知識(shí)分析|材料阻隔性能測(cè)試介紹

 阻隔性能可以反映產(chǎn)品對(duì)外界空氣、水分的阻擋效果。通過測(cè)試材料的阻隔性，可以確保包裝材料能夠有效地保護(hù)產(chǎn)品，防止由于氧氣、水分或其他環(huán)境因素的滲透而導(dǎo)致的產(chǎn)品變質(zhì)或損壞。

阻隔性能的定義：

阻隔性能可分為氣體阻隔性和水蒸氣阻隔性，對(duì)應(yīng)的指標(biāo)為氧氣透過量和水蒸氣透過量。

氧氣透過量[cm3/(㎡*d*Pa]是指在塑料材料兩側(cè)的單位壓差下，單位時(shí)間內(nèi)滲透過材料單位面積的氣體的量，也被稱為“透氣”、“透氧”等；

水蒸氣透過量[g/(㎡*24h)]是指在規(guī)定的溫度與相對(duì)濕度及試樣兩側(cè)保持一定的水蒸氣壓差的條件下，24h內(nèi)透過單位面積試樣的水蒸氣質(zhì)量，也被稱為“透濕”。

阻隔性能的影響因素：

1）分子極性：

當(dāng)結(jié)晶度一定時(shí)，極性大分子或強(qiáng)極性大分子因分子間結(jié)合緊密而使氣體內(nèi)部的擴(kuò)散困難。分子極性越大，其樹脂透氣率越小，阻氣性越好。常用塑料樹脂中，PET和PVA為強(qiáng)極性樹脂，PA，PVC為極性樹脂，PS等為弱極性樹脂，PE，PP等為非極性樹脂。他們的阻氣隨分子極性的提高而提高，如PET和PE對(duì)O2的透過率相差十分懸殊。

水蒸氣是極性分子，根據(jù)相似相溶的原理，水蒸氣在極性分子塑料中的融入和擴(kuò)散速度均大于非極性塑料分子，其透濕系數(shù)值也較大。高阻隔性材料和PET分子極性強(qiáng)，而其透濕系數(shù)值大于非極性分子PE，故PE是一種極好的防潮包裝材料。

2）分子結(jié)晶性：

氣體和水蒸氣透過結(jié)晶性塑料薄膜所需要的擴(kuò)散能量比非結(jié)晶性塑料薄膜高，擴(kuò)散系數(shù)小，故結(jié)晶性塑料薄膜表現(xiàn)出較好的阻氣性。在其余條件相同的情況下，塑料薄膜分子結(jié)晶度越高，表現(xiàn)出較好的阻隔性能。

3）分子定向性：

塑料薄膜因成型時(shí)的拉伸而使塑料大分子受到不同程度的定向作用，呈規(guī)則分別而排列緊密，薄膜阻隔性提高。定向程度越高，其阻隔性越好。尤其是薄膜經(jīng)過雙向拉伸處理后，不僅晶粒尺寸可大大降低，而且結(jié)晶度也可增高?？山忉尀橐环矫胬焓乖瓉淼慕Y(jié)晶顆粒破碎而變??；另一方面拉伸使大分子取向增加，排列更加規(guī)整有序，從而提高結(jié)晶度和大分子的排列密度。

4）分子親水性：

塑料薄膜中具有親水性能的主要有PVA，PA等，親水性樹脂由于其強(qiáng)的吸水性可使樹脂溶脹，分子間距增大可使阻隔性下降。通常，親水性塑料薄膜的水蒸氣擴(kuò)散系數(shù)不是常數(shù)，它隨水蒸氣的溶度增大而增大，導(dǎo)致透濕系數(shù)的改變，而非親水性塑料薄膜的透濕性幾乎不受環(huán)境濕度的影響。

5）環(huán)境溫度：溫度對(duì)塑料薄膜的分子結(jié)構(gòu)有影響，溫度升高將使樹脂的結(jié)晶度，定向度降低，分子間距拉大,密度降低，這都使塑料薄膜的阻隔性降低。

一般塑料薄膜的其他透過率均按指數(shù)規(guī)律隨溫度的變化而增減，相比而言，PVDC的阻氣性受溫度的影響較小，非塑料的鋁箔材料受溫度的影響更小，故一般選擇這兩種膜做高溫蒸煮袋更合適一些。與之相比，超高阻隔性的二氧化硅鍍膜塑料薄膜的阻隔性受溫度的影響更小。

實(shí)際應(yīng)用中，EVOH，PVDC共聚物，PAN共聚物，PA類，PEN，PET等幾種材料常常用作阻隔性材料，其中EVOH，PVDC，PAN共聚物和芳香尼龍MXD6為高阻隔性材料，而PA類，PET為中等阻隔性材料。EVOH，PVDC，PEN，PAN雖阻隔性十分優(yōu)異，但或加工型不好，或價(jià)格高，或性能不全面，一般不單獨(dú)使用，常用于共混，復(fù)合及涂層改性。

提升阻隔性能的方法：

可從兩方面來提高包裝薄膜阻隔性，一方面是減少高濃度側(cè)的吸附量，另一方面是增大擴(kuò)散路徑。可采?。òǖ幌抻冢┤缦路椒ǎ?/p>

（1）通過在薄膜表面涂布一層無機(jī)阻隔材料（包括涂布和蒸鍍ALOx、SiOx以及兩者的混合物等），因?yàn)闊o機(jī)材料的鍵長(zhǎng)小于水、氧分子動(dòng)力學(xué)直徑，形成阻隔；

（2）引入極性基團(tuán)，提高分子鏈間的相互作用，減少鏈間空隙形成，提升阻隔；

（3）在薄膜的制造過程中加入阻隔填料，如納米二氧化硅，可通過填補(bǔ)薄膜內(nèi)部的微孔洞，從而提升阻隔；

（4）利用某些材料特定的阻隔性，采用多層共擠等方式來達(dá)到提升阻隔的效果，如EVOH/PE/PP/PE/EVOH多層共擠。

阻隔性能的測(cè)試方法：

GB/T 1038.1-2022塑料制品 薄膜和薄片 氣體透過性試驗(yàn)方法 第1部分：差壓法

GB/T 1038.2-2022塑料制品 薄膜和薄片 氣體透過性試驗(yàn)方法 第2部分：等壓法

GB/T 1037-2021塑料薄膜與薄片水蒸氣透過性能測(cè)定 杯式增重與減重法

GB/T 31354-2014包裝件和容器氧氣透過性測(cè)試方法 庫(kù)侖計(jì)檢測(cè)法

GB/T 31355-2014包裝件和容器水蒸氣透過性測(cè)試方法 紅外傳感器法

GB/T 1038.1-2022塑料制品 薄膜和薄片 氣體透過性試驗(yàn)方法 第1部分：差壓法

GB/T 19789-2021包裝材料 塑料薄膜和薄片氧氣透過性試驗(yàn) 庫(kù)侖計(jì)檢測(cè)法