摘要：由于聚乙烯醇的耐水性差以及熱塑加工性能差等問題限制了其發展，但其良好的生物可降解性﹑生物相容性使其在材料應用領域受到高度重視。本文結合實際工作經驗，對聚乙烯醇的特性、改性以及性能進行了分析，同時對改性聚乙烯醇涂布材料的未來發展進行展望。
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造成食品、藥品等物品腐敗變質，影響食品、藥品等物品儲存期的原因很多，主要原因有細菌的生長、繁殖、食品本身含有的油脂、水氣揮發、或外部的水汽進入導致產品受潮變軟，有的產品還會因為紫外線照射發生變化，如油脂在光照下會產生酸，從而導致商品變質、風味受損。此外，藥品中的生物堿、維生素B1、B2、維生素C 等，也會由于光的作用很快和氧發生反應，出現變色及含量下降等各種變化。總之，食品、藥品等很多商品都需要能阻氧、阻水甚至能阻隔紫外線的優良的高阻隔性材料。
一、目前軟包裝常用的高阻隔材料
目前軟包裝使用較多的高阻隔性材料有鋁箔、鍍鋁薄膜、EVOH 五層共擠薄膜、PVDC 涂層薄膜、鍍氧化硅薄膜和鍍氧化鋁薄膜等多種材料，這些材料各有優缺點。
1、鋁箔
?? ?優點：阻隔性能最好，可蒸煮、可有效阻隔紫外線。
?? ?優點：阻隔性能最好，可蒸煮、可有效阻隔紫外線。
不足：不透明、耐折性差、成本高、不能用于微波加熱。
鋁箔一般大量應用于超高溫滅菌奶的利樂磚和利樂枕包裝中，每年這種紙塑鋁復合的包材全國總計約消耗110 億個，按每個包材10g計算，約等于11 萬噸。由于這些包材中含有金屬層(鋁箔)不易降解，復合材料中的鋁箔目前國內又無能力加以分離，結果造成紙塑鋁結構的復合材料和塑鋁結構的復合材料的廢棄物既無法回收再利用，又無法焚燒，不具備環保性。
2、鍍鋁薄膜
?? ?優點：耐折性好于鋁箔，阻隔性能可接近鋁箔、可阻隔紫外線、鍍鋁加工成本低廉。
?? ?不足：不透明、鍍層強度差(遇水后鋁層易自動脫落)，不能用于微波加熱。
?? ?優點：耐折性好于鋁箔，阻隔性能可接近鋁箔、可阻隔紫外線、鍍鋁加工成本低廉。
?? ?不足：不透明、鍍層強度差(遇水后鋁層易自動脫落)，不能用于微波加熱。
不足：環境濕度超過50%時，其阻隔性能急劇變差，故不宜單獨使用。因進口EVOH 樹脂、進口多層共擠設備的投資都十分昂貴，導致產品成本很高。
4、PVDC 涂層薄膜
?? ?優點：同時具有良好的阻隔氧氣和阻隔水蒸氣的性能，涂層可熱封、成本較低。
?? ?優點：同時具有良好的阻隔氧氣和阻隔水蒸氣的性能，涂層可熱封、成本較低。
不足：涂布需專用設備；不能熔融造粒再生利用，廢棄物在焚燒時會產生氯化氫、二惡英之類對人類和周圍環境有毒、有害的物質。
5、鍍氧化硅薄膜和鍍氧化鋁薄膜
??? 鍍氧化硅和鍍氧化鋁薄膜透明性好，阻氧、阻濕等性能非常優秀，但由于設備投資極其昂貴，加之加工技術難度很高，故產品成本極高。目前國內還沒有單位生產，從國外進口的產品也極少。
??? 鍍氧化硅和鍍氧化鋁薄膜透明性好，阻氧、阻濕等性能非常優秀，但由于設備投資極其昂貴，加之加工技術難度很高，故產品成本極高。目前國內還沒有單位生產，從國外進口的產品也極少。
二、聚乙烯醇
聚乙烯醇（PVA）是聚醋酸乙烯酯的水解產物，具有造膜性能優良、皮膜無色透明、耐油、耐有機溶劑、對細菌和日光穩定等特性，在最近也獲得了比較廣泛的應用。
與其它阻隔性材料不同的是，PVA的分子鏈上存在大量羥基（OH），處于濕態環境中這些羥基易和水分子形成氫鍵，導致PVA聚集態結構發生變化，使PVA的阻隔性大大下降。隨著相對濕度的上升，其氧氣透過量明顯上升。這種特性使PVA薄膜遇到水有溶脹、脫落現象，這種涂布復合膜若裸露于潮濕環境中，其高阻氧性能將喪失貽盡。
1、PVA的溶劑是水，但對水的溶解性很大程度上受聚合度的影響，特別是受醇解度的影響。完全醇解的PVA在水中的溶解極微，醇解度在88%以下時，在20℃常溫下幾乎完全溶解，但隨著醇解度的上升，溶解度則大幅度下降。
