Modification of Poly(vinyl alcohol) film to maximize barrier properties

Abstract

L'alcohol polivinílic (PVA) és el polímer sintètic mes produït al món. L'excel·lent resistència química i propietats físiques de la resina del PVA han generat un ampli ús a nivell industrial. Els films d'alcohol polivinílic exhibeixen alta resistència a la tensió, resistència a l'abrasió i propietats barrera a l'oxígen, que sota en absencia d`humitat són molt superiors a la majoria d'altres polímers. Els films de PVA són àmpliament utilitzats en aplicacions d'embalatge, on la permeabilitat arriba a ser una propietat crítica a mesurar. Una àmplia sèrie de modificacions poden ser aplicades per canviar la difusió a través dels films. Per a aquest treball van ser triades dos tipus de modificacions: la barreja amb altres polímers hidrosolubles i la preparació d'un material compost. Segons Robeson, un model en sèrie de matriu i partícules, condueix a un sistema tortuós que, per un gruix donat, disminueix la permeabilitat, mentre els models de Bharadwaj per polímers barrejats van ser utilitzats per a la predicció de la permeabilitat. La producció de film es basa en l'evaporació del solvent: el polímer es dissolt i forma una solució amb una determinada concentració i viscositat; després les partícules o el segon polímer són afegits al sistema; la barreja viscosa és abocada damunt d'un suport de vidre i distribuïda manualment sobre el suport amb un ganivet aplicador regulat amb diferents distàncies. Els experiments de solubilitat van ser realitzats mesurant el temps de dissolució dels films modificats i del polímer de partida i no es van observar diferències després de les modificacions. Els experiments amb el mètode de dry cup van ser duts a terme per mesurar la permeabilitat al vapor d'aigua, registrant una disminució en els valors.

El alcohol polivinílico (PVA) es el polímero sintético más producido en el mundo. La excelente resistencia química y propiedades físicas de la resina de PVA han generado un amplio uso a nivel industrial. Los films de alcohol polivinílico exhiben alta resistencia a la tensión, resistencia a la abrasión y propiedades barrera al oxígeno, que en absencia de humedad son muy superiores a la de la mayoría de polímeros. Los films de PVA son ampliamente utilizados en aplicaciones de embalaje, donde la permeabilidad llega a ser una propiedad crítica a medir. Una amplia serie de modificaciones pueden ser aplicadas para cambiar la difusión a través de los films. Para este trabajo fueron elegidas dos tipos de modificaciones: la mezcla con otros polímeros hidrosolubles y la preparación de un material compuesto. Según Robeson, un modelo en serie de matriz y partículas conduce a un sistema tortuoso que, para un espesor dado, disminuye la permeabilidad, mientras los modelos de Bharadwaj para mezclas de polímeros fueron utilizados para la predicción de la permeabilidad. La producción de film se basa en la evaporación del solvente: el polímero se disuelve y forma una solución con una determinada concentración y viscosidad; luego las partículas o el segundo polímero son añadidos al sistema; la mezcla viscosa es vertida encima de un soporte de vidrio y distribuida manualmente sobre el soporte con una cuchilla aplicador regulado con diferentes distancias. Los experimentos de solubilidad fueron realizados midiendo el tiempo de disolución de los films modificados y del polímero de partida y no se observaron diferencias después de las modificaciones. Los experimentos con el método de dry cup fueron llevados a cabo para medir la permeabilidad al vapor de agua, registrando una disminución en los valores.

Poly(vinyl alcohol) (PVA), a polyhydroxy polymer, is the largest volume, synthetic water-soluble polymer produced in the world. The excellent chemical resistance and physical properties of PVA resins have resulted in broad industrial use. Poly(vinyl alcohol) films exhibit high tensile strength, abrasion resistance, and oxygen barrier properties which under dry conditions are superior to those of most polymers. PVA films are broadly used in packaging applications, where permeability became a critical property to evaluate. A wide range of modifications can be applied to change the moisture diffusion through the film; two types were chosen for the work: blending with other water-soluble polymers and preparation of a composite. According to Robeson, a series model of polymeric matrix and particles, leads to a tortuous system, which, for a given thickness, decreases the permeability, meanwhile Bharadwaj models for blended polymer were used for permeability prediction. The film casting is based on solvent evaporation: the polymer is dissolved and forms a solution with a certain concentration and viscosity; then the particles or the second water-soluble polymer are loaded in the system; the viscous mixture is poured on a glass support and spread across it manually with a casting knife set at different gaps. So, the wet film is left to stand to evaporate the solvent and leave a dry film. Solubility experiments were performed, by measuring the dissolution time of the film, and it was not significantly influenced by the material modification. Dry cup method experiments were run to measure the water vapor permeability, recording a decreasing values of permeabilities.