包裝及農(nóng)用水溶性聚乙烯醇薄膜專(zhuān)利技術(shù)綜述

方佳明+++鐘雪華

摘 要：聚乙烯醇是聚醋酸乙烯酯水解的產(chǎn)物，是一種人工合成的水溶性高分子聚合物，聚乙烯醇分子鏈上大量的氫鍵使其具有良好的水溶性、生物相容性和反應(yīng)性，被廣泛的應(yīng)用于包裝用薄膜中。鑒于聚乙烯醇包裝用膜的制備技術(shù)被外國(guó)公司所掌握，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)少，因此文章從專(zhuān)利的角度出發(fā)，對(duì)包裝及農(nóng)用聚乙烯醇薄膜材料的專(zhuān)利申請(qǐng)狀況和技術(shù)發(fā)展路線進(jìn)行梳理，有助于了解該技術(shù)的專(zhuān)利發(fā)展路線，重要申請(qǐng)人等，進(jìn)而提高對(duì)該領(lǐng)域發(fā)明構(gòu)思能力的把握。

關(guān)鍵詞：聚乙烯醇；水溶性；專(zhuān)利技術(shù)

目前，隨著人們環(huán)保理念的不斷深入，在包裝領(lǐng)域?qū)G色包裝的要求也越來(lái)越高，其品種也層出不窮。水溶性塑料包裝薄膜作為綠色包裝材料的一種重要類(lèi)型，由于具有良好的水溶性、阻隔性和環(huán)保性等特點(diǎn)，越來(lái)越受到各國(guó)包裝業(yè)界的廣泛重視。下面就對(duì)聚乙烯醇水溶性薄膜的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景作一介紹。

1 背景概況

PVA（Polyvinylalcohol，簡(jiǎn)稱(chēng)PVA）最早是在1924年由德國(guó)化學(xué)家W.O.Herrman和W.W.Hachnel發(fā)現(xiàn)，并在1927年發(fā)表第一篇關(guān)于PVA相關(guān)性能的文章。第一家初具規(guī)模的PVA生產(chǎn)工廠是由日本的倉(cāng)敷公司建立，并在1950年開(kāi)始投產(chǎn)。我國(guó)的聚乙烯醇工業(yè)起步較晚，于20世界60年代開(kāi)始進(jìn)入生產(chǎn)研究，目前中石化的四川維尼綸廠和中石油（上海）化工股份有限公司是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)PVA規(guī)模最大的兩家公司，其PVA產(chǎn)量約占全國(guó)總產(chǎn)量的30%[1]。

聚乙烯醇是聚醋酸乙烯酯水解的產(chǎn)物，是一種人工合成的水溶性高分子聚合物，它的單體結(jié)構(gòu)是乙烯醇，分子結(jié)構(gòu)比較規(guī)整，具有一定的結(jié)晶度。PVA分子鏈內(nèi)含有大量的羥基，分子內(nèi)和分子間都很容易形成氫鍵， 分子鏈上大量的氫鍵使其具有良好的水溶性，PVA溶于水后無(wú)毒無(wú)害，作為PVA薄膜最主要的特性之一，水溶性決定了PVA薄膜作為環(huán)保綠色材料的一定地位。

PVA易成膜，其膜的機(jī)械性能優(yōu)良，可以使用水溶膠流涎法生產(chǎn)PVA水溶性薄膜。PVA與親水性的物質(zhì)有很好的粘接力。PVA降解的最終產(chǎn)物是CO2和H2O，可徹底解決包裝廢棄物的處理問(wèn)題。力學(xué)性能方面，PVA薄膜的抗拉伸性能優(yōu)異，韌性非常好。此外，PVA膜作為包裝材料，由于其具有大量的極性輕基，形成了很強(qiáng)的分子間氧鍵，組成一種“假結(jié)晶結(jié)構(gòu)”，有效降低了氣體通過(guò)的自由體積[2]，所以PVA薄膜對(duì)大多數(shù)氣體如氧氣、氫氣、二氧化碳等有極高的阻隔性。PVA薄膜除了以上性能，還有其他多種優(yōu)異的性能，例如防靜電性、良好的印刷性和電鍍性等[3]。

