水溶性薄膜

水溶性薄膜
水溶性薄膜[1]采用能够在水中迅速溶解的水溶性高分子材料，通过特定的成膜工艺制作而成，是一种水溶性的可降解的新颖的绿色包装材料，在欧美、日本等国被广泛用于各种产品的包装，例如服装出口、农药、化肥、颜料、染料、清洁剂、水处理剂、矿物添加剂、洗涤剂、混凝土添加剂等。

具有环保易溶、安全无毒、耐油耐腐、防止静电、弹性抗拉、随意包装、计量准确、热封性强、透气阻氧、印刷清晰、高度防伪的特点。

主要性能
1、含水量成卷的水溶性薄膜用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，其自身的含水量随环境湿度发生变化，其性能也随之有所变化。

2、防静电性水溶性薄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性能。

3、水分及气体透过率水溶性薄膜对水分及氨气具有较强的透过性，但对氧气、氮气、氢气及二氧化碳气体等具有良好的阻隔性。

这些特点，使其可以完好保持被包装产品的成分及原有气味。

4、热封性水溶性包装薄膜具有良好的热封性，适合于电阻热封及高频热封，热封强度与温湿度、压力、时间等条件有关，一般大于200g/cm。

5、力学性能水溶性包装薄膜的力学性能：弹性模量2500～400kg/cm2，抗拉强度400～200kg/cm2，撕裂力200～50kg/cm，延伸率150～220%。

6、印刷性能水溶性薄膜可以用普通的印刷方法进行清晰的印刷，印刷性良好。

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）、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，如硼砂、硼酸、某些染料等，这类物质建议不要用水溶性薄膜包装。

8、水溶性水溶性薄膜的水溶性与其厚度和温度有关，以25μm厚的薄膜为例，20℃时溶解时间≤300S，30℃时溶解时间≤50S，40℃时溶解时间≤30S。

(S-秒)
分类
1、按温度：4℃-90℃；
2、按厚度：0.03mm-0.07mm；
3、按尺寸：最大宽度1m,可进行分切；
4、按外观：光面、压纹；
5、按色泽：无色、有色（红、蓝、黄、绿等）。

技术参数
绿色包装材料水溶性塑料薄膜的特点及生产要领介绍
在水溶性塑料薄膜作为一种环保的包装材料，发达国家被广泛用于各种产品的包装，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、混凝土增强材料、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问题；
2.使用安全方便，避免使用者直接接触被包装物，可用于对人体有害物品的包装；
3.力学性能好，且可热封，热封强度较高；
4.能准确计量、防止浪费；
5.具有防伪功能，可作为优质产品的防伪，延长优质产品的寿命周期。

许多水溶性薄膜由于具有环保特性，因此已受到世界发达国家广泛重视。

国外主要是日本、美国、法国等生产销售此类产品，如美国的W.T.P 公司、C.C.L.P 公司，法国的GRENSOL 公司和日本的合成化学公司等等，其用户也是一些著名的大公司，例如Bayet（拜耳）、Henkel（汉高）、Shell（壳牌）等。

国内湖南工业大学与广东肇庆方兴包装材料公司在中国包装总公司
科技部的支持下，联合研制开发了水溶性薄膜及其生产设备，目前已投入生产，走向市场。

在国内，水溶性薄膜市场正在兴起。

据有关资料统计，我国每年所需的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。

目前市场售价：美国产品为13 万元／吨～17 万元／吨，日本产品为20 万元／吨～25 万元／吨。

国内产品销售价仅为美国的40%，平均售价为6 万元／吨，因而在价格上具有很强的竞争力。

随着社会的发展和进步，人们越来越注意保护我们赖以生存的环境，尤其是我国加入了WTO，与世界发达国家接轨，
对包装的环保要求日益提高，因而水溶性包装薄膜在我国的应用前景一定十分广阔。

