CN101157765A

CN101157765A - 水溶性薄膜及其制作方法

Info

Publication number: CN101157765A
Application number: CNA2007100772774A
Authority: CN
Inventors: 王钜洪
Original assignee: DONGGUAN SHIPAI ZHONGXIN PLASTIC PLANT
Current assignee: DONGGUAN SHIPAI ZHONGXIN PLASTIC PLANT
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2008-04-09

Abstract

本发明提供一种水溶性薄膜及其制作方法，水溶性薄膜组成成分包括：聚乙烯醇、聚丙烯酸、乙烷、聚乙二醇、氢氧化钠、助剂及水。其制作方法如下：将原料按比例混合后搅拌均匀；将所得混合物进行发酵；将发酵后的混合物蒸发，去除多余的水分，制成胶料；对胶料进行冷切；吹塑成膜。本发明的水溶性薄膜可于常温下完全水溶，溶解后无色、无毒，且，具有杀菌效果，另外，其制作工艺简单；采用该水溶性薄膜来制作的一次性马桶坐垫安全、方便且可有效节约使用和处理成本。

Description

水溶性薄膜及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种水溶性薄膜及其制作方法，尤其是涉及一种用于制作马桶坐垫的水溶性薄膜及其制作方法。

背景技术

坐式抽水马桶是家庭、宾馆、饭店等普遍使用的卫生设备，由于马桶使用时，人体皮肤与马桶的座板直接接触，不仅感觉不舒适而且容易感染疾病，危害人们的健康。为了舒适和卫生需要，马桶上会放置坐垫；家庭使用普通的棉、毛、麻等马桶坐垫，经常进行消毒即可；而在宾馆和饭店等公共场所，由于使用人员众多且复杂，为了解决上述问题，通常的做法是使用一次性坐垫，现有的一次性坐垫为节约成本，一般是采用经济的材料，如塑料薄膜。

一次性坐垫所采用的塑料薄膜通常为普通塑料薄膜，不能降解，不利于环境保护，且，白色垃圾的回收和处理成本高。也有部分采用可降解塑料薄膜，这类可降解塑料薄膜通常以聚乙烯醇为主要原料，聚乙烯醇(PVA)是一种含有大量羟基(-OH)的聚合物。由于其侧基-OH的体积较小，可进入结晶点中而不造成应力，故有高度结晶性，使聚乙烯醇(PVA)透气性很小；同时，聚乙烯醇(PVA)分子链上带有大量的-OH，极性很强，-OH上的氢与电负性很强的氧原子相连，使氢氧键高度极化，1个-OH上带有部分正电荷的氢，可与另1个-OH上带有部分负电荷的氧相互吸引，形成大量分子内与分子间的氢键。聚乙烯醇(PVA)的结构决定了PVA具有水溶性，然而，其溶解性并不是很优良，有的聚乙烯醇(PVA)品种还需要在搅拌下用热水溶解数小时，由聚乙烯醇(PVA)直接制备的薄膜材料的水溶性必然不佳，使得用其所制作马桶坐垫在水中不能完全溶解或者溶解所需时间长，温度高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水溶性薄膜及其制作方法，该水溶性薄膜可在常温下完全水溶，溶解后无色、无毒且具有杀菌效果，而该方法方便快捷。

根据本发明的目的可通过以下技术方案实现：水溶性薄膜组成成份包括：聚乙烯醇、聚丙烯酸、乙烷、聚乙二醇、氢氧化钠、助剂及水。

其制作方法包括以下步骤：

步骤1，混合，将原料按比例混合后搅拌均匀；

步骤2，发酵，将混合物进行发酵；

步骤3，蒸发，将发酵后的混合物蒸发，去除多余的水分，制成胶料；

步骤4，冷切，对胶料进行冷切；

步骤5，成型，吹塑成膜。

本发明的水溶性薄膜可于常温下完全水溶，溶解后无色、无毒，且，具有杀菌效果，另外，其制作工艺简单；采用本发明的水溶性薄膜制作的一次性坐垫从根本上克服了普通塑料薄膜在使用、抛弃后，常年不能降解，从而造成白色污染的问题；其次，具有杀菌效果，使用安全方便；再次，可有效节约成本，使用后，丢弃于抽水马桶中，可完全溶解，溶于水后无色、无毒，随污物排入下水道，无白色污染残留，有效的节约了白色污染的回收和处理成本；最后，本发明的水溶性薄膜制作方法简单，适用于批量生产，进一步节约了坐垫的制作成本。

