阻隔性功能材料的透氣性原理及影響因素

    近幾年隨著食品安全工程的推廣逐漸被大家所認(rèn)知和接受，阻隔性功能材料是目前食品藥品包裝中常用的功能性包裝材料，選擇具有阻隔性功能的包裝材料可以使內(nèi)容物獲得更好的保存效果以及更長的保值期。阻隔性檢測是隨著阻隔性功能材料的廣泛應(yīng)用而獲得推廣的一項檢測項目。

     塑料膜透氣性能的測試通常利用氣體透過率測試儀。山東普創(chuàng)生產(chǎn)的GTR-V1/GTR-V3壓差法氣體透過率測定儀就能很好的起到檢測效果。包裝材料主要的透氣性原理及影響氣體滲透的幾點因素來認(rèn)識。

檢測儀器：GTR-V1/GTR-V3氣體透過率測試儀

壓差法氣體透過率測定儀原理：

氣體透過量。在一個大氣壓差下，每平方米透過面積，24h透過的氣體量(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。

透氣系數(shù)。在單位時間內(nèi)，單位壓差下，透過單位面積、單位厚度薄膜的透氣量(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。

氣體對薄膜的透過是一個單分子擴(kuò)散過程，屬于質(zhì)量傳遞過程。共包括三個步驟，當(dāng)在薄膜兩側(cè)存在著濃度不同的某種氣體時，氣體首先溶解于薄膜之中，由于固體薄膜都有分子間隙及分子內(nèi)空隙，氣體在這些間隙中由高濃度向低濃度進(jìn)行擴(kuò)散，最后在膜的另一面向外蒸發(fā)。氣體對薄膜的滲透就是由無數(shù)個單分子對薄膜的滲透構(gòu)成的。

不同的氣體(例如:氧氣、氮氣、二氧化碳等)對同一種包裝材料的透氣系數(shù)是不同的。在食品包裝中，主要研究的是氧氣對包裝材料的透過性能，即包裝材料的透氧性能。

影響氣體滲透性的因素有以下幾點：

①分子鏈的極性。在高聚物材料中，非極性材料有聚乙烯、聚丙烯、聚丁二、聚四氟乙烯等;弱極性的有聚苯乙烯、聚異丁烯、天然橡膠等;極性聚合物有聚氯乙烯、尼龍、聚甲基丙烯酸甲酯等;強(qiáng)極性的有酚醛樹脂、聚酯等。極性分子的相互力大，內(nèi)聚能密度高，阻隔性好，擴(kuò)散系數(shù)低。

②分子鏈的剛性和側(cè)基。分子鏈剛性大、主鏈不靈活的材料玻璃化溫度高的材料氣體透過率較低。分子鏈側(cè)基不對稱，高聚物自由空間大，透過率就相對較高。

③結(jié)晶度。結(jié)晶度高，分子鏈排列愈緊密，氣體透過結(jié)晶性物質(zhì)比透過無定性物質(zhì)需要更多的擴(kuò)散活化能，因而阻隔性更好。一方面結(jié)晶性高聚物的透過率低于無定型高聚物，另一方面，同一種高聚物中結(jié)晶度高的優(yōu)于結(jié)晶度低的

④高聚物的密度。與結(jié)晶度相似，高聚物密度高、阻隔性好、滲透率低。

⑤取向度。通過改變高聚物的拉伸取向可顯著降低氣體透過率，特別對結(jié)晶高聚物，取向可使晶體按一定方向重新排列起來還可以促進(jìn)結(jié)晶，使得滲透劑分子需經(jīng)過更為曲折的路徑才能透過包裝材料。

⑥濕敏度。有些高聚物含有羥基-OHI、酰胺基-CNH-等，對水敏感，當(dāng)水分子滲入，形成氫鍵，使高聚物膨脹、松弛，使透氣性增加。另外一些含酯基一C-0一、氯基乕C=N的高聚物，雖然吸水，但不影響阻隔性，因為不取決于氫鍵。

⑦溫度。總體上，氣體或液體在高聚物中的透過率隨溫度升高而增加。這是因為，隨著環(huán)境溫度的升高，影響塑料薄膜阻隔性因素都會有相應(yīng)變化，聚合物分子鍵的剛性下降，內(nèi)聚度下降，自由體積增大。環(huán)境溫度的升高還會使經(jīng)過拉伸取向的聚合物分子鏈間的取向能降低。這些變化使薄膜的透過率隨著環(huán)境溫度的升高而加大。