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浅析塑料薄膜阻隔性

来源:薄膜通浏览量:15日期:2018-10-24

塑料的阻隔性是指塑料包装材料或容器防止小分子气体,如氧气、二氧化碳、氮气、水蒸气、香味及其他有机溶剂蒸汽等透过的能力。用于表征塑料阻隔能力大小的指标为透过率,即一定厚度的塑料制品在一定压力、温度和湿度条件下,单位时间和单位面积内透过小分子物质的体积或重量。塑料的透过率越小,说明其阻隔能力越高。下表给出了一些常用塑料的透气、透湿率:

塑料包装材料的阻隔性除了与透过物质的分子大小及物性有关外,还与塑料本身的成分、大分子结构及分子聚集状态等内部结构以及塑料与透过性物质之间的亲和力和相容性等有关。影响塑料包装材料阻隔性能的因素主要有以下几种:

1. 分子极性:比较各种聚合物树脂的分子极性,当结晶度一定时,极性大分子或强极性大分子比非极性大分子或若极性大分子因分子间结合紧密而使气体在其内部的扩散困难。分子极性越大,其树脂透气率越小,阻气性越好。常用塑料树脂中,PET和PVA为强极性树脂,PA、PVC为极性树脂,PS等为弱极性树脂,PE、PP等为非极性树脂。它们的阻气性随分子极性的提高而提高,如PET和PE对O2的透气率相差十分悬殊。而水蒸气是极性分子,所以水蒸气对极性分子塑料的溶入和扩散速度均大于对非极性分子塑料,透湿系数值也较大。高阻隔性材料PET分子极性强,而其透湿系数值大于非极性分子PE,故PE是一种极好的防潮包装材料。

2. 分子结晶性:气体和水蒸气透过结晶性聚合物的扩散能量比非结晶性聚合物高,扩散系数小,故结晶性聚合物表现出较好的阻气性。在其余条件相同的情况下,树脂分子结晶度越高,表现出越好的阻隔性能。

3. 分子定向:塑料薄膜和容器因成型加工时的拉伸作用而使大分子受到不同程度的定向作用,使大分子呈规则分布而排列紧密,阻隔性提高。大分子定向程度越高,其阻隔性越好。尤其是塑料薄膜经过双向拉伸处理后,不仅晶粒尺寸可大大降低,而且结晶度也可增高。其原理可说明为拉伸使原来的结晶颗粒破碎而变小;另一方面拉伸使大分子取向增加,使大分子排列更加规整而有序,从而提高结晶度和大分子的排列密度。

4. 分子亲水性:塑料树脂中具有亲水性能的主要是PVA、PA等薄膜。亲水性树脂由于其强的吸水性而使树脂溶胀,分子间距增大而使阻隔性下降。通常,亲水性树脂的水蒸气扩散系数不是常数,它随水蒸气的浓度增大而增大,从而导致透湿系数的改变。非亲水性聚合物的透湿性几乎不受环境湿度的影响。

5. 环境温度与塑料树脂的阻隔性关系:温度对塑料树脂的分子结构有影响,温度升高将使树脂的结晶度、定向度降低、分子间距拉大、密度降低,这都使塑料薄膜的阻隔性降低。一般塑料薄膜的气体透过率均按指数规律随温度的变化而增减,相比而言,PVDC的阻气性随温度的影响较小些,铝箔受温度的影响更小些,故一般选择这两种软包装膜用作高温蒸煮袋。超高阻隔性的二氧化硅镀膜塑料薄膜,其阻隔性受温度的影响更小。二氧化硅镀膜复合材料经高温蒸煮后透氧性变化很小,而铝箔和PVDC复合膜,高温蒸煮时透氧性变化相对较大。  

实际应用中,EVOH、PVDC共聚物、PAN共聚物、PA类、PEN、PET等几种材料常常用做阻隔性材料,其中,EVOH、PVDC、PAN共聚物和芳香尼龙MXD6为高阻隔材料,而PA类、PET为中等阻隔性材料。EVOH、PVDC、PEN、PAN虽阻隔性十分优异,但或加工性不好,或价格较高,或因性能不全面,一般不单独使用,常用于共混、复合及涂层改性。


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