聚乙烯醇产品用途的新进展

Development and Application　开发与应用

聚乙烯醇产品用途的新进展

徐惠富1　杨炳贤1　成国祥2

(1上海石油化工股份有限公司,上海,200540;2天津大学材料学院,天津,300072)

提　要　介绍了近年来聚乙烯醇产品在各个工业领域中的新用途,说明这种化工原料仍有广泛的使用价值。

关键词　聚乙烯醇,用途,进展

聚乙烯醇(PVA)是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物,最初它仅作为织物上浆剂使用。不久,就用聚乙烯醇制成纤维。并命名为Vinylon,即维尼纶或维纶。近年来由于维纶性能及价格上的局限,使PVA的生产逐渐向非纤维方向发展。目前除了作维纶原料之外,聚乙烯醇还广泛用于纺织浆料、涂料、粘合剂、乳化剂、纸加工助剂、薄膜等方面。研究表明,在自然环境中广泛存在着可降解PVA的微生物。因此,PVA及其衍生物的生产和使用符合当今环境保护的要求。

1　聚乙烯醇的用途

1.1　维纶原料

PVA的重要用途之一就是用来生产维纶。目前世界上生产维纶的国家只有中国、朝鲜和日本,每年消费PVA总产量的20%。但由于它的价格、用途及某些性能等原因,常规产品的维纶纤维产品逐渐被其他纤维(如涤纶)所代替。正因为如此,目前的维纶纤维已渐渐地转向功能性、特殊性的方向发展[1],如耐热、抗湿的纤维,用于橡胶和水泥纤维[2];耐光、不变型有色PVA纤维[3];聚乙烯醇纤维无纺网膜及其制品,该纤维大体上没有硬粒,该网膜具有吸水性、柔软性和坚固性,可用作抹布、卫生巾、手巾等[4];高强高模聚乙烯醇纤维[5,6]、抗菌聚乙烯醇纤维[7]、经过特殊处理的聚乙烯醇纤维还可用作橡胶的增强材料[8]。

日本可乐丽已研制成功溶剂湿法冷却凝胶纺丝方法(C OS MOS:Customer Oriented Method with Organic S olvent),并已实现了工业化生产[9]。把这类以聚乙烯醇为主原料或与其他高分子组合起来制得的纤维商品名为“K2Ⅱ”纤维[10]。

1.2　经纱浆料

PVA具有优良的上浆性能,用于疏水性合成纤维及其混纺纱上浆,能够获得满意的效果。它在各类高分子合成浆料中占主要地位,在PVA非纤维应用中,浆料耗用量已占40%。PVA浆料的粘度、pH值稳定,与其他浆料和各类表面粘性剂都有良好的混溶性和乳化能力,能适应各类纤维上浆的工艺要求。PVA浆料具有良好的粘附力,能使纱线上的毛茸集束,是理想的被覆材料;且它的成膜性好,具有优异的机械性能。

但PVA浆料也有一些缺点,如浆液结皮,调浆时易起泡,浆纱在分纱时阻力大等。因此有人研究出了一些新型的浆料和一些特殊用途的浆料:如用于细经纱的上浆。用这种浆料给机械细经纱上浆后,用喷气织机制成无纺布时,不会发生断丝和停机[11];良好稳定性和混合性的纺织浆料,这种浆料在90℃时粘度≤1000mPa・s。在90℃下装置4h 无变化,单棉纱用该混合物上浆16.7%,稳定性良好[12];浆洗织物用耐热喷射上浆剂。用此上浆剂所获得的上浆织物具有良好的手感,发黄指数(J IS Z28722)为3.6,而淀粉的发黄指数则高达13.2[13]。

1.3　纸加工

PVA代替淀粉作纸张表面施胶剂可使纸张质量如印刷适应性、平滑性、耐磨擦性、耐折度、耐油性和耐化学品性显著提高,适用于各种纸张的表面施胶。它可以在印刷面上经液压涂刷上一层可印制的水溶性或水可溶性的薄膜,然后固化薄膜,形成保护涂层[14]。甚至可直接制作可循环性聚氯乙烯

