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聚乙烯醇PVA复合薄膜技术分析

2021-07-09 来源:吉林农业机械网

聚乙烯醇(PVA)复合薄膜技术分析

从20 世纪80 年代起,我国就有上海、成都、北京、南京、河北等地的科研机构、大学、企业的科技人员长期致力于聚乙烯醇(PVA)高阻隔性能应用的研发工作。

河北百瑞尔包装材料有限公司经过了整整十年的艰苦奋斗,自主创新,终于在去年率先在国内将拥有国家专利的产品——聚乙烯醇(PVA)高阻隔水性涂布液全面推向了市场。

利用软包装企业现有的干式复合机、涂布机、挤出复合机等设备,将河北百瑞尔包装材料有限公司自主创新生产的聚乙烯醇(PVA)高阻隔水性涂布液直接涂布在PET、BOPP、PE、CPP、镀铝薄膜等基材的表面,就可以生产出可与铝箔、玻璃、镀氧化铝薄膜和镀氧化硅薄膜媲美的高质量、低成本、环保型的高阻隔薄膜。

一、为什么食品、药品等商品的包装需要高阻隔材料

造成食品、药品等物品腐败变质,影响食品、药品等物品储存期的原因很多,但从包装角度来分析,主要原因有:

1.细菌的生长、繁殖,是食品腐败变质的第一个主要原因,而氧气的存在与否及其浓度的高低,是细菌生存、繁殖的必要条件(厌氧菌除外)。

2.食品中的油脂等成分氧化变质发“哈”,是食品腐坏的另一个主要原因。

3.食品的原汁原味挥发丧失、外部异味窜入食品内使食品变味也是食品变质的常见原因。

4.有些食品中水气的挥发会使食品丧失原有风味。有些食品则需要在于燥的状态下保存,若外面的水气进入食品内,有助于细菌的繁殖而加速食品的变质或食品受潮变软使食品失去原有风味。

5.有的商品还需要阻隔紫外线。如油脂在光照下会产生酸,从而导致商品变质、风味受损。太阳光照射也能使印刷品和商品变色。此外,阳光还能促进油脂氧化。药品中的生物碱、维生素B1、B2、维生素C 等,也由于光的作用很快和氧发生反应,出现变色及含量下降等各种变化。总之,许许多多用于食品、药品等商品的包装材料都需要优良的阻隔性能。

二、国内常用的高阻隔材料和聚乙烯醇(PVA)高阻隔材料

1.铝箔

优点:阻隔性能最好,可蒸煮、可有效阻隔紫外线。

不足:不透明、耐折性差、成本高、不能用于微波加热。

目前超高温灭菌奶大多采用利乐砖和利乐枕包装,2004 年这种纸塑铝复合的包材全国总计约消耗110 亿个,按每个包材10 克计算,等于11 万吨。由于这些包材中含有金属层(铝箔)不易降解,复合材料中的铝箔目前国内又无能力加以分离,结果造成纸塑铝结构的复合材料和塑铝结构的复合材料的废弃物既无法回收再利用,又无法焚烧,对环境的保护危害极大。

2.镀铝薄膜

优点:耐折性好于铝箔,阻隔性能可接近于铝箔、可阻隔紫外线、镀铝加工成本低廉。

不足:不透明、镀层强度差(遇水后铝层易自动脱落),不能用于微波加热。

3.EVOH 五层共挤薄膜

优点:具有优秀的阻隔性能,具有优良的耐油和耐有机溶剂性能、抗静电性能,能够再生利用,焚烧时仅产生CO2 和H2O,是优秀的绿色环保包装材料。

不足:环境湿度超过50%时,其阻隔性能急剧变差,故不宜单独使用。因进口EVOH 树脂、进口多层共挤设备的投资都十分昂贵,导致产品成本很高。

4.PVDC 涂层薄膜

优点:同时具有良好的阻隔氧气和阻隔水蒸气的性能,涂层可热封、成本较低。不足:涂布需专用设备;不能熔融造粒再生利用,废弃物在焚烧时会产生氯化氢、二恶英之类对人类和周围环境有毒、有害的物质。

5.镀氧化硅薄膜和镀氧化铝薄膜

镀氧化硅和镀氧化铝薄膜透明性好,阻氧、阻湿等性能非常优秀,但由于设备投资极其昂贵,加之加工技术难度很高,故产品成本极高。目前国内还没有单位生产,从国外进口的产品也极少。

6.新型高阻隔材料

改性聚乙烯醇(PVA)涂布薄膜

(1)阻氧性能优秀

改性聚乙烯醇(PVA)涂布复合薄膜对氧气、氮气、氢气及二氧化碳都具有优秀的阻隔性,其阻氧性能优于PVDC(聚偏二氯乙烯)涂层薄膜,也优于EVOH(乙烯-乙烯醇共聚体)五层共挤薄膜。它的阻氧性能是各种树脂薄膜中最好的,可与铝箔、玻璃、镀氧化铝薄膜和镀氧化硅薄膜媲美。