2、高醇解度的聚乙烯醇水溶液的黏度，因放置的條件不同而引起變化，存放溫度直接影響黏度。實驗證明在20℃~50℃時黏度下降較大，50℃以上黏度下降較小，80℃以上則處于穩定。PVA水溶液的黏度隨PVA濃度的提高而增大。在靜止狀態下PVA水溶液表面極易結皮，這種結皮現象對涂布加工極為不利。
3、PVA薄膜在干燥條件下有優異的阻氧性能，它的透氧系數是各種樹脂薄膜中最低的。
三、聚乙烯醇的改性
綜上所述，我們知道在干燥狀態下，聚乙烯醇具有良好的阻隔性能，即能有效地阻隔氣體和水分。這里所指的干燥狀態，是指環境的相對濕度小于50%。而當環境的相對濕度大于50%時，聚乙烯醇的阻隔性能就會下降。在我國的許多地區，特別是臨江、臨海的經濟發達地區，環境的相對濕度都較高，也就是說，單獨以聚乙烯醇制作或僅以聚乙烯醇為涂料制作而成的塑料薄膜袋，將難以滿足食品保存的要求。因此對聚乙烯醇進行改性、提高其阻隔性能、適應更多的包裝內容物，就顯得十分必要。
用來生產聚乙烯醇高阻隔復合膜的基材主要包括聚乙烯、聚丙烯、尼龍等。關鍵技術是在生產過程中，在聚乙烯醇中添加改性液，對聚乙烯醇進行改性。對聚乙烯醇進行改性的原理是對聚乙烯醇的羥基進行封閉和交聯，使采用聚乙烯醇制作的高阻隔復合膜在水中具有不溶脹、不脫落、不溶解等特性。
聚乙烯醇之所以不耐水，是由于它帶有親水性的羥基（OH），如果能將羥基適當封閉，接上耐水基團，就可提高PVA薄膜的耐水性。PVA含有羥基，可發生多元醇的一切典型反應。我們曾經選用多種能與PVA中的OH進行分子交聯的化合物，但其改性效果及工藝性并不理想。通過多次實驗，最后研制成功了一種對人體無毒副作用的密胺樹脂改性液。這種改性液是一種縮聚物，在添加量不大的情況下，就能與PVA中的羥基適度交朕，使PVA形成一種強韌的三維結構涂層，穩定了PVA在濕態條件下的氣密性，提高了耐水能力。
改性后的PVA膠液，在常溫下不結皮，在生產允許的時間內黏度無上升現象，實現了常溫配膠，常溫涂布，為改性PVA涂布復合膜的生產提供了一個寬松的工藝條件。
四、改性聚乙烯醇涂布薄膜
??? 改性聚乙烯醇涂布薄膜與其它阻隔材料相比，具有以下特點：
??? 改性聚乙烯醇涂布薄膜與其它阻隔材料相比，具有以下特點：
1、阻氧性能優秀
??? 改性聚乙烯醇(PVA)涂布復合薄膜對氧氣、氮氣、氫氣及二氧化碳都具有優秀的阻隔性，其阻氧性能優于PVDC(聚偏二氯乙烯)涂層薄膜，也優于EVOH (乙烯－乙烯醇共聚體)五層共擠薄膜。它的阻氧性能是各種樹脂薄膜中最好的，可與鋁箔、玻璃、鍍氧化鋁薄膜和鍍氧化硅薄膜媲美。
??? 改性聚乙烯醇(PVA)涂布復合薄膜對氧氣、氮氣、氫氣及二氧化碳都具有優秀的阻隔性，其阻氧性能優于PVDC(聚偏二氯乙烯)涂層薄膜，也優于EVOH (乙烯－乙烯醇共聚體)五層共擠薄膜。它的阻氧性能是各種樹脂薄膜中最好的，可與鋁箔、玻璃、鍍氧化鋁薄膜和鍍氧化硅薄膜媲美。
2、成本低廉
??? 聚乙烯醇(PVA)涂布復合薄膜的生產成本遠低于紙鋁塑復合、鋁塑復合結構的包裝材料的生產成本，遠低于EVOH 五層共擠薄膜的生產成本，也低于采用PVDC 涂層的復合薄膜的成本。
??? 聚乙烯醇(PVA)涂布復合薄膜的生產成本遠低于紙鋁塑復合、鋁塑復合結構的包裝材料的生產成本，遠低于EVOH 五層共擠薄膜的生產成本，也低于采用PVDC 涂層的復合薄膜的成本。
3、應用簡便
??? 利用各軟包裝生產企業現有的干式復合機、涂布機、濕式復合機、擠出復合機等設備均可達到滿意效果。改性后的PVA 膠液不結皮，在正常使用過程中粘度無明顯上升現象，涂布層很薄，但涂層的厚薄均勻度仍很好。
