水溶性PVAL 薄膜加工及應(yīng)用研究進展

郭改萍，田梓赟，郭一澤，孫曉龍，戴玉華，于建香，馬娜,王耀民,田華峰

(1.北京石油化工學(xué)院新材料與化工學(xué)院，北京 102617； 2.北京工商大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，北京 100048)

聚乙烯醇(PVAL)分子上含有大量的羥基，是一種可水溶、可降解、高阻隔的環(huán)境友好材料，對人體無毒無害，與自然環(huán)境具有良好的親和性，無污染。PVAL 薄膜是以PVAL為主體，加入增塑劑、改性劑等加工助劑，經(jīng)過特殊工藝加工而成的綠色環(huán)保材料。PVAL 薄膜具有極高的透明度，無靜電、不吸塵，具有優(yōu)越的耐油脂和耐溶劑性能，對人體無毒副作用[1–2]。PVAL 薄膜密度約為1.26～1.29 g/cm3，吸水性大，浸入水中能溶解。能透過水蒸氣，但難透過醇蒸汽，更不能透過有機溶劑蒸汽/惰性氣體和氫氣，阻隔性優(yōu)于乙烯-乙烯醇共聚物和偏二氯乙烯薄膜。PVAL 是唯一可被細菌作為碳源和能源利用的乙烯基聚合物，在細菌和酶的作用下，46天可降解75%，屬于一種生物可降解高分子材料。其薄膜水溶速度可設(shè)計，力學(xué)性能等同于甚至優(yōu)于傳統(tǒng)塑料；價格低廉，薄膜柔韌平滑、耐油、耐溶劑、耐磨耗及氣體阻透性好，透明性好、光澤度高，經(jīng)特殊處理后具有一定的耐水性，因而在食品、藥品、化學(xué)品等材料的包裝方面具有獨特優(yōu)勢。

PVAL 薄膜應(yīng)用十分廣泛，在包裝領(lǐng)域其用途主要分為水溶性包裝、阻隔性包裝和防靜電包裝。當(dāng)前我國PVAL 薄膜領(lǐng)域與國際先進水平相比，仍存在較大差距。主要表現(xiàn)為品質(zhì)不高，品種較少，生產(chǎn)規(guī)模較小，應(yīng)用領(lǐng)域較窄。目前國內(nèi)大部分企業(yè)的PVAL 產(chǎn)品是中等聚合度、高醇解度的普通PVAL 產(chǎn)品，以中低端市場競爭為主，而高聚合度、低醇解度的高端PVAL 市場主要由日本可樂麗公司、日本積水化學(xué)、日本尤尼吉可以及美國杜邦公司等大型跨國企業(yè)占據(jù)，國內(nèi)外產(chǎn)品技術(shù)水平尚有一定差距。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，以PVAL 為原料制備具有特殊用途的包裝薄膜在工業(yè)界和科研界均引起了廣泛的關(guān)注。

1 PVAL 的結(jié)構(gòu)

由于乙烯醇不穩(wěn)定，PVAL 不能夠通過單體聚合制備，而是由聚乙酸乙烯酯(PVALc)水解或醇解得到。

乙酸乙烯酯聚合反應(yīng)：

式中：聚合度DP=n+m，醇解度=m/(n+m)×100%。酯基為疏水性基團，羥基為親水性基團。

PVAL 聚合度及醇解度直接影響著薄膜的物理性能。醇解度和聚合度對PVAL 性質(zhì)的影響列于表1。隨著PVAL醇解度的增加，冷水中的溶解度降低，熱水中的溶解度增加。聚合度增加，冷水和熱水中的溶解度均降低。

