纳米复合材料阻隔膜的特性及应用分析装配
2022-07-20 03:30:44 华冠机械网
纳米复合材料阻隔膜的特性及应用分析
近几年来，纳米技术引起人们的普遍关注，人们对纳米复合材料在包装材料领域作为气体阻隔材料进行了广泛的研究开发。
住友化学工业研究开发了一类应用纳米复合材料技术的阻隔材料，在这里主要介绍其中的一种，纳米复合材料阻隔膜 。
是以树脂膜为基材，在其表面上涂一层阻隔层制备的。根据基材树脂种类的不同，复合材料阻隔膜的名称也不同，以双向拉伸聚丙烯膜(OPP)为底层的称之为YOP，以双向拉伸尼龙膜(ONy)为底层的称之为YON，以双向拉伸聚酯(PET)为底层的称之为YPET。现在，日本 公司已开始制造并销售经过干燥可形成阻隔层的涂层液及其涂层技术。
去年秋天，住友化学工业、日本 公司就纳米复合材料阻隔液技术又开发了3D阻隔涂层技术。相对于 膜的二维阻隔涂层，3D阻隔涂层的主要特征在于，该阻隔涂层是三维的，它能给瓶芯或杯子等成型制品赋予阻隔功能。
在本文中主要介绍纳米复合材料阻隔膜的特性以及应用。
1、复合材料阻隔膜的结构特征
的主要特征在于其阻隔层为超微薄膜，以往的阻隔膜(聚氯乙稀／PVC，聚乙烯醇／PVA)或者共挤出成形多层膜(乙烯－乙烯醇／EVOH共聚体，尼龙共聚体)等的阻隔层厚度为数微米，而的阻隔层厚度仅为数百纳米，是以往阻隔层的1/10。这种阻隔层自身是在韧性有机高分子中，在纳米水平上层叠形成的对气体具有完全阻断性的特殊无机化合物。这也是为什么将 称为纳米复合材料阻隔膜的原因。这种 的结构上的特征使复合材料阻隔膜具有下述物理特征。
2、超微薄膜高气体阻隔性的原因
具有高气体阻隔性的原因是：当气体透过纳米复合材料阻隔膜 时，会溶解、扩散到阻隔层内的有机高分子化合物中，因阻隔层内为无机化合物的层叠结构，气体要穿透薄膜，必须避开这些无机化合物，显然气体实际经过的路径要比阻隔层厚度大的多。这种现象也称之为迷宫效应，超微薄膜的阻隔层可以达到与有机高分子板一样的气体透过度。
3、阻隔膜 阻隔性的特征
(1)氧气阻隔性的湿度依赖性
的氧气阻隔性依赖于湿度。
在干燥的环境下具有和铝铂一样的高度氧气阻隔性，但在高湿度环境下其氧气阻隔性表现出下降的倾向。即使如此，该材料在高湿度的环境下也能保持和PVC膜一样的气体阻隔性，甚至可以在日常生活中作为水分活性值较高食品的包装材料。其中水分活性值是指，在密闭容器内放入食品后内部的蒸汽压(P)与在相同温度下最大蒸汽压(PO)的比值。
(2)氧气阻隔性的温度依赖性
大部分的有机高分子材料系的阻隔膜，随着温度的上升，其分子运动加快，气体的扩散变得容易。因此，随着温度的上升其阻隔性大大降低。相对于有机高分子材料系的阻隔膜，无机蒸镀系阻隔膜的性能下降程度较为缓慢。
为有机，无机材料的纳米复合材料，随着温度上升，其性能下降程度与无机蒸镀系阻隔材料一样的缓慢，可以用于使用温度较高的包装材料上。
(3)透湿度的各向异性
和氧气阻隔性一样， 的透湿性也有湿度依赖性。层压膜结构不同，其防湿性能也不同，即使是相同的层压膜结构，基材不同以及密封剂面向高湿度的侧面不同，其防湿性能也不相同。
在表1中列出了用 YOP以及YON的例子。在利用YOP的情况下，从基材到液体密封剂的透湿度降低，相反利用YON的时候，从液体密封剂到基材的透湿度降低。因此YOP适用于内容物的防潮，而YON适用于内容物的防干燥或防止减重方面。
(4)保香性
具有很好的保香功能，表2中列举了与其保香功能相关的实验结果。由表2可以看出，基材的不同，其保香性也不同，但是仍具有和PVC涂层一样的保香性。 在酸性条件下，虽保香性有些变差，但是稀释三倍左右后，可以得到和PVC涂膜一样的保香性。
(待续)
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