几种材料阻氧性能的比较。单位:cm3/(m2·24h·0.1MPa)。

(2)成本低廉

聚乙烯醇(PVA)涂布复合薄膜的生产成本远低于纸铝塑复合、铝塑复合结构的包装材料的生产成本,远低于EVOH 五层共挤薄膜的生产成本,也低于采用PVDC 涂层的复合薄膜的成本。

(3)应用简便

利用各软包装生产企业现有的干式复合机、涂布机、湿式复合机、挤出复合机等设备均可达到满意效果。改性后的PVA 胶液不结皮,在正常使用过程中粘度无明显上升现象,涂布层很薄,但涂层的厚薄均匀度仍很好。

(4)环保一流

聚乙烯醇(PVA)高阻隔水性涂布液的结构成分为碳、氧、氢和硅,可降解,可回收再生利用,燃烧时仅生成二氧化碳和水,而不产生其它有害于环境及人类健康的物质,无污染,是一种十分理想的环保型高阻隔包装材料。

(5)保香性能优良

具有优良的保香性能,可以在较长时间内保持袋内食品的原有风味,同时又能有效地阻挡包装材料外面的异味进入包装袋内。

(6)其它

无色、透明度好。

具有优良的耐油、耐有机溶剂性的性能。

具有良好的防静电性能。

可用于微波加热,可进行包装后的食品金属检测。

由于在PVA 水性涂布液中加入了纳米级无机物粉体,成膜后的耐水性、对紫外和红外光的反射性、耐磨性、阻透性、PVA 涂层与基膜的粘接强度等性能都得到了明显的提高。

不足:由于涂层薄,故涂层热封性差;尽管经过改性,对水的敏感性明显下降的PVA 涂层,为保持最佳的阻氧效果,仍以聚烯烃塑料薄膜(如BOPP、CPP、PE 等)加以保护为好。

三、改性聚乙烯醇(PVA)涂布复合薄膜的应用

1.应用范围

(1)食品包装:奶制品、饼干、月饼、蛋糕、肉类、海鲜干发、大米、花生、辣椒粉、芥末、茶叶、咖啡、动物油、植物油、烟草等。

(2)医药包装:中药、西药、医疗器械等。

(3)化工品包装:牙膏、化妆品、农药、醇类、醚类、酮类、酯类等。

(4)工业用品包装:仪器、仪表、零件、电子产品、军工产品等。

(5)其他。

2.涂布方式

(1)利用干式复合机或湿式复合机涂布。

(2)利用涂布机涂布(逆向吻涂)。

(3)利用挤出复合机涂布。

3.影响阻隔性能的因素

(1)涂布方式的影响。

(2)涂层均匀性和连续性的影响。

现假设:涂布基材阻氧率为2000,聚乙烯醇(PVA)涂层阻氧率为5(阻氧率单位为:cm/m2·24h·0.1MPa)

(a)无漏涂

阻氧率(整体)=1/(1/5+1/2000)=4.98

(b)若有1%漏涂

阻氧率(整体)=1%×2000+99%×1/(1/5+1/2000)=24.93

(c)若有10%漏涂

阻氧率(整体)=10%×2000+90%×1/(1/5+1/2000)=204.48

(3)涂布量的影响

LDPE20/PVA/LLDPE80 涂布量(g/m2):0.1;氧气透过量:200。(cm3/m2·24h·0.1MPa)

LDPE20/PVA/LLDPE80 涂布量(g/m2):0.5;氧气透过量:2.4。

(4)结构不同的影响

PET / PVA / PE(cPP) 的录4 离强度(N / 15mm) : 2.0 ~ 3.0 , 氧气透过量(cm3 /(m2·24h·0.1MPa):0.7:BOPP/PVA/PE(CPP)剥离强度(N/15mm):1.5~2.5,氧气透过量(cm3/(m2·24h·0.1MPa):2.3:PE/PVA/PE(CPP)录0 离强度(N/15mm):2.0~3.0,氧气透过量(cm3/(m2·24h·0.1MPa):4.5。

4.应用实例:液体鲜奶百利无菌包装

(1)EVOH 五层共挤高阻隔阻膜结构。

(2)改性聚乙烯醇(PVA)高阻隔复合奶膜结构。

PVA 复合薄膜与EVOH 五层共挤薄膜最大的区别在于EVOH 五层共挤薄膜的制造成本远远高于PVA 复合薄膜的制造成本。

近二年来,河北百力包装有限公司已将河北百瑞尔包装材料有限公司生产的聚乙烯醇(PVA)高阻隔水性涂布液成功地大量应用于鲜奶包装的百利无菌黑白包装膜上。内蒙古伊利公司、石家庄三

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