CN102504454A - 一种抗紫外线聚乙烯醇水果袋膜制备配方及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抗紫外线的聚乙烯醇水果套袋膜的配方及其工艺，以部分醇解型聚乙烯醇、完全醇解型聚乙烯醇、无机紫外线屏蔽剂为主要原料，添加增塑剂、表面活性剂、乳化剂等混合制胶，再通过溶液流延法制膜。透气量的大小是通过调节部分醇解型聚乙烯醇所占成膜剂的比例，来调控该复合膜的透气量；抗紫外线性能是通过无机紫外线屏蔽剂纳米二氧化钛或纳米氧化锌或它们的组合来实现的。使用本发明可根据用户要求任意设定抗紫外线的强度。本发明之抗紫外线的聚乙烯醇水果套袋膜，由于该薄膜具有聚乙烯醇、生物降解性、抗紫外线性、透气性高，遇水不会软化等优点，特别适于制作水果塑膜套袋，也适合于制作汽车的玻璃等。

Description

一种抗紫外线聚乙烯醇水果袋膜制备配方及其工艺

技术领域

本发明涉及一种抗紫外线聚乙烯醇水果袋膜制备配方及其工艺，更详细地说，是发明一种具有水溶性、生物降解性、抗紫外线性、透气量大，遇水不变形的抗紫外线强的聚乙烯醇复合膜及其制备工艺。

背景技术

目前，市场上使用水果的塑膜套袋一般都是用聚乙烯(PE)为主要材料，这种PE膜不可完全降解，会给环境带来严重污染，国家已禁止使用，而PVA(聚乙烯醇)薄膜材料具有100％的生物降解性，属于绿色包装材料，且在欧美等国均认可其环保性，允许并大量推广其应用领域。我国为聚乙烯醇的生产大国，其在各个方面都具有绝对优势，因而利用PVA膜替代PE膜生产水果套袋，既可以解决环保和水果品质差等问题，又可以降低成本，是属于国家相关部门所提倡的环保材料，因而能适应市场的需要，甚至可用于出口国外。

目前，聚乙烯醇薄膜主要是利用完全醇解型聚乙烯醇或部分醇解型聚乙烯醇，加入抗紫外线屏蔽剂(纳米二氧化钛等)、增塑剂(甘油等)、表面活性剂等，制成胶液，流延得到成品。这种聚乙烯醇薄膜遇水极易变形，且透气量小，极大地限制了水溶性薄膜在市场上的应用范围，尤其是不能满足在室外的使用或者要求透气量高的使用。

另外，用作水果套袋等方面，聚乙烯醇薄膜的紫外线吸收率是影响其使用价值的一个重要指标，特开召51-132259号公报报导了往聚乙烯醇膜添加水溶性的紫外线吸收剂的方法，然而这种添加了水溶性的紫外线吸收剂的聚乙烯醇膜紫外线吸收率高，缺点是当长时间保存膜时，紫外线吸收剂析出，因而影响到须长期保存的聚乙烯醇膜的紫外线吸收率；而特开召98-123410号公报报导了往聚乙烯醇膜添加有机紫外线吸收剂的方法，然而，这种方法的缺点是有机类抗紫外线剂经过长时间的紫外辐射后会逐渐分解，从而失去抗紫外线的特性。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种抗紫外线聚乙烯醇水果袋膜制备配方及其工艺，采用本方法制成的聚乙烯醇复合膜遇水不易变形；遇水后使薄膜产生微孔，导致透气量增大，抗紫外线性强；另外该薄膜具有环保特性，可生物降解为CO₂和H₂O，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种抗紫外线聚乙烯醇水果袋膜制备配方，主要由以下质量百分比的原料制成：完全醇解型聚烯醇(PVA17-99)9.1～10.5％，部分醇解型聚乙烯醇(PVA17-88)3.9～4.5％，十二烷基硫酸钠(SDS)0.22～0.34％，乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)0.11～0.17％，乙二醇1.1～1.7％，无机紫外线屏蔽剂0.1～0.3％，硅烷偶联剂(KH550)0.005～0.015％，水85～87％。