层压壁纸[15],或者制作含不锈钢纤维的静电消耗性纸板[16]。

PVA作为纸张的颜料粘合剂性能优越,可取代以往沿用的干酪素和淀粉[17]。它还可作为纸和纸板的合成浆料[18]。

1.4　粘合剂

PVA对纤维材料(纸、布、木材)的粘着力极强,具有不腐败变质、质量稳定的特点,通常用以代替淀粉和动物胶作各种粘合剂。

作为纸用粘合剂,在高速粘合设备上使用时,主要改善其湿粘性;就防湿性而言,完全醇解级PVA要高于部分醇解级PVA。

包装重物(如水泥、化肥、粮食等)用的牛皮纸袋也采用PVA作粘结剂。普通PVA粘结剂还常用于纸板叠层、瓦楞纸板的粘合和作为办公用胶水。

部分醇解级PVA有很好的粘接强度,而且易溶于水,广泛用作不干胶或再湿粘合剂,用于牛皮纸带、邮票、标笺等,以代替动物胶、阿拉伯胶和糊精。

用PVA改性的脲醛树脂和酚醛树脂可用作层板和人造板的粘合剂。这种粘合剂耐候性好,固化快,长期存放质量稳定。PVA还可作纯铁粒、热变电阻器、集成电路基质、集成电路包装和陶瓷电容器的模制粘合剂。

国内还有制作高强度PVA粘合剂的报道[19]。国外也有人开发了一些特殊的粘合剂,如具有良好的引发和低温粘接、耐热和耐水、高速涂敷稳定性和储存稳定性的水稀释粘接剂[20];具有良好的抗吸湿性和抗热结块性以及抗适当的高温和高湿度性质的再润性PVA粘接剂[21];结块性以及抗适当的高温和高湿度性质和再润性PVA粘接剂[21];及用于纸张、木材和其他纤维素制品的PVA高分子熔粘剂[22]等。

1.5　涂料

PVA水溶液在盐水催化作用下与甲醛缩合而生成具有耐水性的聚乙烯醇缩甲醛高分子化合物,广泛地用作建筑物和内、外墙涂料。PVA涂料具有良好的耐候性、防水性,遇水不膨胀、不脆化,无毒无味、且价格低廉等优点。

目前,我国已生产的PVA涂料品种有106#、107#、808#、815#、104#、777#、802#和803#等。还有制成仿瓷彩色含水的PVA涂料[23]。国外也有许多新型涂料的报道,如专用于容易洗掉涂料场合的涂料[24];用于纸张涂层的涂料。这种涂料可用于新闻纸的基纸,具有良好的墨水接受性[25];用于制作防水可印性热记录的材料。这种材料具有高度显像、防水、可印的特点[26]。

1.6　薄膜

PVA薄膜因透气性好,透湿率高,不带静电和印刷性好等优点而用于纺织品包装。

PVA薄膜与其他薄膜比较,在低湿度和室温下透氧系数最低,用以包装食品,不仅隔氧、保色、保质、耐油,而且无毒性,很适宜作包装食物的材料。但是,为了综合不同薄膜的优点,通常使用复合薄膜作食品包装[27]。

美国空气产品公司生产的PVA树脂Vinex具有水溶性,可吹塑、挤塑和注塑加工。这种树脂加工膜在水份充足和土壤细菌作用下,6个月后会完全被生物降解成C O2和水,解决了土壤和环境污染的问题。这种树脂可根据不同用途制成在不同温度下溶解于水的薄膜,用作一次性包装袋包装有害物质,如医院的脏衣物洗衣袋、农药袋等。

日本生产的阻气性优异的“波普纶”,机械性能好的水溶性PVA薄膜“哈舍纶”,PVA极性薄膜,双轴拉伸PVA薄膜“爱浦纶”等,在食品、医药产业领域都占有重要的地位[27]。

其他还有偏振薄膜[28],可滤紫外光线和可见光的膜[29],可阻水气、用于湿敏产品包装的层压塑料薄膜[30]以及具有暂时防水性、可用作面料,如随意性手巾和卫生餐巾的复合性随意薄膜[31]等。

1.7　板材

PVA板材是以PVA为主要原料,加增塑剂和填充剂混合,经挤压、拉伸而成。由于这种板材具有强韧性、耐油、不带静电、耐磨损、透磁性优良、易加工,加上无毒、无味、外观美等多种优点,几乎可以用作各行各业的传送带。

此外,国外还有一种装饰用的耐高压纸板,含多层芯板和装饰层在内的强化热固树脂浸渍层,它是一种含不锈钢的静电消耗性纸板,可提供表面阻抗≤33.8Ω/cm2,特别适用作电子元件的组装工作面[32]。

1.8　医药、化妆品行业的功能材料

由于PVA无毒性,故可作为药丸、药粒粘结剂,眼药水的增粘剂。在化妆品行业中,由于部分醇解PVA的成膜性和粘合性,可以作美容膜料用。在护肤膏生产中,还用PVA作乳化稳定剂。

PVA作功能材料的研究报道很多。将PVA通