一种具有耐水性的聚乙烯醇全生物降解薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有耐水性的聚乙烯醇全生物降解薄膜及其制备方法,其解决了现有产品具有毒性、不环保、易析出的技术问题，其按重量份的原料配比如下：100份聚乙烯醇，0.1～1份交联剂，1～3份润滑剂，10～25份小分子增塑剂，10～20份大分子增塑剂，0～3份酸味脱除剂，1～5份热稳定剂。本发明专利技术同时提供了其制备方法。本发明专利技术可用于全生物降解薄膜的制备领域。

【技术实现步骤摘要】
一种具有耐水性的聚乙烯醇全生物降解薄膜及其制备方法
本专利技术涉及材料领域，具体地说是一种具有耐水性的聚乙烯醇全生物降解薄膜及其制备方法。
技术介绍
在整个塑料工业制品领域，包装用薄膜材料占有重要的市场份额，同时塑料薄膜包装材料也是白色污染最重要的源头。在城市日益被垃圾填埋场包围的今天，这一问题更加突出。世界各国从上世纪七十年代末开始的降解塑料研究主要集中于淀粉填充塑料和光降解塑料两大类。其中，淀粉填充塑料中只有淀粉部分能够彻底降解，但塑料部分仍然残留在土壤中；而光降解塑料只能实现太阳光照情形下的降解，不能解决在土壤中填埋部分的降解问题。这两类技术经历了三十多年的发展，仍然不能达到塑料薄膜包装材料的100％全降解的目的。因此，必须开发全生物降解的包装用塑料薄膜。聚乙烯醇(PVA)是一种理想的薄膜材料，与其他薄膜相比，它具有如下特点：1、生物降解性，是国际上公认的100％全生物降解塑料；2、来源广泛，既可以通过石油路线获得，也可以通过煤炭、天然气路线获得，是成熟、稳定、透明的原料工业体系，与聚乳酸及其他生物降解塑料相比，具有明显的价格优势；3、具有高强度、高透光率、抗静电、耐油等优点。因此，PVA特别适合用于具有环保功能的全生物降解包装材料。其中，醇解度88％的聚乙烯醇，可以用于生产常温水溶的塑料薄膜及其他制品；而醇解度99％的聚乙烯醇，在常温下具有耐水性，遇水后仍能保持其大部分强度和刚度，作为塑料原料，更有其实用价值。然而，PVA最大的问题是很难进行稳定、高效、成本低廉的熔融加工。PVA分子结构规整，结晶度高，分子间大量的羟基及其形成的强氢键作用使其熔点很高。尤其是醇解度高达99％的PVA，熔点范围在220至240℃之间，而在170℃左右，PVA就开始脱水醚化，产生大量交联点，然后变色降解。因此，在PVA薄膜的生产中，熔融加工性、耐水性和生物降解性，这三种性能互相牵制，成为PVA薄膜加工领域的“魔鬼三角”。目前，我国虽然PVA产能超过世界其他国家产能的总和，但在在应用上明显落后，更多地用在纤维、胶粘剂、涂料等方面。对于耐水性的PVA薄膜的制备还停留在溶液流延法的水平，成本高出很多。而少数几家对PVA进行熔融加工的企业，只能生产水溶性的PVA薄膜，用于工业、农业及民用的大部分场合，常温的水溶性成为制约其广泛应用的最大障碍。在这个基础上，国内外各科研院所和公司对耐水性PVA塑料的熔融加工进行了广泛研究。日本专利JP77110782报道了一种熔融吹塑聚乙烯醇成膜方法，其技术特点是使用大量水(含量大于40％)作为增塑剂，以降低聚乙烯醇的熔点，使其在低于聚乙烯醇的分解温度的条件下实现吹塑成膜工艺。但这种制备方法在实际生产中稳定性不好，加之体系中存在大量的水，使挤出的树脂容易出现起泡的现象，导致薄膜无法均匀成型。中国专利CN1368515A公开了一种用于热塑加工聚乙烯醇薄膜的新型增塑方法，该方法主要是利用一种可聚合单体作为增塑剂，而该专利利用了水的存在状态有效增塑，因而可一步成膜，但是不适合挤出造粒。另外，这种单体聚合转化率的控制并非一般塑胶生产工厂所容易控制。中国专利CN102234405A、CN102241862A研究了耐水级PVA薄膜组合物及其熔融制备方法。它们的共同特点是采用了由小分子增塑剂(醇类、酰胺类)和高分子增塑剂(聚乳酸、聚氨酯、聚酯)、以及润滑剂组成的复配体系，经造粒、吹塑或压延等熔融加工方法得到所需的耐水级PVA薄膜。但是，按照专利中介绍的方法，由于不能良好地防止聚乙烯醇在熔融加工方面的交联反应，实际上体现为造粒容易、制膜困难，也不能适应国内设备的现状(螺杆扭矩、模具流道阻碍)；另外这两份专利的实施例中均未指出超量甘油增塑剂的添加所造成的甘油析出的后果，事实上超过10％的甘油含量就有可能造成析出；所以这两份专利在国内至今未能实现工业化生产。中国专利CN102321325A采用添加大量氯化钙或氯化锂来帮助PVA塑化，以实现熔融加工。但是氯化钙或氯化锂等电解质的大量使用将会导致土壤的盐碱化，因此不符合研发本产品用于环保领域的初衷。