其中成膜剂为完全醇解型聚烯醇、部分醇解型聚乙烯醇两种成份组合，利用该膜在水中易形成微孔，通过调节两种成份的不同配比，来控制聚乙烯醇复合薄膜的透气量，原理是利用部分醇解型聚乙烯醇良好的水溶性，使复合膜在水中极易形成微孔，从而增大其透气量。但部分醇解型聚乙烯醇比例太大，易导致复合膜穿孔；反之，若所占比例太小，复合膜透气性太低。两者比例为：部分醇解型聚乙烯醇∶完全醇解型聚乙烯醇的比例为0.43～0.67。

在本发明中，十二烷基硫酸钠(SDS)是作为表面活性剂使用的，同时也可以用十二烷基苯磺酸钠、十二醇聚氧乙烯醇胺、聚氧乙烯烷基醚、吐温、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、烷基醇酰胺或它们与十二烷基硫酸钠的任意组合进行替代。

在本发明中，还需加入微量无机紫外线屏蔽剂，无机紫外线屏蔽剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锌或它们的任意组合，目的是更好的屏蔽紫外线。由于纳米TiO₂和纳米ZnO的颗粒尺寸远小于紫外线的波长，纳米粒子可将作用于其上的紫外线向各个方向散射，从而减少照射方向的紫外线强度。

在本发明中，乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)主要是作为乳化剂使用，用以形成薄膜或双电层，可使分散相带有电荷，这样就能阻止分散相的小液滴互相凝结，使形成的乳浊液比较稳定。

在本发明中，乙二醇是作为增塑剂使用的，同时也可以用甘油、聚乙二醇或它们与乙二醇的任意组合进行替代。

在本发明中，所述的硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，目的是改善纳米粒子的严重团聚问题，使其在聚乙烯醇基体中分散均匀，更好的发挥纳米粒子小尺寸效应。

在本发明中，其优选配方由以下重量份数的下列原料制成：优选的重量配比为：完全醇解型聚烯醇(PVA17-99)9.8％，部分醇解型聚乙烯醇(PVA17-88)4.2％，十二烷基硫酸钠(SDS)0.28％，乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)0.14％，乙二醇1.4％，纳米二氧化钛0.14％，硅烷偶联剂(KH550)0.007％，水86％。

基于上述配方下的一种抗紫外线聚乙烯醇水果袋膜制备工艺，具体包括以下步骤：

(1)将PVA17-99、PVA17-88与SDS先高速搅拌20-30分钟，同时将其缓慢升温至80-85℃进行保温预处理2小时左右，以聚乙烯醇充分溶解为准；

(2)再将之前已经进行预处理12小时的无机紫外线屏蔽剂加入水中搅拌并进行超声分散；同时，称取一定量的硅烷偶联剂(KH550)倒入另一个容器中，加入一定量水和无水乙醇(体积分数φ(乙醇)∶φ(水)＝1∶9)，在室温下搅拌，超声分散0.5小时；

(3)将无机紫外线屏蔽剂分散浆转入三口烧瓶中，然后将分散好的KH550溶液缓慢滴加到三口烧瓶中，同时缓慢升温至75℃-80℃，用氢氧化钠调节体系的PH为9-10左右，进行反应；

(4)待反应2-4小时后加入已充分溶解好的聚乙烯醇中，加速搅拌使其均匀混合(溶解过程中轻微搅动，完全溶解后无任何残留)。每搅拌1小时后用超声波处理20-30分钟；

