塑料包裝材料性能

包裝材料學(xué)第三章塑料包裝材料性能第一節(jié)塑料包裝材料的阻隔性能第一節(jié)塑料包裝材料的阻隔性能塑料的阻隔性是指塑料包裝材料或容器防止小分子氣體如O2、CO2、N2、水蒸汽、香味及其它有機(jī)溶劑蒸汽等透過(guò)的能力。那么這些小分子物質(zhì)是如何通過(guò)聚合物大分子鏈的，它們之間是如何相互作用的呢？聚合物的阻隔性能實(shí)質(zhì)是阻止?jié)B透物在其內(nèi)部遷移的能力影響滲透物遷移能力的因素：聚合物的自由體積那么自由體積的大小由何因素決定，對(duì)阻隔性能又會(huì)有何影響？第一節(jié)塑料包裝材料的阻隔性能高分子鏈間未被占據(jù)的空隙稱自由體積。

自由體積是分子鏈進(jìn)行構(gòu)象轉(zhuǎn)變和鏈段運(yùn)動(dòng)所需的活動(dòng)空間影響塑料包裝材料阻隔性能的因素1.溫度對(duì)阻隔性能的影響溫度的影響可以在材料的熱膨脹過(guò)程中觀察到：隨著溫度的提高，相鄰原子和分子間的距離拉大，自由體積增大，因此滲透物的遷移更容易，而阻隔性能也會(huì)相應(yīng)的降低影響塑料包裝材料阻隔性能的因素溫度對(duì)阻隔性能的影響（定量計(jì)算公式）滲透系數(shù)P與溫度的關(guān)系符合阿倫尼烏斯方程：P=Ae-E/(RT)（經(jīng)驗(yàn)公式）其中：P—滲透系數(shù)g·cm·cm-2·s-1·kPa-1A--常數(shù)E--滲透活化能Ｊ·mol-1Ｒ--氣體常數(shù)8.314Ｊ·mol-1·K-1Ｔ--熱力學(xué)溫度K用于表征塑料阻隔能力大小的指標(biāo)為滲透系數(shù)，即一定厚度的塑料制品在一定壓力、溫度和濕度條件下，單位時(shí)間和單位面積內(nèi)透過(guò)小分子物質(zhì)的體積或重量。從這個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式中可以得出：在一定溫度條件下，滲透系數(shù)是一個(gè)恒定的值溫度不變，薄膜厚度相同的情況下，活化能越高，滲透系數(shù)越小，滲透反應(yīng)速度越慢，因此在選擇阻隔性包材時(shí)，活化能較高，滲透系數(shù)較小的材料最好影響塑料包裝材料阻隔性能的因素影響塑料包裝材料阻隔性能的因素已知25℃下，氧在無(wú)定形PET中的滲透系數(shù)為14g·cm·cm-2·s-1·kPa-1，試計(jì)算50℃下滲透性系數(shù)P（已知PET的活化能E為38kＪ·mol-1）塑料與滲透物之間的相容性2.分子極性

?當(dāng)結(jié)晶度一定時(shí)，極性大分子或強(qiáng)極性大分子比非極性大分子或弱極性大分子因分子間結(jié)合緊密而使氣體在其內(nèi)部的擴(kuò)散困難。分子極性越大，其樹(shù)脂透氣率越小，阻氣性越好。官能團(tuán)X聚合物滲透系數(shù)P注釋HHDPE1550~3100非極性，分子鏈間作用弱，側(cè)基小，高柔性，高結(jié)晶度HLDPE3900~5400非極性、支化、低結(jié)晶性CH3PP2300~3900非極性，側(cè)基大，較PE硬，較低結(jié)晶度C6H5PS3900~6200大體積側(cè)基，無(wú)規(guī)，阻礙堆砌，不結(jié)晶OHPVOH0.15強(qiáng)極性，鍵間有氫鍵，結(jié)晶ClPVC75~310強(qiáng)極性，側(cè)基較OH大，不結(jié)晶乙烯基聚合物中官能團(tuán)X對(duì)氧滲透性系數(shù)的影響影響塑料包裝材料阻隔性能的因素水蒸氣是極性分子，所以水蒸氣對(duì)極性分子塑料的溶入和擴(kuò)散速度均大于對(duì)非極性塑料分子，透濕系數(shù)值也較大。高阻隔性材料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。

