江阴升辉包装材料有限公司

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水溶性塑料包装薄膜的研究与应用一

发布人:升辉包装   发布日期:2013-11-11   浏览数:4286

高科技水溶性塑料包装薄膜作为一种新颖的包装材料,在欧美、日本等国被广泛用于水中使用产品的包装,例如农药、化肥、颜料、染料、清洁剂、水处理剂、矿物添加剂、洗涤剂、混凝土添加剂、摄影用化学试剂及园艺护理的化学试剂等,它的主要特点是:
  1.环保安全、降解彻底(达10%),降解的最终产物是CO2和H2O,可彻底解决包装废弃物的处理并问题;
  2.使用安全方便,避免使用者直接接触被包装物,适合对人体有害物品的包装;
  3.能准确计量、防止浪费;
  4.力学性能好,可热封,热封强度较高;
  5.具有防伪功能,可作为优质产品防伪的最佳武器,延长优质产品的寿命周期。
  一、水溶性塑料包装薄膜的生产工艺过程
  高科技水溶性包装薄膜主要以聚乙烯醇及淀粉为主要原料,添加各种助剂,如表面活性剂、增塑剂、防粘剂等等,其工艺与传统的塑料薄膜成型工艺有所不同。它的工艺过程是:采用先将原料制成固含量为18%~20%的水溶性胶,再流涎涂布到镜面不锈钢带上,经干燥成膜后从钢带上剥离,然后进行干燥室干燥至规定水分后,切边收卷获得成品膜。
  其工艺流程如图1所示:
                 刮刀计量  温度控制
                  ↓     ↓
          水溶胶→过滤→流涎涂布→干燥至成膜───┐
             切边               │
             ↓                │
          成品←收卷←继续干燥至规定含水量←剥离←┘
             ↑
          纠偏张力控制

 

图1 工艺简图

  二、高科技水溶性包装薄膜的主要化学成分及其环保特性
  1.化学成分
  水溶性包装薄膜的主要原料是低醇解度的聚乙烯醇及淀粉,其主要化学成分为C、H、O。
  2.环保特性
  高科技水溶性薄膜产品属于绿色环保包装材料,在欧美、日本等国均得到国家环保部门的认可。
目前国内外主要把生物耗氧量(BOD)及化学耗氧量(COD)作为环保指标。经过生物试验表明,聚乙烯醇既无毒,也不会阻止微生物的生长繁殖,对废处理和环保卫生没有影响。
  就降解机理而言,聚乙烯醇具有水和生物两种降解特性,首先溶于水形成胶液渗入土壤中,增加土壤的团粘性、透气性和保水性,特别适合于沙土改造。
  三、高科技水溶性包装薄膜的主要性能
  1.含水量
  成卷的水溶性薄膜一般用PE塑料包装以保持其特定的含水量不变。当水溶性薄膜从PE包装中取出后,本身的含水量随环境温度发生变化,其性能也随之有所变化,直到平衡。
  表1 水溶性包装薄膜的平衡水分

          45%RH     65%RH     80%RH     20℃     4~6%     8~9%     11~13%

  2.防静电性
  水溶性膜是一种防静电薄膜,与其它塑料薄膜不同,具有良好的防静电性,在使用水溶解性薄膜包装产品过程中,不会因为静电而引起其可塑性降低及静电附尘。
  3.水分及气体透过率
  水溶性膜对水分及氨气具有较强制透过性、但对氧气、氮气、氢气及二氧化碳具有良好的阻隔性。这些特点,使其可以守好保持被包装产品的成分及本身气味。
  4.热封性
  水溶性包装薄膜具有良好的热封性,适合于电阻热封,高频热封,热封强度与温湿度、压力、时间等条件有关,一般为100~200g/cm。
  5.力学性能
  水溶性包装薄膜的力学性能如表2表示。
  表2 水溶性包装薄膜的力学性能(温度20℃)

