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如何改善塑料包装材料的阻隔性

目前对于阻隔性的改善,主要针对于塑料包装材料。常用的改善方法有:

多层复合

即将不同材料的膜进行复合,得到的复合膜的阻隔性与复合的层数、每层材料本身的阻隔性以及复合层的厚度有关。目前常用的有三层、五层和七层复合膜。同时,为得到高阻隔的复合膜,中间层通常采用具有优良阻隔性的材料,例如铝箔、EVOH、PVDC、PVA、PA等。采用的复合工艺有干式复合、多层共挤出和多层共挤流延等。

表面改性或镀层

表面改性主要是通过化学反应对材料的表面进行基团修饰,从而改变其极性。例如通过等离子体聚合等方法,增强聚烯烃表面的极性,从而提高其气体阻隔性。也可通过物理或化学的方法,将无机金属或氧化物等蒸镀在PET等塑料薄膜表面,形成几十到上百纳米的阻隔层。采用该方法可将普通薄膜的阻氧和阻湿性能提高几十至上百倍,甚至可得到透明、高强度的复合薄膜,因而具有巨大的应用潜力。

添加填料

在聚合物中添加无机填料不仅可提高材料的机械强度,且可有效改善材料的阻隔性。尤其是20世纪以来,纳米技术的飞速发展使得各种新型的纳米填料层出不穷,为高阻隔材料的制备开辟了一条新的道路。研究最为广泛且目前已经商业化的是纳米黏土与聚合物的复合材料。纳米黏土是一种层状结构且无透过性的硅酸盐。由于它具有很高的纵横比,添加少量的纳米黏土在聚合物中,就可使气体分子的扩散路径变得曲折,从而降低材料的气体透过率,提高阻隔性。研究表明,无论是非极性的PE、PP,还是极性的PA、PET都可通过添加纳米蒙脱土或高岭土来有效降低其对O2或CO2的透过率。添加了蒙脱土的PET相较于普通PET,其阻隔性可提高3~4倍,可代替传统的玻璃瓶用作啤酒包装。其他纳米填料如纳米银、纳米二氧化钛等纳米金属和金属氧化物以及纳米碳材料石墨烯等,在包装领域都有着巨大的应用潜力。尤其是目前由于环境污染和和能源短缺的问题,迫切需要开发既可生物降解又能满足强度和阻隔性等要求的聚合物。但很多可降解高分子面临着强度较差,对水蒸气敏感等问题,将它们与纳米粒子进行复合得到的复合材料将有望在这些性能方面得到改善。例如蒙脱土可通过溶液插层、原位插层或熔融插层等方法与聚乳酸(Polylactic acid,PLA)复合,使PLA在力学性能、热稳定性以及气体阻隔性等方面均得到提高。而将纳米银与蒙脱土共同加入淀粉中,由于纳米银和蒙脱土的协同作用,可使水分子在淀粉膜中的扩散系数降低约50%,同时使其氧气透过系数降低85%。具有抗菌、抗氧化等功能的纳米粒子还可用于制备活性包装,以更加有效地抑制被包装食品表面微生物的繁殖和营养成分的氧化,从而延长保质期。但在用作食品包装时,纳米材料的迁移和安全性也是需要考虑的关键问题之一,亟待建立有效的检测和评价方法。

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