Page 19 - 《精细化工》2022年第9期
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第 9 期 朱清梅，等: 食品软包装用透明高阻隔涂料：PVA 涂料研究进展 ·1737·
图 7 石墨制备 GO 的 2 个步骤（a） [50] ；PVA-GO 杂化结构的气体阻隔膜（b） [41]
Fig. 7 Two steps of preparation GO from graphite (a) [50] ; Barrier film of PVA-GO with hybrid structure (b) [41]
GO 受环境湿度的影响较大且在低温下性能不
稳定。一种解决方法是将 PVA-GO 涂层进行化学或
热还原，以防止水吸附在涂层表面；另一种是制备
聚合物修饰石墨烯材料 [50] ，聚合物修饰主要有非共
价修饰 [53] 和共价修饰 [54] 。主要方式为先对 GO 表面
改性和修饰，再将聚合物功能化 GO 分散在 PVA 水
溶液中来制备复合涂料。例如：CHENG 等 [55] 和 图 8 喷涂方式分别制备的 25、50、75、100 双层沉积的
CANO 等 [56] 通过 GO 和 PVA 酯化的方法实现 GO 与 PVA-GO 复合薄膜光学照片 [51]
PVA 基体的强界面黏附，以增强复合材料的力学性 Fig. 8 Optical pictures of PVA-GO composite membrances
能。HWANG 等 [57] 用聚多巴胺修饰还原 GO，然后 with 25, 50, 75 and 100 bilayers by spraying
[51]
approach
将其加入 PVA 中，得到了 PVA 复合膜，聚多巴胺
修饰还原 GO 的引入不仅增强了 PVA 的力学性能， 3 结束语与展望
而且改善了其湿度敏感性。这些结果表明，GO 与
聚合物的功能化更有利于两者之间的界面相互作用 PVA 因其透明性好、对氧气和有机溶剂的优异
及 GO 的分散性，并最终提升 PVA-GO 复合材料的 阻隔性以及成膜性较佳，已成为替代 PVDC 的最佳
力学性能。为了进一步简化制备过程，SHAO 等 [58] 选择之一。但 PVA 涂层湿度敏感性差且不具有水蒸
采用一步法制备了 PVA-聚乙烯亚胺（PEI）功能化 气阻隔性能，从而制约了其发展。化学交联方法可
GO 复合涂料，采用支化 PEI 在 PVA 水溶液中同时 明显改善 PVA 的耐水性和涂层在高湿度条件下的
还原和改性 GO。该过程明显提高了复合膜的强度 OTR，其涂布液制备简便，涂布适应性强，涂层透
和韧性，当 m(PEI)∶m(GO)=0.5∶1 时，PVA 复合膜 明，是目前工业生产使用最多的一种方法。但化学
的抗拉强度和杨氏模量比纯 PVA 分别提高了 55.8% 交联 PVA 无法改善水蒸气阻隔性，对于氧气和水蒸
和 43.1%，断裂伸长率也由 77.1%提高至 147.3%。 气阻隔有高要求的食品（如咖啡及高糖高油脂小吃
总而言之，PVA-GO 复合涂料的主要制备方法也是 类食品等）不能单独使用，PVA 需与水气阻隔性好
共混法，较低含量的 GO 可大幅改善 PVA 涂层的机 的薄膜（如 BOPP 和 CPP 膜复合制备成三明治结构）
械、热、氧气和水蒸气阻隔性能，但 GO 的亲水性、 方可满足材料性能要求。PVA-纳米复合涂料是另一
分散性以及复合涂层的透明性同样是需要克服的困 种改善方法，其中层状硅酸盐以及 GO 的研究已有
难。虽然 GO 纳米片的添加量很少，但石墨烯具有 较大进展，目前主要采用共混法制备复合涂料。通
光吸收和散射等效应，涂层的透光率随着纳米片含 过 LBL、喷涂或浸涂方式制备涂层，不仅能改善高
量的增加而逐渐降低，甚至呈现一定的颜色（如图 湿度环境下的氧气阻隔性，还具有一定的水蒸气阻
8 所示）。以上研究结果表明，PVA-GO 复合涂料同 隔性。虽然这些纳米涂层被报道为“透明的”，但是
样存在工业化制备成本高、GO 分散性差以及涂层 纳米层状材料有光吸收和散射等效应，会影响涂层
不透明等技术难题。为此，加强 GO 的可控制备及 的透光度，且随着纳米片含量的增加，其透光率逐
PVA 和 GO 的作用机理研究将会为实现 GO 在改性 渐降低。
PVA 涂料中的应用提供强有力的保证。 要拓宽和实现改性 PVA 涂料的涂布应用还存在
