正確認識材料的阻隔性
2014-11-20
摘要：本文對材料阻隔性的概念、分類、檢測進行了詳細描述，同時在每一部分的詳細介紹中列出舉了最常見的錯誤觀點以及模糊認識并給予糾正。
關鍵詞：阻隔性，分類，檢測
由于阻隔性包裝材料可以提高產品的保存效果、延長保存時間，因此阻隔性材料的使用近幾年獲得了快速發展。相應地，阻隔性材料的廣泛應用也推動了阻隔性檢測設備的推廣。由于材料阻隔性這一概念還比較新，因此正確認識材料的阻隔性并進行正確的檢測對于實際生產、銷售都是非常重要的。
1.材料的阻隔性
通常我們所講的材料阻隔性都是針對特定滲透對象而言的，滲透對象包括常見氣體、水蒸氣、液體、有機物等，是材料對特定滲透對象由其一側滲透通過到達另一側（一般是由高濃度側滲透通過材料進入低濃度側）的阻隔性能。整個滲透過程可以分為吸附、溶解、擴散、解吸幾個部分，氣體或水蒸氣從高濃度區進入材料表面，通過在材料內部的擴散，又從低濃度區的另一表面解吸。參見圖1。
整個滲透過程出現的快慢由兩個因素決定，一是在聚合物里滲透溶解的快慢，由溶解度參數表示；二是滲透物分子在聚合物基體內移動的快慢，由擴散系數表示。
2.材料阻隔性的分類及相互之間的關聯
不同滲透對象對于同種材料的滲透過程是不一樣的，通常按照滲透對象性質的不同將材料的阻隔性分為材料對無機氣體的阻隔性（就是我們通常所說的透氣性，并且更進一步按照無機氣體的不同分為透氧性、透氮性、透二氧化碳性等）、對水蒸氣的阻隔性（透濕性）、以及對有機物的阻隔性。這三類物質對材料的滲透原理是不一樣的，而且由于滲透物質的不同，滲透過程相差很大。
通常，我們說某種材料的阻隔性好包括材料對無機氣體的阻隔性好、對水蒸氣的阻隔性好、以及對有機物的阻隔性好三方面。但是平常在進行材料的阻隔性描述時，我們常常會進入以偏蓋全的誤區，例如某種材料的氣體阻隔性好卻常被直接說成高阻隔材料，這意味著這種材料應該同時具有很好的氣體阻隔性、水蒸氣阻隔性、有機物阻隔性，然而實際上它對水蒸氣、有機物的阻隔性也許并不理想。EVOH在環境濕度很低時具有很高的氣體阻隔性，但隨著環境濕度的升高其對無機氣體的阻隔性會明顯下降，而且它的水蒸氣阻隔性較差。
需要特別注意的是，即使僅對于材料的氣體阻隔性（透氣性），其透氧性和透二氧化碳性也是不一樣的。試驗結果證明，對于同一種材料，它的透氧性、透二氧化碳性以及透氮性多表現出一定的比例關系，因為無機氣體在滲透過程上非常相似，主要影響因素是分子尺寸以及分子形狀。但是這種比例關系會因材料的不同而改變。
3.避免進入阻隔性檢測誤區
在選擇包裝材料并進行材料的結構設計時，如何檢測材料的阻隔性指標，是首當其沖需要解決的問題。試驗方法的選擇以及數據之間是否具有可比性都是關注的焦點。由于材料對氧氣以及水蒸氣阻隔性的檢測需求最強，因此檢測發展很快。常用的氧氣透過性檢測方法有：壓差法（真空法和常壓法）、等壓法（氧傳感器法）；水蒸氣阻隔性檢測方法有：稱重法、傳感器法（濕度傳感器法、紅外探測器法、電解法）。阻隔性檢測設備都是高端精密儀器，而且測試具有很強的環境依賴性，無論維護和使用，都是一般的材料物理性能檢測設備所不能相比的。
在檢測同一種阻隔性指標時，可以采用多種方法進行檢測。但利用不同檢測方法獲得的測試數據之間不具有可比性，因為檢測方法的不同直接導致了材料在試驗過程中狀態的不同。例如，最常見的氧氣阻隔性檢測方法是真空法和氧傳感器法，但是材料在兩種方法下的測試狀態是不一樣的：在真空法中試樣兩側有0.1MPa的壓差，其中試樣兩側分別為真空和0.1MPa的氧氣，材料受到0.1MPa的壓力而其微觀結構會因為壓力的存在而出現變化；而在氧傳感器中試樣兩側均有0.1MPa的氣體，其中一側為氧氣，另一側是作為載氣使用的氮氣，只是試樣兩側的氧分壓差達到了0.1MPa。因此兩種試驗方法所得到的試驗數據從原理上說是不具有可比性的，各種方法都有自己的數據體系，硬性要求二者具有可比性或者要求二者數據體系一致是片面的，除非使用校正因子。因此如果需要進行材料的氧氣透過性測試比對，檢測雙方必須使用同一種測試方法并在相同的試驗環境下進行試驗。
4.總結
隨著阻隔性概念的推廣，包裝業內人士對阻隔性的認識也有進一步提升的需要。對阻隔性認識的加深不但可以幫助包裝廠家進行合理有效的包裝材料結構設計，而且也有助于研發人員更好地進行相關檢測
