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各式各樣的阻隔材料及應用(上)

2007/8/10 15:04:24 人評論

     包裝,尤其是塑料包裝,在現(xiàn)代社會中隨處可見。包裝工業(yè)得以快速發(fā)展,是由于其長時間保護及穩(wěn)定產(chǎn)品的能力,以及避免產(chǎn)品受損壞、污染及受潮。要達到最佳的保護效果,高阻隔性的物料是必然之選。          從廣義角度看,阻隔包裝已使用多年。阻隔包裝旨在保護產(chǎn)品和內(nèi)裝物,避免污染物、風味、色料、異味滲入,有時也用于防止內(nèi)裝物滲出。        在其它情況下,需要采用多層結(jié)構(gòu)(層壓或共擠)以提高強度和阻隔性能。即使對于快餐食品等看似簡單的產(chǎn)品,其包裝也可以很復雜。這些多層結(jié)構(gòu)往往含7層或以上的不同塑料層,各層具有不同的結(jié)構(gòu)阻隔或粘合作用。        合成特種阻隔性樹脂,即聚偏二氯乙烯(PVDC)  ,于50年代問世,經(jīng)過60年代的發(fā)展,自此以來,塑料阻隔包裝經(jīng)歷了巨大發(fā)展。不久,乙烯/乙烯醇(EVOH)更于70年代投入商業(yè)化應用。        阻隔包裝業(yè)自此不斷變化。由于不同的用途有著不同的要求,因此,理想的聚合物阻隔材料現(xiàn)在并不存在,或許永遠也不會出現(xiàn)。例如,在某些情況下,如氧氣阻隔特性并不優(yōu)良的PVC薄膜,常用于超市中作為肉類包裝陳列,主要是因為PVC薄膜能使肉類保持紅色,在陳列時間內(nèi)可吸引顧客。然而,若肉類需要長期運輸或存儲,則必須具有良好的氧氣阻隔性能,才能防止肉類變質(zhì)。        目前,阻隔包裝塑料確實已能滿足所需。然而,問題仍然存在,制約了阻隔包裝塑料在許多用途中的應用和發(fā)展。這些問題主要包括:          成本高昂,一般高于簡單單層塑料包裝,如:LDPE和LLDPE。          接觸水分時,特別容易污染和降解。EVOH是最適宜解決此間題的材料,不過羥基在賦予優(yōu)良阻隔特性的同時,又使該材料易于水解。因此,EVOH只能作為多層結(jié)構(gòu)的內(nèi)層。          處理和回用問題。大多數(shù)多層結(jié)構(gòu)的包裝均含多種塑料(例如HDPE和PET),因此,不易于摻合和回用。          來自代用材料的挑戰(zhàn)。如玻璃等傳統(tǒng)材料和氧化硅玻璃貼面等新材料,均能提供優(yōu)異的阻隔特性。          根據(jù)其氧氣和水分滲透率及透氣率,阻隔性樹脂應具有以下滲透特性:      1.氧氣:在大氣壓力下連續(xù)24小時內(nèi),透氧率(OTR)低于2ml/mil厚度/100平方英寸的樹脂。大多數(shù)透氧率的測定均在73℃的溫度及根據(jù)特定條件而確定的相對濕度下進行。許多傳統(tǒng)型樹脂的透氧率為5,而大多數(shù)新型樹脂則等于或低于1。例如標準金屬化PET薄膜的透氧率不超過0.3;透氧率低于0.1的材料列為高阻隔性材料,包括PVDC和EVOH。其它材料則列為中等阻隔性材料。      2.水蒸氣(濕氣):透濕氣率(WVTR)低于0.1的樹脂。我們按藥品泡罩包裝業(yè)的分類方式對濕氣阻隔聚合物結(jié)構(gòu)進行定義和分類。也就是說,將透濕氣率高于0.1的薄膜列為超低阻隔性薄膜,由0.06~0.1的薄膜列為低阻隔性薄膜,0.03~0.06的薄膜列為中等阻隔性薄膜,等于或低于0.03的薄膜列為高阻隔性薄膜。       多種透濕氣率為1的樹脂薄膜已投放市場多年。PTCFE是目前最新最佳的防濕薄膜,其透濕氣率低于0.3,被認為是現(xiàn)時唯一的高防濕性薄膜樹脂。