专利名称：水溶性薄膜及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水溶性薄膜及其制作方法，尤其是涉及一种用于制作马 桶坐垫的水溶性薄膜及其制作方法。
背景技术：
坐式抽水马桶是家庭、宾馆、饭店等普遍使用的卫生设备，由于马桶使 用时，人体皮肤与马桶的座板直接接触，不仅感觉不舒适而且容易感染疾 病，危害人们的健康。为了舒适和卫生需要，马桶上会放置坐垫；家庭使用 普通的棉、毛、麻等马桶坐垫，经常进行消毒即可；而在宾馆和饭店等公共 场所，由于使用人员众多且复杂，为了解决上述问题，通常的做法是使用一 次性坐垫，现有的一次性坐垫为节约成本， 一般是采用经济的材料，如塑料 薄膜。一次性坐垫所采用的塑料薄膜通常为普通塑料薄膜，不能降解，不利于 环境保护，且，白色垃圾的回收和处理成本高。也有部分采用可降解塑料薄 膜，这类可降解塑料薄膜通常以聚乙烯醇为主要原料，聚乙烯醇(PVA)是一种 含有大量羟基(-OH)的聚合物。由于其侧基-OH的体积较小，可进入结晶点中 而不造成应力，故有高度结晶性，使聚乙烯醇(PVA)透气性很小；同时，聚乙 烯醇(PVA)分子链上带有大量的-OH，极性很强，-OH上的氢与电负性很强的 氧原子相连，使氢氧键高度极化，l个-OH上带有部分正电荷的氢，可与另l 个-OH上带有部分负电荷的氧相互吸引，形成大量分子内与分子间的氢键。 聚乙烯醇(PVA)的结构决定了 PVA具有水溶性，然而，其溶解性并不是很优 良，有的聚乙烯醇(PVA)品种还需要在搅拌下用热水溶解数小时，由聚乙烯醇 (PVA)直接制备的薄膜材料的水溶性必然不佳，使得用其所制作马桶坐垫在水 中不能完全溶解或者溶解所需时间长，温度高
发明内容
本发明的目的在于提供一种水溶性薄膜及其制作方法，该水溶性薄膜可 在常温下完全水溶，溶解后无色、无毒且具有杀菌效果，而该方法方便快 捷。根据本发明的目的可通过以下技术方案实现水溶性薄膜组成成份包 括.-聚乙烯醇、聚丙烯酸、乙烷、聚乙二醇、氢氧化钠、助剂及水。 其制作方法包括以下步骤步骤l，混合，将原料按比例混合后搅拌均匀； 步骤2，发酵，将混合物进行发酵；步骤3，蒸发，将发酵后的混合物蒸发，去除多余的水分，制成胶料； 步骤4，冷切，对胶料进行冷切； 步骤5，成型，吹塑成膜。本发明的水溶性薄膜可于常温下完全水溶，溶解后无色、无毒，且，具 有杀菌效果，另外，其制作工艺简单；采用本发明的水溶性薄膜制作的一次 性坐垫从根本上克服了普通塑料薄膜在使用、抛弃后，常年不能降解，从而 造成白色污染的问题；其次，具有杀菌效果，使用安全方便；再次，可有效 节约成本，使用后，丢弃于抽水马桶中，可完全溶解，溶于水后无色、无 毒，随污物排入下水道，无白色污染残留，有效的节约了白色污染的回收和 处理成本；最后，本发明的水溶性薄膜制作方法简单，适用于批量生产，进 一步节约了坐垫的制作成本。
具体实施方式
本发明还将结合实施例做进一步详述-本发明的水溶性薄膜是组成成份包括聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸 (PAA)、乙垸、聚乙二醇(PEG)、氢氧化钠(NaOH)、助剂及水，其中，水 的含量为45%~55%，聚乙烯醇的含量为25%~35%，其余原料的含量为 10%~30%。聚乙烯醇(PVA)具有水溶性，同时聚乙烯醇(PVA)是一种很好的胶 黏剂和制膜材料，具有较好的成膜性和黏结力，因而作为主要的成膜物质使 用，但其溶解性并不优良，由聚乙烯醇(PVA)直接制备的薄膜的水溶性必
