good塑料包装薄膜的阻隔性探究

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1、good塑料包装薄膜的阻隔性探究塑料包装薄膜的阻隔性探究叶龙（武汉工程大学材料科学与工程学院06包材）【摘要】随着食品和医药对包装的要求越来越严格，一些新的功能薄膜也脱颖而出，其中高阻隔性塑料包装材料已成为塑料包装材料的重要发展方向之一，性能优异的高阻隔性包装材料在食品和医药等领域得到广泛应用。本文灵活运用物理化学和高分子物理的基本原理对阻隔性的原理、分类、表征、测试及应用现状及展望作深入的阐述，并从文献全面总结出提高薄膜阻隔性的方法。【关键词】塑料薄膜；阻隔性；渗透系数；透气性测试TheBarrierPropertiesofPlasticPackagingFilm

2、sYeLong(SchoolofMaterialScienceandEngineering，WuhanInstituteofTechnology)【正文】0、导言在包装设计中，阻隔性是包装材料具有的最重要特性，特别是食品的保质期对包装材料的阻隔性的依存度很大。【1，3】认识和掌握材料的阻隔性是设计合理包装结构的重要条件。一方面，只有选择了具有适当阻隔性的材料，才能满足产品的保质、保存要求；另一方面，也可防止盲目追求阻隔性，提高包装成本。高阻隔性材料是近几年塑料包装业发展的重点，广泛应用于食品、医药、卷烟、化工、电子、军工等各个领域。1、塑料薄膜的阻隔原理分析【2～6

3、】材料的阻隔性是针对特定渗透对象而言的，包括常见气体、水蒸气、液体、有机物等，是材料对特定渗透对象由其一侧渗透通过到达另一侧（一般是由高浓度侧渗透材料进入浓度一侧，化学势原理）的阻隔性能。根据物理化学中的吸附理论【5】，从微观的角度来看薄膜渗透过程是按以下步骤进行的：（1）气体原子或分子吸附到薄膜表面；（2）溶解；(3)气体在高浓度一侧（P1）的薄膜表面达到溶解平衡；（4）由于浓度梯度的存在，气体向薄膜的另一侧（P2）扩散；（5）解吸。该过程如图1所示。一般来说，扩散是渗透过程中最慢的又是最关键的步骤，它和渗透与溶解有密切的关系。当同一种气体(如氧气)透过不同的薄膜

4、时，渗透系数主要取决于气体在膜中的扩散系数，而不同气体透过同种薄膜时，渗透系数的大小主要取决于气体对膜的溶解度系数。对同一薄膜来讲，渗透系数与薄膜的透气量成正比。【9】由Fick定律可得，在浓度梯度不变的情况下，如果D很小，气体将需要一段很长的时间才能扩散到薄膜的另一面，表现在宏观上就是薄膜的阻隔性比较好：如果D比较大，气体透过薄膜就比较容易，相对应的就是薄膜的阻隔性较差。整个渗透过程出现的快慢由两个因素决定，一是在聚合物里渗透溶解的快慢，由溶解度参数S表示；二是渗透物分子在聚合物基体内移动的快慢，由扩散系数D表示。图1渗透过程原理图2、塑料薄膜阻隔性的分类2.1阻

5、气性【1～4】2.2阻湿性【2，3】阻湿性，也即透湿性，指的是薄膜对水蒸气的透过性。水蒸气透过高聚物包装材料的机理，基本上与无机气体通过的机理相同，不同之处在于水蒸气是极性分子，无机气体是非极性分子。由此而带来一下差别。①水蒸气对亲水性高聚物的渗透性：对纤维素薄膜、PVA、EVOH、PA等吸水性高聚物。水蒸气对薄膜的扩散系数随水蒸气浓度的增大而增加。而对非亲水性的高聚物，扩散系数是不变的。②水蒸气对极性分子薄膜的渗透：水蒸气是极性分子，对极性高聚物的溶解速率和扩散速率均大于非极性分子塑料。③水蒸气的渗透性与分子聚集态结构有关：晶态高聚物的的渗透速率大于非晶态高聚物；

6、密度低的渗透能力大于密度高的聚合物；无取向排列的高聚物渗透性大于取向排列的高聚物。2.3有机物渗透性（阻油性）【2】一般规律是阻氧气性好的材料，对有机物和气味的阻隔性好，对水分敏感的高聚物，有机物渗透性一般也较高。有机物渗透与以下因素有关：①极性：极性相近的有机物对相应的高聚物渗透性大；②分子量：有机物分子量大的透过性差；③溶解度参数：有机物与高聚物的溶解度参数相近的易渗透。2.4保香性【3】保香性是材料阻隔性因素的综合体现，包括了渗透、有机物渗出、迁移、转移等机理。影响保香性的因素有：①O2、H2O的渗透引起香味变化；②有机物小分子渗透引起香味变化；③高聚物包装材

7、料中成分的迁移引起异味；④包装内容物香味成分的转移和散失，导致香味成分的减少。实验表明包装材料的阻隔性越好，保香性也越好。3、塑料薄膜阻隔性的表征【2，3】表征高分子材料阻隔性（透过性）大小的指标为透过系数，包括气体透过系数、水蒸气透过系数，通常是指在恒定温度和相对湿度环境中，在稳定透过时，单位时问内透过试样单位厚度、单位面积内透过小分子物质的体积或重量。3.1渗透系数P（1）式中L为复合结构总厚度；Ln为每层膜的厚度；Pn为每层膜的渗透系数。从该公式可以看出，阻隔性主要取决于阻隔性最好的一层的阻隔性，复合膜的其他部分对阻隔性只是起了载体作用。随着高聚物材料在包