CN112500664B - 一种高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜及其制备方法 - Google Patents

一种高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜及其制备方法，按照质量百分比计，包括以下组分：聚乙烯醇：15‑25%；大分子助剂：1.0‑4.0%；余量是溶剂。本发明的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，通过优化水溶膜的配方，提高水溶膜的断裂伸长率，使其能够匹配更深的模具，展现更立体的凝珠造型。

Description

一种高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及水溶性包装膜领域，主要涉及一种高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜及其制备方法。
背景技术
塑料是使用最广泛的包装材料，二十世纪六十年代起开始进入我们生活的方方面面。但随着日趋严重的环境问题及“禁令”的发布，比传统塑料更安全、更环保的可降解材料亟待发展。
聚乙烯醇(PVA)是一种优良的可降解材料，在自然条件下即可最终降解为二氧化碳和水，具有优良的阻隔性、水溶性、加工性能及传统塑料所具备的强度及韧性。聚乙烯醇水溶膜制成的袋或凝珠可用于包装衣物清洗剂、餐具清洗剂，以满足定量包装的目的。
用于制备凝珠的聚乙烯醇薄膜需具备高强度及高断裂伸长率，以防止抽真空导致膜渗漏或破裂。但目前市面上的聚乙烯醇薄膜的断裂伸长率大多在450%以下，制备凝珠时会出现模具贴合不良导致造型不立体，或者模具太深、薄膜韧性不够导致薄膜渗漏或破裂的情况。因此，需要开发一款断裂伸长率更高、韧性更好、不易破裂的聚乙烯醇水溶膜，使其能够匹配更深的模具，展现更立体的凝珠造型。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜及其制备方法，旨在解决现有的聚乙烯醇水溶膜的断裂伸长率有待提高的问题。
本发明的技术方案如下：
一种高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，其中，按照质量百分比计，包括以下组分：
聚乙烯醇：15-25%；
大分子助剂：1.0-4.0%；
余量是溶剂。
所述的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，其中，大分子助剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、瓜尔胶与磺酸盐木质素中的一种或多种组合。
所述的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，其中，大分子助剂包括聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮；所述聚丙烯酰胺选用分子量1000万分子量以上的聚丙烯酰胺；聚乙烯吡咯烷酮选用K60、K80或K90。
所述的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，其中，大分子助剂采用聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、瓜尔胶与磺酸盐木质素的组合，四者之间的质量比例为(0.5~1.5)：(0.5~1.5)：(0~0.5)：(0~0.5)。
所述的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，其中，四者之间的质量比例为(0.8~1.3)：(0.8~1.3)：(0.1~0.3)：(0.1~0.3)。
所述的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，其中，聚乙烯醇为PVA0588、PVA1788、PVA1790、PVA1792、PVA2488的一种或多种组合；所述溶剂为水。
