在很多食品類(lèi)包裝中,對阻隔性有著(zhù)很高的要求,直接影響到食品的保質(zhì)期。阻隔性可以通過(guò)阻隔材料來(lái)實(shí)現,通常指在標準狀態(tài)下(23攝氏度,65%相對濕度),25微米的薄膜透氧量在5ml/(m2.d)以下,且透濕量在2g/(m2.d)以下的材料。目前軟包裝中屬于高阻隔材料范圍的有:鋁箔,EVOH和PVDC;屬中阻隔材料的有尼龍和聚酯;而PE,PP等屬于低阻隔材料。
通常我們所講的材料阻隔性都是針對特定滲透對象而言的,滲透對象包括氣體,水蒸氣,液體,有機物等,是材料對特定滲透對象由其一側滲透到達另一側(高濃度側滲透通過(guò)材料進(jìn)入低濃度側)的阻隔性能。整個(gè)滲透過(guò)程可以分為:吸附,溶解,擴散,解吸幾個(gè)部分。氣體或水蒸氣從高濃度區進(jìn)入材料表面,通過(guò)在材料內部的擴散,又從低濃度區的另一表面解吸。
整個(gè)滲透過(guò)程出現的快慢由兩個(gè)因素決定,一是在聚合物里滲透溶解的快慢,由溶解度參數表示;二是滲透物分在在聚合物分子里移動(dòng)的快慢,由擴散系數表示。由氣體透過(guò)薄膜的機理可知,氣體首先在薄膜表面吸附,然后經(jīng)擴散的過(guò)程透過(guò)薄膜。對氣體阻隔性高的薄膜聚合物,其氣體透過(guò)機理和聚合物特性的基本規律如下:
取向度:取向程度高,阻隔性高;
聚合物鏈的剛性:聚合物的玻璃化溫度高,剛性強,從而阻隔性好;
聚合物間的間隙:盡可能小,聚合物鏈的填充度密實(shí);
凝聚能量密度:極性高的聚合物(含-OH,-CN)結合力高,氣體的擴散較為困難;
對水蒸氣的敏感性:吸收水蒸氣后增塑化,結合力減弱,氣體容易透過(guò)。
不同滲透對象對于同種材料的滲透過(guò)程是不一樣的,通常按照滲透對象性質(zhì)的不同將材料的阻隔性分為材料對無(wú)機氣體的阻隔性(就是通常所說(shuō)的透氣性,又可進(jìn)一步分為透氧性,透氮性,透二氧化碳性等)、對水蒸氣的阻隔性以及對有機物的阻隔性。這三類(lèi)物質(zhì)對材料的滲透原理是不一樣的,而且由于滲透物質(zhì)的不同,滲透過(guò)程相差很大。
平常在進(jìn)行材料的阻隔性描述時(shí),人們常常會(huì )進(jìn)入以偏概全的誤區。例如,某種材料的氣體阻隔性好卻常被直接說(shuō)成高阻隔材料,這意味著(zhù)這種材料應該同時(shí)具有很好的氣體阻隔性、水蒸氣阻隔性、有機物阻隔性,然而實(shí)際上它對水蒸氣、有機物的阻隔性也許并不理想。EVOH在環(huán)境濕度很低時(shí)具有很高的氣體阻隔性,但隨著(zhù)環(huán)境濕度的升高其對無(wú)機氣體的阻隔性會(huì )明顯下降,而且它的水蒸氣阻隔性較差。并且,即使僅對于材料的氣體阻隔性,其透氧性和透二氧化碳性也是不一樣的。試驗結果證明,對于同一種材料,它的透氧性、透二氧化碳性以及透氮性多表現出一定的比例關(guān)系,因為無(wú)機氣體在滲透過(guò)程上非常相似,主要影響因素是分子尺寸以及分子形狀。但是這種比例關(guān)系會(huì )因材料的不同而改變。在一個(gè)復合的多層結構中,阻隔性主要取決于阻隔性好的一層的阻隔性。
溫度和濕度對阻隔性有著(zhù)很大的影響,對于H2、O2、N2等非凝聚性氣體,滲透系數隨著(zhù)溫度升高而增大(溫度升高使得分子運動(dòng)加?。?,對于大多數氣體滲透都遵循這個(gè)規律。有些對濕度敏感的材料,如乙烯-乙醇共聚物、聚乙烯醇、聚酰胺(尼龍)、未涂覆玻璃紙等,隨著(zhù)相對濕度的升高,滲透系數迅速增加,即對氧的阻隔性迅速下降。而聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲乙二酯(PET)的透氧率幾乎不隨相對濕度變化而改變。軟包裝材料主要是由各種各樣的高分子聚合物制成的,有些高分子聚合物中含有羥基(-OH)、酰胺基(-CNH-)等,這些聚合物對水敏感,若環(huán)境濕度升高,環(huán)境中的水分子會(huì )向高分子聚合物中擴散,相當于加入了一定量的增塑劑,不僅會(huì )使材料中的自由體積增加,也使高分子的一些運動(dòng)單元重排運動(dòng)易于進(jìn)行,提供使氣體分子擴散通過(guò)的瞬間縫隙的機會(huì )增多,使得氣體的滲透系數增大。因此可以通過(guò)不同材料的搭配提供很好的阻水阻氧性能的組合,比如:PE/tie/PA/EVOH/PA/tie/PE中, PE提供對水蒸氣的阻隔,PA和EVOH提供對氧氣的阻隔。
在中國,隨著(zhù)生活水品的日益提高和生活節奏的加快,市場(chǎng)對于具有阻隔性的軟包裝的需求也越來(lái)越大,值得引起大家的關(guān)注。
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