食品软包装用透明高阻隔涂料：PVA涂料研究进展.docx

《食品软包装用透明高阻隔涂料：PVA涂料研究进展.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《食品软包装用透明高阻隔涂料：PVA涂料研究进展.docx（7页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、近年来，随着消费者对环境问题（易回收、环保、节约包装）、成本问题（包装费用不得超过整个食品总费用的10%）以及包装物可视化需求的增高，研究者们加大了透明、环保新材料的研发投入。水性PVA涂料作为一种新型环保阻隔涂料，具有成膜性好、透明、氧气阻隔性能优异等特性，且完全适应聚偏二氯乙烯（PVDC）涂布膜的涂布设备。它的应用可减轻市场整体淘汰涂布设备的压力且性价比高，使其在该高阻隔涂布膜领域的应用探索活跃起来。但PVA也存在很多技术难关需要攻克，如PVA分子链上存在大量亲水性的羟基（-0H）基团，它们遇水容易溶胀导致PVA耐水性差，使得涂层在高湿环境下氧气阻隔性能显著下降以及无水蒸气阻隔性能等，所以

2、纯PVA涂料很难满足高阻隔涂料的使用要求。针对以上缺陷，目前主要有两种解决手段：一种是使用化学交联法制备改性PVA涂料，PVA能进行多元醇的酯化、酸化、缩醛化等化学反应；另一种是制PVA-纳米复合涂料。为此，本文对PVA阻隔性能的影响因素、改性PVA涂料的制备技术及应用研究进行综述，以期为改性PVA涂料在高阻隔食品软包装领域的工业化生产奠定一定的理论基础。摘要：聚乙烯醇（PVA）因其良好的透明性和成膜性以及优异的氧气和有机溶剂阻隔性，可用作透明、易回收、环境友好型食品高阻隔软包装材料。但PVA涂层对湿度敏感性差及不具有水蒸气阻隔性能限制了PVA的发展。针对这一问题，目前主要有两种解决方法：一种

3、是PVA化学交联，即PVA能进行多元醇的酯化、酸化、缩醛化等化学反应；另一种是制备PVA-纳米复合涂料，即PVA与纳米层状材料如蒙脱土以及氧化石墨烯等复合。分别从PVA的阻隔性及其影响因素、化学交联PVA涂料以及PVA-纳米复合涂料的最新研究进展进行了综述，分析了改性PVA涂料面临的问题，展望其未来研究方向。结论PVA因其透明性好、对氧气和有机溶剂的优异阻隔性以及成膜性较佳，已成为替代PVDC的最佳选择之一。但PVA涂层湿度敏感性差且不具有水蒸气阻隔性能，从而制约了其发展。化学交联方法可明显改善PVA的耐水性和涂层在高湿度条件下的OTR,其涂布液制备简便，涂布适应性强，涂层透明，是目前工业生产

4、使用最多的一种方法。但化学交联PVA无法改善水蒸气阻隔性，对于氧气和水蒸气阻隔有高要求的食品（如咖啡及高糖高油脂小吃类食品等）不能单独使用，PVA需与水气阻隔性好的薄膜（如Bc）PP和CPP膜复合制备成三明治结构）方可满足材料性能要求。PVA-纳米复合涂料是另一种改善方法，其中层状硅酸盐以及GO的研究已有较大进展，目前主要采用共混法制备复合涂料。通过LBL、喷涂或浸涂方式制备涂层，不仅能改善高湿度环境下的氧气阻隔性，还具有一定的水蒸气阻隔性。虽然这些纳米涂层被报道为透明的，但是纳米层状材料有光吸收和散射等效应，会影响涂层的透光度，且随着纳米片含量的增加，其透光率逐渐降低。要拓宽和实现改性PVA

5、涂料的涂布应用还存在以下问题：（1）对于化学交联改性PVA,研究大多停留在PVA改性涂料及其薄膜的性能上，对改性PVA涂料在聚烯烧膜上的应用适应性的研究还不够深入，尤其是附着牢度研究不够深入;（2）对于PVA-纳米层状材料复合涂料，纳米层状材料在高负载下的分散性、在聚合物基质中的定向排列以及透明外观是其主要技术难题。此外，繁杂的涂布工序也是导致大多数研究停留在实验室阶段，无法大规模生产的主要原因。针对以上问题，只有综合考虑工业化生产，加强对纳米材料及其与水溶性高分子有机物之间相互作用的机理研究，结合化学交联改性以及有机/无机杂化技术的纵深研究，才能实现多功能PVA涂布液在高阻隔软包装领域的拓展

6、应用。图文导读溶解度提高 柔韧性提高 湿度敏感性增加 耐溶剂性降低黏度增加 抗拉强度提升 耐水性提高 耐溶剂性提高 附着强度提高溶解度提高柔韧性提高湿度敏感性增加对疏水表面的附着力增加耐水性提高抗拉强度提升耐布机溶剂性提升 对亲水表面的附着力增加图1相对分子质量和醇解度对PVA物化性能的影响Fig.1EffectsofrelativemolecularmassandalcoholysisdegreeonphysicalpropertiesOfPVAUR图2两种PVA涂布方式压涂方式(a )及吻涂方式(b ) 及市场上常用的PVA涂布膜的包装结构(C)Fig. 2 Two coating met

