PVA 與 淀粉成膜性能的研究

目前PVA薄膜的制備工藝主要有熔融法和溶液流延法。熔融法前期需要擠出造粒，后期需要熔融加工，并且整個生產過程中需要多次加熱，這會導致熔融法工藝過程不僅復雜，而且能源損耗較大；由于PVA熔點較高且接近分解溫度，所以熔融加工窗口溫度范圍較窄，技術難度很大，熔融加工困難。而溶液流延法制備PVA薄膜主要是在鋼帶上通過刮刀計量流延涂布，最后適當條件烘干成膜。其優勢是產品精密度高、透明性好、均勻性好。但是也有一些問題，比如生產過程中鋼帶易變形，鋼帶接口處導致薄膜厚度變化，鋼帶導熱造成能耗增大。另外干燥過程較長、干燥速度較慢導致生產效率不甚理想。由于溶液流延法工藝簡單和品質優越，因此現在工業生產主要采用溶液流延法。研究溶液流延法生產時的干燥過程并提高生產效率具有重要的意義。

在本實驗中，我們采用溶液流延法制備PVA/淀粉水溶性薄膜。針對烘干過程產生的能耗，本實驗采用PET膜代替傳統的鋼帶。與鋼帶相比，它具有重量輕、成本低、環保不生銹、耐高溫、耐潮濕、運輸安全等優點。針對干燥過程，來研究不同溫度下PVA/淀粉濕膜的干燥過程和對產品品質的影響，以期提高PVA/淀粉水溶性膜的品質和生產效率。

1 聚乙烯醇（PVA）/淀粉水溶膜的制備

配制PVA/淀粉前驅體膠液：配制濃度為20%的PVA/淀粉懸濁液（PVA:淀粉=4:1），加入甘油、1,2-丙二醇、十二烷基硫酸鈉和消泡劑充分攪拌2h，并80℃恒溫水浴1h，即得到前驅體溶液。

取適量前驅體溶液，用自動涂膜機在涂有脫模劑的PET薄膜上用80μm刮刀涂膜得到濕膜，然后放置在電熱恒溫鼓風干燥箱中，按照預定程序恒溫干燥后揭膜即得到PVA/淀粉水溶性薄膜，備用。

2 前驅體溶液的黏度

PVA/淀粉水溶液在降溫時黏度與溫度關系，如圖2a所示。在65~47℃范圍內降溫時黏度變化不大，但在47℃附近膠液黏度突然增大，這是由于已經糊化的淀粉分子在有限的區域內發生線性分子締合，形成規律排列的結晶狀態，即淀粉老化。

圖1 是PVA/淀粉水溶液在50℃恒溫時黏度隨時間的變化曲線。恒溫保溫時膠液的黏度近似于線性降低，這是由于PVA和淀粉的水解導致分子量降低，從而導致動力學黏度的降低。

圖1 PVA/淀粉水溶液的粘度曲線

3 干燥過程

圖2 對數坐標下的不同溫度下的PVA/淀粉水溶性薄膜的干燥曲線

時間軸采用對數坐標式可以更明顯的看出各個階段的變化，如圖2所示，第一階段的干燥曲線近似線性變化。第二階段失水速率顯著降低，但是曲線變化趨勢一致。

4 力學性能測試

拉伸試驗可以研究不同干燥條件下樣品的力學性能，不同干燥條件下得到的樣品的抗拉強度和伸長率如表1 所示。

由上表可以看出，40℃涂膜干燥時，伸長率較高，這是由于淀粉與PVA分相導致基體中PVA含量較高所導致。

5 結構與形貌

圖3 不同干燥溫度的PVA/淀粉水溶性薄膜的SEM結果

40℃干燥時， PVA/淀粉水溶性薄膜表面是連續無孔狀態，出現紋理性褶皺現象。這是由于溫度較低，水分從膜表面揮發速度和水分在膜體相內擴散速度不匹配，膜體相內含水較多，膜完全干燥后體相收縮導致。

50℃干燥時，膜表面連續，顆粒較少，膜整體連續無氣孔，無明顯褶皺。

60℃干燥時，SEM圖片顯示氣孔稍多。這是由于水分揮發速度大于水分在體相內擴散的速度而導致結皮。

6 結論

本實驗采用溶液流延法制備PVA/淀粉水溶性薄膜，利用PET膜代替鋼帶實現柔性轉移。通過不同溫度下的PVA/淀粉水溶性薄膜干燥曲線研究PVA/淀粉水溶性薄膜的三個干燥階段性過程和對應的機理并實現低溫制備。50℃干燥時能避免淀粉的老化回生和PVA與淀粉過度分相，因此能顯著提高PVA/淀粉水溶性薄膜的機械性能和其他品質，并且在較低的溫度下實現節能生產。XRD和SEM結果顯示，在50℃干燥處理時微觀上薄膜表面連續，顆粒物較少，顆粒形態圓滑無棱角無明顯邊界，PVA與淀粉相容性良好；宏觀上，薄膜整體連續無氣孔，無明顯褶皺，為工業施膠提供借鑒意義。

作者：唐婷婷 夏新興 吳立群