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目前，在糧食與食品保存中，密封技術(shù)的運(yùn)用越來(lái)越廣泛。糧食的整倉(cāng)密封熏蒸和糧堆的密封貯藏，糧食及食品的小包裝存放，常采用塑料薄膜密封。由于塑料薄膜具有一定的不透水性和不透氣性，有較好的柔順性，價(jià)格便宜，市場(chǎng)供應(yīng)充足等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。密封的主要目的在于阻止包裝內(nèi)外氣體相互竄流，保證密封空氣氣體成分或密度不變，以此防治害蟲發(fā)生、抑制微生物繁衍，從而保證貯存物的質(zhì)量。1　塑料的基本組成與特性　　塑料由合成樹脂、填充料、增塑劑、硬化劑、附加劑等組成。其中合成樹脂起膠結(jié)作用，不僅本身膠結(jié)在一起，而且把其他成分也牢固地膠結(jié)起來(lái)。因此，它決定了塑料的基本性質(zhì)。合成樹脂的大分子一般為蜷曲狀的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)鏈兩側(cè)常鍵合著側(cè)基或支鏈。在長(zhǎng)鏈同一側(cè)每隔一個(gè)碳原子健合側(cè)基的稱為等規(guī)立構(gòu)；在長(zhǎng)鏈兩側(cè)每隔一個(gè)碳原子鍵合側(cè)基的，稱為間同立構(gòu)；側(cè)基不規(guī)則地鍵合，稱為無(wú)規(guī)立構(gòu)；具有規(guī)整立構(gòu)的合成樹脂較不規(guī)整的剛度大，并有較高的融點(diǎn)，分子排列得較有秩序，也較緊密，因而具有結(jié)晶化的傾向，此時(shí)的塑料一般具有較好的不透氣性和不透水性，結(jié)晶化程度越高，密閉性就越好。相反，在合成樹脂中有不規(guī)則分布的側(cè)基或支鏈，以及在主鏈節(jié)上結(jié)合著不同的單體，即具有較大的枝化程度時(shí)，結(jié)晶化傾向就降低，此時(shí)塑料具有較高的透氣性。2　氣體的滲漏過(guò)程與途徑　　氣體穿過(guò)密封材料的方式有兩種，一是由于機(jī)械性缺陷而引起的漏氣，諸如“微孔”、“砂眼”、“裂縫”等，這類機(jī)械性缺陷一般是在生產(chǎn)制造、施工或使用不當(dāng)造成的，對(duì)這類漏氣，可以通過(guò)各種探傷的方法查找出漏氣點(diǎn)進(jìn)行修補(bǔ)，防止漏氣。另一種漏氣是非機(jī)械性缺陷造成的，而與材料的基本組成和構(gòu)造特點(diǎn)有關(guān)。這類漏氣是氣體從濃度大(分壓高)的一側(cè)穿過(guò)材料內(nèi)分子間的空隙向氣體濃度小(分壓低)的一側(cè)移動(dòng)的結(jié)果，一般可以認(rèn)為是熱力學(xué)單分子擴(kuò)散的過(guò)程。根據(jù)熱力學(xué)單分子擴(kuò)散理論，可以進(jìn)一步描述非機(jī)械性漏氣的過(guò)程。首先，在氣體濃度大(氣體分壓高)的一側(cè)，氣體分子接觸材料的表面，并溶解或吸附于其中。接著通過(guò)材料內(nèi)部的空隙內(nèi)向低濃度(氣體分壓低)的一側(cè)擴(kuò)散，所謂空隙實(shí)際上是材料中合成樹脂并非結(jié)晶部分，結(jié)晶部分能有效地阻止氣體分子的移動(dòng)。最后在材料的另一側(cè)蒸發(fā)。這一過(guò)程可以用Fick第一定律表示，設(shè)材料厚度為1，P1、P2分別為高、低濃度的氣體分壓，C1、C2為溶解于材料兩側(cè)的氣體濃度，見下圖，則單位時(shí)間，單位面積上氣體透過(guò)量q與氣體濃度梯度成正比，即。式中：D為氣體在材料中的擴(kuò)散系統(tǒng)，“－”號(hào)是由于氣體濃度是遞減而引入的。將上式整理并積分得到 或者由于溶解于密封材料中氣體的濃度C與相平衡分壓p相關(guān)，即：或C=SP 式中：S為氣體在材料中的溶解度系數(shù)。從而可得：設(shè)P=D·S，稱為材料的透氣性系數(shù)，每一種材料對(duì)每一種氣體，P是常數(shù)。 那么，在一定面積A，一定的時(shí)間t內(nèi)材料的透氣量Q為：　　由上式可知，材料的透氣量與材料的透氣性系數(shù)P、氣體分壓差ΔP、透氣面積成正比，而與材料的厚度成反比。