表1 醇解度和聚合度對PVAL 物性的影響規(guī)律

2 PVAL 熱塑加工性能

PVAL 分子間作用力強，熔融溫度與分解溫度接近，熱穩(wěn)定性差，熱塑加工困難[3]。在空氣中加熱至100℃以上就會慢慢變色、脆化、溶解度下降，170℃以上顏色加深且失去水溶性，200℃以上PVAL 很快分解[4–5]。在相同的聚合度下，PVAL 隨著醇解度的增加，分子間作用力大大增加，熱塑加工越發(fā)困難。為了實現(xiàn)PVAL 的熔融加工，主要是增加其熱塑性和熱穩(wěn)定性，減少加工過程中的熱降解。一般通過添加增塑劑降低PVAL 的熔融溫度、添加潤滑劑減少PVAL 在加工機器中的停留時間、添加熱穩(wěn)定劑或抗氧劑減緩PVAL 的熱降解等方法，為PVAL 的熔融加工提供可行性[6–7]。

2. 1 增塑劑

加入小分子增塑劑是PVAL 熱塑加工的關(guān)鍵[8]。PVAL熱塑加工的增塑劑主要是與PVAL 可形成氫鍵的小分子極性化合物，包括水、多元醇、醇胺、酰胺、尿素、金屬鹽等[9–13]。極性增塑劑與PVAL 分子鏈上的羥基形成氫鍵，破壞PVAL原有氫鍵，同時還可破壞PVAL 規(guī)整結(jié)構(gòu)，降低結(jié)晶度和熔點。此外，小分子物質(zhì)還可以起到潤滑劑的功效，改善熔體流動性。

富含羥基的多元醇是PVAL 最常用的增塑劑，包括甘油、乙二醇、山梨醇、季戊四醇、木糖醇、聚乙二醇等[14]。不同多元醇對PVAL 的增塑效果差異較大。例如當(dāng)增塑劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時，甘油改性PVAL 的斷裂伸長率及沖擊強度值最大，甘露醇改性樣品的熔體流動速率最高，季戊四醇改性樣品的拉伸強度最大[15]。甘油是最常用的多元醇類增塑劑。甘油可與—OH 產(chǎn)生氫鍵相互作用，破壞了PVAL分子鏈排列的規(guī)整性。同時，甘油可滲透到PVAL 的非晶區(qū)，破壞結(jié)晶的規(guī)整性，減小晶粒尺寸，導(dǎo)致熔點明顯下降[16]。但甘油與PVAL 間容易發(fā)生相分離，導(dǎo)致增塑效果迅速減小，制品的表面性能下降，導(dǎo)致薄膜表面油化起霧。聚乙二醇(PEG)對PVAL 也具有一定的增塑作用[17]。適量PEG 可降低PVAL 的熔點，使PVAL 的熔體流動速率增大，扭矩平衡值下降，熱塑加工性能改善；PEG 相對分子質(zhì)量增加，增塑作用減弱。相對于單一增塑劑，兩種或兩種以上增塑劑的復(fù)配可進一步提高PVAL 的增塑效果，在生產(chǎn)工藝中更為常用。李發(fā)勇等[18]以甘油/二縮三乙二醇為主增塑劑，N-甲基吡咯烷為輔助增塑劑，對PVAL 進行增塑改性。復(fù)配增塑劑能有效地破壞PVAL 自身的氫鍵，熔融溫度從198.1℃降低至166.0℃，熔體流動性提高，并成功實現(xiàn)了改性PVAL 的注塑成型。此外，作者還研究了甘油/聚甘油、甘油/不同分子量PEG、甘油/一縮二乙二醇、甘油/二縮三乙二醇等不同復(fù)配增塑劑體系對PVAL 薄膜的影響[19]。

王茹等[20–21]及王琪等[22]通過加入與PVAL 有互補結(jié)構(gòu)的己內(nèi)酰胺等酰胺類增塑劑，與水組成復(fù)合改性劑，破壞了PVAL 自身氫鍵，抑制了PVAL 的結(jié)晶，實現(xiàn)了PVAL的熱塑加工，PVAL 熔點從226℃降低至130℃，獲得超過120℃的加工窗口。在此技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)了熔融紡絲、吹塑成膜、擠出注塑、中空吹塑以及熱塑發(fā)泡等新技術(shù)。

