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PVA 与 淀粉成膜性能的研究

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-12-11
导读:目前PVA薄膜的制备工艺主要有熔融法和溶液流延法。熔融法前期需要挤出造粒,后期需要熔融加工,并且整个生产过程中需要多次加热,这会导致熔融法工艺过程不仅复杂,而且能源损耗较大;由于PVA熔点较高且接近分解温度,所以熔融加工窗口温度范围较窄,技术难度

目前PVA薄膜的制备工艺主要有熔融法和溶液流延法。熔融法前期需要挤出造粒,后期需要熔融加工,并且整个生产过程中需要多次加热,这会导致熔融法工艺过程不仅复杂,而且能源损耗较大;由于PVA熔点较高且接近分解温度,所以熔融加工窗口温度范围较窄,技术难度很大,熔融加工困难。而溶液流延法制备PVA薄膜主要是在钢带上通过刮刀计量流延涂布,最后适当条件烘干成膜。其优势是产品精密度高、透明性好、均匀性好。但是也有一些问题,比如生产过程中钢带易变形,钢带接口处导致薄膜厚度变化,钢带导热造成能耗增大。另外干燥过程较长、干燥速度较慢导致生产效率不甚理想。由于溶液流延法工艺简单和品质优越,因此现在工业生产主要采用溶液流延法。研究溶液流延法生产时的干燥过程并提高生产效率具有重要的意义。

在本实验中,我们采用溶液流延法制备PVA/淀粉水溶性薄膜。针对烘干过程产生的能耗,本实验采用PET膜代替传统的钢带。与钢带相比,它具有重量轻、成本低、环保不生锈、耐高温、耐潮湿、运输安全等优点。针对干燥过程,来研究不同温度下PVA/淀粉湿膜的干燥过程和对产品品质的影响,以期提高PVA/淀粉水溶性膜的品质和生产效率。

1 聚乙烯醇(PVA)/淀粉水溶膜的制备

配制PVA/淀粉前驱体胶液:配制浓度为20%的PVA/淀粉悬浊液(PVA:淀粉=4:1),加入甘油、1,2-丙二醇、十二烷基硫酸钠和消泡剂充分搅拌2h,并80℃恒温水浴1h,即得到前驱体溶液。

取适量前驱体溶液,用自动涂膜机在涂有脱模剂的PET薄膜上用80μm刮刀涂膜得到湿膜,然后放置在电热恒温鼓风干燥箱中,按照预定程序恒温干燥后揭膜即得到PVA/淀粉水溶性薄膜,备用。

2 前驱体溶液的黏度

PVA/淀粉水溶液在降温时黏度与温度关系,如图2a所示。在65~47℃范围内降温时黏度变化不大,但在47℃附近胶液黏度突然增大,这是由于已经糊化的淀粉分子在有限的区域内发生线性分子缔合,形成规律排列的结晶状态,即淀粉老化。

图1 是PVA/淀粉水溶液在50℃恒温时黏度随时间的变化曲线。恒温保温时胶液的黏度近似于线性降低,这是由于PVA和淀粉的水解导致分子量降低,从而导致动力学黏度的降低。

图1 PVA/淀粉水溶液的粘度曲线

 

 

3 干燥过程

图2 对数坐标下的不同温度下的PVA/淀粉水溶性薄膜的干燥曲线

 

 

时间轴采用对数坐标式可以更明显的看出各个阶段的变化,如图2所示,第一阶段的干燥曲线近似线性变化。第二阶段失水速率显著降低,但是曲线变化趋势一致。

4 力学性能测试

拉伸试验可以研究不同干燥条件下样品的力学性能,不同干燥条件下得到的样品的抗拉强度和伸长率如表1 所示。

 

由上表可以看出,40℃涂膜干燥时,伸长率较高,这是由于淀粉与PVA分相导致基体中PVA含量较高所导致。

5 结构与形貌

图3 不同干燥温度的PVA/淀粉水溶性薄膜的SEM结果

 

 

40干燥时, PVA/淀粉水溶性薄膜表面是连续无孔状态,出现纹理性褶皱现象。这是由于温度较低,水分从膜表面挥发速度和水分在膜体相内扩散速度不匹配,膜体相内含水较多,膜完全干燥后体相收缩导致。

50℃干燥时,膜表面连续,颗粒较少,膜整体连续无气孔,无明显褶皱。

60℃干燥时,SEM图片显示气孔稍多。这是由于水分挥发速度大于水分在体相内扩散的速度而导致结皮。

6 结论

本实验采用溶液流延法制备PVA/淀粉水溶性薄膜,利用PET膜代替钢带实现柔性转移。通过不同温度下的PVA/淀粉水溶性薄膜干燥曲线研究PVA/淀粉水溶性薄膜的三个干燥阶段性过程和对应的机理并实现低温制备。50℃干燥时能避免淀粉的老化回生和PVA与淀粉过度分相,因此能显著提高PVA/淀粉水溶性薄膜的机械性能和其他品质,并且在较低的温度下实现节能生产。XRD和SEM结果显示,在50℃干燥处理时微观上薄膜表面连续,颗粒物较少,颗粒形态圆滑无棱角无明显边界,PVA与淀粉相容性良好;宏观上,薄膜整体连续无气孔,无明显褶皱,为工业施胶提供借鉴意义。

 

作者:唐婷婷 夏新兴 吴立群

 

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