??? 利用各軟包裝生產企業現有的干式復合機、涂布機、濕式復合機、擠出復合機等設備均可達到滿意效果。改性后的PVA 膠液不結皮，在正常使用過程中粘度無明顯上升現象，涂布層很薄，但涂層的厚薄均勻度仍很好。
4、環保優勢
??? 聚乙烯醇(PVA)高阻隔水性涂布液的結構成分為碳、氧、氫和硅，可降解，可回收再生利用，燃燒時僅生成二氧化碳和水，而不產生其它有害于環境及人類健康的物質，無污染，是一種十分理想的環保型高阻隔包裝材料。
??? 聚乙烯醇(PVA)高阻隔水性涂布液的結構成分為碳、氧、氫和硅，可降解，可回收再生利用，燃燒時僅生成二氧化碳和水，而不產生其它有害于環境及人類健康的物質，無污染，是一種十分理想的環保型高阻隔包裝材料。
6、其它
???無色、透明度好。具有優良的耐油、耐有機溶劑性的性能。具有良好的防靜電性能。可用于微波加熱，可進行包裝后的食品金屬檢測。
???無色、透明度好。具有優良的耐油、耐有機溶劑性的性能。具有良好的防靜電性能。可用于微波加熱，可進行包裝后的食品金屬檢測。
由于在PVA 水性涂布液中加入了納米級無機物粉體，成膜后的耐水性、對紫外和紅外光的反射性、耐磨性、阻透性、PVA 涂層與基膜的粘接強度等性能都得到了明顯的提高。
不足：由于涂層薄，故涂層熱封性差；盡管經過改性，對水的敏感性明顯下降的PVA 涂層，為保持最佳的阻氧效果，仍然需要和聚烯烴塑料薄膜(如BOPP、CPP、PE 等)復合使用。
五、改性聚乙烯醇涂布材料的應用
1、應用范圍
?? (1)食品包裝：奶制品、餅干、月餅、蛋糕、肉類、海鮮干發、大米、花生、辣椒粉、芥末、茶葉、咖啡、動物油、植物油、煙草等。
?? (2)醫藥包裝：中藥、西藥、醫療器械等。
?? (3)化工品包裝：牙膏、化妝品、農藥、醇類、醚類、酮類、酯類等。
?? (4)工業用品包裝：儀器、儀表、零件、電子產品、軍工產品等。
?? (1)食品包裝：奶制品、餅干、月餅、蛋糕、肉類、海鮮干發、大米、花生、辣椒粉、芥末、茶葉、咖啡、動物油、植物油、煙草等。
?? (2)醫藥包裝：中藥、西藥、醫療器械等。
?? (3)化工品包裝：牙膏、化妝品、農藥、醇類、醚類、酮類、酯類等。
?? (4)工業用品包裝：儀器、儀表、零件、電子產品、軍工產品等。
2、涂布方式
?? (1)利用干式復合機或濕式復合機涂布。
?? (2)利用涂布機涂布(逆向吻涂)。
?? (3)利用擠出復合機涂布。
?? (1)利用干式復合機或濕式復合機涂布。
?? (2)利用涂布機涂布(逆向吻涂)。
?? (3)利用擠出復合機涂布。
3、影響阻隔性能的因素
?? (1)涂布方式的影響。
?? (1)涂布方式的影響。
不同涂布方式，有著不同的控制要點和側重點。一般來說，網紋輥涂布，主要依靠網線輥的網線數量和深度來控制涂布量，通過抹平輥來展平；逆向吻涂，主要靠網線數量和深度以及薄膜與網線輥的包角來控制涂布量，涂層表面較光滑；光輥涂布，通過調整壓力來調整涂布量。
?根據我們的經驗，涂布均勻度和膜面光滑性效果依次為：逆向吻涂＞光輥涂布＞網紋輥涂布。
(2)涂層均勻性和連續性的影響。
?涂層的均勻性和連續性，是PVA涂布最核心的指標要求，直接決定了產品的阻隔性能及穩定性。所以，控制好涂布過程中的涂布液粘度、干燥箱溫度和進排風量、涂布量和車速等工藝控制指標非常重要。
(3)涂布量的影響：
復合結構為LDPE20/PVA/LLDPE80，涂布量為0.1 g/m2時，氧氣透過量為：200cm3/m2?24h?0.1Mpa；
相同的復合結構LDPE20/PVA/LLDPE80，涂布量為0.5g/m2，氧氣透過量為2.4 cm3/m2?24h?0.1MPa 。
隨著涂布量的增加，氧氣透過量急劇減小。
?(4)結構不同的影響
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復合結構
