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        包裝及農(nóng)用水溶性聚乙烯醇薄膜專利技術(shù)綜述

        2017-04-26 18:25:22方佳明鐘雪華
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年9期
        關(guān)鍵詞:聚乙烯醇專利技術(shù)水溶性

        方佳明+++鐘雪華

        摘 要:聚乙烯醇是聚醋酸乙烯酯水解的產(chǎn)物,是一種人工合成的水溶性高分子聚合物,聚乙烯醇分子鏈上大量的氫鍵使其具有良好的水溶性、生物相容性和反應(yīng)性,被廣泛的應(yīng)用于包裝用薄膜中。鑒于聚乙烯醇包裝用膜的制備技術(shù)被外國公司所掌握,國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)少,因此文章從專利的角度出發(fā),對(duì)包裝及農(nóng)用聚乙烯醇薄膜材料的專利申請(qǐng)狀況和技術(shù)發(fā)展路線進(jìn)行梳理,有助于了解該技術(shù)的專利發(fā)展路線,重要申請(qǐng)人等,進(jìn)而提高對(duì)該領(lǐng)域發(fā)明構(gòu)思能力的把握。

        關(guān)鍵詞:聚乙烯醇;水溶性;專利技術(shù)

        目前,隨著人們環(huán)保理念的不斷深入,在包裝領(lǐng)域?qū)G色包裝的要求也越來越高,其品種也層出不窮。水溶性塑料包裝薄膜作為綠色包裝材料的一種重要類型,由于具有良好的水溶性、阻隔性和環(huán)保性等特點(diǎn),越來越受到各國包裝業(yè)界的廣泛重視。下面就對(duì)聚乙烯醇水溶性薄膜的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景作一介紹。

        1 背景概況

        PVA(Polyvinylalcohol,簡稱PVA)最早是在1924年由德國化學(xué)家W.O.Herrman和W.W.Hachnel發(fā)現(xiàn),并在1927年發(fā)表第一篇關(guān)于PVA相關(guān)性能的文章。第一家初具規(guī)模的PVA生產(chǎn)工廠是由日本的倉敷公司建立,并在1950年開始投產(chǎn)。我國的聚乙烯醇工業(yè)起步較晚,于20世界60年代開始進(jìn)入生產(chǎn)研究,目前中石化的四川維尼綸廠和中石油(上海)化工股份有限公司是國內(nèi)生產(chǎn)PVA規(guī)模最大的兩家公司,其PVA產(chǎn)量約占全國總產(chǎn)量的30%[1]。

        聚乙烯醇是聚醋酸乙烯酯水解的產(chǎn)物,是一種人工合成的水溶性高分子聚合物,它的單體結(jié)構(gòu)是乙烯醇,分子結(jié)構(gòu)比較規(guī)整,具有一定的結(jié)晶度。PVA分子鏈內(nèi)含有大量的羥基,分子內(nèi)和分子間都很容易形成氫鍵, 分子鏈上大量的氫鍵使其具有良好的水溶性,PVA溶于水后無毒無害,作為PVA薄膜最主要的特性之一,水溶性決定了PVA薄膜作為環(huán)保綠色材料的一定地位。

        PVA易成膜,其膜的機(jī)械性能優(yōu)良,可以使用水溶膠流涎法生產(chǎn)PVA水溶性薄膜。PVA與親水性的物質(zhì)有很好的粘接力。PVA降解的最終產(chǎn)物是CO2和H2O,可徹底解決包裝廢棄物的處理問題。力學(xué)性能方面,PVA薄膜的抗拉伸性能優(yōu)異,韌性非常好。此外,PVA膜作為包裝材料,由于其具有大量的極性輕基,形成了很強(qiáng)的分子間氧鍵,組成一種“假結(jié)晶結(jié)構(gòu)”,有效降低了氣體通過的自由體積[2],所以PVA薄膜對(duì)大多數(shù)氣體如氧氣、氫氣、二氧化碳等有極高的阻隔性。PVA薄膜除了以上性能,還有其他多種優(yōu)異的性能,例如防靜電性、良好的印刷性和電鍍性等[3]。