然不佳，需要对其进行改性，现有的聚乙烯醇(PVA)水溶性改性方法有 共聚改性、后反应改性及共混改性；共混改性是指将两种或两种以上均聚物 或共聚物混合形成聚合物共混物，经共混后，它们之间的高分子链通过次价 力作用(如库仑力、氢键作用、范德华力和电子转移作用等)形成分子聚集 体，使官能团的分布与结构发生变化，通过这种共混方法可制备出性能优于 组分聚合物的复合体系。本发明以经氢氧化钠(NaOH)部分中和的聚丙烯酸 (PAA)作为聚乙烯醇(PVA)的共聚物，采用共混改性原理处理聚乙烯醇 (PVA)，使之在水中能够迅速完全的降解。本发明所采用的聚乙烯醇(PVA)的聚合度为340~460，醇解度为80% 92%，优选85%~87%;聚乙烯醇(PVA)主要由聚醋酸乙烯醇解得到的， 醇解度越高，则表示聚醋酸乙烯醇还原为聚乙烯醇的程度越高。聚丙烯酸(PAA)也是一种水溶性聚合物，其分子链上的-COOH以及用 氢氧化钠溶液(NaOH)中和后得到的-COONa的亲水性强于-OH，同时-COOH与-COONa体积都大于-OH，整体比较而言，聚丙烯酸(PAA)的水 溶性优于聚乙烯醇(PVA)，然而，聚丙烯酸(PAA)的成膜性和黏结力都不 如PVA，所以一般不单独用聚丙烯酸(PAA)来制备薄膜；在本发明中，将 其作为聚乙烯醇(PVA)的共聚物与聚乙烯醇(PVA) —同形成聚合物共混 物，通过这种共混改性处理聚乙烯醇(PVA)，使之在水中能够迅速完全的降 解。聚乙二醇(PEG)可以起到聚乙烯醇的增塑剂的作用。可以帮助聚乙烯 醇降低塑化温度，聚乙烯醇由于具有多羟基(-OH)特征，塑化温度接近其分解 温度，所以加工难度高，加入这种增塑剂可以改善其加工性能，降低塑化温 度，防止聚乙烯醇(PVA)在加工过程中分解；同时，还可添加其他增塑 剂，如山梨醇，甘油等；聚乙二醇(PEG)在原料中的所占比例为5%左右。氢氧化钠溶液(NaOH)用于调节聚丙烯酸(PAA)的中和度。在聚乙烯醇(PVA)中加入聚丙烯酸(PAA)、聚乙二醇(PEG)及用于 中和聚丙烯酸(PAA)的氢氧化钠(NaOH)，形成聚合物共混物。共混聚合物的力学性能和聚集态结构往往会随组分含量变化而不同。在 共混聚合物中，当加入聚丙烯酸(PAA)量较少时，它可部分破坏聚乙烯醇 (PVA)的结晶性，同时引入亲水性更强的-COOH和-COONa,使共混胶膜的 水溶性增加，拉伸强度降低；随着聚丙烯酸(PAA)含量增加，对于聚乙烯 醇(PVA)， 一方面结晶度继续降低，另一方面其分子中的-OH与聚丙烯酸 (PAA)分子中的-COOH可形成氢键或酯键作用，这两种作用的结果都使胶 膜的亲水性下降，从而引起水溶性降低。而结晶度降低与形成氢键或酯键对 力学性能的影响却是相反的，前者使拉伸强度降低，后者使拉伸强度在一定 程度上升高。在m(PVA): m(PAA)=8: l左右，两者的相互作用恰好使胶膜的 拉伸强度存在一个最大值，而此时溶解胶膜所需时间也是最短的。当聚丙烯 酸(PAA)与聚乙烯醇(PVA)的相互作用达到饱和时，PAA加入量继续增 大，只会使水溶性增加和拉伸性能下降。因而，在本发明中聚乙烯醇 (PVA)与聚丙烯酸(PAA)的加料重量比为7: 1~9: 1，优选8: 1;加料重 量比为8: l时，聚丙烯酸(PAA)在原料中所占比例约为4%。另外，聚乙烯醇(PVA)与聚丙烯酸(PAA)共混物性能与聚丙烯酸 (PAA)的中和度有很大关系。