塑料包装材料性能

包装材料学第三章塑料包装材料性能第一节塑料包装材料的阻隔性能第一节塑料包装材料的阻隔性能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O2、CO2、N2、水蒸汽、香味及其它有机溶剂蒸汽等透过的能力。那么这些小分子物质是如何通过聚合物大分子链的，它们之间是如何相互作用的呢？聚合物的阻隔性能实质是阻止渗透物在其内部迁移的能力影响渗透物迁移能力的因素：聚合物的自由体积那么自由体积的大小由何因素决定，对阻隔性能又会有何影响？第一节塑料包装材料的阻隔性能高分子链间未被占据的空隙称自由体积。

自由体积是分子链进行构象转变和链段运动所需的活动空间影响塑料包装材料阻隔性能的因素1.温度对阻隔性能的影响温度的影响可以在材料的热膨胀过程中观察到：随着温度的提高，相邻原子和分子间的距离拉大，自由体积增大，因此渗透物的迁移更容易，而阻隔性能也会相应的降低影响塑料包装材料阻隔性能的因素温度对阻隔性能的影响（定量计算公式）渗透系数P与温度的关系符合阿伦尼乌斯方程：P=Ae-E/(RT)（经验公式）其中：P—渗透系数g·cm·cm-2·s-1·kPa-1A--常数E--渗透活化能Ｊ·mol-1Ｒ--气体常数8.314Ｊ·mol-1·K-1Ｔ--热力学温度K用于表征塑料阻隔能力大小的指标为渗透系数，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。从这个经验公式中可以得出：在一定温度条件下，渗透系数是一个恒定的值温度不变，薄膜厚度相同的情况下，活化能越高，渗透系数越小，渗透反应速度越慢，因此在选择阻隔性包材时，活化能较高，渗透系数较小的材料最好影响塑料包装材料阻隔性能的因素影响塑料包装材料阻隔性能的因素已知25℃下，氧在无定形PET中的渗透系数为14g·cm·cm-2·s-1·kPa-1，试计算50℃下渗透性系数P（已知PET的活化能E为38kＪ·mol-1）塑料与渗透物之间的相容性2.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弱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。官能团X聚合物渗透系数P注释HHDPE1550~3100非极性，分子链间作用弱，侧基小，高柔性，高结晶度HLDPE3900~5400非极性、支化、低结晶性CH3PP2300~3900非极性，侧基大，较PE硬，较低结晶度C6H5PS3900~6200大体积侧基，无规，阻碍堆砌，不结晶OHPVOH0.15强极性，键间有氢键，结晶ClPVC75~310强极性，侧基较OH大，不结晶乙烯基聚合物中官能团X对氧渗透性系数的影响影响塑料包装材料阻隔性能的因素水蒸气是极性分子，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塑料分子，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。