(5)将制备好的复合溶胶抽真空脱泡经流延获得聚乙烯醇复合膜；

(6)最关键的步骤是将制备好的复合膜放在烘箱150℃下，烘数分钟，保证聚乙烯醇膜不变色后取出，随后将其浸泡在水中数分钟，再取出烘干即可得到满足要求的成品膜。

在步骤(6)中，浸泡在水中的目的是利用部分醇解型聚乙烯醇良好的水溶性，会使薄膜产生微孔但不会变形。

有益效果：使用本发明生产出来的聚乙烯醇薄膜抗紫外线性强，能有效防止其包装的内部物品因紫外线照射而光致劣化，同时，能有效解决传统方法制成的聚乙烯醇薄膜遇水极易变形以及透气量小的问题；且该聚乙烯醇薄膜具有环保特性，可生物降解为CO2和H₂O，同时，也可作为其它防紫外线用途，如汽车的玻璃等。

具体实施方式

下面举实例对本发明进行详细描述。

本发明的具体实施例列表1如下：

注：溶解过程中轻微搅动，完全溶解后无任何残留。

本实施例产品的抗紫外线性能测试用紫外可见光分光分度计，结果见表2。实验时将各组试样放置仪器上测量紫外线的透过率，紫外线范围是280-400nm，每隔2nm自动扫描一次。并针对某一特定波长进行紫外线透过率的定量分析。

表2实施例1-3薄膜紫外线透过率比较

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种抗紫外线聚乙烯醇水果袋膜制备配方，其特征在于，主要由以下质量百分比的原料制成：成膜剂(由完全醇解型聚烯醇与部分醇解型聚乙烯醇混合组成)13～15％，表面活性剂(SDS)0.22～0.34％，乳化剂(烷基酚聚氧乙烯醚OP-10)，0.11～0.17％，乙二醇1.1～1.7％，无机紫外线屏蔽剂0.1～0.3％，硅烷偶联剂(KH550)0.005～0.015％，水85～87％。

2.根据权利要求1所述的一种抗紫外线聚乙烯醇水果袋膜制备配方，其特征在于，通过调节部分醇解型聚乙烯醇所占成膜剂的比例，来调控该复合膜的透气量，利用部分醇解型聚乙烯醇良好的水溶性，使复合膜在水中极易形成微孔，从而增大其透气量。但是若部分醇解型聚乙烯醇比例太大，易导致复合膜穿孔；反之，若所占比例太小，复合膜透气性太低，两者比例为：部分醇解型聚乙烯醇∶完全醇解型聚乙烯醇为0.43～0.67。

3.根据权利要求1所述的一种抗紫外线聚乙烯醇水果袋膜制备配方，其特征在于，所述无机紫外线屏蔽剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锌或它们的任意组合。

4.基于权利要求1所述的一种抗紫外线聚乙烯醇水果袋膜制备配方下的一种抗紫外线聚乙烯醇水果袋膜制备工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)将PVA17-99、PVA17-88与SDS先高速搅拌20-30分钟，同时将其缓慢升温至80-85℃进行保温预处理2小时左右，以聚乙烯醇充分溶解为准；

(2)再将之前已经进行预处理12小时的无机紫外线屏蔽剂加入水中搅拌并进行超声分散；同时，称取一定量的硅烷偶联剂(KH550)倒入另一个容器中，加入一定量水和无水乙醇(体积分数φ(乙醇)∶φ(水)＝1∶9)，在室温下搅拌，超声分散0.5小时；

(3)将无机紫外线屏蔽剂分散浆转入三口烧瓶中，然后将分散好的KH550溶液缓慢滴加到三口烧瓶中，同时缓慢升温至75℃-80℃，用氢氧化钠调节体系的PH为9-10左右，进行反应；

(4)待反应2-4小时后加入已充分溶解好的聚乙烯醇中，加速搅拌使其均匀混合，每搅拌1小时后用超声波处理20-30分钟；

(5)将制备好的复合溶胶抽真空脱泡经流延获得聚乙烯醇复合膜；

(6)最关键的步骤是将制备好的复合膜放在烘箱150℃下，烘数分钟，保证聚乙烯醇膜不变色后取出，随后将其浸泡在水中数分钟，再取出烘干即可得到满足要求的成品膜。