項愛民等[23]通過醇胺類復(fù)配增塑劑，降低了PVAL 熔點，在適當(dāng)?shù)臏囟认驴蓴D出塑化并吹塑成膜，構(gòu)建了無水狀態(tài)下PVAL 的干法加工體系。

部分無機鹽也可降低PVAL 的結(jié)晶度，改善熔融加工性能[16，24–26]。Jiang 等[27–29]研究了無機鹽對PVAL 的增塑效果。通過在PVAL 中引入不同種類的無機鹽，包括硝酸鎂、氯化鎂、氯化鋁、硝酸鈣、氯化鈣，以及通過無機鹽與甘油、乙二醇、己內(nèi)酰胺等小分子極性增塑劑的復(fù)配，實現(xiàn)PVAL 的增塑改性。金屬鹽離子能顯著破壞PVAL 中的氫鍵作用，降低PVAL 的結(jié)晶度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，改善PVAL 的熔體流動性和薄膜韌性。特別是無機鹽與己內(nèi)酰胺、乙二醇等小分子極性增塑劑可起到很好的協(xié)同作用，能更有效地抑制PVAL的結(jié)晶[30–31]。此外，也有報道氯化鋰的鋰離子為缺電子物質(zhì)，與—OH 中的氧原子中孤對電子間形成了強的電子作用，破壞了原先PVAL 分子間的氫鍵，可有效地增塑改性PVAL[32]。

2. 2 潤滑劑

PVAL 熔融加工過程中，特定的潤滑劑可減少聚合物分子鏈間的摩擦力以及聚合物與加工機械之間的摩擦，避免它們之間的粘附，改進PVAL 熔體的流動性能，減少PVAL 在加工機器中的停留時間，從而降低熱降解的程度。已報道的潤滑劑主要有PE 蠟[7]、硬脂酸[11]、硬脂酸鈉、硬脂酸鋅[33]、硬脂酸鈣[34]、芥酸酰胺[35]等。可使用單一潤滑劑品種或不同種類潤滑劑配合使用。

邱諜等[36]采用甘油和己內(nèi)酰胺為增塑劑、硬脂酸鈣為潤滑劑對PVAL 進行改性，研究PVAL 熱塑加工最佳配方體系。研究發(fā)現(xiàn)，硬脂酸鈣潤滑劑除能顯著改善改性PVAL 體系的加工性能外，還能提高制品的力學(xué)性能。隨著潤滑劑含量的增加，PVAL 薄膜的拉伸強度、彎曲強度和斷裂伸長率變化趨勢都是先增大后減小，當(dāng)潤滑劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75%時，體系的拉伸強度、彎曲強度和斷裂伸長率都達到最大值，繼續(xù)增大潤滑劑用量，力學(xué)性能明顯下降。其主要原因為硬脂酸鈣可減小PVAL 分子鏈間和PVAL 與加工設(shè)備內(nèi)壁的摩擦，降低PVAL 熔融體系的黏度，因而力學(xué)性能增加。當(dāng)潤滑劑的用量過多時，熔融過程中，轉(zhuǎn)子和PVAL 表面出現(xiàn)打滑，剪切共混效果變差，因而其力學(xué)性能又有所下降。

2. 3 熱穩(wěn)定劑和抗氧化劑

PVAL 熱老化及降解的主要原因是高溫下產(chǎn)生自由基后，主鏈不斷進行羥基或乙酸根等小分子消除反應(yīng)。因此，在熱塑加工過程中引入抗氧化劑，可捕捉熱降解產(chǎn)生的自由基，提高分子鏈熱穩(wěn)定性。已報道的抗氧劑包括受阻酚類抗氧劑、含有苯環(huán)的亞磷酸酯類抗氧劑等[37]。