聚丙烯酸(PAA)与聚乙烯醇(PVA)共混 后，会出现以下两种情况的相互作用 一是生成分子间的氢键；二是发生分 子间的酯化反应，根据聚丙烯酸(PAA)的中和度所需的剂量滴加氢氧化钠 溶液(NaOH);实验发现，当加入的聚丙烯酸(PAA)中和度很低时，聚丙 烯酸(PAA)的-COOH与聚乙烯醇(PVA)的-OH相互作用以酯化反应为 主。酯键的形成使共混胶膜水溶性降低，但拉伸强度由于一定的交联得以提 高。而当聚丙烯酸(PAA)中和度很高甚至完全中和时，聚丙烯酸(PAA) 与聚乙烯醇(PVA)之间以形成氢键和离子-偶极作用为主，这两种作用都属 于次价力作用，所以形成的胶膜水溶性与前者相比有所提高，但拉伸强度降 低。因而，在本发明中聚丙烯酸(PAA)中和度为20%~40°/。，优选30%，经 计量，中和度为30%时所需滴加的氢氧化钠溶液(NaOH)在原料中所占比例 约为3%。综上所述，用经NaOH溶液部分中和的聚丙烯酸(PAA)与聚乙烯醇 (PVA)共混，可在一定程度上提高聚乙烯醇(PVA)薄膜的水溶性。改性剂 的加入破坏了聚乙烯醇(PVA)分子链的规整排列，从而抑制了聚乙烯醇 (PVA)的结晶，促进了其水溶性的提高。乙烷加入原料中可用于杀菌、消毒，其在原料中所占比例约为2%;乙二 醇也具有一定杀菌作用。
另外，本发明的组合物中还可加入本领域常用的其它助剂，这些助剂可 以改善薄膜性能，其用量与种类已为本领域的技术人员所公知，例如，助剂的用量为1% 7%，优选2%~6%; PH调节剂用于溶液的PH值，本发明需要 在碱性环境中进行，调节溶液的PH值以利于调节和分解聚乙烯醇；崩解剂 用于调节原料的深度，采用着色剂以防止溶液的颜色漂移；增粘剂可为羧甲 基纤维素钠；填充剂可以为纤维、超细钙，对塑料制品起到补强作用，并可降 低成本；另外，根据需要还可添加防腐剂、润滑剂。 该水溶性薄膜的制作方法包括以下步骤步骤l:混合；将聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、乙烷、聚乙二醇 (PEG)、氢氧化钠(NaOH)、助剂与水按比例混合后搅拌均匀，水与上述其 余原料的加料重量比是2:1 5:1，优选3: 1，因而可使聚乙烯醇(PVA)充分 溶胀，溶胀后，水分子打开聚乙烯醇(PVA)的分子链，使原本交织在一起 的聚乙烯醇(PVA)分子链充分舒展，使其他小分子类化合物，如增塑剂、 其他助剂等，更容易进入到聚乙烯醇中，共同起到增塑剂的作用，从而使得 聚乙烯醇的熔融温度大大降低，由于含水的聚乙烯醇为被水充分溶胀的聚乙 烯醇，其熔融温度低于分解温度，从而能够挤出造粒，得到的粒料也能够吹 塑成型。步骤2:发酵；将上述混合物进行发酵；为了使聚乙烯醇(PVA)与水充 分溶胀，并使原料充分混合，需要使原料与水接触的时间足够长；发酵时间 为不短于48小时。步骤3:蒸发；将发酵后的混合物蒸发，去除多余的水分，制成胶料；蒸发在不锈钢蒸炉中进行，温度为110'C 13(TC。步骤4:冷切；在输送带上对胶料进行冷切，输送带10米宽；冷切温度为25°C~30°C;所采用的冷切粒机为双螺杆挤出机或单螺机挤出机的配套设备。步骤5:成型；采用吹塑成膜，所述吹塑成膜的设备和工艺已为本领域的 技术人员所公知；可用滚筒将薄膜巻曲包装；此后，可根据规格制成所需规 格的坐垫。将本发明的水溶性薄膜在水中搅拌溶解，试验结果为水温为T=25°C 时，溶解时间为t-13 15min;水温为T-45'C时，溶解时间为t-7 9min;水温为 T:6(TC时，溶解时间为t-5 7min。