聚合物的聚集状态3.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。

影响塑料包装材料阻隔性能的因素聚合物的聚集状态对阻隔性能的影响原因：当温度低于Tg时，分子链段没有明显的运动能力；当温度高于Tg后，晶区分子都没有运动能力，晶区的自由体积比无定形小，因此渗透物分子穿过晶区的能力就弱得多。聚合物的物理结构4.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，其阻隔性越好影响塑料包装材料阻隔性能的因素原理分析：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影响塑料包装材料阻隔性能的因素聚合物伸长率/%P渗透系数PP0150PP30080PET010PET5005取向对氧的渗透性的影响湿度对阻隔性能的影响5.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（原因：水起到增塑剂的作用，增加聚合物的自由体积）。非亲水性聚合物的透湿性几乎不受环境湿度的影响。影响塑料包装材料阻隔性能的因素提高塑料包装材料阻隔性能的方法1、复合改性塑料包装薄膜的复合改性是一种最有效的提高塑料包装材料阻隔性能的方法。塑料包装薄膜的复合既可以是二层复合，也可以是多层复合多层复合层数现已发展到10层，而且层数越多，阻隔效果越好。1）树脂间的复合虽然有些单层薄膜的阻隔性不太好，然而进行多层复合以后，其复合薄膜的阻隔性也会大大提高，这一点从复合薄膜材料阻隔性计算公式中可以看出。提高塑料包装材料阻隔性能的方法复合薄膜材料阻隔性计算公式：1/P=T1/P1+T2/P2+….提高塑料包装材料阻隔性能的方法式中：P—复合薄膜的总透过率T1，T2—各复合层的厚度P1，P2—各复合层的透过率主要是经嚷过多层复匀合后，薄斧膜的针孔长、晶点造姓成的缺陷依可以被弥融补从透过机独理上分析:便薄膜层数慕的提高，严使欲透过超的气体的透过路径增变得复杂，相应炕也使得弯气体透过的钳阻力加电大提高塑料桶包装材料冻阻隔性能水的方法例如：计绿算在下述急多层结构催中氧的总湿渗透性系嚷数层数聚合物厚度/mm渗透性系数层1PE1.8150层2PA1.02.6层3PVC1.218.0层4PP2.0150（2）普岗通树脂与轰中等阻隔验树脂性能迎的复合这种复驰合方式库的外层为普盯通树脂，而内层为切中等阻瞒隔性能树脂。由配于两种树事脂的相容性回不太好，往往需加入粘合猜层，因此若航含粘合层寺时，总层环数以三层坑和五层要居多。复合材料写中的普通梦树脂为L竖DPE、不LLDP拉E、HD涌PE、P仪P及PV哀C等，而讯中等阻隔堵性能树脂桌为PA、本PET及粘EVAL猛等。其中普失通树脂趴如PE邮、PP筛等还在材复合薄予膜的制信袋过程批中起到左热封层宏的作用衫。这方登面复合你的例子植有BO需PP/焰EVA飞/PE漠、PA欣/PE矮、PE怒T/P剩E。塑料包往装系统肿中的传晒质问题拿：渗透H2OH2OO2N2H2OCO2渗透的机贫理：单分透子扩散过起程，即分银子在高压晒侧的压力片作用下:渗入包辛装材料段内表面气体分坦子在包则装材料瞒中从高激浓度向慢低浓度梳进行扩逮散，在低压互侧一面波向外散刚发假设包装陶材料厚度愚为X，气踏体在高压妙侧的压强蝇为P1,在低决压侧为赴P2，气体浓宵度为C，齿高浓度为街C1，低浓情度为C2塑料包狼装系统坡中的传询质问题晓：渗透P2----包装壁P1---C1C2X=0X=l根据费克第一恰扩散定律，透气率（单位时妥间、单位门面积的气秩体渗透量）与浓度梯宗度成正比苏，可以表撕示为：K=－D·dc/d帆x=－D·(C2-C1)/l根据亨利定律屯，在一定温肤度下，水浴蒸气或气猫体溶解在现包装材料库中的浓度冤C与该旦气体分压柳力p成正涛比，即C眯=Sp，完式中S为些溶解度系毅数∴K=DS·(P1-P2)/l塑料包装族系统中的歪传质问题栽：渗透又∵P=元DS（渗透系尤数P为苏扩散系弦数D与蜂溶解系俊数S的缺乘积）气体渗碎透率K庄也可表驾示为单芒位时间惜t单位提面积A蚀上的透壁过量q顷来表示钟，即K=q/翠At塑料包乎装系统从中的传锤质问题旗：渗透K=DS兼·(流p1-p2)/lq/At袄=P·(p1-p2)/lP=ql/At△p塑料包装啊系统中的膛传质问题亭：渗透P=ql/At△pP渗透系数t在恒定条件下渗透发生所用时间l包装材料的壁厚p气体或蒸气的分压△p包装材料壁两侧的分压差A包装材料表面发生渗透的面积q气体透过量（质量或体积）c渗透物在聚合物中的浓度S溶解度系数D扩散系数与渗透附过程相杆关的符世号渗透公趁式的应农用包装材料弱的选择。谦为了确定甩某特定包育装材料的字最高性价竖比，需要艳用到材料宇的力学性舅能和材料灰对于氧、帆二氧化碳摆、氮、水劳以及有机载蒸气的渗把透系数。注意的是，很多渗透渣系数都是头近似值，冻不能代替颂实验值当包装胸体系温妙度、分离压差和庙保存时让间确定陷时，可昏计算出罪物品吸糠收或放沈出气体宴或蒸气品的量渗透公凭式的应散用P=ql/At△pq=Pt茶A△p/l已知P、秃A、△p逆和l，估贱计包装体笋系中发生群物质转移茧的量达到疑q时所用卵的时间，罢即保存期游，这时q窃应该是物明品损失或咏得到的水锡的量，或裕者是某一叹物品与氧迫反应的量渗透公医式的应应用P=ql/At△pt=q吹l/A论P△匠p计算产品凝在保存期道限内与0纸.005扶%（g/挽ml）的渔氧反应时忍，PET旧包装的最担小厚度（肯已知包装译为500终ml的容浪器，面积赢为400际cm2相对湿度些为60%贞的环境中真，保存期白限为6个蝴月）渗透公式住的应用1.区分乐“应力松距弛和蠕变星”现象，粘并能列举叮出生活中弯哪些问题泪属于这两扰种现象2.解释包形成光氧彻化现象的房诚原因，在滥选择光稳构定剂时应摆注意哪些打问题3.提趁高聚合里物热稳就定性的艰原因有惨哪些？4.有两塌种薄膜复交合结构，孕从外向内夏的结构是寨PC/E蹲VOH/脊PP和P脑P/EV端OH/P狠C,试问狭这两种复食合结构哪阻一种阻隔给性能更好焦，为什么遗？思考庆题1.权30待℃下，动氧在某栽种未知疏塑料薄欲膜中的突渗透系惠数为0提.1g·cm·功cm-2·s-1·kPa-1，估计4℃下氧在血这种塑料狼中的渗透毒系数。（赏已知：未缩慧知塑料的贱活化能为桃40kJ症/mol绘）思考向题设计四胀层复合掠包装体呢系，要吵求氧的春渗透系今数为3情0g·c锅m·c零m-2·s-1·kP托a-1，试计算平第二层激（阻隔五层）的围厚度思考程题层数厚度/mm渗透系数12.52502x1031.51504