夏丙祥等[7]利用單螺桿擠出的方法，研究了苯胺類抗氧劑對熱塑加工PVAL 熱穩(wěn)定性的影響?？寡鮿┟黠@提高了PVAL 的熱穩(wěn)定性，PVAL 的加工扭矩降低，熔體流動速率逐漸增大，熱失重速率逐漸降低。隨著抗氧劑用量的增加，PVAL 熱失重率為10%時對應(yīng)的溫度逐漸增大，從未添加抗氧劑時的212℃增加至抗氧劑用量1.0 份時的259℃。因此，抗氧劑降低了PVAL 的熱降解程度，增加了PVAL 在加工溫度范圍內(nèi)的熱穩(wěn)定性。

多元酚物質(zhì)具有大量的酚羥基，因而具有較強的還原性與抗氧化性，極易被自由基氧化從而可迅速捕捉羥基自由基，達到抗氧化的效果。Dong 等[38–41]發(fā)現(xiàn)，PVAL 熱塑體系中引入丹寧酸、綠原酸、鞣花酸、黑色素等多酚類物質(zhì)，可作為自由基捕捉劑，明顯提高了PVAL 的熱分解溫度，拓寬了熔融加工窗口。例如當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%的丹寧酸后，PVAL 的熱分解溫度增加了103℃，熔融加工范圍增加了121℃。天然和合成黑色素的摻入大大提高了PVAL 的熱穩(wěn)定性。與天然黑色素相比，加入合成黑色素后PVAL 起始分解溫度提高了80～110℃。合成的黑色素改變了PVAL 的熱降解行為。黑色素清除了水脫除過程中形成的自由基，因此提高了PVAL 的耐熱性。王小凡等[42]采用原花青素作為自由基捕獲劑，通過溶液澆鑄法制備了復(fù)合薄膜。研究發(fā)現(xiàn)，原花青素可有效提高PVAL 的熱穩(wěn)定性，拓寬熔融加工窗口，原花青素質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到10%時，熱降解溫度提高28℃，加工窗口從14℃提高至53℃。復(fù)合薄膜能保持優(yōu)異的力學(xué)性能、透光率以及紫外屏蔽性能，薄膜的紫外吸收能力提高。小角X 射線散射證明，原花青素加入后，PVAL 晶區(qū)厚度降低，結(jié)晶度降低，PVAL 結(jié)晶被抑制。

李倩文等[43]研究了不同水溶性(茶多酚、檸檬酸)及脂溶性(2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、維生素E)抗氧化劑對PVAL 形貌、力學(xué)性能、透光性、耐水性能及抗氧化能力的影響。結(jié)果表明，加入適量的抗氧化劑后，薄膜各項性能均有所增強。其中，PVAL/茶多酚復(fù)合膜的力學(xué)性能最優(yōu)，加入茶多酚，復(fù)合膜的拉伸強度可達47.85 MPa，斷裂伸長率為375.69%。茶多酚作為一種水溶性抗氧化劑，可與PVAL均勻混合，此外分子中存在大量的自由酚羥基，可大幅提高PVAL 的自由基清除能力。因此，采用茶多酚改性PVAL，不僅可提高復(fù)合膜的強度，增強其耐水性能，更能增強抗氧化能力。此外，添加茶多酚還可增加PVAL 薄膜的抗菌性，為食品保鮮提供了良好思路[44]。

此外，還可采用加入堿性物質(zhì)如NaOH，Mg(OH)2，Ca(OH)2[45]，或 強 堿 弱 酸 鹽 如Na2SO3，K2HPO4，KH2PO4，K2CO3，KHCO3等[46]，解決熱塑加工后PVAL 酸味過大的問題。此類堿性物質(zhì)可明顯減輕PVAL 熔融加工后的酸味，對薄膜的力學(xué)性能和光澤度影響也較小。

