水溶性PVA薄膜 美麗的“綠衣使者”

郝喜海

水溶性PVA薄膜是一種無污染、無毒的綠色環(huán)保材料，在環(huán)保呼聲日益高漲的今天，業(yè)內(nèi)對水溶性PVA薄膜的關(guān)注度越來越高，而且，水溶性PVA薄膜目前已通過歐美、日本等國家和地區(qū)的環(huán)保認證，并被批準用于醫(yī)藥和食品等行業(yè)。近年來，國內(nèi)外在水溶性PVA薄膜的研發(fā)方面投入了大量精力，并取得了一些成果，水溶性PVA薄膜的應用領(lǐng)域也在不斷拓展。下面，筆者將與大家共同領(lǐng)略一下這位“綠衣使者”的風采。

性能特點

水溶性PVA薄膜以PVA（聚乙烯醇化合物）和淀粉為主要原料，所有組分（包括添加劑）均為C、H、O化合物，添加劑各組分與PVA、淀粉之間只發(fā)生生物溶解，以改善其物理性能、力學性能和工藝性能，不會因發(fā)生化學反應而改變其化學性能。具體來講，水溶性PVA薄膜的性能特點主要包括以下幾個方面。

1.水溶性

水溶性PVA薄膜因其水溶性而得名。環(huán)境溫度和薄膜厚度對水溶性PVA薄膜的水溶性影響較大，目前國內(nèi)外市場上生產(chǎn)和銷售的水溶性PVA薄膜主要有高溫型（40℃以下完全不溶，80℃以上完全溶解）和低溫型（遇水即溶）兩種，國內(nèi)市場以低溫型水溶性PVA薄膜為主。表1所示為25μm厚低溫型水溶性PVA薄膜的水溶性特點。

2.生物降解性

就降解機理而言，水溶性PVA薄膜溶于水形成膠液并滲入土壤中，可增強土壤的團黏化、透氣性和保水性，特別適用于土壤改造。PVA成分被土壤中分離的細菌——甲單細胞菌屬的菌株分解，產(chǎn)生使PVA黏度下降的仲醇氧化酶（SAO），SAO將PVA氧化生成β-羥基酮或β-二酮后，經(jīng)水解酶水解斷鍵生成羧酸和甲基等中間降解物，PVA長鏈經(jīng)重復斷裂，產(chǎn)生的乙酰氧基-羥基脂肪酸和羥基脂肪酸被吸收到細胞內(nèi)部并同化，為微生物提供生長代謝所需的能源，最終以H2O和CO2的形式被微生物排出體外。

3.含水量

裸露在空氣中的水溶性PVA薄膜，其含水量會隨環(huán)境濕度的變化而變化（如表2所示），性能也會隨之有所變化。對此，成卷的水溶性PVA薄膜一般需要采用PE塑料包裝密封，這樣可以保持水溶性PVA薄膜特定的含水量不變。

4.防靜電性

與其他薄膜不同，水溶性PVA薄膜具有良好的防靜電性，使用過程中不會因靜電而出現(xiàn)可塑性降低及靜電附塵等問題。

5.水分及氣體透過選擇性

水溶性PVA薄膜對水分及O2具有較強的透過性，而對N2、H2及CO2具有良好的阻隔性，可以完全保持包裝內(nèi)容物的成分及氣味。

6.熱封性

水溶性PVA薄膜熱封性能良好，可用于電阻熱封、高頻熱封，且熱封性與環(huán)境溫濕度、壓力、時間等因素有關(guān)。

7.耐油性及耐化學藥品性

水溶性PVA薄膜具有良好的耐油（植物油、動物油、礦物油）、耐脂肪、耐有機溶劑和碳水化合物等特性，但不耐強堿、強酸、氯自由基及可與PVA發(fā)生化學反應的物質(zhì)（如硼砂、硼酸、某些染料等），故此類物質(zhì)不宜采用水溶性PVA薄膜包裝。

8.力學性能

在溫度一定的情況下，水溶性PVA薄膜的力學性能，如彈性模量、抗拉強度、撕裂力、延伸率等，會隨環(huán)境相對濕度的不同而發(fā)生變化，如表3所示。

9.印刷性能

水溶性PVA薄膜具有較好的印刷性能，可采用傳統(tǒng)印刷方式實現(xiàn)清晰的圖文印刷。

基于上述性能特點，水溶性PVA薄膜表現(xiàn)出了許多優(yōu)勢，如環(huán)保、降解徹底，可解決包裝廢棄物問題；使用安全、方便，直接接觸對皮膚無刺激；具備防偽功能，可作為優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品防偽的最佳武器，延長產(chǎn)品壽命。

