气体透过(阻隔)性和渗透性是阻隔性材料的最重要性能。其影响因素主要有聚合物结构、渗透气体特性和环境。其中,材料结构是影响阻隔性能和力学性能最根本最直接的因素。 由于实际过程中待阻隔的气体、液体主要是O2、CO2、H2O及低分子有机物类物质,而且多数情况下使用温度也不太高。因此,提高材料阻隔性的基本途径和方法,是利用塑料改性技术对材料进行改性,以减少气体、液体的溶解度以及扩散性。共混和填充改性是2种最为常用的方法。
2 共混改性
单一材料很难满足包装材料的综合性能和多样性要求。包装材料的制备在多数情况下是将不同结构和性能的材料共混,来达到改善其阻隔性能和力学性能的目的。共混有物理共混和共聚-共2种方法。其中,物理共混法最为常用。制备技术主要有机械共混和反应性“就地增容”热-机熔体共混等。此方面的研究已经取得了长足进展,利用这一方法制备的改性材料也屡见不鲜。
2.1简单共混
茂金属聚乙烯(mLLDPE)具有热封温度低、强度高、耐穿刺能力强、可抽出物量低等优良性能,与LDPE或LLDPE具有较好的相容性。二者共混能明显改善膜的物理机械性能、热封性能及印刷性,是冷冻食品、保健食品多层复合包装膜常用的一种内层材料。
聚芳酯(U聚合物)与PET均具有较好的热成型性,二者的多层坯双向拉伸吹塑后,可制得不经热处理即可满足85℃热灌装要求的耐热瓶。
Du Pont包装与工程聚合物公司推出的乙烯/丙烯酸酯衍生物共聚物系列产品,具有高熔体强度和热稳定性。与LDPE共混时相容性好,与PET、PA及PP容易粘合。不仅可用于吹塑和流延薄膜、挤出涂层、复合层、薄膜改性剂等,而且还可作为廉价增韧剂与PP、PA、PET、ABS和PET/ABS共混。10%的该类物质与PP共混后,其室温下缺口冲击强度就可提高23倍。
日本大东ME公司与名古屋市工业研究所将脂肪族聚酯与特殊成份共混,研制成功的一种生物降解性垃圾袋,具有膜强度高、对水的阻隔性强等优点,薄至25μm也无漏水性。 结晶性聚合物是制取高阻隔性材料的首选配料。原因是结晶性聚合物的阻隔性高、强度大、耐热性能好。当与其它材料共混时,由于气体难溶于微晶,所以,其扩散时路径变得曲折而漫长,材料可具有很高的阻隔性。间苯二甲胺和己二酸的缩聚物MXD6,是近年来研究应用较多的一种高阻隔性尼龙材料。其熔点比PA6高20℃,对O2的阻隔性高10倍,而且阻隔性不随相对湿度的增高而降低。低温下的阻隔性能虽不如PVDC,但在高温下却优于PVDC。MXD6与PET同属一种结晶型材料,其热行为比较接近,易于复合成一体。因此,常常将二者共混制取高阻隔耐热瓶类包装容器。典型的产品有法国Karlsberg公司的PET/MXD6/PET多层结构啤酒瓶等。
2.2物理共混
由于热力学上真正相容的树脂很少,简单共混的品种不多。物理共混越来越受到人们的关注。共混时,材料的阻隔性能及力学性能与自由体积分数、极性、熔点(或玻璃化温度)、结晶性、分子的精细结构等因素有关,体系也常常需要增容。
极性高聚物对气体的阻隔性强,但对水的屏蔽性一般却很弱;非极性的则相反。为提高材料的综合性能,二者常常一起共混。HDPE与PA或EVOH热力学不相容。刘春林等以基体树脂的接枝物为增容剂,在一定的工艺条件下制备出了二甲苯渗透率仅为0.3%的高阻隔性HDPE/PA合金材料。专利发明了一种对有机溶剂有良好阻隔性能的PE/PA材料。这种材料是由PE、PA与增容剂(PA-g-EVOH)通过共混制取的。刘平、承民联、蔡亮珍等利用增容技术原理,也分别对HDPE/PA、HDPE/EVOH以及EVOH、LCP、MXD6与PET几种共混体系进行了研究。通过热机共混、吹塑后,他们分别制得了对O2、CO2、H2O、脂肪烃、芳烃、农药具有不同优良阻隔性能的包装容器。SEM观察发现,HDPE或PEI为连续相。而PA或EVOH在双向拉伸作用下,则呈片状形态平行于壁面取向排列,这种结构赋予了材料很高的阻隔性能。