所述的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，其中，还包括以下组分：
增塑剂：4-8%；
脱模剂：0.1-1.0%；
消泡剂：0.1-1.0%。
所述的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，其中，所述增塑剂为甘油、丙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺、聚乙二醇、二甘醇、山梨醇、甘露醇的一种或多种组合；
所述脱模剂为炔二醇聚氧乙烯醚、四甲基癸炔二醇、聚氧乙烯烷基酚醚，聚氧乙烯脂肪醇醚一种或多种组合；
所述消泡剂为聚醚改性硅油、氨基改性硅油、聚氧丙烯甘油醚等一种或多种组合；
所述溶剂为水。
所述的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，其中， 还包括以下组分：
淀粉：0.2-4.0%；
所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉中一种或多种组合。
一种如上所述的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将除聚乙烯醇以外的原料进行混合；
加入聚乙烯醇，升温至80-100℃，搅拌均匀至浆料呈细腻均一溶液；
将溶液进行消泡处理，得到料浆；
料浆经过模头，在流延设备上干燥成型并收卷。
有益效果：本发明的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，通过优化水溶膜的配方，提高水溶膜的断裂伸长率，使其能够匹配更深的模具，展现更立体的凝珠造型。
附图说明
图1为对照组2和实施例1的应力-应变曲线图。
具体实施方式
本发明提供一种高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本发明提供一种高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，按照质量百分比计，包括以下组分：
聚乙烯醇：15-25%；
大分子助剂：1.0-4.0%；
增塑剂：4-8%；
淀粉：0.2-4.0%；
脱模剂：0.1-1.0%；
消泡剂：0.1-1.0%；
余量是溶剂。
其中，聚乙烯醇可以为PVA0588、PVA1788、PVA1790、PVA1792、PVA2488的一种或多种组合。
大分子助剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、瓜尔胶与磺酸盐木质素中的一种或多种组合。
在本发明中，通过加入一定量的高分子量水溶性非PVA大分子，如高分子量聚丙烯酰胺、高分子量聚乙烯吡咯烷酮，以及少量水溶性非PVA大分子，如瓜尔胶、磺酸盐木质素。
在本发明中，加入聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮的分子量是有所要求的。所述聚丙烯酰胺选用分子量1000万分子量以上的聚丙烯酰胺。聚乙烯吡咯烷酮选用K60、K80或K90。在本发明中，大分子助剂优选为包括聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮。一般情况下，在水溶性PVA薄膜体系中，非PVA的大分子原料都会选用分子量较小的，这样与PVA的相容性较好。以聚丙烯酰胺为例，聚丙烯酰胺经常作为增塑剂添加，为了保证与PVA的相容性，通常选用分子量为300万以下的聚丙烯酰胺，由于分子内作用力不足，只能充当普通增塑剂的效果，可以用于提高薄膜的伸长率，但却会相应降低薄膜的刚性（抗拉强度）和韧性（断裂伸长率）。而在本发明中则打破传统思维，采用分子量1000万分子量以上的聚丙烯酰胺作为大分子助剂，用于提高薄膜的断裂伸长率。聚丙烯酰胺存在分子内氢键和分子间氢键，都是存在分子内作用力和分子间作用力，分子量1000万分子量以上的聚丙烯酰胺分子内作用力强，可以减弱PVA内部的作用力，提高薄膜的韧性却又不会降低薄膜的抗拉强度。聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮的效果相同。
