洗衣凝珠水溶包装膜的储存及使用

张 庆

佛山市博维环保材料有限公司，广东佛山，528000

洗衣凝珠是继洗衣皂、洗衣粉、洗衣液之后的另一种创新型洗涤产品，它最早起源并流行于欧美，近年来，国内企业也相继推出相关产品，这种外形小巧可爱、使用方便的洗涤产品也越来越得到消费者的认可和喜爱。

洗衣凝珠从结构上来说就是被两层可水溶的聚乙烯醇薄膜包裹的浓缩洗衣液[1]。制造凝珠时，先将底层的薄膜用负压吸入模具，然后灌入洗衣液，最后将面层的薄膜与底层薄膜封合在一起。

可以说聚乙烯醇薄膜（以下简称PVA膜）是洗衣凝珠这一产品 形态得以实现的重要基础。PVA薄膜通常是由PVA、增塑剂、助剂等通过溶液流延法生产而成，具有良好的水溶性能、力学性能、抗静电性、封合性能及印刷性能等[2]。这些特点使得PVA薄膜成为洗衣液理想的外包装材料，此外，它还需要软硬适中。膜太硬，则无法顺利将其吸进模具内，膜太软，则无法满足承重的要求。

由于PVA薄膜对于水分特别敏感，环境中的水分以及自身所含有的水分都会对PVA膜的使用产生影响，因此，合适的储存及使用条件对于PVA薄膜是非常重要的。

1 实验部分

1.1 设备与材料

PVA水溶膜：75 μm，佛山市博维环保材料有限公司；AL/PET复合膜：25 μm，安徽科能新材料环保科技有限公司；HDPE袋、LDPE袋：50 μm，广东瑞丰胶带有限公司；电热鼓风干燥箱：深圳市鼎鑫宜实验设备有限公司；恒温恒湿机：东莞市伟煌试验设备有限公司；电子拉力试验机：广州标际包装设备有限公司；磁力搅拌器：河南省予华仪器有限公司；薄膜复卷机：深圳金程达工业设备有限公司。

1.2 试验样品

1.2.1 湿度对薄膜性能的影响

将待测水溶膜样品裁剪成60 mm×60 mm尺寸的样条若干，分别放置于各干燥器中处理48 h，干燥器中分别配有不同种类的盐饱和溶液以达到不同的湿度（表1）。

1.2.2 温度对薄膜性能的影响

将待测水溶膜样品裁剪成60 mm×60 mm尺寸的样条若干，然后放入烘箱进行热处理，烘箱湿度小于30%，改变烘箱温度，制备不同热处理条件下的PVA膜样品（表2）。

表2 不同热处理条件下的薄膜样品

1.2.3 不同环境条件对膜卷的影响

准备160 mm宽，150 m长的膜卷若干，分别放入烘箱及恒温恒湿机中处理，改变烘箱温度及恒温恒湿机的参数来模拟不同条件的储存环境（表3）。

表3 不同处理条件下的薄膜样品（膜卷）

1.2.4 包装物的防潮效果比较

准备160 mm宽，150 m长的膜卷，分别用不同包装物包好后，放入恒温恒湿箱中，来进行包装物防潮效果的比较（表4）。

1.3 性能测试

1.3.1 薄膜含水率

将薄膜样品裁剪成60 mm×60 mm大小，称量重量m1，放入90℃烘箱烘烤2 h后称量重量m2，含水率＝（m1-m2）/m1×100%。

1.3.2 薄膜力学性能

用电子拉力试验机，按GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能试验方法》测试其抗拉强度、断裂伸长率。

1.3.3 薄膜溶解性能

将薄膜样品裁剪成60 mm×60 mm大小，用夹片固定；取1000 ml，24℃去离子水装入1000 ml烧杯中，烧杯置于磁力搅拌器上；搅拌至漩涡深度在800 ml刻度线处，将薄膜放入水中并开始计时，记录薄膜破裂时间和完全溶解时间。