聚合物的聚集狀態(tài)3.分子結(jié)晶性

氣體和水蒸氣透過(guò)結(jié)晶性聚合物的擴(kuò)散能量比非結(jié)晶性聚合物高，擴(kuò)散系數(shù)小，故結(jié)晶性聚合物表現(xiàn)出較好的阻氣性。在其余條件相同的情況下，樹(shù)脂分子結(jié)晶度越高，表現(xiàn)出越好的阻隔性能。

影響塑料包裝材料阻隔性能的因素聚合物的聚集狀態(tài)對(duì)阻隔性能的影響原因：當(dāng)溫度低于Tg時(shí)，分子鏈段沒(méi)有明顯的運(yùn)動(dòng)能力；當(dāng)溫度高于Tg后，晶區(qū)分子都沒(méi)有運(yùn)動(dòng)能力，晶區(qū)的自由體積比無(wú)定形小，因此滲透物分子穿過(guò)晶區(qū)的能力就弱得多。聚合物的物理結(jié)構(gòu)4.分子定向塑料薄膜和容器因成型加工時(shí)的拉伸作用而使大分子受到不同程度的定向作用，使大分子呈規(guī)則分布而排列緊密，阻隔性提高。大分子定向程度越高，其阻隔性越好影響塑料包裝材料阻隔性能的因素原理分析：拉伸使原來(lái)的結(jié)晶顆粒破碎而變?。涣硪环矫胬焓勾蠓肿尤∠蛟黾?，使大分子排列更加規(guī)整而有序，從而提高結(jié)晶度和大分子的排列密度影響塑料包裝材料阻隔性能的因素聚合物伸長(zhǎng)率/%P滲透系數(shù)PP0150PP30080PET010PET5005取向?qū)ρ醯臐B透性的影響濕度對(duì)阻隔性能的影響5.分子親水性

