌抗藥性加強(qiáng)。

　　基于以上特點,水溶性pva 農(nóng)藥環(huán)保包裝袋很快得到農(nóng)藥生產(chǎn)商的認(rèn)可,并得以廣泛推廣應(yīng)用。

2) 水溶性pva 醫(yī)用包裝洗衣袋

　　水溶性環(huán)保醫(yī)用包裝袋是近年來歐美等發(fā)達(dá)國家發(fā)展起來的新型環(huán)保產(chǎn)品。其目的在于避免污染以及醫(yī)護(hù)人員和病人的交叉感染。

　　在過去30 年中,護(hù)理醫(yī)院病人的過程中會產(chǎn)生大量有傳染性的醫(yī)療廢棄物,處理廢棄物常用的包裝物經(jīng)常會與污染物接觸,因此,很可能帶有病原菌和傳染性物質(zhì)。如果將污染物通過溶解于消毒介質(zhì)中的方法就很容易對其處理,且可以大大地減輕填埋和焚化的負(fù)擔(dān),同時又消除了病菌和傳染性物質(zhì)對環(huán)境和人體的污染。通過近年來歐美等發(fā)達(dá)國家的廣泛使用發(fā)現(xiàn),采用水溶性pva 環(huán)保材料生產(chǎn)的水溶性pva 環(huán)保醫(yī)用包裝袋具有理想的耐磨特性和環(huán)保性。

　　水溶性pva 環(huán)保醫(yī)用包裝洗衣袋具有如下優(yōu)點:

　　(1) 一旦包裝好后,內(nèi)容物自搬運(yùn)、清洗到干燥過程不會接觸外界,完全隔離。
　　(2) 包裝袋薄膜完全溶解于水,沒有殘留物,水質(zhì)不受污染。
　　(3) 由于水溶醫(yī)用包裝袋具有阻隔性高,確保醫(yī)護(hù)人員在搬運(yùn)過程中不受病菌和病毒感染。
　　(4) 水溶醫(yī)用包裝袋具有防靜電、無毒和徹底降解性能,大量實驗證明,病菌和病毒并不能穿透薄膜,極有利于醫(yī)用包裝。

3) 水泥添加劑的包裝

　　水泥添加劑具有強(qiáng)堿強(qiáng)酸性,濃度高,通常在戶外使用,受風(fēng)塵影響而容易觸及工人的眼睛、皮膚和對環(huán)境造成污染。過去,工人操作時穿戴適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)用品,以避免受到水泥添加劑的污染,給施工操作帶來了極大的不便,若污染物觸及身體就容易造成對人體的傷害。

　　近年,西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)廣泛使用水溶性pva薄膜包裝水泥添加劑,完全避免污染,操作簡便,計量準(zhǔn)確。

3. 2 　難溶性pva 薄膜

　　基于薄膜透明度好、光澤度高、不易帶靜電、強(qiáng)韌、耐油、耐有機(jī)溶劑、印刷性能好等優(yōu)良特性,可以用于以下領(lǐng)域:

　　1) 輸送產(chǎn)品的暫時性保護(hù)包裝;
　　2) 電子元器件產(chǎn)品的包裝,防灰塵污染,如:高性能干電池的包裝;
　　3) 液晶顯示器偏振片的制造[5 ] ;
　　4) 紡織品的包裝;
　　5) 金屬表面的保護(hù)薄膜;
　　6) 與聚乙烯、聚丙烯、尼龍、聚酯、聚碳酸酯等生產(chǎn)復(fù)合膜。
　　7) 在用不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂或其他熱固性樹脂制作汽車零件、槽罐等物品時, pva 薄膜可以用作一種性能優(yōu)良的脫膜劑;
　　8) 由于pva 薄膜具有優(yōu)異的隔氧、透氣性能,可以用作性能優(yōu)良的食品保鮮膜。