优选地，在本发明实施例方案中提供一种最优组合，大分子助剂采用聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、瓜尔胶与磺酸盐木质素的组合，四者之间的质量比例为(0.5~1.5)：(0.5~1.5)：(0~0.5)：(0~0.5)，更优选(0.8~1.3)：(0.8~1.3)：(0.1~0.3)：(0.1~0.3)。在低拉伸时作为助剂，减弱PVA分子间作用力，体现高韧性；在高拉伸时四种助剂与PVA和其他增塑剂形成强分子间作用力，同时瓜尔胶、磺酸盐木质素可略微增强薄膜的抗拉强度。在不影响抗拉强度的同时提高断裂伸长率，使得薄膜的在低拉力作用下和高拉力作用下的韧性均显著提高。
所述增塑剂为甘油、丙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺、聚乙二醇、二甘醇、山梨醇、甘露醇的一种或多种组合。
所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉或其他改性水溶或非水溶性淀粉等一种或多种组合。由于加入淀粉一般略微降低薄膜的韧性和断裂伸长率，因此，很少添加在水溶性包装薄膜中。由于本发明中通过添加大分子助剂提高薄膜的韧性和断裂伸长率，因此，淀粉产生的负面影响可以忽略不计，在本发明中加入淀粉以改善表面爽滑性。
所述脱模剂为炔二醇聚氧乙烯醚、四甲基癸炔二醇、聚氧乙烯烷基酚醚，聚氧乙烯脂肪醇醚等一种或多种组合。
所述消泡剂为聚醚改性硅油、氨基改性硅油、聚氧丙烯甘油醚等一种或多种组合。
所述溶剂为水。
本发明中还提供所述高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜的制备方法，包括以下步骤：
将增塑剂、大分子助剂、消泡剂、脱模剂、溶剂、淀粉按照质量百分比放入混料罐中，常温下搅拌5-15分钟；
加入聚乙烯醇，升温至80-100℃，搅拌1-5小时，使物料充分溶解，浆料呈细腻均一溶液；
将溶液进行消泡处理，得到料浆；
料浆经过模头，在流延设备上干燥成型并收卷。
本发明所提供的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶性薄膜，具有以下优点：
薄膜力学性能强，断裂伸长率高，可达490-550 MPa，韧性好，用于制备凝珠时，可适应复杂的模具，制成的凝珠造型较普通膜更加立体；
薄膜水溶性好，75μm薄膜在24℃水中30秒内破裂，90s内完全溶解；
长期放置（大于二个月）后，水溶性能无变化，断裂伸长率变化小于8%；
薄膜前处理步骤简单，成型时无需再涂脱模剂，节省大量人力物力；
薄膜在35-60%湿度下保存均可保持较高的抗拉强度和断裂伸长率，60%-75%湿度时断裂伸长率无变化或略有提升，抗拉强度降低幅度小于12%。
以下通过具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
薄膜浆料组分按质量百分比：甘油：2.5%，丙二醇：2%，二甘醇：1.5%，聚丙烯酰胺：0.8%，聚乙烯吡咯烷酮K80：1.3%，玉米淀粉：0.5%，Beston®511：0.2%，Beston®1122：0.2%，PVA1788：25%，余量是水。
制备方法：将甘油：2.5%，丙二醇：2%，二甘醇：1.5%，聚丙烯酰胺：0.8%，聚乙烯吡咯烷酮K80：1.3%，玉米淀粉：0.5%，Beston®511：0.2%，Beston®1122：0.2%和水放入混料罐中，常温下搅拌十分钟；加入PVA1788，升温至90℃，搅拌两小时，使物料充分溶解，浆料呈细腻均一溶液；将料液进行消泡处理，得到料浆；料浆经过模头，在流延设备上干燥成型并控制厚度收卷。
本实例制得的薄膜，抗拉强度41.9MPa，断裂伸长率506.5MPa；在24℃的流动水中30s内破膜、90s内完全溶解。
实施例2：
薄膜浆料组分按质量百分比：甘油：3%，聚乙二醇：2%，二甘醇：1%，三乙醇胺：1%，聚丙烯酰胺：0.8%，聚乙烯吡咯烷酮K90：1.2%，木薯淀粉：0.5%，炔二醇聚氧乙烯醚：0.2%，Beston®1122：0.2%，PVA1788：25%，余量是水。