應用領(lǐng)域

1.水中使用產(chǎn)品的包裝

農(nóng)藥、顏料、染料、除草劑、化肥、清潔劑、水處理劑、混凝土添加劑等均為水中使用產(chǎn)品。與傳統(tǒng)薄膜相比，水溶性PVA薄膜可減少環(huán)境污染、改善作業(yè)環(huán)境，而且還能實現(xiàn)準確計量，減少浪費。

2.洗滌包裝

在醫(yī)院等場合，通常采用高溫型水溶性PVA薄膜（溶解溫度大約為60℃）包裝被污染的用品和衣物，然后將包裝袋直接投入清洗消毒設(shè)備中進行清洗，減少醫(yī)務(wù)人員與污染用品、衣物的接觸幾率，避免疾病的交叉?zhèn)魅?，既安全，又方便?/p>

3.服裝及紡織品包裝

利用高溫型水溶性PVA薄膜（40℃以下完全不溶）不帶靜電、透明度與光澤度均優(yōu)于傳統(tǒng)薄膜的特點，用其包裝服裝、紡織品等易產(chǎn)生靜電的產(chǎn)品，能使產(chǎn)品更加美觀，提高產(chǎn)品附加值，尤其是出口產(chǎn)品的包裝。

4.食品包裝

水溶性PVA薄膜的阻氧性能十分優(yōu)異，且對生物體的毒性非常小，用其作為食品包裝的阻隔層，能大大延長食品的保質(zhì)期。

5.電子電器產(chǎn)品包裝

水溶性PVA薄膜具有抗靜電性能，尤其適用于電子電器產(chǎn)品的包裝。此外，還可以利用其良好的印刷性能和水溶性，配合特種油墨，制作出高附加值的防偽環(huán)保包裝，這必將受到高端電子電器產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的歡迎。

6.種子帶

采用水溶性PVA薄膜制作農(nóng)作物種子帶，將其掩埋在土壤里，種子帶遇到土壤中的水分（雨水或濕氣）就會溶解，并分布在種子周圍，可提高土壤的保水性，有利于種子發(fā)芽生長。這種方法還可有效避免種子在大風沙地區(qū)因裸露而被吹失或被動物吃掉，又可使農(nóng)作物按種子帶或種子網(wǎng)的布局生長。因此這一技術(shù)在農(nóng)田增產(chǎn)、綠化造林、沙漠改造中也必將大有作為。此外，還可以將農(nóng)藥、營養(yǎng)素等作為種子帶的一部分，以促進種子的生長。

7.其他應用

用于陶瓷、塑料、金屬、木質(zhì)物品等異型面的商標及圖案的水轉(zhuǎn)移印刷，如電器外殼等；作為暫時性載體用于假發(fā)及刺繡品的制作過程。endprint

產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況

在歐美、日本等國家和地區(qū)，水溶性PVA薄膜已經(jīng)作為一種新興的綠色包裝材料被廣泛用于在水中使用的產(chǎn)品包裝，如農(nóng)藥、化肥、顏料、染料、清潔劑、水處理劑、礦物添加劑、洗滌劑、混凝土添加劑、攝影用化學試劑及園藝護理化學試劑等。美國W.T.P公司、C.C.L.P公司、法國GRENSOL公司和日本合成化學公司等都是專業(yè)生產(chǎn)和銷售水溶性PVA薄膜的知名企業(yè)。

目前，我國水溶性PVA薄膜產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展水平并不樂觀，這主要體現(xiàn)在：①裝備、技術(shù)整體水平不高，品種單一，基本上用于生產(chǎn)中低檔產(chǎn)品；②生產(chǎn)企業(yè)之間缺乏合作，各自為營，市場、技術(shù)等信息資源不能共享，相互之間惡意競爭，打價格戰(zhàn)；③生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小，基本上都是中小型企業(yè)，未形成集約化經(jīng)營模式，國際市場競爭力弱；④生產(chǎn)企業(yè)的科技投入不足，科研力量有限，自主開發(fā)能力較弱，致使大多數(shù)高端水溶性PVA薄膜產(chǎn)品一直未能國產(chǎn)化。

不過，我國一些科研單位、高等院校和生產(chǎn)企業(yè)在水溶性PVA薄膜研發(fā)和生產(chǎn)方面一直在努力，并取得了一些成績。

1970年，上海塑料制品研究所、四川涪陵地區(qū)塑料三廠先后開發(fā)了水溶性PVA薄膜流延法和吹塑法，但由于產(chǎn)品質(zhì)量差、能耗高，而未能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