聚乙烯醇薄膜的用途廣泛，其可以用于食品的包裝，生產(chǎn)過(guò)程中，一般只需加入水和甘油等增塑劑，可以保證自身無(wú)毒性，用于包裝糧食、海鮮和干果類(lèi)物質(zhì)，可以防止霉變、蟲(chóng)蛀、延長(zhǎng)食物保質(zhì)期 [5]。還可用于有毒類(lèi)化學(xué)產(chǎn)品的包裝，采用常溫快速溶解型的PVA薄膜包裝這些產(chǎn)品，可以帶來(lái)多種好處：首先使用者可以避免直接接觸到毒害物品；其次可以采取定量多規(guī)格包裝；最后包裝產(chǎn)品不需要進(jìn)行再處理。此外，PVA薄膜幾乎沒(méi)有靜電，不吸附空中的灰塵，非常適合于電子類(lèi)產(chǎn)品的包裝。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，低溫水溶性PVA薄膜可以包裝農(nóng)作物種子，在種植過(guò)程中，雨水及土壤中的水分會(huì)將包裝溶解，使得種子發(fā)芽，溶解掉的PVA能夠使土壤保持一段時(shí)間的水分。

2 研究?jī)?nèi)容

本課題研究包括了本領(lǐng)域中涉及PVA包裝及農(nóng)用的水溶性薄膜材料。采用專(zhuān)利文獻(xiàn)數(shù)據(jù)主要來(lái)自國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利檢索與服務(wù)系統(tǒng)。PVA包裝及農(nóng)用的水溶性薄膜材料全球?qū)＠治鲋?，基于全球范圍?nèi)涉及包裝及農(nóng)用的PVA膜的專(zhuān)利統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析申請(qǐng)量發(fā)展趨勢(shì)、區(qū)域分布和申請(qǐng)人分布情況。

3 包裝及農(nóng)用水溶性聚乙烯醇薄膜專(zhuān)利技術(shù)分析

本節(jié)基于全球范圍的包裝用及農(nóng)用聚乙烯醇薄膜專(zhuān)利統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)來(lái)源國(guó)家/地區(qū)分布，分析各國(guó)在包裝及農(nóng)用水溶性聚乙烯醇薄膜領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)狀況；通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析該領(lǐng)域申請(qǐng)人情況，描繪出本領(lǐng)域重要申請(qǐng)人的專(zhuān)利申請(qǐng)布局；通過(guò)對(duì)各技術(shù)分支相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)活躍的技術(shù)分支，以及各技術(shù)分支優(yōu)勢(shì)企業(yè)。

3.1 全球?qū)＠暾?qǐng)量年份分布

具體來(lái)看，1969年之前，包裝及農(nóng)用水溶性PVA膜的申請(qǐng)量十分少，分析其原因，聚乙烯醇包裝膜產(chǎn)生的主要目的是為了減少環(huán)境污染，在70年代以前，污染問(wèn)題還不是十分嚴(yán)重，人們對(duì)于環(huán)保的意識(shí)也不強(qiáng)，加上聚乙烯醇薄膜的成本高，因此聚乙烯醇材料在包裝膜上的應(yīng)用還是十分少，而到了80年代，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)于聚乙烯醇這種可水溶和可降解高分子材料的潛力逐漸顯現(xiàn)。到了90年代PVA膜年開(kāi)始進(jìn)入技術(shù)發(fā)展期，申請(qǐng)量逐年上升并且增幅明顯，特別是從2000年開(kāi)始，隨著污染的日益嚴(yán)重，以及人們的環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，PVA作為包裝材料及農(nóng)用材料日益受到重視，而近年來(lái)有關(guān)PVA薄膜專(zhuān)利的申請(qǐng)量在達(dá)到了高峰。