3. 3 　雙向拉伸pva 薄膜

　　經(jīng)雙向拉伸處理后,結(jié)晶度提高,耐水性提高,韌性好,可以用于食品包裝、離型膜、耐油和耐溶劑包裝、電子部件包裝以及農(nóng)業(yè)用材料等方面,其主要特性和用途見表1 。

  pva 薄膜生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀

　　pva 是一種多羥基聚合物,由于其結(jié)構(gòu)規(guī)整,分子內(nèi)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,加工難度大[ 7 ] 。自20 世紀(jì)60 年代初pva 薄膜在日本問世以來, pva 薄膜的主要生產(chǎn)方法有:溶液流延法、加水熔融擠出法、無水熔融擠出法、加水熔融擠出吹塑法、連續(xù)雙軸取向法以及干法擠出吹塑法。
  1 　溶液流延法

　　溶液流延法是Zui早的成膜方法,按其所用設(shè)備的不同可分為環(huán)狀帶式流延法和轉(zhuǎn)筒式流延法。這種制膜方法是將水溶性聚乙烯醇溶解制成稀溶液,作為制膜原液,為了調(diào)整其加工性能,在原液中可以添加相應(yīng)的增塑劑。普通聚乙烯醇薄膜所用的增塑劑主要有乙二醇、甘油、低分子量的聚乙二醇等[8 ] 。另外也可混入或涂布著色劑、脫膜劑等。該制膜原液從縫隙流延或者由輥式涂料器涂布在旋轉(zhuǎn)的干燥滾筒或皮帶上。被涂布的原液在滾筒或皮帶上蒸發(fā)水分,成為干燥的薄膜。其工藝流程見圖1 。

　溶液流延法的特點是:產(chǎn)品厚度精密度高、透明度、光澤度好。目前,市售的pva 薄膜大多采用流延法生產(chǎn)。但此種生產(chǎn)方法溶液濃度低、生產(chǎn)能力低、設(shè)備費用大、占地面積多、工人操作勞動強(qiáng)度大、能耗高,從而限制了pva 薄膜的推廣應(yīng)用。

 2 　加水熔融擠出法

　　在pva 樹脂中加入適量的水、增塑劑以降低pva 樹脂的熔體黏度,增加其可塑性。經(jīng)熔解脫泡后,經(jīng)過t 型機(jī)頭擠出、干燥、熱處理等工序成膜。加水熔融擠出法與溶液流延法所使用的設(shè)備不同、操作條件也不同,加水熔融擠出法所用原料樹脂的水溶液濃度高,生產(chǎn)能力得到相應(yīng)提高。這種制膜方法的工藝流程如圖2 。

 3 　無水熔融擠出法

　　把pva 樹脂加熱熔融,經(jīng)t 型機(jī)頭擠出后驟冷成膜。該法生產(chǎn)的pva 薄膜因高溫擠出后馬上冷卻,因此,薄膜的透明度、光澤度好,且生產(chǎn)速度快,薄膜厚度容易調(diào)整。但該法只適宜于成型過程中易取向的薄膜,設(shè)備費用高,一般用于共聚合樹脂成膜。

 4 　加水熔融擠出吹塑法

　　將含水為20 %～60 %的pva 溶液,經(jīng)擠出混煉后從環(huán)狀機(jī)頭擠出,再吹塑,干燥,然后收卷,制得含水量少于7 %的薄膜。此法制得的薄膜強(qiáng)度、穩(wěn)定性、外觀均優(yōu)于t 型機(jī)頭制得的薄膜。

 

5 　連續(xù)雙軸取向法

　　連續(xù)雙軸取向工藝Zui早出現(xiàn)于1972 年, 由nippon公司于1981 年率先引入工業(yè)化生產(chǎn)。但限于技術(shù)難度大、成本高等原因,長期以來該工藝難以推廣。經(jīng)過近年來的不斷改進(jìn),今天的連續(xù)雙軸取向工藝已被賦予了全新的內(nèi)涵[9 ] 。它不僅降低了成本,而且生產(chǎn)效率高,預(yù)計不久將得到大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。為了解決連續(xù)雙向拉伸工藝生產(chǎn)pva 膜的困難,人們將管形法和雙向拉伸工藝相結(jié)合,成功地生產(chǎn)出pva 膜。這表明,在濕度和溫度條件下給定初始形變,沿縱向取向,采用連續(xù)雙軸取向工藝有可能使生產(chǎn)出的pva 膜達(dá)到的取向平衡性。另外,采用高溫?zé)崽幚砟芴岣遬va 膜結(jié)晶度及其它物理性能,如平衡水含量降低和各種濕度條件下尺寸穩(wěn)定性增強(qiáng)等。

