PVA与淀粉薄膜的研究应用.doc

《PVA与淀粉薄膜的研究应用.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、PVA与淀粉薄膜的研究应用　　水溶性薄膜是由水溶性高分子制成。水溶性高分子可分为三大类:(1)合成高分子，如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸和聚乙烯醇类高分子等；(2)半合成高分子，如纤维素醚、淀粉和天然树胶的衍生物等；(3)天然高分子，如天然淀粉和天然树胶等。从理论上讲，所有这3类高分子都可由不同的方法，如流延、涂层、喷涂和熔融挤出制成薄膜。本文仅讨论熔融挤出法PVA与淀粉水溶性薄膜，因为熔融挤出法是工业化生产薄膜最常用和效率最高的方法。　　PVA是一种性能优良的水溶性高分子。由PVA制成的水溶性薄膜不仅力学性能优良，阻气性优异，而且在一定条件下可生物降解。工业

2、化水溶性薄膜最早由PVA用流延法生产。使用熔融挤出法生产的一大困难就是PVA分子中含有大量羟基，形成氢键，而且分子中含有结晶结构，使其熔点高于分解温度。PVA的熔融温度约190℃，而分解温度则从140℃即开始。在加工过程中首先要使用增塑剂(如甘油和水)在一定的温度下使PVA凝使用来源于可再生资源的高分子材料研究开发出环境友好高分子材料是当今世界上一个热门研究领域。淀粉由于来源广泛，价格低廉，被认为是最有潜力的材料。与PVA相同，淀粉分子中也含有大量的羟基，而且也含有结晶结构，熔点(230℃)远高于其分解温度(170℃)。在加工过程中也涉及到将其中的结晶

3、结构破坏的问题，这就是淀粉的糊化。　　本文介绍PVA和淀粉水溶性薄膜，特别是后者研究的最新成果和应用进展。　　1PVA水溶性薄膜　　20世纪60年代末，Takigawa等人首先报道了用熔融挤出法生产PVA薄膜。熔融挤出PVA薄膜最初是由两步法制成的，第一步是将PVA与增塑剂混合后由挤出机挤出造粒；第二步是吹塑成膜或熔融挤出拉伸成膜。后来为了降低成本，提高生产效率与产品质量，开发出了一步熔融挤出法生产PVA薄膜。　　1.1PVA薄膜的一步熔融挤出加工　　图1(略)为一步熔融挤出法的生产工艺流程图。PVA首先与增塑剂在高速捏合机中处理，制出可自由流动的凝胶

4、颗粒，然后熔融挤出吹塑成膜或挤出拉伸成膜。在这一过程中，关键是利用高速捏合机制成自由流动的凝胶颗粒。　　在高速捏合机处理过程中要达到两个目标:一是使PVA凝胶化，破坏PVA的结晶结构以降低其熔化温度；二是要使PVA仍保持可流动的颗粒状态，使其可在挤出机的料斗中自由流动以便加料。为实现这两个目标，首先将PVA放入高速捏合机，在低速(500r/min)下慢慢加入增塑剂。此时增塑剂与PVA得到均匀混合并吸附在PVA颗粒的表面。然后逐渐升温到80℃，并提高转速到2000r/min，使增塑剂渗入到PVA颗粒中使其溶胀。在这一过程中，PVA颗粒中的结晶结构由于增塑

5、剂的渗入和颗粒溶胀过程的力而破坏，使PVA凝胶化。其结果类似两步挤出法中的第一次挤出造粒。此时由于PVA凝胶化而且温度较高，颗粒增大数倍而且变软，趋于结块。但在高速捏合机的高速剪切下，PVA颗粒仍保持可自由流动的状态。　　处理后的PVA就可直接用于熔融挤出吹塑成膜或挤出拉伸成膜。由于是一步挤出法，不仅降低了加工成本，而且作为增塑剂的水的含量在凝胶化过程中也较容易控制。　　1.2PVA薄膜的水溶性　　由于产品的要求不同，PVA水溶性薄膜可制成不同溶解度和溶解速率的制品。PVA薄膜的溶解度和溶解速率是由多方面因素决定的。例如PVA的聚合度、醇解度以及增塑剂

6、的种类和含量等。尤其是增塑剂的种类和含量常用来控制PVA薄膜的溶解度和溶解速率。从理论上讲，所有带羟基的小分子都可用作PVA的增塑剂，例如各种醇类。工业上最常用的就是水和丙三醇(甘油)的共混物。图2(略)是以DuPont公司的聚乙烯醇(ELVANOL71-30)为原料，以不同比例的水和丙三醇为增塑剂的熔融挤出吹塑膜，在不同增塑剂含量与在水中完全溶解所需时间的关系。可以看出，随着增塑剂含量的增加PVA薄膜更易溶于水。在水和丙三醇的混合增塑剂中，含有较高丙三醇比例的薄膜更易溶于水。这主要是因为丙三醇具有较强的吸水性，而且在加工过程中增塑剂的损失(蒸发)较少

7、。　　2淀粉基水溶性薄膜　　淀粉基材料加工成型困难；这是由于其微观结构的复杂性决定的，即人们可以设计聚合物的微观结构，可以控制相对分子质量及其分布，但难于改变淀粉颗粒的内部结构。淀粉颗粒内部结构的发展演变是为了满足植物自身的需要，如储存能量，而且相当复杂。淀粉是一种由重复的葡糖基单元构成的多矿类物质，根据植物种类和遗传背景的不同，其中所含淀粉的结构也不相同。从化学角度讲，大多数天然粒状淀粉是下面两类淀粉的混合物:一类是含有崞咸腔ピü?1,4苷键连接的直链结构，即直链淀粉；另一类是支链淀粉，含有以1,6苷链短支链的高支化结构。从物理角度讲，淀粉颗粒含

8、有结晶和无定形结构。　　与PVA相同之处就是淀粉中也含有大量的羟基，也含有结晶结构(约30%)