具体实施方式

本发明还将结合实施例做进一步详述：

本发明的水溶性薄膜是组成成份包括：聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、乙烷、聚乙二醇(PEG)、氢氧化钠(NaOH)、助剂及水，其中，水的含量为45％～55％，聚乙烯醇的含量为25％～35％，其余原料的含量为10％～30％。

聚乙烯醇(PVA)具有水溶性，同时聚乙烯醇(PVA)是一种很好的胶黏剂和制膜材料，具有较好的成膜性和黏结力，因而作为主要的成膜物质使用，但其溶解性并不优良，由聚乙烯醇(PVA)直接制备的薄膜的水溶性必然不佳，需要对其进行改性，现有的聚乙烯醇(PVA)水溶性改性方法有：共聚改性、后反应改性及共混改性；共混改性是指将两种或两种以上均聚物或共聚物混合形成聚合物共混物，经共混后，它们之间的高分子链通过次价力作用(如库仑力、氢键作用、范德华力和电子转移作用等)形成分子聚集体，使官能团的分布与结构发生变化，通过这种共混方法可制备出性能优于组分聚合物的复合体系。本发明以经氢氧化钠(NaOH)部分中和的聚丙烯酸(PAA)作为聚乙烯醇(PVA)的共聚物，采用共混改性原理处理聚乙烯醇(PVA)，使之在水中能够迅速完全的降解。

本发明所采用的聚乙烯醇(PVA)的聚合度为340～460，醇解度为80％～92％，优选85％～87％；聚乙烯醇(PVA)主要由聚醋酸乙烯醇解得到的，醇解度越高，则表示聚醋酸乙烯醇还原为聚乙烯醇的程度越高。

聚丙烯酸(PAA)也是一种水溶性聚合物，其分子链上的-COOH以及用氢氧化钠溶液(NaOH)中和后得到的-COONa的亲水性强于-OH，同时-COOH与-COONa体积都大于-OH，整体比较而言，聚丙烯酸(PAA)的水溶性优于聚乙烯醇(PVA)，然而，聚丙烯酸(PAA)的成膜性和黏结力都不如PVA，所以一般不单独用聚丙烯酸(PAA)来制备薄膜；在本发明中，将其作为聚乙烯醇(PVA)的共聚物与聚乙烯醇(PVA)一同形成聚合物共混物，通过这种共混改性处理聚乙烯醇(PVA)，使之在水中能够迅速完全的降解。

聚乙二醇(PEG)可以起到聚乙烯醇的增塑剂的作用。可以帮助聚乙烯醇降低塑化温度，聚乙烯醇由于具有多羟基(-OH)特征，塑化温度接近其分解温度，所以加工难度高，加入这种增塑剂可以改善其加工性能，降低塑化温度，防止聚乙烯醇(PVA)在加工过程中分解；同时，还可添加其他增塑剂，如山梨醇，甘油等；聚乙二醇(PEG)在原料中的所占比例为5％左右。