　　連續(xù)雙軸取向工藝流程如圖3 所示。

  6 　干法擠出吹塑法

　　將pva 真空干燥24h 后與塑化改性劑、成膜劑按一定配比在高速混合機(jī)內(nèi)混合均勻,然后采用經(jīng)改徑的brabender225 型單螺桿擠出機(jī)擠出造粒,再經(jīng)脫泡吹膜,定型處理即得產(chǎn)品[11 ] 。工藝流程圖如圖4 。

　近年來,擠出吹塑法在國外已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。美國chris2chraf t indust rial product s inc. 于2000 年9 月建成吹塑pva 薄膜生產(chǎn)線;英國a 公司和environmental polymer s group s plc 公司也都采用擠出吹塑法生產(chǎn)水溶性pva 薄膜;日本合成化學(xué)公司采用擠出吹膜法生產(chǎn)pva 薄膜,用于包裝行業(yè)、彎曲面的轉(zhuǎn)移印花和偏振片的制造[1 ] 。

　　在國內(nèi),pva 的干法擠出加工技術(shù)一直是塑料加工業(yè)多年未解決的技術(shù)難題之一。我國市場對pva薄膜需求量大,絕大部分依賴從國外高價進(jìn)口。輕工業(yè)塑料加工應(yīng)用研究所對pva 進(jìn)行了大量的研究[12 ] ,通過復(fù)配改性劑體系配方設(shè)計和國產(chǎn)設(shè)備的改造,克服了pva 分解溫度和加工溫度接近、熔體黏度大、流動性差、冷卻慢的難點,實現(xiàn)了pva 干法造粒和吹膜,技術(shù)可行,工藝可控性強(qiáng),產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,具有明顯的市場競爭優(yōu)勢。北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院也開發(fā)出擠出吹塑法生產(chǎn)冷水及溫水溶解型pva 薄膜[13 ] 。干法擠出吹塑法不僅保留了pva 的水溶性、阻透性和生物降解性等優(yōu)異性能,相對于濕法和流延法加工技術(shù),還具有工藝簡單、能耗低、效率高、投資省等優(yōu)點[14 ] 。同時, pva 干法粒料可用于生產(chǎn)多層共擠復(fù)合薄膜及注塑中空成型容器。該技術(shù)具有創(chuàng)新性,填補(bǔ)了國內(nèi)在pva 熔融加工技術(shù)上的空白,拓寬了pva 樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域,具有良好的市場前景。

　　pva 薄膜屬科技含量高、附加值高的產(chǎn)品,無論是原料選擇,還是加工和消費過程,都沒有或不釋放任何有毒、有害物,有利于環(huán)保和實現(xiàn)綠色消費,屬于環(huán)境友好產(chǎn)品,具有良好的應(yīng)用前景。pva 薄膜已列入我國塑料包裝材料“十五”發(fā)展規(guī)劃中[15 ] 。

　　我國農(nóng)產(chǎn)品豐富、日用品消費及出口量巨大[16 ] ,據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,每年需要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,則每年需求量可達(dá)115 萬噸。近年來,國內(nèi)pva 薄膜產(chǎn)品供不應(yīng)求。據(jù)專家預(yù)計,未來幾年pva 薄膜在全球的年均增長率為8 %～10 %[16 、17 ] 。因此,投資pva 薄膜項目不僅可以促進(jìn)pva 薄膜在國內(nèi)的應(yīng)用,而且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　隨著我國加入wto ,我國經(jīng)濟(jì)將迎來新一輪的加速發(fā)展,環(huán)保材料、包裝等行業(yè)對pva 薄膜的用量將不斷加大。對pva 薄膜行業(yè)來說, 要看到存在的問題以及與國際水平的差距;應(yīng)加大與加快科技投入,擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,不斷推出適合市場需求的產(chǎn)品;開發(fā)高附加值產(chǎn)品,提高國際市場競爭力,促進(jìn)我國pva 薄膜行業(yè)的發(fā)展。