塑料樹(shù)脂中具有親水性能的主要是PVA、PA等薄膜。親水性樹(shù)脂由于其強(qiáng)的吸水性而使樹(shù)脂溶脹，分子間距增大而使阻隔性下降（原因：水起到增塑劑的作用，增加聚合物的自由體積）。非親水性聚合物的透濕性幾乎不受環(huán)境濕度的影響。影響塑料包裝材料阻隔性能的因素提高塑料包裝材料阻隔性能的方法1、復(fù)合改性塑料包裝薄膜的復(fù)合改性是一種最有效的提高塑料包裝材料阻隔性能的方法。塑料包裝薄膜的復(fù)合既可以是二層復(fù)合，也可以是多層復(fù)合多層復(fù)合層數(shù)現(xiàn)已發(fā)展到10層，而且層數(shù)越多，阻隔效果越好。1）樹(shù)脂間的復(fù)合雖然有些單層薄膜的阻隔性不太好，然而進(jìn)行多層復(fù)合以后，其復(fù)合薄膜的阻隔性也會(huì)大大提高，這一點(diǎn)從復(fù)合薄膜材料阻隔性計(jì)算公式中可以看出。提高塑料包裝材料阻隔性能的方法復(fù)合薄膜材料阻隔性計(jì)算公式：1/P=T1/P1+T2/P2+….提高塑料包裝材料阻隔性能的方法式中：P—復(fù)合薄膜的總透過(guò)率T1，T2—各復(fù)合層的厚度P1，P2—各復(fù)合層的透過(guò)率主要是經(jīng)嚷過(guò)多層復(fù)勻合后，薄斧膜的針孔長(zhǎng)、晶點(diǎn)造姓成的缺陷依可以被彌融補(bǔ)從透過(guò)機(jī)獨(dú)理上分析:便薄膜層數(shù)慕的提高，嚴(yán)使欲透過(guò)超的氣體的透過(guò)路徑增變得復(fù)雜，相應(yīng)炕也使得彎氣體透過(guò)的鉗阻力加電大提高塑料桶包裝材料凍阻隔性能水的方法例如：計(jì)綠算在下述急多層結(jié)構(gòu)催中氧的總濕滲透性系嚷數(shù)層數(shù)聚合物厚度/mm滲透性系數(shù)層1PE1.8150層2PA1.02.6層3PVC1.218.0層4PP2.0150（2）普崗?fù)?shù)脂與轟中等阻隔驗(yàn)樹(shù)脂性能迎的復(fù)合這種復(fù)馳合方式庫(kù)的外層為普盯通樹(shù)脂，而內(nèi)層為切中等阻瞞隔性能樹(shù)脂。由配于兩種樹(shù)事脂的相容性回不太好，往往需加入粘合猜層，因此若航含粘合層寺時(shí)，總層環(huán)數(shù)以三層坑和五層要居多。復(fù)合材料寫中的普通夢(mèng)樹(shù)脂為L(zhǎng)豎DPE、不LLDP拉E、HD涌PE、P儀P及PV哀C等，而訊中等阻隔堵性能樹(shù)脂桌為PA、本PET及粘EVAL猛等。其中普失通樹(shù)脂趴如PE郵、PP篩等還在材復(fù)合薄予膜的制信袋過(guò)程批中起到左熱封層宏的作用衫。這方登面復(fù)合你的例子植有BO需PP/焰EVA飛/PE漠、PA欣/PE矮、PE怒T/P剩E。塑料包往裝系統(tǒng)腫中的傳曬質(zhì)問(wèn)題拿：滲透H2OH2OO2N2H2OCO2滲透的機(jī)貧理：?jiǎn)畏滞缸訑U(kuò)散過(guò)起程，即分銀子在高壓曬側(cè)的壓力片作用下:滲入包辛裝材料段內(nèi)表面氣體分坦子在包則裝材料瞞中從高激濃度向慢低濃度梳進(jìn)行擴(kuò)逮散，在低壓互側(cè)一面波向外散剛發(fā)假設(shè)包裝陶材料厚度愚為X，氣踏體在高壓妙側(cè)的壓強(qiáng)蠅為P1,在低決壓側(cè)為赴P2，氣體濃宵度為C，齒高濃度為街C1，低濃情度為C2塑料包狼裝系統(tǒng)坡中的傳詢質(zhì)問(wèn)題曉：滲透P2----包裝壁P1---C1C2X=0X=l根據(jù)費(fèi)克第一恰擴(kuò)散定律，透氣率（單位時(shí)妥間、單位門面積的氣秩體滲透量）與濃度梯宗度成正比蘇，可以表撕示為：K=－D·dc/d帆x=－D·(C2-C1)/l根據(jù)亨利定律屯，在一定溫膚度下，水浴蒸氣或氣貓?bào)w溶解在現(xiàn)包裝材料庫(kù)中的濃度冤C與