摘要: 本文詳細(xì)介紹了提高材料的阻隔性的常用方法，并針對(duì)復(fù)合膜的透氣性測試特點(diǎn)指出在測試時(shí)應(yīng)注意的問題以及相應(yīng)的改善方法。
關(guān)鍵詞：高阻隔,復(fù)合,復(fù)合膜,共混,邊緣泄漏
許多高阻隔性材料在單獨(dú)使用時(shí)都會(huì)存在一些缺點(diǎn)，如價(jià)格昂貴、阻隔性能對(duì)水敏感、透明性差、以及制膜后機(jī)械強(qiáng)度低等。盡管高阻隔性材料的使用是近幾年加速薄膜應(yīng)用發(fā)展的主要原因之一，但是要取代傳統(tǒng)的高阻隔性材料（如金屬、玻璃）必須有效地控制它的制造成本并加強(qiáng)它的機(jī)械強(qiáng)度。將高阻隔性材料作為多層復(fù)合膜中的一層，其它層材料的保護(hù)可有效提高它的適用性，并降低了整體的制造成本。
1、復(fù)合膜
復(fù)合膜是指由各種塑料與紙、金屬或其它材料通過層合擠出貼面、共擠塑等工藝技術(shù)將基材結(jié)合在一起而形成的多層結(jié)構(gòu)的膜。復(fù)合膜的性能可以通過改變基材的種類和層合的數(shù)量來調(diào)節(jié)，如：防潮、隔氧、保香、避光、機(jī)械性能優(yōu)良、易成型、易熱封、易印刷，而且通過選擇合理的材料結(jié)構(gòu)，可以節(jié)省材料，降低包裝成本。
2、復(fù)合膜的阻隔性
塑料包裝材料常用兩種方式提高氣體阻隔性。
一種是將多種材料（多作為內(nèi)層或外層材料使用，如圖 1中的1、3層材料，它們?cè)跈C(jī)械強(qiáng)度、熱封性能、摩擦性能等方面往往有著優(yōu)異的表現(xiàn)）與高阻隔性材料共擠出，或是將高阻隔性材料涂覆到基膜上等方法制成多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜。復(fù)合工藝包括干法復(fù)合、擠出復(fù)合、共擠出復(fù)合、無溶劑復(fù)合，此外還有涂布、真空蒸鍍等方法。通過這種方式制得的復(fù)合膜一般可以有效提高材料的阻隔性。
通常在使用這種復(fù)合膜時(shí)總是選擇使氣體的滲透方向與材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)相垂直（參見圖 1），這樣的使用方式可以使材料表現(xiàn)出較優(yōu)的阻隔性。由于各層薄膜的溶解度系數(shù)S以及擴(kuò)散系數(shù)D的不同、以及復(fù)合工藝的不同，對(duì)復(fù)合膜的阻隔性能夠產(chǎn)生一定的影響，但總體說來復(fù)合膜的滲透性主要是受到其中阻隔性能的一層材料（阻隔層，選用高阻隔性材料）的阻隔性以及厚度的影響和制約。有些文獻(xiàn)給出了一些用于計(jì)算復(fù)合膜滲透系數(shù)的公式，但復(fù)合膜的實(shí)際氣體阻隔性參數(shù)還是需要通過透氣性測試設(shè)備進(jìn)行測試，因?yàn)楦鲗硬牧媳旧淼那闆r以及整體的復(fù)合情況總不像理論模型那樣理想。一般，復(fù)合膜的滲透系數(shù)會(huì)大于阻隔層材料的滲透系數(shù)，數(shù)值的大小主要取決于在復(fù)合膜中阻隔層的實(shí)際厚度，以及占整體厚度的百分比。
圖 1. 滲透通過平面多層結(jié)構(gòu)
圖 2. 滲透通過平行結(jié)構(gòu)
但是如果氣體的滲透方向與復(fù)合結(jié)構(gòu)相平行（參見圖 2），那得到的阻隔性就是各種復(fù)合方法中zui差的，遵循以下公式：
式中φ是每種聚合物的體積分?jǐn)?shù)。不過在復(fù)合膜的使用上，這種情況還是很少出現(xiàn)的。