1998年，湖南工業(yè)大學在中國包裝總公司的支持下，研制開發(fā)了水溶性PVA薄膜流延技術(shù)及其生產(chǎn)設(shè)備，并最終經(jīng)過中國包裝總公司的技術(shù)鑒定，于2000年在廣東肇慶方興包裝材料公司投入生產(chǎn)，逐步替代了進口產(chǎn)品。

2003年，江門寶德利環(huán)保材料有限公司與中國包裝總公司包裝新技術(shù)公司合作開發(fā)了水溶性PVA薄膜吹膜技術(shù)并投入生產(chǎn)。

2008年，福建省永安市三源豐實業(yè)有限公司、深圳市美日行膠膜有限公司、常熟市星海制藥有限公司、上海碩翔塑膠有限公司、株洲藍海包裝有限公司相繼從湖南工業(yè)大學引進水溶性薄膜生產(chǎn)技術(shù)及其設(shè)備并投入生產(chǎn)，使得國內(nèi)水溶性PVA薄膜產(chǎn)業(yè)初步形成規(guī)模。

2010年，北京工商大學獨立研究開發(fā)了水溶性PVA薄膜擠出吹膜法，目前此技術(shù)已應用于兩家國內(nèi)企業(yè)。另外，蘭州兩家企業(yè)還開發(fā)了水溶性PVA薄膜滾筒熔液流延法，目前尚處于中試階段，未投入批量生產(chǎn)。

據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)已有20余家水溶性PVA薄膜生產(chǎn)企業(yè)，我國水溶性性PVA薄膜產(chǎn)業(yè)正在逐步發(fā)展壯大。

未來展望

雖然目前我們還面臨著一些困難，但是在國家政策、市場需求、科技進步和新領(lǐng)域應用的不斷推動下，我國水溶性PVA薄膜產(chǎn)業(yè)正在不斷進步和發(fā)展。

首先，我國加入世界貿(mào)易組織后，對包裝的環(huán)保要求日益提高，政府也逐步加大了對環(huán)保產(chǎn)業(yè)的扶持力度，在這種情況下，可生物降解的水溶性PVA薄膜開始受到更多的關(guān)注。

其次，隨著市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，以及公眾環(huán)保意識的日益加強，水溶性PVA薄膜的市場需求量將有所擴大。此外，由于我國水溶性PVA薄膜具有突出的性價比優(yōu)勢，一些國外市場尤其是我國周邊國家，對水溶性PVA薄膜的進口量逐年增加，這促使我國水溶性PVA薄膜產(chǎn)能不斷加大，以滿足出口要求。例如，印度從我國進口水溶性PVA薄膜已有10年歷史，進口量逐年遞增；近兩年，越南、韓國、土耳其及朝鮮等國家也開始從我國大量進口水溶性PVA薄膜。

再者，科技研發(fā)力量的深入促使水溶性PVA薄膜生產(chǎn)技術(shù)與裝備水平不斷提高，國產(chǎn)化水溶性PVA薄膜的品種及產(chǎn)量都邁上了一個新的臺階。未來幾年，生產(chǎn)企業(yè)和政府還將加大在水溶性PVA薄膜產(chǎn)學研方面的投入。例如，湖南株洲藍海包裝有限公司與湖南工業(yè)大學通過兩年的密切合作，在高溫型水溶性PVA薄膜的研發(fā)上已獲得初步成功，目前正處于中試階段，部分產(chǎn)品已投入市場，并即將實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。高溫型水溶膜特別適用于水果套袋，而我國是水果生產(chǎn)大國，每年需要近萬噸的水果套袋，因此高溫型水溶性PVA薄膜的成功開發(fā)，將使我國水溶性PVA薄膜的市場需求擴大50%以上。而且，相對于價格昂貴的紙?zhí)状?，水溶性PVA薄膜將擁有巨大的市場潛力。

此外，功能性水溶性PVA薄膜的開發(fā)也將促進水溶性PVA薄膜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。例如，湖南工業(yè)大學正在開發(fā)的水溶性PVA緩釋膜就是一種功能化水溶性PVA薄膜，這種材料在遇水之前與普通薄膜并無兩樣，而一旦遇到水，就會自動產(chǎn)生微孔，從而實現(xiàn)緩釋功能，可用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

盡管我國水溶性PVA薄膜的發(fā)展還處于起步階段，但可以預見到國內(nèi)水溶性PVA薄膜巨大的市場潛力和商機，相信在綠色東風的吹拂下，我國水溶性PVA薄膜市場定會迎來發(fā)展的春天。endprint