3 PVAL 薄膜制備及應(yīng)用

與其它塑料薄膜相比，PVAL 薄膜具有干燥環(huán)境中優(yōu)異的阻隔性能，可調(diào)節(jié)水溶性，無靜電、不吸塵，高透光度，優(yōu)良的力學(xué)性能、耐溶劑性、熱封性及印刷性等特性?，F(xiàn)有塑料薄膜通常只能用油墨印刷，而PVAL 膜具有優(yōu)良的水色和油墨印刷性，可用于水轉(zhuǎn)移印刷。此外，PVAL 薄膜還具有良好的熱封性，適合于電阻熱封及高頻熱封。安全性方面，PVAL 被美國食品藥物管理局(FDA)允許作食品包裝粘合劑和包裝紙的組分。已有研究表明，對小鼠進行急性毒性實驗證明PVAL 包裝薄膜具有良好的生物安全性[47]。

此外，PVAL 具有一定的生物降解性能。國內(nèi)外已有專家從環(huán)境中分離出了可降解PVAL 的單一微生物或共生種群，因此，認(rèn)為PVAL 是一種可生物降解的合成材料[48]。與可降解聚酯的微生物相比，PVAL 降解菌的分布及數(shù)量有限，僅存在于含有PVAL 的紡織和造紙廠排放的廢水中[49]。從土壤里很少能分離出可以降解PVAL 的菌類，因此，PVAL在土壤中的降解能力有限。PVAL 降解性能除與降解菌種類和降解環(huán)境有關(guān)外，還與其聚合度和醇解度密切相關(guān)[50]。聚合度和醇解度增加，導(dǎo)致氫鍵作用增強，不利于酶對PVAL的進攻，進而導(dǎo)致降解率下降。成膜過程中加入的各種加工助劑對降解性能也有影響[51]。

3．1 薄膜制備方法

PVAL 薄膜制備方法有溶液流延法和熔融擠出法。

(1)溶液流延法。

在PVAL 樹脂中加入適量的水、増塑劑和其它助劑等以調(diào)整其加工性能，以輥筒式溶液流延法或環(huán)狀式溶液流延法制成薄膜。將PVAL 溶解制成濃度為10%～20%的溶液作為制膜原液，經(jīng)流延或者涂布在鏡面不銹鋼帶上，一定溫度下干燥后從鋼帶剝離，干燥至規(guī)定水分后收卷成膜。添加相應(yīng)的增塑劑、表面活性劑、消泡劑、脫模劑、著色劑、防粘劑等調(diào)整其加工性能及制品性能。干燥過程中的熱風(fēng)溫度、風(fēng)速、鋼帶移動速度等均可影響PVAL 的平整性。溶液流延法得到的PVAL 薄膜厚度均勻、光澤性好、透明度高，制備過程溫度較低，PVAL 不易分解，是目前生產(chǎn)上采用較多的一種成型方法。但生產(chǎn)過程中溶液加工成型需經(jīng)歷溶解和干燥過程，存在工藝復(fù)雜、成本高、產(chǎn)量低等缺點。此外，生產(chǎn)中溶液濃度較低，生產(chǎn)周期長、效率低、能耗高。生產(chǎn)1 t 薄膜需耗水5～8 t，生產(chǎn)速度也較慢(1～7 m/min)，厚度均勻性差。

(2)熔融擠出法。

將PVAL 樹脂與增塑劑、潤滑劑、抗氧劑等加工助劑混合均勻后，熔融擠出造粒，具有工藝流程短、能耗低、效率高等優(yōu)點[52]。擠出后根據(jù)成膜方式可分為吹塑或熔融流延成膜。一般來說，流延成膜光澤性和厚度均勻性都較優(yōu)。加工過程中還需加入開口劑、爽滑劑、抗靜電劑、吸酸劑等改善熔融加工性能以及薄膜的物理性能[53]。

根據(jù)增塑劑中是否含有水，可分為無水熔融擠出(干法擠出)和含水熔融擠出。干法擠出是指加入增塑劑和加工助劑后，把PVAL 樹脂加熱熔融，經(jīng)T 型機頭擠出后驟冷成膜。由于PVAL 熱穩(wěn)定性較低，熔融流動性較差，加工過程極易降解。所制備的薄膜顏色發(fā)黃，酸味較重，影響制品性能和使用[54]。這種熱老化現(xiàn)象使PVAL 樹脂熱加工和熱處理困難，因此對工藝配方要求都較高。