制备方法：将甘油：3%，聚乙二醇：2%，二甘醇：1%，三乙醇胺：1%，聚丙烯酰胺：0.8%，聚乙烯吡咯烷酮K90：1.2%，木薯淀粉：0.5%，炔二醇聚氧乙烯醚：0.2%，Beston®1122：0.2%和水放入混料罐中，常温下搅拌十分钟；加入PVA1788，升温至90 ℃，搅拌两小时，使物料充分溶解，浆料呈细腻均一溶液；将料液进行消泡处理，得到料浆；料浆经过模头，在流延设备上干燥成型并控制厚度收卷。
本实例制得的薄膜，抗拉强度42.1MPa，断裂伸长率508.5MPa；在24℃的流动水中30s内破膜，90s内完全溶解。
实施例3：
薄膜浆料组分按质量百分比：甘油：2%，聚乙二醇：2%，二甘醇：1%，山梨醇：1%，聚丙烯酰胺：1.0%，聚乙烯吡咯烷酮：1.0%，瓜尔胶：0.2%，木薯淀粉：0.5%，炔二醇聚氧乙烯醚：0.2%，聚氧丙烯甘油醚：0.2%，PVA1792：25%，余量是水。
制备方法：将甘油：2%，聚乙二醇：2%，二甘醇：1%，山梨醇：1%，聚丙烯酰胺：1.0%，聚乙烯吡咯烷酮：1.0%，瓜尔胶：0.2%，木薯淀粉：0.5%，炔二醇聚氧乙烯醚：0.2%，聚氧丙烯甘油醚：0.2%和水放入混料罐中，常温下搅拌十分钟；加入PVA1792，升温至90 ℃，搅拌两小时，使物料充分溶解，浆料呈细腻均一溶液；将料液进行消泡处理，得到料浆；料浆经过模头，在流延设备上干燥成型并控制厚度收卷。
本实例制得的薄膜，抗拉强度43.5MPa，断裂伸长率532.7MPa；在24℃的流动水中30s内破膜，90s内完全溶解。
实施例4：
薄膜浆料组分按质量百分比：甘油：2%，聚乙二醇：2%，丙二醇：2%，聚丙烯酰胺：0.8%，聚乙烯吡咯烷酮：0.8%，瓜尔胶：0.2%，磺酸盐木质素：0.1%，玉米淀粉：0.4%，聚氧乙烯脂肪醇醚：0.2%，聚醚改性硅油：0.2%，PVA1788：25%，余量是水。
制备方法：将甘油：2%，聚乙二醇：2%，丙二醇：2%，聚丙烯酰胺：0.8%，聚乙烯吡咯烷酮：0.8%，瓜尔胶：0.2%，磺酸盐木质素：0.1%，玉米淀粉：0.4%，聚氧乙烯脂肪醇醚：0.2%，聚醚改性硅油：0.2%和水放入混料罐中，常温下搅拌十分钟；加入PVA1788，升温至90 ℃，搅拌两小时，使物料充分溶解，浆料呈细腻均一溶液；将料液进行消泡处理，得到料浆；料浆经过模头，在流延设备上干燥成型并控制厚度收卷。
本实例制得的薄膜，抗拉强度43.8MPa，断裂伸长率550.2MPa；在24℃的流动水中30s内破膜，90s内完全溶解。
对照组1（与实施例1对比，仅少加水溶性大分子助剂）：
薄膜浆料组分按质量百分比：甘油：2.5%，丙二醇：2%，二甘醇：1.5%，玉米淀粉：0.5%，Beston®511：0.2%，Beston®1122：0.2%，PVA1788：25%，余量是水。
制备方法：将甘油：2.5%，丙二醇：2%，二甘醇：1.5%，玉米淀粉：0.5%，Beston®511：0.2%，Beston®1122：0.2%和水放入混料罐中，常温下搅拌十分钟；加入PVA1788，升温至90℃，搅拌两小时，使物料充分溶解，浆料呈细腻均一溶液；将料液进行消泡处理，得到料浆；料浆经过模头，在流延设备上干燥成型并控制厚度收卷。实施例1与对照例1的性能对比数据如表1所示。
表1
测试项目 实施例1 对照组1
抗拉强度（MPa） 41.9 42.3
断裂伸长率（%） 506.5 410.8
弹性模量（MPa） 43.2 55.6
100%定伸（MPa） 8.3 13.2
75%湿度保存下抗拉强度（MPa） 37.6 35.4
75%湿度保存下断裂伸长率（%） 512.3 435.0
对照组2（与实施例1对比，仅将聚乙烯吡咯烷酮K80替换为聚乙烯吡咯烷酮K30）：
薄膜浆料组分按质量百分比：甘油：2.5%，丙二醇：2%，二甘醇：1.5%，聚丙烯酰胺：0.8%，聚乙烯吡咯烷酮K30：1.3%，玉米淀粉：0.5%，Beston®511：0.2%，Beston®1122：0.2%，PVA1788：25%，余量是水。
