洗衣凝珠水溶包裝膜的儲存及使用

張 慶

佛山市博維環(huán)保材料有限公司，廣東佛山，528000

洗衣凝珠是繼洗衣皂、洗衣粉、洗衣液之后的另一種創(chuàng)新型洗滌產(chǎn)品，它最早起源并流行于歐美，近年來，國內(nèi)企業(yè)也相繼推出相關(guān)產(chǎn)品，這種外形小巧可愛、使用方便的洗滌產(chǎn)品也越來越得到消費者的認(rèn)可和喜愛。

洗衣凝珠從結(jié)構(gòu)上來說就是被兩層可水溶的聚乙烯醇薄膜包裹的濃縮洗衣液[1]。制造凝珠時，先將底層的薄膜用負(fù)壓吸入模具，然后灌入洗衣液，最后將面層的薄膜與底層薄膜封合在一起。

可以說聚乙烯醇薄膜（以下簡稱PVA膜）是洗衣凝珠這一產(chǎn)品 形態(tài)得以實現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。PVA薄膜通常是由PVA、增塑劑、助劑等通過溶液流延法生產(chǎn)而成，具有良好的水溶性能、力學(xué)性能、抗靜電性、封合性能及印刷性能等[2]。這些特點使得PVA薄膜成為洗衣液理想的外包裝材料，此外，它還需要軟硬適中。膜太硬，則無法順利將其吸進(jìn)模具內(nèi)，膜太軟，則無法滿足承重的要求。

由于PVA薄膜對于水分特別敏感，環(huán)境中的水分以及自身所含有的水分都會對PVA膜的使用產(chǎn)生影響，因此，合適的儲存及使用條件對于PVA薄膜是非常重要的。

1 實驗部分

1.1 設(shè)備與材料

PVA水溶膜：75 μm，佛山市博維環(huán)保材料有限公司；AL/PET復(fù)合膜：25 μm，安徽科能新材料環(huán)?？萍加邢薰?；HDPE袋、LDPE袋：50 μm，廣東瑞豐膠帶有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱：深圳市鼎鑫宜實驗設(shè)備有限公司；恒溫恒濕機：東莞市偉煌試驗設(shè)備有限公司；電子拉力試驗機：廣州標(biāo)際包裝設(shè)備有限公司；磁力攪拌器：河南省予華儀器有限公司；薄膜復(fù)卷機：深圳金程達(dá)工業(yè)設(shè)備有限公司。

1.2 試驗樣品

1.2.1 濕度對薄膜性能的影響

將待測水溶膜樣品裁剪成60 mm×60 mm尺寸的樣條若干，分別放置于各干燥器中處理48 h，干燥器中分別配有不同種類的鹽飽和溶液以達(dá)到不同的濕度（表1）。

1.2.2 溫度對薄膜性能的影響

將待測水溶膜樣品裁剪成60 mm×60 mm尺寸的樣條若干，然后放入烘箱進(jìn)行熱處理，烘箱濕度小于30%，改變烘箱溫度，制備不同熱處理條件下的PVA膜樣品（表2）。

表2 不同熱處理條件下的薄膜樣品

1.2.3 不同環(huán)境條件對膜卷的影響

準(zhǔn)備160 mm寬，150 m長的膜卷若干，分別放入烘箱及恒溫恒濕機中處理，改變烘箱溫度及恒溫恒濕機的參數(shù)來模擬不同條件的儲存環(huán)境（表3）。

表3 不同處理條件下的薄膜樣品（膜卷）

1.2.4 包裝物的防潮效果比較

準(zhǔn)備160 mm寬，150 m長的膜卷，分別用不同包裝物包好后，放入恒溫恒濕箱中，來進(jìn)行包裝物防潮效果的比較（表4）。

1.3 性能測試

1.3.1 薄膜含水率

將薄膜樣品裁剪成60 mm×60 mm大小，稱量重量m1，放入90℃烘箱烘烤2 h后稱量重量m2，含水率＝（m1-m2）/m1×100%。

1.3.2 薄膜力學(xué)性能

用電子拉力試驗機，按GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能試驗方法》測試其抗拉強度、斷裂伸長率。

1.3.3 薄膜溶解性能

將薄膜樣品裁剪成60 mm×60 mm大小，用夾片固定；取1000 ml，24℃去離子水裝入1000 ml燒杯中，燒杯置于磁力攪拌器上；攪拌至漩渦深度在800 ml刻度線處，將薄膜放入水中并開始計時，記錄薄膜破裂時間和完全溶解時間。