        聚乙烯醇薄膜的用途廣泛,其可以用于食品的包裝,生產(chǎn)過程中,一般只需加入水和甘油等增塑劑,可以保證自身無毒性,用于包裝糧食、海鮮和干果類物質(zhì),可以防止霉變、蟲蛀、延長食物保質(zhì)期 [5]。還可用于有毒類化學(xué)產(chǎn)品的包裝,采用常溫快速溶解型的PVA薄膜包裝這些產(chǎn)品,可以帶來多種好處:首先使用者可以避免直接接觸到毒害物品;其次可以采取定量多規(guī)格包裝;最后包裝產(chǎn)品不需要進(jìn)行再處理。此外,PVA薄膜幾乎沒有靜電,不吸附空中的灰塵,非常適合于電子類產(chǎn)品的包裝。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,低溫水溶性PVA薄膜可以包裝農(nóng)作物種子,在種植過程中,雨水及土壤中的水分會(huì)將包裝溶解,使得種子發(fā)芽,溶解掉的PVA能夠使土壤保持一段時(shí)間的水分。

        2 研究內(nèi)容

        本課題研究包括了本領(lǐng)域中涉及PVA包裝及農(nóng)用的水溶性薄膜材料。采用專利文獻(xiàn)數(shù)據(jù)主要來自國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)。PVA包裝及農(nóng)用的水溶性薄膜材料全球?qū)@治鲋?,基于全球范圍?nèi)涉及包裝及農(nóng)用的PVA膜的專利統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),分析申請(qǐng)量發(fā)展趨勢(shì)、區(qū)域分布和申請(qǐng)人分布情況。

        3 包裝及農(nóng)用水溶性聚乙烯醇薄膜專利技術(shù)分析

        本節(jié)基于全球范圍的包裝用及農(nóng)用聚乙烯醇薄膜專利統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),通過統(tǒng)計(jì)相關(guān)專利申請(qǐng)來源國家/地區(qū)分布,分析各國在包裝及農(nóng)用水溶性聚乙烯醇薄膜領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)狀況;通過統(tǒng)計(jì)分析該領(lǐng)域申請(qǐng)人情況,描繪出本領(lǐng)域重要申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)布局;通過對(duì)各技術(shù)分支相關(guān)專利申請(qǐng)的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)活躍的技術(shù)分支,以及各技術(shù)分支優(yōu)勢(shì)企業(yè)。

        3.1 全球?qū)@暾?qǐng)量年份分布

        具體來看,1969年之前,包裝及農(nóng)用水溶性PVA膜的申請(qǐng)量十分少,分析其原因,聚乙烯醇包裝膜產(chǎn)生的主要目的是為了減少環(huán)境污染,在70年代以前,污染問題還不是十分嚴(yán)重,人們對(duì)于環(huán)保的意識(shí)也不強(qiáng),加上聚乙烯醇薄膜的成本高,因此聚乙烯醇材料在包裝膜上的應(yīng)用還是十分少,而到了80年代,隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),對(duì)于聚乙烯醇這種可水溶和可降解高分子材料的潛力逐漸顯現(xiàn)。到了90年代PVA膜年開始進(jìn)入技術(shù)發(fā)展期,申請(qǐng)量逐年上升并且增幅明顯,特別是從2000年開始,隨著污染的日益嚴(yán)重,以及人們的環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),PVA作為包裝材料及農(nóng)用材料日益受到重視,而近年來有關(guān)PVA薄膜專利的申請(qǐng)量在達(dá)到了高峰。