關鍵詞：阻隔性，分類，檢測
由于阻隔性包裝材料可以提高產品的保存效果、延長保存時間，因此阻隔性材料的使用近幾年獲得了快速發展。相應地，阻隔性材料的廣泛應用也推動了阻隔性檢測設備的推廣。由于材料阻隔性這一概念還比較新，因此正確認識材料的阻隔性并進行正確的檢測對于實際生產、銷售都是非常重要的。
1.材料的阻隔性
通常我們所講的材料阻隔性都是針對特定滲透對象而言的，滲透對象包括常見氣體、水蒸氣、液體、有機物等，是材料對特定滲透對象由其一側滲透通過到達另一側（一般是由高濃度側滲透通過材料進入低濃度側）的阻隔性能。整個滲透過程可以分為吸附、溶解、擴散、解吸幾個部分，氣體或水蒸氣從高濃度區進入材料表面，通過在材料內部的擴散，又從低濃度區的另一表面解吸。參見圖1。
整個滲透過程出現的快慢由兩個因素決定，一是在聚合物里滲透溶解的快慢，由溶解度參數表示；二是滲透物分子在聚合物基體內移動的快慢，由擴散系數表示。
2.材料阻隔性的分類及相互之間的關聯
不同滲透對象對于同種材料的滲透過程是不一樣的，通常按照滲透對象性質的不同將材料的阻隔性分為材料對無機氣體的阻隔性（就是我們通常所說的透氣性，并且更進一步按照無機氣體的不同分為透氧性、透氮性、透二氧化碳性等）、對水蒸氣的阻隔性（透濕性）、以及對有機物的阻隔性。這三類物質對材料的滲透原理是不一樣的，而且由于滲透物質的不同，滲透過程相差很大。
通常，我們說某種材料的阻隔性好包括材料對無機氣體的阻隔性好、對水蒸氣的阻隔性好、以及對有機物的阻隔性好三方面。但是平常在進行材料的阻隔性描述時，我們常常會進入以偏蓋全的誤區，例如某種材料的氣體阻隔性好卻常被直接說成高阻隔材料，這意味著這種材料應該同時具有很好的氣體阻隔性、水蒸氣阻隔性、有機物阻隔性，然而實際上它對水蒸氣、有機物的阻隔性也許并不理想。EVOH在環境濕度很低時具有很高的氣體阻隔性，但隨著環境濕度的升高其對無機氣體的阻隔性會明顯下降，而且它的水蒸氣阻隔性較差。
需要特別注意的是，即使僅對于材料的氣體阻隔性（透氣性），其透氧性和透二氧化碳性也是不一樣的。試驗結果證明，對于同一種材料，它的透氧性、透二氧化碳性以及透氮性多表現出一定的比例關系，因為無機氣體在滲透過程上非常相似，主要影響因素是分子尺寸以及分子形狀。但是這種比例關系會因材料的不同而改變。
3.避免進入阻隔性檢測誤區
在選擇包裝材料并進行材料的結構設計時，如何檢測材料的阻隔性指標，是首當其沖需要解決的問題。試驗方法的選擇以及數據之間是否具有可比性都是關注的焦點。由于材料對氧氣以及水蒸氣阻隔性的檢測需求最強，因此檢測發展很快。常用的氧氣透過性檢測方法有：壓差法（真空法和常壓法）、等壓法（氧傳感器法）；水蒸氣阻隔性檢測方法有：稱重法、傳感器法（濕度傳感器法、紅外探測器法、電解法）。阻隔性檢測設備都是高端精密儀器，而且測試具有很強的環境依賴性，無論維護和使用，都是一般的材料物理性能檢測設備所不能相比的。
在檢測同一種阻隔性指標時，可以采用多種方法進行檢測。但利用不同檢測方法獲得的測試數據之間不具有可比性，因為檢測方法的不同直接導致了材料在試驗過程中狀態的不同。例如，最常見的氧氣阻隔性檢測方法是真空法和氧傳感器法，但是材料在兩種方法下的測試狀態是不一樣的：在真空法中試樣兩側有0.1MPa的壓差，其中試樣兩側分別為真空和0.1MPa的氧氣，材料受到0.1MPa的壓力而其微觀結構會因為壓力的存在而出現變化；而在氧傳感器中試樣兩側均有0.1MPa的氣體，其中一側為氧氣，另一側是作為載氣使用的氮氣，只是試樣兩側的氧分壓差達到了0.1MPa。因此兩種試驗方法所得到的試驗數據從原理上說是不具有可比性的，各種方法都有自己的數據體系，硬性要求二者具有可比性或者要求二者數據體系一致是片面的，除非使用校正因子。因此如果需要進行材料的氧氣透過性測試比對，檢測雙方必須使用同一種測試方法并在相同的試驗環境下進行試驗。
4.總結
隨著阻隔性概念的推廣，包裝業內人士對阻隔性的認識也有進一步提升的需要。對阻隔性認識的加深不但可以幫助包裝廠家進行合理有效的包裝材料結構設計，而且也有助于研發人員更好地進行相關檢測
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