1.3.4 封合溫度

2 結(jié)果與討論

2.1 濕度對薄膜性能的影響

薄膜在不同濕度環(huán)境下放置足夠時間后，膜的含水率會與環(huán)境濕度達(dá)到平衡，隨著環(huán)境相對濕度的升高，薄膜的含水率升高，從手感上由干挺變得軟黏。力學(xué)性能方面，抗拉強度隨著薄膜含水率的增加而下降，斷裂伸長率則是隨著含水率的增加而升高。這是由于水作為PVA的增塑劑，與PVA分子結(jié)合時破壞了PVA分子鏈中的氫鍵，使結(jié)晶度降低，分子鏈的移動性提高。前文說過，對于洗衣凝珠生產(chǎn)時，PVA薄膜需要軟硬適中，從測試結(jié)果來看，當(dāng)薄膜含水率在8%～10%左右時，抗拉強度大于35 MPa，斷裂伸長率大于400%，可以滿足生產(chǎn)需求，此時對應(yīng)的環(huán)境濕度約為45RH%。

同樣是由于水的增塑作用，降低了PVA分子的熔點，所以封合溫度隨著薄膜含水率的增加而下降。

從測試結(jié)果來看，薄膜的含水率對于其溶解性能的影響不是很明顯（圖1、圖2）。

圖1 薄 膜含水率隨環(huán)境濕度的變化

圖2 薄膜性能隨含水率的變化

2.2 溫度對薄膜性能的影響

烘烤的時候，薄膜是軟的，升溫加速了水分的揮發(fā)，因此含水率降低，冷卻后薄膜變硬，隨著烘烤溫度的升高，薄膜的抗拉強度逐漸增大，斷裂伸長率逐漸降低。當(dāng)溫度超過40℃后，斷裂伸長率小于350%，薄膜會有吸不進(jìn)模具的風(fēng)險，因此合適的溫度范圍是在40℃以下，30℃以下更好（圖3）。

圖3 薄膜拉伸性能隨溫度的變化

2.3 不同環(huán)境條件對膜卷的影響

將不同條件處理的膜卷取樣測試表層膜的含水率后，馬上用復(fù)卷機復(fù)卷，將里層的膜復(fù)卷至表面，取樣測試?yán)飳拥暮?，觀察表層薄膜與里層薄膜含水率與初始含水率相對的變化程度。

與前文的測試結(jié)果一致，膜在25RH%條件下含水率下降，膜變得干硬，無法正常吸入模具，在75RH%條件下含水率升高，膜變得軟黏，最外層的膜粘結(jié)在一起無法正常打開。

膜卷外層的含水率變化大于里層的，說明水分變化是從外向里進(jìn)行，這是由于膜與膜的層疊以及紙芯的阻礙作用。同樣濕度的情況下，膜卷在45℃下比在30℃下含水率變化要大，說明溫度升高，促進(jìn)了分子間的運動，PVA分子內(nèi)間隙更大，更有利于水分的進(jìn)出（圖4）。

圖4 不同條件處理后膜卷含水率的變化

如表5所示，同樣的處理條件，當(dāng)膜卷用HDPE袋包裝時，表層和里層含水率的變化均較小，所以PVA薄膜在儲存或者未使用時，應(yīng)該包裝好，避免裸露放置。

表5 包裝后的膜卷處理后含水率的變化

2.4 包裝物的防潮效果比較

常見包裝物的防潮效果各有不同，對于PVA薄膜這種對水分敏感的產(chǎn)品，防潮的要求很高，用不同的幾種包裝物分別包裝PVA膜卷后，放置在50℃，80RH%這種較為極端的條件下，觀察膜卷表面含水率隨時間的變化情況，以判斷哪種包材效果最好。

從測試結(jié)果來看，AL/PET復(fù)合膜防潮效果最理想，在幾種包材中以最低的厚度達(dá)到最好的防潮效果，對于在潮濕地區(qū)儲存和使用PVA薄膜時，建議優(yōu)先采用這種包裝物。

3 結(jié)語

含水率對于PVA水溶膜的力學(xué)性能影響很大，含水率較高時，膜變軟，膜的強度降低，延展性增加；含水率較低時，則膜變硬，膜的強度增加，延展性變低；且隨著含水率增加，膜的封合溫度變低，更容易封合。對于測試的PVA薄膜樣品而言，在30 ℃以下，45RH%左右條件下，薄膜的性能滿足使用要求。不同的含水率對于PVA薄膜的溶解性能影響不明顯。

不同存放環(huán)境對于膜卷的含水率有影響，在同樣的濕度下，溫度升高時薄膜的含水率變化程度更大。外包裝能有效地減少存放環(huán)境對膜卷的含水率影響，AL/PET復(fù)合膜的防潮效果好，是一種較理想的防潮包材。