        包裝及農(nóng)用水溶性聚乙烯醇薄膜在我國的發(fā)展起步較晚,直至上世界80年代研究者才開始初步探討。2000年后,包裝及農(nóng)用水溶性聚乙烯醇薄膜有關(guān)的專利申請(qǐng)量增加迅速,隨著國內(nèi)企業(yè)對(duì)水溶性聚乙烯醇薄膜相關(guān)產(chǎn)品的研究變得成熟,逐漸打破了國外產(chǎn)品對(duì)中國市場的壟斷,同時(shí)開發(fā)擁有我國自主研發(fā)的水溶性聚乙烯醇薄膜制備技術(shù)已經(jīng)得到了重視。

        3.2 專利技術(shù)區(qū)域分布分析

        根據(jù)分析所得數(shù)據(jù)分析日本和美國對(duì)于PVA的包裝和農(nóng)用膜這一領(lǐng)域具有較為領(lǐng)先的技術(shù),申請(qǐng)量較為突出,而中國的申請(qǐng)量已經(jīng)超越歐洲,分析原因,主要是和國家建設(shè)創(chuàng)新型國家的政策有關(guān),因此我國今年來有關(guān)PVA包裝農(nóng)用膜的申請(qǐng)量增長明顯。

        3.3 全球申請(qǐng)人分析

        包裝農(nóng)用PVA膜相關(guān)專利申請(qǐng)國家/地區(qū)分布中,日本申請(qǐng)所占比例最大,占全球申請(qǐng)總量的39%,其次是美國地區(qū),達(dá)到了23%,其次是中國和歐洲。從圖中分析可以看出,日本和美國對(duì)于PVA的包裝和農(nóng)用膜這一領(lǐng)域具有較為領(lǐng)先的技術(shù),申請(qǐng)量較為突出,而中國的申請(qǐng)量已經(jīng)超越歐洲,分析原因,主要是和國家建設(shè)創(chuàng)新型國家的政策有關(guān),因此我國今年來有關(guān)PVA包裝農(nóng)用膜的申請(qǐng)量增長明顯。從包裝及農(nóng)用水溶性PVA膜相關(guān)專利申請(qǐng)全球主要申請(qǐng)人的整體情況具體來看,包裝和農(nóng)用PVA膜相關(guān)的發(fā)明專利申請(qǐng)中,主要申請(qǐng)人前十位中,日本企業(yè)占了5席,其中日本可樂麗公司作為PVA膜的技術(shù)領(lǐng)先企業(yè),擁有134項(xiàng)專利申請(qǐng),申請(qǐng)數(shù)量位于所有申請(qǐng)人之首。申請(qǐng)量2-4位的分別為日本合成化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社、積水化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社、三井化學(xué)均超過40項(xiàng)的專利申請(qǐng)。由此可以看出,日本企業(yè)對(duì)于PVA膜領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展關(guān)注度較高,其技術(shù)發(fā)展也相對(duì)其他地區(qū)要成熟。而作為國內(nèi)化工企業(yè)的巨頭,中石化屬于涉及PVA膜生產(chǎn)較多的企業(yè),另外國內(nèi)的高校也有對(duì)于PVA膜的專利的申請(qǐng),其主要涉及的方向是聚合反應(yīng)對(duì)PVA分子的改性方向上。

        4 結(jié)束語

        本文對(duì)包裝及農(nóng)用方面的水溶性聚乙烯醇薄膜的專利申請(qǐng)狀況進(jìn)行了梳理,深入了解該技術(shù)主題下專利技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)、重要申請(qǐng)人專利技術(shù)發(fā)展概況。有利于了解本領(lǐng)域中行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。

        參考文獻(xiàn)

        [1]衣瀟鵬.聚乙烯醇水溶性包裝薄膜的生物降解性研究[D].湖南工業(yè)大學(xué),2015.

        [2]戶田欽一.PVA涂布型氣體阻隔的特性[J].上海包裝,2009,6:74-76.

        [3]汪寶林.聚乙烯醇薄膜的生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀及其前景[J].維綸通訊,2002,22(3):8-10.

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