    性能指标     相对湿度     45%RH     65%RH     80%RH     弹性模量kg/cm2     1500~2500     800~1700     400~1000     抗拉强度kg/cm2     300~400     250~350     200~250     撕裂力kg/cm2     150~200     100~180     50~150     延伸率     90~150     200~300     220~300

  6.印刷性能
  水溶性薄膜可以用普通的印刷方法进行清晰和顺利的印刷,印刷性能良好。
  7.耐油性及耐化学药品性
  水溶性包装薄膜具有良好的耐油性(植物油、动物油、矿物油),耐脂肪性、耐有机溶剂和碳水化合物等。但强碱、强酸、氯自由基及其它可与PVA发生化学反应的物质(如硼砂、硼酸、某些染料等),这类物质建议不用水溶性薄膜包装。
  8.水溶性
  水溶性薄膜的水溶性与其厚度和温度有关,以25μm厚薄膜为例,其有关数据如下:
  表3 水溶性薄膜水溶性数据(25μm)

    温度     20℃     30℃     40℃     溶解时间(S)     65~80     45~50     25~30

  四、高科技水溶性包装薄膜的应用前景
  水溶性薄膜用途广泛,市场十分广阔,并具有环保特性,因此已受到世界各发达国家广泛重视。例如,日本、美国和法国等已大批量生产销售此类产品。其用户也是一些著名的大公司,例如Bayet(拜耳)、Henkel(汉高)、Shell(壳牌)、Agr.Eva(艾格福)等大公司都已开始使用水溶性薄膜包装其产品。
  在国内,水溶性薄膜市场正在兴起,就国内市场而言,据有关资料统计,目前每年需要包装薄膜占塑料制品的20%,约达30.9万吨,即便按占有市场5%计,则每年需求量也达1.5万吨。其主要应用有以下几个方面:
  1.用于水中使用产品的包装,例如农药、化肥、颜料、染料、清洁剂、水处理剂、矿物添加剂、洗涤剂、混凝土添加剂、摄影用化学试剂及园艺护理的化学试剂等;
  2.水转移印刷,用于陶瓷、电器外壳异型面的商标及图案转印;
  3.高温水溶膜(40℃以下不溶),可用于服装及纺织品包装,食品保鲜膜等,尤其是出口产品的包装;
  4.用于种子袋、农用育苗、刺绣等。
  此外,水溶性薄膜的主要原料是聚乙烯醇,我国是原料生产大国,这对高科技溶水性包装薄膜的应用前景的市场开发极为有利,且随着社会的发展和进步,人们越来越注意保持我们赖以生存的环境,尤其是我国即将与国际发达国家接轨,对包装环保要求日益提高,因而水溶性薄膜在我国的应用前景一定十分广阔。
  五、今后的研究课题
  水溶性包装薄膜作为一种新型绿色包装材料,在国内的研究应用刚刚开始,在国外也只有15年的发展历史,因而有很多课题有待研究开发,具体有以下几个方面:
  1.水溶膜生产的质量控制方法研究
  由于水溶膜生产工艺独特,生产中会产生各种各样的缺陷,如气泡、厚度不均、厚边、“鱼眼”、穿孔、皱纹、“火山口”等等,其成因非常复杂,这些缺陷的产生直接影响水溶膜的应用,因而,有必要进行深入的研究。
  2.各组分对水溶性包装薄膜影响及作用机理的研究
  水溶膜的各种物理、化学等性能是由其各组分综合作用的结果,深入研究探讨各组分对水溶性包装薄膜影响及作用机理,对提高水溶膜生产的质量、满足用户要求以及开发新型水溶膜都具有重要的意义。
  3.水溶膜生产率的改进、提高
  目前,已开发的水溶膜生产设备生产速度为4~5米/分钟,国外同类设备在7米/分钟左右,与传统工艺方法生产非水溶膜设备相比,生产率显然很低,这是水溶膜成本较高的一个重要原因。如何提高水溶膜的生产率将是今后一项重要的研究课题。
  4.新型水溶膜的开发与水溶膜应用新领域的开拓