該旦氣體分壓柳力p成正濤比，即C瞇=Sp，完式中S為些溶解度系毅數(shù)∴K=DS·(P1-P2)/l塑料包裝族系統(tǒng)中的歪傳質(zhì)問(wèn)題栽：滲透又∵P=元DS（滲透系尤數(shù)P為蘇擴(kuò)散系弦數(shù)D與蜂溶解系俊數(shù)S的缺乘積）氣體滲碎透率K莊也可表駕示為單芒位時(shí)間惜t單位提面積A蝕上的透壁過(guò)量q頃來(lái)表示鐘，即K=q/翠At塑料包乎裝系統(tǒng)從中的傳錘質(zhì)問(wèn)題旗：滲透K=DS兼·(流p1-p2)/lq/At襖=P·(p1-p2)/lP=ql/At△p塑料包裝啊系統(tǒng)中的膛傳質(zhì)問(wèn)題亭：滲透P=ql/At△pP滲透系數(shù)t在恒定條件下滲透發(fā)生所用時(shí)間l包裝材料的壁厚p氣體或蒸氣的分壓△p包裝材料壁兩側(cè)的分壓差A(yù)包裝材料表面發(fā)生滲透的面積q氣體透過(guò)量（質(zhì)量或體積）c滲透物在聚合物中的濃度S溶解度系數(shù)D擴(kuò)散系數(shù)與滲透附過(guò)程相桿關(guān)的符世號(hào)滲透公趁式的應(yīng)農(nóng)用包裝材料弱的選擇。謙為了確定甩某特定包育裝材料的字最高性價(jià)豎比，需要艷用到材料宇的力學(xué)性舅能和材料灰對(duì)于氧、帆二氧化碳擺、氮、水勞以及有機(jī)載蒸氣的滲把透系數(shù)。注意的是，很多滲透渣系數(shù)都是頭近似值，凍不能代替頌實(shí)驗(yàn)值當(dāng)包裝胸體系溫妙度、分離壓差和廟保存時(shí)讓間確定陷時(shí)，可昏計(jì)算出罪物品吸糠收或放沈出氣體宴或蒸氣品的量滲透公憑式的應(yīng)散用P=ql/At△pq=Pt茶A△p/l已知P、禿A、△p逆和l，估賤計(jì)包裝體筍系中發(fā)生群物質(zhì)轉(zhuǎn)移繭的量達(dá)到疑q時(shí)所用卵的時(shí)間，罷即保存期游，這時(shí)q竊應(yīng)該是物明品損失或詠得到的水錫的量，或裕者是某一嘆物品與氧迫反應(yīng)的量滲透公醫(yī)式的應(yīng)應(yīng)用P=ql/At△pt=q吹l/A論P(yáng)△匠p計(jì)算產(chǎn)品凝在保存期道限內(nèi)與0紙.005扶%（g/挽ml）的漁氧反應(yīng)時(shí)忍，PET舊包裝的最擔(dān)小厚度（肯已知包裝譯為500終ml的容浪器，面積贏為400際cm2相對(duì)濕度些為60%貞的環(huán)境中真，保存期白限為6個(gè)蝴月）滲透公式住的應(yīng)用1.區(qū)分樂(lè)“應(yīng)力松距弛和蠕變星”現(xiàn)象，粘并能列舉叮出生活中彎哪些問(wèn)題淚屬于這兩擾種現(xiàn)象2.解釋包形成光氧徹化現(xiàn)象的房誠(chéng)原因，在濫選擇光穩(wěn)構(gòu)定劑時(shí)應(yīng)擺注意哪些打問(wèn)題3.提趁高聚合里物熱穩(wěn)就定性的艱原因有慘哪些？4.有兩塌種薄膜復(fù)交合結(jié)構(gòu)，孕從外向內(nèi)夏的結(jié)構(gòu)是寨PC/E蹲VOH/脊PP和P腦P/EV端OH/P狠C,試問(wèn)狹這兩種復(fù)食合結(jié)構(gòu)哪阻一種阻隔給性能更好焦，為什么遺？思考慶題1.權(quán)30待℃下，動(dòng)氧在某栽種未知疏塑料薄欲膜中的突滲透系惠數(shù)為0提.1g·cm·功cm-2·s-1·kPa-1，估計(jì)4℃下氧在血這種塑料狼中的滲透毒系數(shù)。（賞已知：未縮慧知塑料的賤活化能為桃40kJ癥/mol繪）思考向題設(shè)計(jì)四脹層復(fù)合掠包裝體呢系，要吵求氧的春滲透系今數(shù)為3情0g·c鍋m·c零m-2·s-1·kP托a-1，試計(jì)算平第二層激（阻隔五層）的圍厚度思考程題層數(shù)厚度/mm滲透系數(shù)12.52502x1031.51504