含水熔融擠出法是指在PVAL 樹脂中加入20%～60%的水、增塑劑以降低樹脂的熔融黏度，增加可塑性，經(jīng)擠出混煉，吹塑或流延、干燥、熱處理等工序成膜。相對于溶液流延法，原料樹脂的濃度增加，生產(chǎn)能力提高[55]，生產(chǎn)速度可達60～80 m/min，薄膜厚度均勻且易調(diào)整。

3．2 PVAL 薄膜的應(yīng)用

與聚乙烯、聚丙烯等常見塑料相比，PVAL 最突出的特性主要包括水溶性、阻隔性、抗油性、防靜電性。根據(jù)所利用的不同PVAL 特性，可將PVAL 包裝膜分為水溶性包裝、阻隔性包裝和防靜電包裝三類。

(1)水溶性包裝。

PVAL 的水溶解性與醇解度、聚合度以及水溫有關(guān)。水溫越高，溶解越快，醇解度、聚合度越高，溶解度越小。一般來說，醇解度對溶解性的影響大于聚合度[56]。醇解度在88%以下時，在20℃的常溫水中幾乎完全溶解。

PVAL 分子內(nèi)和分子間存在很強的氫鍵，阻礙了PVAL在水中的溶解性。因此醇解度越高，PVAL 的水溶性越差。殘余乙酸根可以削弱臨近氫鍵，改善PVAL 的水溶性。不同醇解度PVAL 的水溶性列于表2。醇解度87%～89%的PVAL 水溶性最好，溶解度最大。

表2 PVAL 醇解度與水溶性

PVAL 薄膜按照溶解特性分為：常溫溶薄膜(NT 型，又稱快溶薄膜、冷溶薄膜)，溶解溫度25℃；中溫溶薄膜(IT 型，又稱中溶薄膜、熱熔薄膜)，溶解溫度65℃；高溫溶薄膜(HT型，又稱難溶薄膜、耐溶薄膜)，溶解溫度85℃。

PVAL 水溶性包裝薄膜通常為常溫溶薄膜，具有良好的低溫水速溶性，遇水后薄膜破裂溶解，釋放出被包裝物。使用時，PVAL 包裝膜溶解，釋放出被包裝物品，內(nèi)包物在銷售、使用過程中可全程避免人體與內(nèi)包物接觸，適用于不宜人體接觸產(chǎn)品的內(nèi)包裝材料，改善作業(yè)環(huán)境，同時可實現(xiàn)精確計量。PVAL 水溶性包裝薄膜通常用于以下包裝。

①醫(yī)用包裝。

采用低溫水溶性PVAL 薄膜包裝污染的用品和衣物后可以直接投入洗滌消毒設(shè)備，使污染織物從產(chǎn)生地至消毒、清洗的全過程都處于全密閉狀態(tài)，從搬運、清洗到干燥的過程中不會與外界接觸，無需再進行開包操作處理。包裝膜具有高阻隔性，病菌和病毒不能穿透薄膜，避免交叉感染。使用完畢后完全溶于水中，沒有殘留物，對水質(zhì)和衣物沒有污染。目前，關(guān)于該產(chǎn)品已有相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)正在制定中。此外，PVAL 還可用來制作其它醫(yī)用隔離產(chǎn)品，如醫(yī)用沖廁套袋、水溶隔離墊等。