制备方法：将甘油：2.5%，丙二醇：2%，二甘醇：1.5%，玉米淀粉：0.5%，聚丙烯酰胺：0.8%，聚乙烯吡咯烷酮K30：1.3%，Beston®511：0.2%，Beston®1122：0.2%和水放入混料罐中，常温下搅拌十分钟；加入PVA1788，升温至90℃，搅拌两小时，使物料充分溶解，浆料呈细腻均一溶液；将料液进行消泡处理，得到料浆；料浆经过模头，在流延设备上干燥成型并控制厚度收卷。实施例1与对照例2的性能对比数据如表2所示。
表2
测试项目 实施例1 对照组2
抗拉强度（MPa） 41.9 41.6
断裂伸长率（%） 506.5 434.2
弹性模量（MPa） 43.2 48.3
100%定伸（MPa） 8.3 12.6
75%湿度保存下抗拉强度（MPa） 37.6 35.2
75%湿度保存下断裂伸长率（%） 512.3 420.7
对照组2和实施例1的应力-应变曲线如图1所示。与对照组2相比，聚乙烯吡咯烷酮分子量更高，使得薄膜的断裂伸长率更大，在同一应力下拉伸程度更大，而抗拉强度不受影响。
表3
测试项目 实施例1 对照组2
50%力值 7.0N 11.0N
100%力值 9.2N 15.0N
200%力值 13.5N 22.3N
50%力值表示将薄膜伸长率为50%时所需要的力，对比得出薄膜加入的聚乙烯吡咯烷酮分子量更高时，拉动其所需要的力更小。因此在同一真空度下制备凝珠时，实施例1制备的薄膜成型更易，造型更立体。
以上实施例和对照组的性能测试结果分别依据以下标准或条件进行测定得到：GB/T 2918-1998 塑料试样状态调节和试验的标准环境；GB/T 1040.1-2006 塑料 拉伸性能的测定；GB/T 1040.3-2006 塑料 拉伸性能的测定；流动水为1000ml水，漩涡200ml深（漩涡底部在800ml刻度线处）。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下组分：
聚乙烯醇：15-25%；
大分子助剂：1.0-4.0%；
增塑剂：4-8%；
淀粉：0.2-4.0%；
余量是溶剂；
大分子助剂采用聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、瓜尔胶与磺酸盐木质素的组合，四者之间的质量比例为(0.8~1.3)：(0.8~1.3)：(0.1~0.3)：(0.1~0.3)；所述聚丙烯酰胺选用分子量1000万分子量以上的聚丙烯酰胺；聚乙烯吡咯烷酮选用K60、K80或K90；
所述增塑剂为甘油、丙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺、聚乙二醇、二甘醇、山梨醇、甘露醇的一种或多种组合；
所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉中一种或多种组合。
2.根据权利要求1所述的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，其特征在于，聚乙烯醇为PVA0588、PVA1788、PVA1790、PVA1792、PVA2488的一种或多种组合；所述溶剂为水。
3.根据权利要求1所述的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，其特征在于，还包括以下组分：
脱模剂：0.1-1.0%；
消泡剂：0.1-1.0%。
4.根据权利要求3所述的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜，其特征在于，
所述脱模剂为炔二醇聚氧乙烯醚、四甲基癸炔二醇、聚氧乙烯烷基酚醚，聚氧乙烯脂肪醇醚一种或多种组合；
所述消泡剂为聚醚改性硅油、氨基改性硅油、聚氧丙烯甘油醚一种或多种组合。
5.一种如权利要求1~4任一所述的高断裂伸长率的聚乙烯醇水溶膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将除聚乙烯醇以外的原料进行混合；
加入聚乙烯醇，升温至80-100℃，搅拌均匀至浆料呈细腻均一溶液；
将溶液进行消泡处理，得到料浆；
料浆经过模头，在流延设备上干燥成型并收卷。
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