水溶性塑料薄膜的主要化学成分及其水溶性原理
水溶性塑料薄膜的主要组分
水溶性薄膜的主要原料是成膜物质和各种辅助物质。

可作成膜剂的材料有：
蛋白质材料──动物蛋白物质、植物蛋白物质；
植物多糖类物质（如淀粉）；
合成聚合物（如聚乙烯醇）等。

目前用得最多的是植物多糖类物质（如淀粉）和合成聚合物（如聚乙烯醇）。

也可以用合成成膜剂与天然的动物、植物成膜剂共同使用。

合成成膜剂有时也采用与部分不溶性聚合物作为成膜剂的组成部分，如低分子量的乙烯基接枝反应物。

所添加的辅助剂大多为C、 H、O 化合物，通常辅助剂与成膜物质溶液相容。

利用这些物质的成膜性、水溶性及降解性，添加各种助剂，如表而活性剂、增塑剂、防粘剂等得到水溶性膜。

成膜剂
蛋白成膜剂
蛋白成膜剂是以天然蛋白质及其改性产品为主要成分的成膜剂，包括动物蛋白和植物蛋白两大类。

蛋白质旧称肽。

由20 多种L 型α－
氨基酸经共价肽键（－CONH－）连接而成的生物大分子。

动物蛋白质和植物蛋白质结构通常是多种氨基酸类物质，通过肽共价键聚合后也称为多肽。

蛋白质也是许多食物的一种营养成分，广泛存在于肉类、乳类、蛋类、豆类、谷类中。

按照溶解度可分为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和不溶的硬蛋白等。

按照组成可分为简单蛋白，这是指除氨基酸外不含其他物质，如胰岛素；结合蛋白，这是指除氨基酸外还含有其他物质如脂蛋白、色素蛋白、磷蛋白、核蛋白、糖蛋白等。

按照营养成分可分为完全蛋白：含有全部必需氨基酸，如酪蛋白、卵清蛋白、大豆球蛋白；不完全蛋白：缺少一种或几种必需氨基酸，如食用明胶。

由蛋白质为基料可以得到的天然蛋白质胶。

具有水溶性，无毒，价格较低，使用方便，耐水性、耐久性、粘接强度一般比淀粉胶好。

按来源可分为五类：（1）骨胶（包括皮胶）及明胶；（2）血液蛋白质胶；（3）酪蛋白胶；（4）鱼皮胶；（5）植物蛋白胶。

医药、食品加工中也大量应用。

动物品种有酪蛋白、丝蛋白、毛蛋白、胶原蛋白及其改性物为基本组成的成膜剂。

植物蛋白质主要有花生蛋白、大豆蛋白、玉米蛋白等。

淀粉
淀粉是一种多糖类物质。

未改性的淀粉结构通常有两种：直链淀粉和支链淀粉，是聚合的多糖类物质。

通常因为水溶性差，故往往是采用改性淀粉，即水溶性淀粉。

可溶性淀粉是经不同方法处理得到的一类改性淀粉衍生物，不溶于冷
水、乙醇和乙醚，溶于或分散于沸水中，形成胶体溶液或乳状液体。

在改性淀粉中用于水溶性薄膜的淀粉也是非常讲究的，要使形成的薄膜更为均匀，收缩及爆裂的可能性更小，而且对薄膜的透明性影响较小。

合成材料──PVA
有许多合成材料都具有不同的水溶特性，包括聚丙烯酸类、聚环氧乙烷、聚乙烯醇和它们的衍生物。

它们具有不同的水溶特性，根据不同的要求采用不同的方法制备水溶性合成材料。

目前制备水溶性薄膜用得最多的是PVA 及PVA 的改性聚合物。

PVA 的结构
聚乙烯醇的聚合度可分为高聚合度、中聚合度、低聚合度。

近来，还开发了一种超高聚合度的产品。

PVA 是由聚醋酸乙烯酯经醇解得到。

影响到PVA 膜制备和性能的主要是聚合度、醇解度两个指标。

醇解度通常有三种，即78%、88%和98%。

完全醇解的聚乙烯醇醇解度为98%～100%，部分醇解的醇解度通常为87%～89%。

PVA 的性质
水溶性
一般说来，聚合度增大，水溶液的粘度增大，成膜后的强度和耐溶剂性增大，但在水中的溶解度下降，成膜后的伸长率下降。

醇解度增大，在冷水中溶解度下降，而在热水和的溶解度提高。

聚乙烯醇的溶解性随其醇解度的高低而有很大差别。

醇解度小于66%，由于憎水的乙酰基含量增大，水溶性下降到醇解度在50%以下，聚乙