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剝離強度(N / 15mm)
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氧氣透過量cm3/m2?24h?0.1Mpa
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PET / PVA / PE(cPP)
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2.0 ～ 3.0
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0.7
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BOPP/PVA/PE(CPP)
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1.5～2.5
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2.3
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PE/PVA/PE(CPP)
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2.0～3.0
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4.5
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4、應用實例
PVA可用于液體鮮奶百利無菌包裝，常用包裝結構為：LDPE/PVA/LDPE。目前該包裝選用較多的是EVOH 五層共擠高阻隔阻膜結構，在改用改性聚乙烯醇(PVA)高阻隔復合奶膜結構后，生產成本可降低25% 左右。
5、PVA 涂布復合薄膜與PVDC 涂層復合薄膜的區別
??? (1)PVA 復合薄膜中PVA 的涂布量比PVDC 復合薄膜中PVDC 的涂布量少很多，大大節約了自然資源。
??? (1)PVA 復合薄膜中PVA 的涂布量比PVDC 復合薄膜中PVDC 的涂布量少很多，大大節約了自然資源。
(2)PVA 涂布復合薄膜可回收再生利用，而PVDC 涂層復合薄膜不僅本身不能回收再生利用，而且還會使與其復合的其它本來可以回收再生利用的薄膜(如NY、PET、BOPP、PE、CPP 等)也不能回收再生利用。
??? (3)PVA 涂布復合薄膜的廢棄物在焚燒時僅生成二氧化碳和水，而不產生其它有害于環境及人類健康的物質，而PVDC 涂層復合薄膜在焚燒時會產生氯化氫、二惡英等對人體健康和環境都有害的物質。隨著國內環保意識的增強，相信PVDC 復合薄膜一定會逐漸被PVA 復合薄膜和其它環保型的高阻隔包裝材料所替代。
??? (3)PVA 涂布復合薄膜的廢棄物在焚燒時僅生成二氧化碳和水，而不產生其它有害于環境及人類健康的物質，而PVDC 涂層復合薄膜在焚燒時會產生氯化氫、二惡英等對人體健康和環境都有害的物質。隨著國內環保意識的增強，相信PVDC 復合薄膜一定會逐漸被PVA 復合薄膜和其它環保型的高阻隔包裝材料所替代。
??? 六、結語
綜上所述，聚乙烯醇具有良好的使用性能和環境友好性，積極開展相關研究具有重要的理論和實際意義。對聚乙烯醇的改性不但可以保持聚乙烯醇原有的可生物降解的性質，而且可以提供優秀的阻隔性能和良好的加工性能，通過改性不斷提高聚乙烯醇材料的各種潛在性能，開發高附加值產品，提高聚乙烯醇材料的競爭力。可以預見，改性聚乙烯醇(PVA)高阻隔包裝材料的市場前景將十分光明，在奶制品、飲料、食品、藥品及其它工業領域獲得廣闊的發展空間。