7、hods of PVA in the market gravure coating (a) and reverse gravure coating (b) and commonly used PVA coated film packaging structure (c)Semi-crystalline PVA图3乙二罐(a)、戊二醍(b)以及二座交联剂与PVA的潜在反应(c)n;PVA涂层中级犍及化学交联(d)Fig.3Potentialreactionofglyoxal(a),glutaraldehyde(b)anddaldebyde(c)crosslinkerswithPVAltHydro

8、genbondingandcrosslinkingofPVAbasedcoating(d)l：91CompactstructureinamophousregionsofPVA图4PVA非晶区致密结构的形成“习Fig.4FonnationofcompactstructureintheamorphousregionOfPvAp习表1不同PVA化学交联杂化涂层的阻隔性能Table1BarrierpropertiesofdifferentPVAchemicallycross-linkedhybndcoatings材料技术基材/涂层厚度/晔OTRmL(m2d)23.RH=O23X.RH=90%参考文献B

9、A交联PVA杂化膜溶液浇怖,热风干燥无荔材/600.15-3.7610PVAZGA涂布膜浸涂.热风干燥PET/0.5914.812BoPP2.5745.0PLA/05974LDPE/0.6040.8MF交联PVA涂布膜线棒刮涂.热风干燥PET/10.08-0.160.96-3.0030MF交联PVA涂布腆线棒刮涂,热风干燥PLA/1054-0.960.98-1.7430注：“一”文献未给出相关数值；LDPE为低密度聚乙情ffl 5瓜状硅酸盐在聚合物相互作用产生的不同类型更合材料示意图(a )w;曲折路径模5!示意图(b ) MFig. 5 Scheme of different t)pes o

10、f composite ansmg from the interaction of layered silicates and polymers Tortuous pathway in nanocomposite (b)表2用于制备聚合物.纳米复合涂料的矿物黏土材料Table 2 Clay minerals used for polymer nanocomposites7矿物黏土439晶型层间种类分子式源头结构电荷2 ： 1 类型 Mx(ALrMgX)MMTAl2Si4Oi0(OH)2H2O天然八面体阴性锂蒙脱石Mx(Mg3-xL1x)Si4Ol0(OH)2nH2O天然八面体阴性蒙皂石 MxM

11、g3(Si4-XAlx)Oio(OH)2wH2O天然四面体阴性氟锂蒙脱石 MXMg3-xLx)Si41oF2wH2合成八面体阴性合成钠基蒙MXMg3Lx)SuO10(OH)2wH2O合成八面体阴性 脱土氟云母NaMg2,5si4010F2合成八面体阴性1 ： 1类型Al2Si2O5(OH)4ViH2O高岭土Al2Si2O5(OH)4天然一中性层状碎:酸Al2Si2O5(OH)4H2O天然一中性注：M为可交换的一价离f； “一”为未确定晶型结构,注：A-F分冽代大交联的PV4MMT纳米除料中MMT版金分数为20%.W.50%.8%W70%的迎合除阻的TEM图.注中,C中红蛭标记瓜间跟离的庚度分析

12、.图6一次性共组装示意图()1,21;PVA-MMT纳米涂层的TEM照片(b)UZPVA-MMT复合涂料的浸波工艺示意图(C)(MlFig. 6 Schematicofone-stepcoassembly(a),u,;TEMimageofPVA-MMTnanocoating(b)n,.SchematicdiagramofdipcoatingprocessofPVA-MMTDanocoating(c)”表3过去10年用于食品包装的PVA-纳米辞酸盐复合涂层Table3PVAsilicatenanocompositecoatingsintendedforfoodpackagingoverthela

13、stdecade材料PVA质后分数/%成嗔技术纳米材料质量分数/%基材涂瓜厚度nmOTRmL/(m2d).23WVTRg(m2,23C机械性能透明度/%叁考文献PVA/MMT/GA1.5浸涂/干燥50PLA620230.2(RH=O)13.1(RH=50%)拉伸强度8014PET625全2001(RH=O)2.6(RH=50%)提升；杨氏模虽提升；BOPP615250.2(RH=O)06(RH=50%)应力降低HDPE680260.2(RH=O)0.5(RH=50%)LDPE625220.1(RH=O)1.3(RH=5O%)PVA/MMT0.75喷爆技术60PET12000.005(RH=O)

14、9311PVAzMMT10掘涂1PET6000B9(RH=55%)86.72920PET6000.004(RH=55%)26.5PvA/合成鼠钾蒙脱石0.25喷涂50PET4200.11(RH=90%)018(RH=90%)一33PvA/MMT2.0溶液浇铸50PET4000007(RH=O)拉伸强度583925PET4000.07(RH=O)提升；杨氏模量提升71PvAyLAP1.5浸涂67PET80018(RH=O)一一88142)PVA/MMT67PET80015(RH=O)38PVAZLAP*MMT33+33PET8000.03(RH=O)88PVA+PVAm0.5溶液浇帏50无基材2500-0.2(RH=45%)拉伸强度半透49/MMT3500提升；断裂明.略应变提升；杨氏模量提升；韧性提升借