另一種提高材料氣體阻隔性的方式是向其中摻入高阻隔性材料，即將兩種聚合物混合、或是向其中增加添加劑等。通過將高阻隔性材料的粒子與薄膜材料共混，可以增加氣體滲透的路徑，這樣就提高了材料的阻隔性。填充物的形狀、縱橫比（aspect ratio）以及填充物與聚合物之間的粘合好壞都能影響氣體阻隔性的效果。而且當(dāng)填充物與聚合物之間的粘合情況不好的時(shí)候，可以預(yù)見材料的阻隔性將會(huì)降低，因?yàn)橥ㄟ^粘合界面的微孔可以進(jìn)行擴(kuò)散。
復(fù)合和共混zui終對(duì)提高材料的阻隔性所起到的效果也有所差別，可以參見圖 3，其中A是復(fù)合方式，而B、C是混合方式。從圖3中可以看出，通過復(fù)合方式，僅使用較少的高阻隔性材料就可以明顯提高整體的阻隔效果，而要達(dá)到相同的效果，使用混合的方式往往需要使用大量的高阻隔性材料。
圖 3. 比較不同的混摻方式會(huì)有不同的阻氣程度
3、復(fù)合膜的透氣性測試
復(fù)合膜的透氣性測試是它的一項(xiàng)重要測試項(xiàng)目，也是檢測復(fù)合膜在包裝特定物品時(shí)結(jié)構(gòu)是否合理、是否存在材料浪費(fèi)的主要判斷依據(jù)，是包裝設(shè)計(jì)、材料選擇中重要的一環(huán)。
與檢測單層膜（包括共混材料）不同的是，由于復(fù)合膜的多層結(jié)構(gòu)使得它的層面可能會(huì)排出或是吸入氣體，干擾試驗(yàn)結(jié)果。由于周圍環(huán)境中的氣體成分含量與一般的大氣幾乎相同，因此如果試樣的邊緣未進(jìn)行密封處理的話，就會(huì)成為整個(gè)測試系統(tǒng)的一個(gè)泄漏點(diǎn)，不但影響測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而且也增大了周圍環(huán)境波動(dòng)對(duì)試驗(yàn)的影響。阻隔性試驗(yàn)是一個(gè)對(duì)測試環(huán)境比較敏感的微觀試驗(yàn)，而這一點(diǎn)在多層復(fù)合膜中表現(xiàn)的更加明顯，可以參見表 1。
表 1. 試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比
試樣 | A | B |
試樣描述 | PE牛奶膜，105μm | 共擠膜， 70μm |
試驗(yàn)狀態(tài) | 邊緣密封 | 邊緣不密封 | 邊緣密封 | 邊緣不密封 |
O2 GTR | 977.786 | 1268.84 | 1.04 | 1.676 |
986.045 | 1208.35 | 1.04 | 1.694 |
999.079 | 1165.64 | / | 1.743 |
O2 GTR ( mean ) | 987.637 | 1214.28 | 1.04 | 1.704 |
S | 10.735 | 51.85 | 0 | 0.035 |
CV% | 1.087 | 4.270 | 0 | 2.035 |
測試溫度℃ | 23℃ | 24℃ | 24℃ | 24℃ |
從表 1中提供的數(shù)據(jù)不難看出，對(duì)于多層復(fù)合膜A和B，在試驗(yàn)時(shí)是否進(jìn)行試樣的邊緣密封對(duì)整個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果以及數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性都有很大的影響，試樣A在不進(jìn)行邊緣密封后，測試數(shù)據(jù)增加了23％，而測試數(shù)據(jù)的波動(dòng)也擴(kuò)大了約3％；對(duì)于試樣B影響則更加明顯。
為了消除邊緣泄漏對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，進(jìn)行薄膜的阻隔性測試時(shí)需要對(duì)材料的邊緣進(jìn)行嚴(yán)密的密封，如放樣時(shí)在測試下腔的非滲透區(qū)域涂抹真空酯，在試樣外圍增加密封圈等，以zui大限度的減小試樣的邊緣泄漏。