包裝及農(nóng)用水溶性聚乙烯醇薄膜在我國(guó)的發(fā)展起步較晚，直至上世界80年代研究者才開(kāi)始初步探討。2000年后，包裝及農(nóng)用水溶性聚乙烯醇薄膜有關(guān)的專(zhuān)利申請(qǐng)量增加迅速，隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)水溶性聚乙烯醇薄膜相關(guān)產(chǎn)品的研究變得成熟，逐漸打破了國(guó)外產(chǎn)品對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的壟斷，同時(shí)開(kāi)發(fā)擁有我國(guó)自主研發(fā)的水溶性聚乙烯醇薄膜制備技術(shù)已經(jīng)得到了重視。

3.2 專(zhuān)利技術(shù)區(qū)域分布分析

根據(jù)分析所得數(shù)據(jù)分析日本和美國(guó)對(duì)于PVA的包裝和農(nóng)用膜這一領(lǐng)域具有較為領(lǐng)先的技術(shù)，申請(qǐng)量較為突出，而中國(guó)的申請(qǐng)量已經(jīng)超越歐洲，分析原因，主要是和國(guó)家建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的政策有關(guān)，因此我國(guó)今年來(lái)有關(guān)PVA包裝農(nóng)用膜的申請(qǐng)量增長(zhǎng)明顯。

3.3 全球申請(qǐng)人分析

包裝農(nóng)用PVA膜相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)國(guó)家/地區(qū)分布中，日本申請(qǐng)所占比例最大，占全球申請(qǐng)總量的39%，其次是美國(guó)地區(qū)，達(dá)到了23%，其次是中國(guó)和歐洲。從圖中分析可以看出，日本和美國(guó)對(duì)于PVA的包裝和農(nóng)用膜這一領(lǐng)域具有較為領(lǐng)先的技術(shù)，申請(qǐng)量較為突出，而中國(guó)的申請(qǐng)量已經(jīng)超越歐洲，分析原因，主要是和國(guó)家建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的政策有關(guān)，因此我國(guó)今年來(lái)有關(guān)PVA包裝農(nóng)用膜的申請(qǐng)量增長(zhǎng)明顯。從包裝及農(nóng)用水溶性PVA膜相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)全球主要申請(qǐng)人的整體情況具體來(lái)看，包裝和農(nóng)用PVA膜相關(guān)的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)中，主要申請(qǐng)人前十位中，日本企業(yè)占了5席，其中日本可樂(lè)麗公司作為PVA膜的技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)，擁有134項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)，申請(qǐng)數(shù)量位于所有申請(qǐng)人之首。申請(qǐng)量2-4位的分別為日本合成化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社、積水化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社、三井化學(xué)均超過(guò)40項(xiàng)的專(zhuān)利申請(qǐng)。由此可以看出，日本企業(yè)對(duì)于PVA膜領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展關(guān)注度較高，其技術(shù)發(fā)展也相對(duì)其他地區(qū)要成熟。而作為國(guó)內(nèi)化工企業(yè)的巨頭，中石化屬于涉及PVA膜生產(chǎn)較多的企業(yè)，另外國(guó)內(nèi)的高校也有對(duì)于PVA膜的專(zhuān)利的申請(qǐng)，其主要涉及的方向是聚合反應(yīng)對(duì)PVA分子的改性方向上。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)包裝及農(nóng)用方面的水溶性聚乙烯醇薄膜的專(zhuān)利申請(qǐng)狀況進(jìn)行了梳理，深入了解該技術(shù)主題下專(zhuān)利技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)、重要申請(qǐng)人專(zhuān)利技術(shù)發(fā)展概況。有利于了解本領(lǐng)域中行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。

參考文獻(xiàn)

[1]衣瀟鵬.聚乙烯醇水溶性包裝薄膜的生物降解性研究[D].湖南工業(yè)大學(xué)，2015.

[2]戶田欽一.PVA涂布型氣體阻隔的特性[J].上海包裝，2009，6：74-76.

[3]汪寶林.聚乙烯醇薄膜的生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀及其前景[J].維綸通訊，2002，22（3）：8-10.