透濕氣率的測定一般在100℃溫度和90%相對濕度下進行。  各種阻隔性材料介紹聚甲醛(POM)        聚甲醛是一種多功能工程樹脂。其化學結(jié)構(gòu)、規(guī)則的分子結(jié)構(gòu)以及高結(jié)晶度,使之對水分、汽油、溶劑和其它多種中性化學品具有優(yōu)異的耐性。        POM可以注塑、擠塑加工,具體用途包括:氣噴劑容器、汽油箱蓋、化學噴霧器、皂液分配器、涂料混合器、水管配件、齒輪、耐蠕變外殼、耐磨表面等。        其阻隔性測試表明,薄膜厚度超過10密爾時,無填料型Ticona Celcon聚甲醛和玻璃增強型品級聚甲醛的滲透性大致相同。杜邦公司Delrin產(chǎn)品對多種物質(zhì)具有優(yōu)良的耐滲透性和強度特性,使之適合作為容器,尤其是氣噴劑容器。Ticona Celcon聚甲醛能長期承受高濕度和高溫水,因此,該材料廣泛用于水管相關(guān)的用途中。  丙烯腈樹脂(AMA)        這是一種透明橡膠改性類丙烯腈材料,具有優(yōu)異的化學耐性、阻氣性和較高的模數(shù)或勁度,主要用于包裝。AMA的滲透性取決于是否存在添加劑,以及丙烯腈和共聚單體品類的化學成分??梢岳脽岢尚汀⒈∧D出、片材擠出、擠吹成型、流延、注塑、注吹成型、注拉吹成型。        其主途主要用于包裝,包括食品包裝:加工肉食,魚類,奶酪,調(diào)味品,醬汁,榨取汁和濃縮果汁;藥品包裝:制藥和皮膚貼;個人護理:化妝品包裝,漱口劑,香水等。        BP的Barex是這一類產(chǎn)品,是接枝于丙烯腈橡膠上的一種丙烯腈/甲基丙烯酸甲酯共聚物。Barex 210和218樹脂屬高阻隔性、耐沖擊改性共聚物樹脂。與單層包裝所用的各類塑料相比,Barex樹脂的透氧率最低,其性能往往超過含EVOH和PVDG的多層結(jié)構(gòu),且成本較低。封裝于氮氣和二氧化碳等有益氣體中,可延長保存期,也能防止氧氣進入包裝中。        在各種相對濕度下,Barex樹脂對氧氣具有極高的阻隔性??墒牵瑴囟壬邥绊懽韪粜阅?。在水蒸氣阻隔特性方面,Barex樹脂可與聚烯烴以外的其它塑料包裝材料媲美。在防水要求十分關(guān)鍵的用途中,可通過聚烯烴取向或?qū)訅憾鰪夿arex樹脂的水蒸氣阻隔性能。  玻璃紙(Cellulose)        纖維素塑料主要由醋酸纖維素制成。Cellulose可能是纖維素薄膜中最知名的品牌。玻璃紙通過薄型分瓣式抽絲板流進硫酸槽,然后形成薄膜。這種薄膜既脆弱又不透明。必須通過金屬或其它化學品涂層等進一步處理,才能生產(chǎn)出透明、柔軟的塑性薄膜。這一處理過程會影響薄膜的空氣和水分滲透度。        玻璃紙薄膜的用途包括膠帶、標簽、照相膠片、紙張、玻璃和塑料貼面等。在醫(yī)療領(lǐng)域的用途包括滲析薄膜。玻璃紙是僅次于紙張和紙板的最常用食品包裝材料。50%以上的扭結(jié)包裝糖果采用這種薄膜。  氟化聚合物        這是一種石蠟族熱塑性聚合物,其中,氫由氟部分或全部代替。結(jié)果,形成PTFE、FEP、MFA和PFA等全氟化聚合物或ECTFE、PCTFE、ETFE和PVDF等部分氟化聚合物。通過改變聚合物的氟含量,可根據(jù)最終用途綜合調(diào)整機械特性和總體成本。        氟化聚合物對于大多數(shù)化學品都具有惰性,接觸高溫時能保持原有特性。采用玻璃纖維(例如二硫化鉬填料)增強時,可大幅度提高其較低的機械特性,并制成防護涂層和襯料,擠出單絲、棒材、管材、線材和電纜絕緣、泵、筒形濾網(wǎng)、過濾材料非織造纖維和復合層壓材料等產(chǎn)品。  

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