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包装膜的气体渗透机理与各种测试方法

摘要：本文对溶解—扩散气体分子转移，渗透推动力等渗透机理做了阐述，并对压差法，库仑法等各种测试方法进行分析比较。

关键词：溶解 扩散 转移 推动力 压差法 库仑法

随着软质包装材料在食品、药品、化妆品、电子元器件产品包装方面的广泛应用，包装膜对气体的阻隔性能越来越受到广大厂商的关注与重视。下面，我接口电缆就兰光薄膜阻隔性实验室的部份研究体会同在座代表做一交流。

一、 包装膜的气体渗透机理

1溶解—扩散机理

气体透过非多孔膜(包括均质膜、非对称膜、复合膜)的现象是以溶解—扩散机理来阐述的。

如上图所示，首先气体分子与膜接触，接着在膜表面富集溶解，从而在膜两侧表面产生浓度梯。在浓度差的作用下，气体分子变形丈量工作原理：在膜内向前扩散，到达膜的另一侧面后从表面解析。开始时，此过程处于非稳定态，气体在膜内浓度呈非线性分布；当延迟时间结束后，气体在膜内的扩散速度达到稳定状态，这时膜中气体的浓度沿膜厚方向呈线性分布。

根据Fick第一定律，气体在膜内的扩散流量为：

2渗透过程中气体分子的迁移

气体分子的溶解能力用溶解度系学生包数S表示。

溶解度系数表示聚合物膜对气体的溶解能力，因气体的沸点、易液化的程度不同，溶解能力不同。

分子在膜传递能力用扩散系数D表示。

扩散系数表示气体分子在分子链热运动的膜中传递能力大小。由于气体分子在膜中传递需要能量来排开链与链之间一定体积，因此扩散系数随分子增大而减少。

3渗透的推动力

渗透发生的条件：C1 C2

透过量：q=P(p 1－p 2)

式中：P——渗透系数(S·D)

p 1－p 2——膜两侧的浓度分压差

t——渗透时间

S——膜厚

4膜的透气量会因气体不同而不同

从(式二)可以看出，气体的透过量与渗透系数有关，即与气体对膜的溶解度与扩散系数有关。

从表3可以看出，同样是聚乙烯材料，氧气的渗透速度约是氮气的三倍，而二氧化碳的渗透速度则是氧气的五倍之多。当包装膜用途不同时，仅仅用其透氧量的数据来判断其阻隔性能与货架寿命是不科学的。

表3 部分气体在聚乙烯HD中的渗透系数

二、 各种测试方法的比较

1压差法

试验条件：C 1 C 2 P 1－P 2 0

采标范围：国标ISO2556 中国GB1038 日本JIS－K7126 德国DIN 53380 英国ASTM D1434

评价：渗透机理完善、不受测试气体种类的限制，全球应用最广泛的标准方法。

2库仑法

试验条件：C1O2 C2O2 C1N2 C2N2 P1=P2

采标范围：美国ASTM D3985

评价：渗透机理存在疑问，因此仅能作为在该特定状态氧气透过量的测定，未被国际标准机构采纳。

3、ASTM D3985复合材料总是在与钢或铝竞争渗透机理的分析

由于分子间存在吸附效应，因此氮分子的逆向渗透必然会影响氧分子的正向渗透速率，所以此实验状态下氧气的透过量存有不确定的因素，所得数据的可靠性是存有疑问的。

三、 兰光薄膜阻隔性实验简介

兰光于2002年8月建成我国第一间专门以研究软包装手机喇叭薄膜阻隔性为主导方向的标准实验室。

实验室配备有专业的实验人员，完善的规章制度，硬件、软件均达到现代化实验室的标准。检验项目有包装材料的透气量试验、水蒸气透过量试验、抗拉强度、伸长率、撕裂、剥离、热封强度试验；薄膜、薄片的刺破力试验；薄膜、薄片厚度与表面摩擦系数的测定；薄膜、薄片的热封性能、落镖冲击性能；包装物的密封性试验等。

实验室对外开放，二十四小时运行，接待客户参观、操作培训、实验，出具检验报告。同时实验室的高分子专业研究员对软包装的各种新材料进行实验研究，努力拓展实验室为客户服务的作用；不但为客户材料提供可靠的实验数据，而且为客户在产品研发上沙滩家具提供技术支持，全方位的为客户服务。

姜允中

(济南兰光机电技术发展中心）

转载自：中国塑料包装信息

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