阻隔性功能材料的透氣性原理及影響因素

    近幾年隨著食品安全工程的推廣逐漸被大家所認知和接受，阻隔性功能材料是目前食品藥品包裝中常用的功能性包裝材料，選擇具有阻隔性功能的包裝材料可以使內容物獲得更好的保存效果以及更長的保值期。阻隔性檢測是隨著阻隔性功能材料的廣泛應用而獲得推廣的一項檢測項目。

     塑料膜透氣性能的測試通常利用氣體透過率測試儀。山東普創生產的GTR-V1/GTR-V3壓差法氣體透過率測定儀就能很好的起到檢測效果。包裝材料主要的透氣性原理及影響氣體滲透的幾點因素來認識。

檢測儀器：GTR-V1/GTR-V3氣體透過率測試儀

壓差法氣體透過率測定儀原理：

氣體透過量。在一個大氣壓差下，每平方米透過面積，24h透過的氣體量(標準狀況下)。

透氣系數。在單位時間內，單位壓差下，透過單位面積、單位厚度薄膜的透氣量(標準狀況下)。

氣體對薄膜的透過是一個單分子擴散過程，屬于質量傳遞過程。共包括三個步驟，當在薄膜兩側存在著濃度不同的某種氣體時，氣體首先溶解于薄膜之中，由于固體薄膜都有分子間隙及分子內空隙，氣體在這些間隙中由高濃度向低濃度進行擴散，最后在膜的另一面向外蒸發。氣體對薄膜的滲透就是由無數個單分子對薄膜的滲透構成的。

不同的氣體(例如:氧氣、氮氣、二氧化碳等)對同一種包裝材料的透氣系數是不同的。在食品包裝中，主要研究的是氧氣對包裝材料的透過性能，即包裝材料的透氧性能。

影響氣體滲透性的因素有以下幾點：

①分子鏈的極性。在高聚物材料中，非極性材料有聚乙烯、聚丙烯、聚丁二、聚四氟乙烯等;弱極性的有聚苯乙烯、聚異丁烯、天然橡膠等;極性聚合物有聚氯乙烯、尼龍、聚甲基丙烯酸甲酯等;強極性的有酚醛樹脂、聚酯等。極性分子的相互力大，內聚能密度高，阻隔性好，擴散系數低。

②分子鏈的剛性和側基。分子鏈剛性大、主鏈不靈活的材料玻璃化溫度高的材料氣體透過率較低。分子鏈側基不對稱，高聚物自由空間大，透過率就相對較高。

③結晶度。結晶度高，分子鏈排列愈緊密，氣體透過結晶性物質比透過無定性物質需要更多的擴散活化能，因而阻隔性更好。一方面結晶性高聚物的透過率低于無定型高聚物，另一方面，同一種高聚物中結晶度高的優于結晶度低的

④高聚物的密度。與結晶度相似，高聚物密度高、阻隔性好、滲透率低。

⑤取向度。通過改變高聚物的拉伸取向可顯著降低氣體透過率，特別對結晶高聚物，取向可使晶體按一定方向重新排列起來還可以促進結晶，使得滲透劑分子需經過更為曲折的路徑才能透過包裝材料。

⑥濕敏度。有些高聚物含有羥基-OHI、酰胺基-CNH-等，對水敏感，當水分子滲入，形成氫鍵，使高聚物膨脹、松弛，使透氣性增加。另外一些含酯基一C-0一、氯基乕C=N的高聚物，雖然吸水，但不影響阻隔性，因為不取決于氫鍵。

⑦溫度。總體上，氣體或液體在高聚物中的透過率隨溫度升高而增加。這是因為，隨著環境溫度的升高，影響塑料薄膜阻隔性因素都會有相應變化，聚合物分子鍵的剛性下降，內聚度下降，自由體積增大。環境溫度的升高還會使經過拉伸取向的聚合物分子鏈間的取向能降低。這些變化使薄膜的透過率隨著環境溫度的升高而加大。