②農(nóng)藥、化學(xué)試劑包裝。

現(xiàn)階段，市場上的農(nóng)藥、化學(xué)試劑一般采用玻璃瓶包裝，不易計量，包裝破損率高，殘留物不易處理。將PVAL 膜用作農(nóng)藥、化工產(chǎn)品內(nèi)包裝襯袋，可避免手觸摸包裝物，沒有殘留農(nóng)藥在塑料袋中。此外，還可用水溶性PVAL 薄膜把農(nóng)藥做成定量小包裝袋(類似于洗衣凝珠)，使用時直接投放在水中，包裝袋在水中迅速溶解，釋放出農(nóng)藥，避免直接接觸皮膚。此外，還可使用水溶性PVAL 薄膜包裝水泥添加劑，避免使用時工人直接接觸帶來的傷害，保護人體健康，同時避免粉塵飛揚危害環(huán)境，而且計量準(zhǔn)確。

③日化用品包裝。

傳統(tǒng)的洗滌過程中洗滌劑的量難以控制，而且人體直接接觸了洗滌劑，對人體造成了危害。PVAL 膜包裝洗衣粉/洗衣液(又稱洗衣凝珠)可避免人體直接接觸化學(xué)品，并且可以根據(jù)洗衣量的大小選擇定量的洗滌劑，避免浪費[57]。近年來，洗衣凝珠國內(nèi)市場發(fā)展迅速。

此外，還可將PVAL 膜用于酒店一次性肥皂、固體馬桶清潔劑等的包裝。包裝好的肥皂、清潔劑等在自來水沖刷過程中溶解即可露出被包裝物，免去了使用中剝離外包裝的繁瑣過程，還避免了人體直接接觸日化用品。

④農(nóng)用包裝。

將包有種子的PVAL 袋埋在土壤中，土壤中的水分將包裝袋溶解后釋放種子，可防止種子被風(fēng)吹失，還可使農(nóng)作物按設(shè)計的布局生長[58]。也可將農(nóng)藥、營養(yǎng)素等加入包裝袋，包裝袋溶解時釋放，促進農(nóng)作物生長。PVAL 膜溶于水形成膠液滲入土壤中，還可增加土壤的團粘化、透氣性和保水性，特別適合于沙土改造。在土壤中的PVAL 材料可被土壤中的細菌分解，最終可降解為CO2和H2O，不會對土壤帶結(jié)構(gòu)帶來危害。

(2)高阻隔包裝。

PVAL 分子鏈上側(cè)基—H 和—OH 的體積較小，可以規(guī)整地排入晶格而不造成應(yīng)力，因此PVAL 結(jié)晶度很高。PVAL 多羥基、強氫鍵以及高度規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu)，使其具有良好的阻隔性。高醇解度PVAL 由于本身羥基數(shù)目更多，阻隔性更優(yōu)。PVAL 對O2，CO2，He，H2S，H2等具有優(yōu)良的阻隔性，阻隔性能優(yōu)于乙烯–乙烯醇共聚物(EVOH)、聚偏二氯乙烯(PVDC)。常壓環(huán)境下對氧氣的阻隔率約為常用聚乙烯膜的1 000 倍，聚丙烯膜的300 倍。PVAL 的高阻隔性使其可以作為包裝材料的阻隔層，用于食品、藥品、文物、檔案的包裝和保存，以及作為地暖管、輸油管等的高阻隔層，甚至在航天航空關(guān)鍵密封阻隔元件上也有應(yīng)用。

PVAL 薄膜對水分及NH3具有較強的透過性。PVAL膜的透濕性能優(yōu)良，包裝熱、濕物品時不會產(chǎn)生霧滴，不影響內(nèi)包物的美觀性。

中溫溶和高溫溶薄膜具有一定的耐水性，此類薄膜通常用于以下包裝。

①食品包裝。

PVAL 對O2，CO2等具有高阻隔性，可避免內(nèi)裝物品氧化失去應(yīng)有的風(fēng)味或發(fā)生變味、變質(zhì)，延長食品貨架期，減少食品中防腐劑用量；還可避免外部異味進入食品，保持原有的風(fēng)味。目前常用于小雜糧、油料、海鮮干貨、煙草及高油脂食品、果仁或烘炒堅果、肉制品、生鮮、食用醬類以及其它蛋糕產(chǎn)品的包裝。此外，PVAL薄膜優(yōu)良的保香性，可阻止香氣、香味或CO2等包裝物內(nèi)的氣體外逸，不僅能很好地保持包裝物的香味，而且也可防止包裝物受到外界異味的影響，適用于茶葉、咖啡、咖喱粉、辣椒粉、胡椒粉、芥末等香料的包裝。

