浅析树脂材料的阻隔性

浅析树脂材料的阻隔性

       在很多食品类包装中，对阻隔性有着很高的要求，直接影响到食品的保质期。阻隔性可以通过阻隔材料来实现，通常指在标准状态下（23摄氏度，65%相对湿度），25微米的薄膜透氧量在5ml/（m2.d）以下，且透湿量在2g/（m2.d）以下的材料。目前软包装中属于高阻隔材料范围的有：铝箔，EVOH和PVDC；属中阻隔材料的有尼龙和聚酯；而PE，PP等属于低阻隔材料。

        通常我们所讲的材料阻隔性都是针对特定渗透对象而言的，渗透对象包括气体，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到达另一侧（高浓度侧渗透通过材料进入低浓度侧）的阻隔性能。整个渗透过程可以分为：吸附，溶解，扩散，解吸几个部分。气体或水蒸气从高浓度区进入材料表面，通过在材料内部的扩散，又从低浓度区的另一表面解吸。

        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，由溶解度参数表示；二是渗透物分在在聚合物分子里移动的快慢，由扩散系数表示。由气体透过薄膜的机理可知，气体首先在薄膜表面吸附，然后经扩散的过程透过薄膜。对气体阻隔性高的薄膜聚合物，其气体透过机理和聚合物特性的基本规律如下：

1.   取向度：取向程度高，阻隔性高；

2.   聚合物链的刚性：聚合物的玻璃化温度高，刚性强，从而阻隔性好；

3.   聚合物间的间隙：尽可能小，聚合物链的填充度密实；

4.  凝聚能量密度：极性高的聚合物（含-OH，-CN）结合力高，气体的扩散较为困难；

5.  对水蒸气的敏感性：吸收水蒸气后增塑化，结合力减弱，气体容易透过。

       不同渗透对象对于同种材料的渗透过程是不一样的，通常按照渗透对象性质的不同将材料的阻隔性分为材料对无机气体的阻隔性（就是通常所说的透气性，又可进一步分为透氧性，透氮性，透二氧化碳性等）、对水蒸气的阻隔性以及对有机物的阻隔性。这三类物质对材料的渗透原理是不一样的，而且由于渗透物质的不同，渗透过程相差很大。

       平常在进行材料的阻隔性描述时，人们常常会进入以偏概全的误区。例如，某种材料的气体阻隔性好却常被直接说成高阻隔材料，这意味着这种材料应该同时具有很好的气体阻隔性、水蒸气阻隔性、有机物阻隔性，然而实际上它对水蒸气、有机物的阻隔性也许并不理想。EVOH在环境湿度很低时具有很高的气体阻隔性，但随着环境湿度的升高其对无机气体的阻隔性会明显下降，而且它的水蒸气阻隔性较差。并且，即使仅对于材料的气体阻隔性，其透氧性和透二氧化碳性也是不一样的。试验结果证明，对于同一种材料，它的透氧性、透二氧化碳性以及透氮性多表现出一定的比例关系，因为无机气体在渗透过程上非常相似，主要影响因素是分子尺寸以及分子形状。但是这种比例关系会因材料的不同而改变。在一个复合的多层结构中，阻隔性主要取决于阻隔性最好的一层的阻隔性。

       温度和湿度对阻隔性有着很大的影响，对于H2、O2、N2等非凝聚性气体，渗透系数随着温度升高而增大（温度升高使得分子运动加剧），对于大多数气体渗透都遵循这个规律。有些对湿度敏感的材料，如乙烯-乙醇共聚物、聚乙烯醇、聚酰胺（尼龙）、未涂覆玻璃纸等，随着相对湿度的升高，渗透系数迅速增加，即对氧的阻隔性迅速下降。而聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲乙二酯（PET）的透氧率几乎不随相对湿度变化而改变。软包装材料主要是由各种各样的高分子聚合物制成的，有些高分子聚合物中含有羟基（-OH）、酰胺基（-CNH-）等，这些聚合物对水敏感，若环境湿度升高，环境中的水分子会向高分子聚合物中扩散，相当于加入了一定量的增塑剂，不仅会使材料中的自由体积增加，也使高分子的一些运动单元重排运动易于进行，提供使气体分子扩散通过的瞬间缝隙的机会增多，使得气体的渗透系数增大。因此可以通过不同材料的搭配提供很好的阻水阻氧性能的组合，比如：PE/tie/PA/EVOH/PA/tie/PE中, PE提供对水蒸气的阻隔，PA和EVOH提供对氧气的阻隔。更多阻隔性树脂查询可以登陆薄膜通网站查询。

        在中国，随着生活水品的日益提高和生活节奏的加快，市场对于具有阻隔性的软包装的需求也越来越大，值得引起大家的关注。