[发明专利]熔融挤出法制备耐水性聚乙烯醇生物降解薄膜

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种耐水性聚乙烯醇(PVA)生物降解薄膜的配方和工艺，采用熔融挤出吹塑法制备，属于高分子材料加工领域。

二、背景技术

PVA具有水溶解性且安全无毒的特性，作为包装薄膜材料，被广泛的应用在食品、日化、医药、电子元器件包装等行业。PVA薄膜作为包装材料，较一般的包装材料在透明度、抗静电性、耐油性耐有机溶剂性、印刷性等方面都好于聚烯烃薄膜。近年来由于可生物降解塑料对于耐水性的特殊要求，使得PVA薄膜的发展有了新的方向。

由于PVA分子中含有大量羟基，使得PVA分子内和分子间存在很强的氢键，结晶度高，使其熔融温度高于分解温度，难以热塑成型，所以在加工中需要加入增塑剂。增塑剂的加入可以降低PVA的熔融温度及其熔体粘度，提高其在加工过程中的稳定性。如在空气中，将PVA加热到100℃以上，它就会慢慢地变色；在150℃以上，会充分软化而熔融；加热至160℃以上，颜色会变得很深；在170℃以上，颜色更深；加热至220℃以上，PVA很快分解，生成醋酸、乙醛、丁烯醇和水；至250℃以上来不及分解的PVA则变成含有共轭双键的聚合物。PVA由于化学结构中乙烯醇的比例不同，分解温度有一定的差异，其开始分解的温度差异可达80℃。选择适当的增塑剂使加工温度低于分解温度，能够使PVA在熔融状态下挤出加工。

同时由于羟基的存在使得PVA有很高的吸水性和生物降解性，在配方中加入淀粉类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混合制成的薄膜极易吸水，导致强度下降，限制了在很多领域，特别是日用包装材料方面的应用。目前全国很多学者都在寻找改善淀粉/PVA耐水性的方法，而提高耐水性主要有以下几种方法：防水涂层法、共混法、交联法等。

近年来开始在淀粉基塑料薄膜表面涂布难溶或不溶于水且具有完全生物降解的高聚物，从而可以在保证材料完全生物降解性的同时明显改善材料的耐水性。通过与一些具有耐水性的聚合物共混，可以显著提高淀粉/PVA的耐水性。而且通过共混还可以针对不同的性能需求，加入不同的聚合物。目前研究发现在体系中加入少量纤维素、聚乳酸等可以明显提高材料的耐水性。由于淀粉/PVA分子中含有羟基，具有较强的亲水性，不适宜在有水或湿度大的环境中使用，因此人们采用交联的方法来减少羟基的含量，从而提高材料的耐水性。目前常用的交联剂有：醛类、甲苯二异氰酸酯(TDI)、硼酸、尿素、环氧树脂等。还有一些其他方法来提高淀粉/PVA塑料薄膜的耐水性，如可以使用变性淀粉来改善耐水性。

三、发明内容

本发明的目的在于采用熔融挤出吹塑成型的方法，生产耐水性PVA生物降解薄膜。其特点是解决了PVA薄膜耐水性差，加工性能差的难题，提高了PVA薄膜的耐水性。

本发明的目的是通过以下技术措施实现的，其中所述的份数无特殊说明外，均为重量份数。熔融挤出法制备耐水性PVA生物降解薄膜的工艺包括下属工艺步骤：

(1)将PVA放入高速搅拌机中，搅拌升温至70℃-80℃间将增塑剂缓慢且均匀加入；

(2)低速搅拌10min-120min温度控制在80℃-110℃间，待PVA充分吸收增塑剂；

(3)将增塑PVA与淀粉、聚乳酸、热塑性聚氨脂、交联剂等加工助剂混合均匀；

(4)将混合均匀的PVA混合物通过排气式双螺杆挤出机或单螺杆挤出机进行造粒；

(5)将造好的颗粒通过单螺杆挤出机吹塑成型制备耐水性PVA生物降解薄膜，也可将膜泡进一步双向拉伸之后再干燥定型，可获得耐水性强、强度好、高透明度的薄膜；

(6)将定型后的薄膜冷却收卷即为耐水性PVA生物降解薄膜成品。

本发明与现有技术相比，具有如下特点：

1、本发明采用单螺杆熔融挤出吹塑成型的方法制备薄膜，通过加入甲醛、乙二醛、硼酸、TDI等交联剂，可生产耐水性优良的PVA薄膜。

2、本发明采用单螺杆熔融挤出吹塑成型的方法制备薄膜，通过加入聚乳酸、热塑性聚氨脂等助剂，不仅能获得加工性能良好的PVA薄膜，还能改善薄膜的力学性能。

本发明中的PVA可以使用多种醇解度为88％以上的PVA原料，助剂可以使用现有技术中的常用助剂。如增塑剂可以使用甘油、乙二醇、低分子量聚乙二醇、己内酰胺、季戊四醇中的一种或几种，添加量在5～80份。交联剂可以选用甲醛、乙二醛、硼酸、TDI中的一种或几种，添加量在0.1～5份。另外根据需要可以在配方中加入淀粉等助剂。

四、具体的实施方式