在這些量當(dāng)中，氣體分壓差，透氣面積是由密封的要求所決定的，無(wú)法隨意改變；增加材料厚度對(duì)減小透氣量雖有效，但也是有限的；關(guān)鍵要針對(duì)透氣性系數(shù)，從根本上解決問(wèn)題。3　減小材料透氣量的方法和材料的選擇　　由以上敘述可知，材料的透氣性系數(shù)是氣體的溶解度系數(shù)與氣體在材料中的擴(kuò)散系數(shù)的乘積(P=D·S)，這直接反應(yīng)了透氣是由氣體的溶解和擴(kuò)散而決定的。氣體在材料中的溶解是透氣的第一個(gè)環(huán)節(jié)，氣體在材料中的擴(kuò)散是透氣的第二個(gè)環(huán)節(jié)。因此，要提高材料對(duì)氣體的不透氣性，應(yīng)從這兩方面入手，一是降低氣體在材料中溶解度，二是阻止氣體在材料中的擴(kuò)散。根據(jù)物質(zhì)間“相似相溶”的規(guī)則，與密封材料極性相似的氣體(即具有與材料類似結(jié)構(gòu)的氣體)在該材料中有較大的溶解度系數(shù)S，在具有同樣擴(kuò)散系數(shù)D的材料中，決定了具有較大的透氣性系數(shù)P=SD，從而可得到較大的透氣量。相反，與材料極性不同的氣體在材料中的溶解度系數(shù)較小。這就是說(shuō)，材料對(duì)氣體的通過(guò)有一定的選擇性，非極性氣體對(duì)非極性，極性氣體對(duì)極性材料有較好的透氣性；非極性氣體對(duì)極性材料，極性氣體對(duì)非極性材料有較好的不透氣性，這是我們?cè)谶x擇材料時(shí)應(yīng)考慮的一個(gè)重要因素?！　±纾诩Z食的密閉貯藏中，通常造就一個(gè)低氧、高氮、高二氧化碳?xì)怏w的貯藏空間，則應(yīng)使用與氧氣、氮?dú)?、二氧化碳?xì)怏w極性相反的材料作為密封材料，以阻止氧氣的進(jìn)入，同時(shí)阻止氮?dú)夂投趸細(xì)怏w的消散。由于這幾種氣體是非極性氣體，故應(yīng)選用聚氯乙烯、尼龍、聚酯等極性塑料薄膜?！　∮秩纾诩Z食熏蒸殺蟲作業(yè)時(shí)，通常使用的藥物是磷化氫、溴甲烷、環(huán)氧乙烯等極性熏蒸劑，為了減緩藥消散的速度，在一定的時(shí)間和空間內(nèi)保持熏蒸劑的有效濃度，則應(yīng)使用非極性塑料薄膜封罩，以獲得較好的氣密性，如聚乙烯、聚丙烯等塑料薄膜。除了考慮降低氣體在材料中的溶解度之處，降低材料透氣性的另一個(gè)方面是阻止氣體在材料內(nèi)部的擴(kuò)散。如前所述，氣體在材料內(nèi)部是從非結(jié)晶區(qū)通過(guò)，而不能從結(jié)晶區(qū)通過(guò)，這就說(shuō)明塑料中結(jié)晶度越高則氣體擴(kuò)散速度就越小，同時(shí)，結(jié)晶的形狀、大上和排列方式也影響氣體分子的通過(guò)。一般講，塑料薄膜經(jīng)定向拉伸后其透氣性就降低。這是因?yàn)椴牧系姆肿佑捎诶?，其排列趨向?guī)整有序，結(jié)晶度提高。目前，通過(guò)塑料更新聚合物生產(chǎn)工藝，可以提高合成樹脂中規(guī)整立構(gòu)分子的比例，使材料強(qiáng)度增加，結(jié)晶度提高，并可采用單軸或雙軸定向技術(shù)對(duì)塑料薄膜進(jìn)行定向處理，減少大分子的枝化程度，并使其彼此有序平行排列，縮短分子間距離，增大分子間作用力，提高材料的密度，從而增加氣體擴(kuò)散過(guò)程中的阻力，從根本上降低了材料的透氣性，同時(shí)也降低了材料的透水性，使材料的密閉性能更佳?！　∷裕谶x擇密封材料中，不僅要根據(jù)不同的密閉對(duì)象，對(duì)材料的極性作出選擇，還應(yīng)該選擇密度較大，結(jié)晶化程度較高，經(jīng)定向處理過(guò)的材料。4　結(jié)束語(yǔ)　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，符合不同使用要求的塑料薄膜材料的品種不斷增加，性能也在不斷完善，在實(shí)踐中，不更需要我們運(yùn)用科學(xué)的態(tài)度和方法，針對(duì)不同的場(chǎng)合，對(duì)密封材料進(jìn)行正確選擇和合理使用，充分發(fā)揮材料的優(yōu)良特性，使塑料密封技術(shù)更完善，效果更好。    作者： 吳　凡   來(lái) 自： 包裝雜志