改性后的PVAL 薄膜還可用于水果、雞蛋、海鮮產(chǎn)品等的抗菌保鮮包裝[59–60]。例如，用酶解提取法提取洋蔥中黃酮類物質(zhì)，將其添加至PVAL 中制備PVAL/洋蔥提取物保鮮膜并用于冷鮮肉保鮮，顯著地保存了冷鮮肉品中的營養(yǎng)成分，延長了冷鮮肉品的貯藏時間，且對感官品質(zhì)沒有影響，達到了保鮮效果[61]。

②醫(yī)藥以及化工品包裝。

由于PVAL 具有良好的阻隔性、耐油性，因此常被用于中藥、西藥、醫(yī)療器械、化工原料等的包裝。為了保證產(chǎn)品的原有味道和性質(zhì)等，常用在牙膏、化妝品、名貴中藥材、醇類、醚類、酮類、酯類等包裝上。

PVAL 薄膜耐油性好，對動物油、植物油、礦物油和油脂類食品都不溶，因此PVAL 薄膜常用作油類或油脂類食品的耐油脂包裝。此外還可用作車用輸油管、油箱等阻隔層。

③防靜電包裝。

常見疏水性塑料薄膜具有很強的帶電性，而PVAL 薄膜幾乎不帶靜電，包裝產(chǎn)品時不會因為靜電而引起靜電附塵。PVAL 不帶靜電的特性使其非常適用于精密儀器、電子器件、軍用器械、電器產(chǎn)品、儀表、零件等的包裝，以及服裝、鞋帽、玩具、皮革、工藝美術(shù)、日用品、醫(yī)藥、文稿、存檔等的封存。

高溫水溶PVAL 薄膜透明度和光澤度高，其透明度、光澤度均優(yōu)于其它薄膜，透過率達到90%以上。將其用于服裝等易產(chǎn)生靜電商品的包裝，包裝物體呈現(xiàn)出更為鮮明的外觀，提高了產(chǎn)品價值。此外，PVAL 能夠阻隔氮氣，避免氮氣使紡織品發(fā)黃，還可吸收紡織品釋放的甲醛。與除氧劑配套使用，有防霉、防蟲蛀、防氧化變色的功效。使用完后可將其放入80℃以上水中溶解掉[62]。因此PVAL 膜是一種理想的紡織物包裝材料。

由于PVAL 薄膜具有獨特的防氧化銹蝕的功能，因此常用于無線電元器件及整機、精密機械、軍械、雷達、彈藥的封存。采用PVAL 薄膜作為包裝材料還可防止光學(xué)儀器、鏡片及零配件發(fā)霉和起霧。

4 結(jié)論

水溶性PVAL 薄膜具有獨特的使用性能和環(huán)保特性，屬于高科技含量、高附加值的產(chǎn)品，市場前景十分廣闊，受到國內(nèi)外工業(yè)界和科研界的廣泛關(guān)注?？偨Y(jié)了PVAL 薄膜近年來的熱塑加工研究進展和制備方法，并對PVAL 薄膜重要的應(yīng)用領(lǐng)域做了介紹。我國是PVAL 的生產(chǎn)大國，非常有利于水溶性PVAL 材料的市場開發(fā)，同時也可更好地解決我國PVAL 行業(yè)面臨的產(chǎn)能過剩問題。因此，從市場和技術(shù)層面，以PVAL 為基材的綠色環(huán)保高阻隔包裝薄膜符合當(dāng)今塑料包裝行業(yè)的發(fā)展趨勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場需求。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展以及人民生活水平的提高，PVAL薄膜必將迎來更大的發(fā)展。