200710077277.4说明书第6/6页综上所述，本发明通过共混方法添加共聚物对水溶性薄膜的主要原料聚 乙烯醇进行改性，使得用改性后的原料所制作的水溶性薄膜可于常温下完全水溶，溶解后无色、无毒；且，混合物中添加有乙烷，具有杀菌，消毒的效 果；另外，该水溶性薄膜的制作工艺简单。因而，采用本发明的水溶性薄膜 制作的一次性坐垫从根本上克服了普通塑料薄膜在使用、抛弃后，常年不能 降解，从而造成白色污染的问题；其次，具有杀菌效果，因而使用安全方 便；再次，可有效节约成本，使用后，丢弃于抽水马桶中，可完全溶解，溶 于水后无色、无毒，随污物排入下水道，无白色污染残留，有效的节约了白 色污染的回收和处理成本；最后，本发明的水溶性薄膜制作方法简单，适用 于批量生产，进一步节约了坐垫的制作成本。本发明的水溶性薄膜同样还可 用于其它相关领域。以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方 案和技术构思作出其他各种相应的改变，而所有这些改变都应属于本发明后 附的权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种水溶性薄膜，其特征在于，组成成份包括聚乙烯醇、聚丙烯酸、乙烷、聚乙二醇、氢氧化钠、助剂及水。
2、 根据权利要求l所述的水溶性薄膜，其特征在于，水的含量为 45% 55%，聚乙烯醇的含量为25%~35%，其余原料的含量为10% 30%。
3、 根据权利要求l所述的水溶性薄膜，其特征在于，聚乙烯醇的聚合度 为340 460，醇解度为80%~90%、优选85% 87%。
4、 根据权利要求l所述的水溶性薄膜，其特征在于，助剂可为增塑剂、 防腐剂、增粘剂、着色剂、润滑剂、填充剂、PH调节剂及崩解剂，助剂的含 量为1%~7%，优选2% 6%。
5、 根据权利要求l所述的水溶性薄膜，其特征在于，聚乙烯醇与聚丙烯 酸的加料重量比为7: 1~9: 1，优选8: 1。
6、 根据权利要求l所述的水溶性薄膜，其特征在于，采用氢氧化钠中和 聚丙烯酸，聚丙烯酸的中和度为20°/。~40%，优选30%。
7、 一种用于制作如权利要求l所述的水溶性薄膜的制作方法，其特征在 于，包括以下步骤步骤l，混合，将原料按比例混合后搅拌均匀； 步骤2，发酵，将所得混合物进行发酵；步骤3，蒸发，将发酵后的混合物蒸发，去除多余的水分，制成胶料； 步骤4，冷切，对胶料进行冷切； 步骤5，成型，吹塑成膜。
8、 根据权利要求7所述的水溶性薄膜的制作方法，其特征在于，步骤l中 水与其余原料的加料重量比是2:1 5:1，优选3: 1。
9、 根据权利要求7所述的水溶性薄膜的制作方法，其特征在于，步骤2的 发酵时间不短于48小时。
10、 根据权利要求7所述的水溶性薄膜的制作方法，其特征在于，蒸发在 不锈钢蒸炉中进行，温度为11(TC 13(TC;冷切的温度为25。C 3(TC。
全文摘要
本发明提供一种水溶性薄膜及其制作方法，水溶性薄膜组成成分包括聚乙烯醇、聚丙烯酸、乙烷、聚乙二醇、氢氧化钠、助剂及水。其制作方法如下将原料按比例混合后搅拌均匀；将所得混合物进行发酵；将发酵后的混合物蒸发，去除多余的水分，制成胶料；对胶料进行冷切；吹塑成膜。本发明的水溶性薄膜可于常温下完全水溶，溶解后无色、无毒，且，具有杀菌效果，另外，其制作工艺简单；采用该水溶性薄膜来制作的一次性马桶坐垫安全、方便且可有效节约使用和处理成本。
文档编号C08J5/18GK101157765SQ20071007727
公开日2008年4月9日 申请日期2007年9月26日 优先权日2007年9月26日
发明者王钜洪 申请人:东莞市石排中信塑料厂