中国专利CN1368515A公开的一种用于热塑加工聚乙烯醇材料的新型增塑方法，方法主要是选择了一种可聚合的酰胺类单体作为增塑剂，有效地降低了聚乙烯醇材料的加工温度。但该方法选用的增塑剂有一定的毒性和挥发性，使这种技术不适合用于国内厂商的普遍推广。中国专利ZL01131081公开了一种自制的醇胺类塑化改性剂，该改性剂能够降低聚乙烯醇的塑化温度，实现了水溶性聚乙烯醇材料的可熔融制备，但该专利自制的醇胺类增塑剂也是有毒性和挥发性的。中国专利CN1368515A公开了一种乙烯-丙烯酸共聚物作为高分子增塑体系配合少量氯化钙制备的PVA塑胶颗粒，但并未证明其能否用于制备塑料薄膜。实际情况也与前述的专利CN102234405A、CN102241862A相似，造粒容易、制膜困难。中国专利CN105086306A公开了具有邻二酚羟基结构的PVA加工热稳定剂和金属盐作为PVA加工助剂，制备的PVA塑胶颗粒，但同样未证明其能否用于制备塑料薄膜。综上述所述的专利，由于存在其特定的原因，另外，再加上其均未指定特定的适合熔融加工的PVA牌号，所以均未在国内实现工业化生产。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决现有产品具有毒性、不环保、易析出的技术问题，提供一种无毒、环保、制备方法合理且不易析出的具有耐水性的聚乙烯醇全生物降解薄膜及其制备方法。为此，本专利技术提供一种具有耐水性的聚乙烯醇全生物降解薄膜，其按重量份数计算的配方包括100份聚乙烯醇，0.1～1份交联剂，1～3份润滑剂，10～25份小分子增塑剂，10～20份大分子增塑剂，0～3份酸味脱除剂，1～5份热稳定剂。优选的，聚乙烯醇的聚合度为300～500。原因在于为了保障组合物的流动性，防止设备螺杆在生产中由于负载过大而出现停转。优选的，聚乙烯醇的醇解度≥99％，原因在于既保障组合物的耐水性，又保障组合物的全生物降解性。优选的，交联剂为硼砂。由于是高温熔融加工，所以低温水溶液方式加工PVA常见的其他交联剂，如尿素、醛类、小分子酰胺类均不能使用。优选的，润滑剂包括两大类：第一类是羧酸及其金属盐，所涉及的羧酸包括月桂酸、棕榈酸、硬脂酸以及其他长碳链羧酸，所涉及的金属盐包括碱金属盐和碱土金属盐。第二类是改进了相容性的硅酮组合物。优选的，小分子增塑剂为水和甘油，共同促进材料的熔融塑化，在加工过程后期，水被蒸发出去，甘油保留下来作为增进材料柔性的长效增塑剂。优选的，大分子增塑剂为聚乳酸及其他线性聚酯。大分子增塑剂本身的塑化亦会带动聚乙烯醇的塑化，最后作为塑料合金保留在组合物中，随聚乙烯醇一同降解。优选的，酸味脱除剂包括碱土金属的氢氧化物或碳酸盐，例如氢氧化镁、碳酸钙等。优选的，热稳定剂为碱土金属氯化物，如氯化钙、氯化镁等。本专利技术同时提供一种具有耐水性的聚乙烯醇全生物降解薄膜及其制备方法，其先将聚乙烯醇和交联剂水溶液进行预混合，再加入其他材料充分混合均匀后，无需造粒，直接加入双蝶杆挤出机中进行挤出成薄片，然后直接辊压、牵引成厚度为5～30微米厚度的薄膜，并加湿、分切、收卷。优选的，双蝶杆挤出机进行挤出时，挤出温度为170～220℃，蝶杆转速50～200rpm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有耐水性的聚乙烯醇全生物降解薄膜，其特征是其按重量份的原料配比如下：100份聚乙烯醇，0.1～1份交联剂，1～3份润滑剂，10～25份小分子增塑剂，10～20份大分子增塑剂，0～3份酸味脱除剂，1～5份热稳定剂。

【技术特征摘要】
1.一种具有耐水性的聚乙烯醇全生物降解薄膜，其特征是其按重量份的原料配比如下：100份聚乙烯醇，0.1～1份交联剂，1～3份润滑剂，10～25份小分子增塑剂，10～20份大分子增塑剂，0～3份酸味脱除剂，1～5份热稳定剂。2.根据权利要求1所述的具有耐水性的聚乙烯醇全生物降解薄膜，其特征在于所述的聚乙烯醇的聚合度为300～500，醇解度≥99％。3.根据权利要求1所述的具有耐水性的聚乙烯醇全生物降解薄膜，其特征在于所述交联剂为硼砂。4.根据权利要求1所述的具有耐水性的聚乙烯醇全生物降解薄膜，其特征在于所述润滑剂为羧酸金属盐或改进了相容性的硅酮组合物；所述羧酸包括月桂酸、棕榈酸、硬脂酸以及其他长碳链羧酸，所述金属盐包括碱金属盐和碱土金属盐。5.根据权利要求1所述的具有耐水性的聚乙烯醇全生物降解薄膜，其特征在于所述小分子增塑剂为水和甘油。6.根据权利要求1所述的具有耐水性的聚乙烯醇全生物降解薄膜，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭先彧，
申请(专利权)人：彭先彧，
类型：发明
国别省市：广东,44