烯醇即不再溶于水。

以上品种的产品，一旦制成水溶液，就不会在冷却时从溶液中再析出来。

温度对聚乙烯醇溶解性能的影响也因醇解度的高低而不同。

在醇解度为97%～98%时这种影响变得十分明显。

水溶液粘度
PVA 水溶液的粘度随品种、溶液浓度、溶液温度而变化。

PVA 薄膜的吸湿性
所有牌号的聚乙烯醇都是吸湿性的。

增塑剂使用不当往往会增加吸湿性，除非在特殊情况下，聚乙烯醇的膜甚至在高湿度下仍保持不粘和干燥。

但是这种方法将增加薄膜成本和恶化薄膜性能。

水溶性薄膜的主要辅助材料
为了水溶性膜的改性和工艺需要，在水溶性膜制备时需要多种添加剂。

主要有表面活性剂、增塑剂、防腐剂、增粘剂、着色剂、润滑剂、填充剂、渗透剂、pH 调节剂、崩解剂。

水速溶性膜的水溶性机理
水溶性薄膜的成膜材料宏观上都是亲水物质，在其分子结构中都有大量的亲水极性基团。

如蛋白材料是氨基酸的衍生物和聚合物，分子中含有大量亲水的羧基（－COOH）、氨基（HnN－，n＝1 或2）、酰氨基（－CONH－）；淀粉是多糖类物质，也含有少量蛋白物质（应该说是含氮物质），分子中有大量经基（－OH）；PVA 是聚乙酸乙烯酯经不同程度醇解后的产物，分子中有大量羟基（－OH）和酰基（－OCCH3）。

这些基团的存在，使得这些物质的分子和分子链键间产生强烈的结合作用，形成很大的结合力，导致它们难在室温和低温下溶于水，破坏这些作用需要一定的能量。

淀粉由于链的刚性，在这种结合下还可能形成胶凝，产生排列、缔合和结晶作用（退减作用）。

如：
蛋白成膜剂的薄膜粘着力强、光泽自然，耐高温熨皮和打光，卫生性能好，透气及透水气性好，手感自然。

缺点是成膜硬、延伸性小、易断裂、吸水性大、不耐湿擦。

绝大多数淀粉类薄膜的缺点，一是温度低时薄膜发硬，甚至发脆；二是薄膜的透明性差。

PVA 膜有较好的强度和柔顺性，但有较强的吸湿性。

所以要得到质量满意的水溶性薄膜，在理论上要解决以下三个问题：1、增加分子间的距离或调节阻隔物质，在保证这些水溶性键的完好存在条件下，破坏或降低分子间的作用，让水分子进入这些物质分子间顺利结合而易溶于水；
2、在形成薄膜后性能优良，不受环境影响和不影响环境。

3、能够控制和调节不同溶解温度要求。

对于这三个问题，往往采用对成膜剂的化学改性和添加物理改性剂的方法解决。

对蛋白材料，需要解决低温或室温水溶解性，可采用改性办法来改善薄膜的柔韧性、光泽度、耐水性及防腐等性能。

经对淀粉的化学改性，有比较合适的淀粉，它能形成强韧、清晰、连续的薄膜，比酸解淀粉或原淀粉的薄膜更为均匀，收缩及爆裂的可能
性更小，薄膜的水溶性最好，而且对薄膜的透明性影响较小。

对于PVA，一方面要考虑原料的醇解度问题，另一方面，要解决PVA 分子间的作用。

例如，PVA 在一定条件下，与丙烯酰胺发生迈克尔加成反应来改性，实现PVA 分子间的分割，同时增强水溶性。

在解决这些问题后，还要解决分割后成膜剂分子中吸水基团（如羟基、羧基）可能导致的吸潮问题。

部分辅助剂组分与成膜物质与添加剂之间可以发生化学反应，也可以只发生物理结合，得到水溶性膜，改善成膜物质的物理性能、力学性能、工艺性能及溶水性能。

PVA 系水溶性塑料薄膜的生产工艺过程
以PVA 系水溶性薄膜为例，常见的有以聚乙烯醇及淀粉为主要原料，添加各种助剂，如表面活性性、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。

常见的工艺过程是：采用先将原料制成一定固含量为15wt%～20wt%的水溶性胶，再流延涂布到镜面不锈钢带上，进入干燥室干燥，至规定水分成膜后从钢带上剥离，切边收卷获得成品膜。