氢氧化钠溶液(NaOH)用于调节聚丙烯酸(PAA)的中和度。

在聚乙烯醇(PVA)中加入聚丙烯酸(PAA)、聚乙二醇(PEG)及用于中和聚丙烯酸(PAA)的氢氧化钠(NaOH)，形成聚合物共混物。

共混聚合物的力学性能和聚集态结构往往会随组分含量变化而不同。在共混聚合物中，当加入聚丙烯酸(PAA)量较少时，它可部分破坏聚乙烯醇(PVA)的结晶性，同时引入亲水性更强的-COOH和-COONa，使共混胶膜的水溶性增加，拉伸强度降低；随着聚丙烯酸(PAA)含量增加，对于聚乙烯醇(PVA)，一方面结晶度继续降低，另一方面其分子中的-OH与聚丙烯酸(PAA)分子中的-COOH可形成氢键或酯键作用，这两种作用的结果都使胶膜的亲水性下降，从而引起水溶性降低。而结晶度降低与形成氢键或酯键对力学性能的影响却是相反的，前者使拉伸强度降低，后者使拉伸强度在一定程度上升高。在m(PVA)∶m(PAA)＝8∶1左右，两者的相互作用恰好使胶膜的拉伸强度存在一个最大值，而此时溶解胶膜所需时间也是最短的。当聚丙烯酸(PAA)与聚乙烯醇(PVA)的相互作用达到饱和时，PAA加入量继续增大，只会使水溶性增加和拉伸性能下降。因而，在本发明中聚乙烯醇(PVA)与聚丙烯酸(PAA)的加料重量比为7∶1～9∶1，优选8∶1；加料重量比为8∶1时，聚丙烯酸(PAA)在原料中所占比例约为4％。

另外，聚乙烯醇(PVA)与聚丙烯酸(PAA)共混物性能与聚丙烯酸(PAA)的中和度有很大关系。聚丙烯酸(PAA)与聚乙烯醇(PVA)共混后，会出现以下两种情况的相互作用：一是生成分子间的氢键；二是发生分子间的酯化反应，根据聚丙烯酸(PAA)的中和度所需的剂量滴加氢氧化钠溶液(NaOH)；实验发现，当加入的聚丙烯酸(PAA)中和度很低时，聚丙烯酸(PAA)的-COOH与聚乙烯醇(PVA)的-OH相互作用以酯化反应为主。酯键的形成使共混胶膜水溶性降低，但拉伸强度由于一定的交联得以提高。而当聚丙烯酸(PAA)中和度很高甚至完全中和时，聚丙烯酸(PAA)与聚乙烯醇(PVA)之间以形成氢键和离子-偶极作用为主，这两种作用都属于次价力作用，所以形成的胶膜水溶性与前者相比有所提高，但拉伸强度降低。因而，在本发明中聚丙烯酸(PAA)中和度为20％～40％，优选30％，经计量，中和度为30％时所需滴加的氢氧化钠溶液(NaOH)在原料中所占比例约为3％。

综上所述，用经NaOH溶液部分中和的聚丙烯酸(PAA)与聚乙烯醇(PVA)共混，可在一定程度上提高聚乙烯醇(PVA)薄膜的水溶性。改性剂的加入破坏了聚乙烯醇(PVA)分子链的规整排列，从而抑制了聚乙烯醇(PVA)的结晶，促进了其水溶性的提高。

乙烷加入原料中可用于杀菌、消毒，其在原料中所占比例约为2％；乙二醇也具有一定杀菌作用。

另外，本发明的组合物中还可加入本领域常用的其它助剂，这些助剂可以改善薄膜性能，其用量与种类已为本领域的技术人员所公知，例如，助剂的用量为1％～7％，优选2％～6％；PH调节剂用于溶液的PH值，本发明需要在碱性环境中进行，调节溶液的PH值以利于调节和分解聚乙烯醇；崩解剂用于调节原料的深度，采用着色剂以防止溶液的颜色漂移；增粘剂可为羧甲基纤维素钠；填充剂可以为纤维、超细钙，对塑料制品起到补强作用，并可降低成本；另外，根据需要还可添加防腐剂、润滑剂。

该水溶性薄膜的制作方法包括以下步骤：

步骤1：混合；将聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、乙烷、聚乙二醇(PEG)、氢氧化钠(NaOH)、助剂与水按比例混合后搅拌均匀，水与上述其余原料的加料重量比是2∶1～5∶1，优选3∶1，因而可使聚乙烯醇(PVA)充分溶胀，溶胀后，水分子打开聚乙烯醇(PVA)的分子链，使原本交织在一起的聚乙烯醇(PVA)分子链充分舒展，使其他小分子类化合物，如增塑剂、其他助剂等，更容易进入到聚乙烯醇中，共同起到增塑剂的作用，从而使得聚乙烯醇的熔融温度大大降低，由于含水的聚乙烯醇为被水充分溶胀的聚乙烯醇，其熔融温度低于分解温度，从而能够挤出造粒，得到的粒料也能够吹塑成型。