1.3.4 封合温度

2 结果与讨论

2.1 湿度对薄膜性能的影响

薄膜在不同湿度环境下放置足够时间后，膜的含水率会与环境湿度达到平衡，随着环境相对湿度的升高，薄膜的含水率升高，从手感上由干挺变得软黏。力学性能方面，抗拉强度随着薄膜含水率的增加而下降，断裂伸长率则是随着含水率的增加而升高。这是由于水作为PVA的增塑剂，与PVA分子结合时破坏了PVA分子链中的氢键，使结晶度降低，分子链的移动性提高。前文说过，对于洗衣凝珠生产时，PVA薄膜需要软硬适中，从测试结果来看，当薄膜含水率在8%～10%左右时，抗拉强度大于35 MPa，断裂伸长率大于400%，可以满足生产需求，此时对应的环境湿度约为45RH%。

同样是由于水的增塑作用，降低了PVA分子的熔点，所以封合温度随着薄膜含水率的增加而下降。

从测试结果来看，薄膜的含水率对于其溶解性能的影响不是很明显（图1、图2）。

图1 薄 膜含水率随环境湿度的变化

图2 薄膜性能随含水率的变化

2.2 温度对薄膜性能的影响

烘烤的时候，薄膜是软的，升温加速了水分的挥发，因此含水率降低，冷却后薄膜变硬，随着烘烤温度的升高，薄膜的抗拉强度逐渐增大，断裂伸长率逐渐降低。当温度超过40℃后，断裂伸长率小于350%，薄膜会有吸不进模具的风险，因此合适的温度范围是在40℃以下，30℃以下更好（图3）。

图3 薄膜拉伸性能随温度的变化

2.3 不同环境条件对膜卷的影响

将不同条件处理的膜卷取样测试表层膜的含水率后，马上用复卷机复卷，将里层的膜复卷至表面，取样测试里层的含水率，观察表层薄膜与里层薄膜含水率与初始含水率相对的变化程度。

与前文的测试结果一致，膜在25RH%条件下含水率下降，膜变得干硬，无法正常吸入模具，在75RH%条件下含水率升高，膜变得软黏，最外层的膜粘结在一起无法正常打开。

膜卷外层的含水率变化大于里层的，说明水分变化是从外向里进行，这是由于膜与膜的层叠以及纸芯的阻碍作用。同样湿度的情况下，膜卷在45℃下比在30℃下含水率变化要大，说明温度升高，促进了分子间的运动，PVA分子内间隙更大，更有利于水分的进出（图4）。

图4 不同条件处理后膜卷含水率的变化

如表5所示，同样的处理条件，当膜卷用HDPE袋包装时，表层和里层含水率的变化均较小，所以PVA薄膜在储存或者未使用时，应该包装好，避免裸露放置。

表5 包装后的膜卷处理后含水率的变化

2.4 包装物的防潮效果比较

常见包装物的防潮效果各有不同，对于PVA薄膜这种对水分敏感的产品，防潮的要求很高，用不同的几种包装物分别包装PVA膜卷后，放置在50℃，80RH%这种较为极端的条件下，观察膜卷表面含水率随时间的变化情况，以判断哪种包材效果最好。

从测试结果来看，AL/PET复合膜防潮效果最理想，在几种包材中以最低的厚度达到最好的防潮效果，对于在潮湿地区储存和使用PVA薄膜时，建议优先采用这种包装物。

3 结语

含水率对于PVA水溶膜的力学性能影响很大，含水率较高时，膜变软，膜的强度降低，延展性增加；含水率较低时，则膜变硬，膜的强度增加，延展性变低；且随着含水率增加，膜的封合温度变低，更容易封合。对于测试的PVA薄膜样品而言，在30 ℃以下，45RH%左右条件下，薄膜的性能满足使用要求。不同的含水率对于PVA薄膜的溶解性能影响不明显。

不同存放环境对于膜卷的含水率有影响，在同样的湿度下，温度升高时薄膜的含水率变化程度更大。外包装能有效地减少存放环境对膜卷的含水率影响，AL/PET复合膜的防潮效果好，是一种较理想的防潮包材。