[发明专利]气体阻挡薄膜及其生产工艺

说明书

本发明涉及气体阻挡薄膜。更具体地说，本发明涉及从一种含有聚乙烯醇（PVA）和聚（甲基）丙烯酸的混合物形成的，具有优异氧气阻挡性能的薄膜。按照本发明的薄膜，其防水性和氧气阻挡性能优异，没有任何氯原子，因而适合用作食品包装材料等。

PVA薄膜是利用以水为溶剂的浇铸工艺或挤压工艺形成的。这种PVA薄膜的特色在于它柔软、抗静电。此外，具有干状态合成树脂薄膜中最好的氧气阻挡性能。因此，迄今为止，PVA薄膜的使用一直是旨在充分利用这种气体阻挡性能，打进需要良好氧气阻挡性能的包装材料领域。然而，PVA薄膜的氧气阻挡性能主要取决于湿度，因而在高湿度条件下因吸湿而受到很大程度损害。此外，PVA薄膜容易溶于沸水中。

迄今为止，PVA薄膜一直以具有多层结构的层压薄膜形式使用，当将其用于需要实用氧气阻挡性能的目的时其结构具有至少2层PVA薄膜和另一种薄膜，从而尽可能减少湿度的影响。然而，在形成层压薄膜的方法中，水蒸气阻挡性能和防水性依然不足。因此，需要改善PVA本身的防水性并使PVA薄膜即使在高湿度条件下也能满意地保持良好的氧气阻挡性能。

为了解决上述涉及PVA薄膜的问题，至今人们一直在进行各种研究，例如以下所述的研究。

（1）通过PVA中羟基的化学改性，赋予防水性：

已经知道的是用醛使PVA中的羧基转化成缩醛形式。然而，这种方法的缺点在于虽然能使PVA具有水不溶性，但如果吸水，所形成薄膜的氧气阻挡性能就会显著降低。

在美国专利No.2，169，250中，提出了从含有PVA和多元羧酸的混合水溶液形成薄膜、纤维等，并加热所形成的产品，以使PVA中的羧基与该多元羧酸反应从而形成一种交联结构，因而使所形成的产品不溶于水。

（2）通过热处理，赋予防水性：

PVA薄膜往往因热处理而结晶，从而改善其防水性。此外，PVA薄膜的双轴拉伸能促使其取向和结晶，还能改善其机械性能。因此，已经知道的是对PVA薄膜进行双轴拉伸和热处理，从而改善其防水性或防潮性。然而，这种方法的缺点在于虽然能赋予PVA薄膜以水不溶性，但如果吸水，该薄膜的氧气阻挡性能就会显著降低。具体地说，在高湿度条件下，由于吸湿，该薄膜会发生形变和物理性能变化。

（3）通过聚偏二氯乙烯胶乳涂布，赋予防水性：

已经知道的是用一种偏二氯乙烯胶乳涂布PVA薄膜，从而赋予该PVA薄膜以防潮性。然而，当它在废物处理中焚烧时，聚偏二氯乙烯中的氯会导致产生氯气，因而从环境观点来看这种方法有问题。

（4）通过共聚，赋予防水性：

当乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物水解时，得到乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）。EVOH薄膜是一种兼备PVA薄膜特有的良好氧气阻挡性能和热塑性薄膜固有的性能的薄膜。然而，EVOH薄膜的氧气阻挡性能在很大程度上取决于湿度。在防止因吸潮而降低氧气阻挡性能方面，尚未得到充分改善。

如上所述，从在干燥条件下、甚至在高湿或高温高湿条件下保持PVA薄膜的优异氧气阻挡性能的观点来看，赋予PVA薄膜以防水性的惯用措施仍然是不够的。

另一方面，已经有人提出了利用PVA和聚丙烯酸的混合物的薄膜和片材（例如，日本专利申请公开No.47743/1988，和日本专利公报No.14376/1990与27941/1990）。这些薄膜和片材全都是可溶于水或可吸收水的，不是具有良好防水性和氧气阻挡性能的薄膜。

顺便提一下，上述美国专利No.2，169，250也公开了使用聚甲基丙烯酸或聚丙烯酸作为与PVA反应的多元羧酸。作为其一个具体实例，描述的是使一种甲基丙烯酸单体在PVA水溶液中聚合，把所形成的反应混合物浇铸在一个支撑体上，使水蒸发，然后在140℃将干膜加热5分钟，从而使PVA与聚甲基丙烯酸反应，得到一种不溶于水的薄膜（实例Ⅰ）。然而，按照本发明者研究的结果，任何一种在高湿条件下显示出优异氧气阻挡性能的薄膜都不可能由这种热处理条件得到。此外，即使采用这一文件中所述的其它具体热处理条件（实例Ⅱ-Ⅴ），也不可能从PVA和聚（甲基）丙烯酸的混合物得到任何一种在高湿条件下显示优异氧气阻挡性能的薄膜。

本发明的一个目的正是要提供一种从PVA和聚（甲基）丙烯酸的混合物形成的、在高湿条件下显示极其优异的氧气阻挡性能而且还具有优异防水性的薄膜。