步骤2：发酵；将上述混合物进行发酵；为了使聚乙烯醇(PVA)与水充分溶胀，并使原料充分混合，需要使原料与水接触的时间足够长；发酵时间为不短于48小时。

步骤3：蒸发；将发酵后的混合物蒸发，去除多余的水分，制成胶料；蒸发在不锈钢蒸炉中进行，温度为110℃～130℃。

步骤4：冷切；在输送带上对胶料进行冷切，输送带10米宽；冷切温度为25℃～30℃；所采用的冷切粒机为双螺杆挤出机或单螺机挤出机的配套设备。

步骤5：成型；采用吹塑成膜，所述吹塑成膜的设备和工艺已为本领域的技术人员所公知；可用滚筒将薄膜卷曲包装；此后，可根据规格制成所需规格的坐垫。

将本发明的水溶性薄膜在水中搅拌溶解，试验结果为：水温为T＝25℃时，溶解时间为t＝13～15min；水温为T＝45℃时，溶解时间为t＝7～9min；水温为T＝60℃时，溶解时间为t＝5～7min。

综上所述，本发明通过共混方法添加共聚物对水溶性薄膜的主要原料聚乙烯醇进行改性，使得用改性后的原料所制作的水溶性薄膜可于常温下完全水溶，溶解后无色、无毒；且，混合物中添加有乙烷，具有杀菌，消毒的效果；另外，该水溶性薄膜的制作工艺简单。因而，采用本发明的水溶性薄膜制作的一次性坐垫从根本上克服了普通塑料薄膜在使用、抛弃后，常年不能降解，从而造成白色污染的问题；其次，具有杀菌效果，因而使用安全方便；再次，可有效节约成本，使用后，丢弃于抽水马桶中，可完全溶解，溶于水后无色、无毒，随污物排入下水道，无白色污染残留，有效的节约了白色污染的回收和处理成本；最后，本发明的水溶性薄膜制作方法简单，适用于批量生产，进一步节约了坐垫的制作成本。本发明的水溶性薄膜同样还可用于其它相关领域。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变，而所有这些改变都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种水溶性薄膜，其特征在于，组成成份包括：聚乙烯醇、聚丙烯酸、乙烷、聚乙二醇、氢氧化钠、助剂及水。

2.根据权利要求1所述的水溶性薄膜，其特征在于，水的含量为45％～55％，聚乙烯醇的含量为25％～35％，其余原料的含量为10％～30％。

3.根据权利要求1所述的水溶性薄膜，其特征在于，聚乙烯醇的聚合度为340～460，醇解度为80％～90％、优选85％～87％。

4.根据权利要求1所述的水溶性薄膜，其特征在于，助剂可为增塑剂、防腐剂、增粘剂、着色剂、润滑剂、填充剂、PH调节剂及崩解剂，助剂的含量为1％～7％，优选2％～6％。

5.根据权利要求1所述的水溶性薄膜，其特征在于，聚乙烯醇与聚丙烯酸的加料重量比为7∶1～9∶1，优选8∶1。

6.根据权利要求1所述的水溶性薄膜，其特征在于，采用氢氧化钠中和聚丙烯酸，聚丙烯酸的中和度为20％～40％，优选30％。

7.一种用于制作如权利要求1所述的水溶性薄膜的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，混合，将原料按比例混合后搅拌均匀；

步骤2，发酵，将所得混合物进行发酵；

步骤4，冷切，对胶料进行冷切；

步骤5，成型，吹塑成膜。

8.根据权利要求7所述的水溶性薄膜的制作方法，其特征在于，步骤1中水与其余原料的加料重量比是2∶1～5∶1，优选3∶1。

9.根据权利要求7所述的水溶性薄膜的制作方法，其特征在于，步骤2的发酵时间不短于48小时。

10.根据权利要求7所述的水溶性薄膜的制作方法，其特征在于，蒸发在不锈钢蒸炉中进行，温度为110℃～130℃；冷切的温度为25℃～30℃。