複合膜的透氣性測試（shì）

    許多高（gāo）阻隔性材料在單獨使用時都（dōu）會存在一些缺點，如價格昂貴、阻（zǔ）隔性能（néng）對水敏感、透明性差、以及製膜後機械強度低等。盡管高阻隔性材料的使用是近幾（jǐ）年加速薄膜應用發展的主要原因之一，但是要取代傳統的高阻隔性材料（如金屬、玻璃）必須有效（xiào）地控製它的製造成本並加強它的機械強度。將高阻隔性材料作為多層複合膜中的一層，其它層材料的保護可有效提高它的適用（yòng）性，並降低了整體的製造（zào）成本。

1、複合膜

    複合膜是指（zhǐ）由（yóu）各種塑料與紙、金屬或其它材料通過層合擠出貼麵、共擠塑等工藝技術將基材結合在一起而（ér）形成的多層（céng）結構的膜。複（fù）合膜的性能可以（yǐ）通過改變基材的（de）種類和層合的數量（liàng）來調節，如：防潮、隔氧、保香、避光、機械性能優良、易成型、易熱封、易（yì）印刷，而且通過選擇合理的（de）材料結構，可（kě）以（yǐ）節（jiē）省材料，降低包裝成本。

2、複合膜的阻隔性

    塑料包裝材料常用兩種方式提（tí）高氣體阻隔性。

    一種是將多種材料（多作為內層（céng）或外層材料使用，如圖 1中的1、3層材料，它們在機械強度、熱封性能（néng）、摩（mó）擦（cā）性能等方（fāng）麵往往（wǎng）有著優異的表現）與高阻隔性（xìng）材料（liào）共擠出，或是將高阻隔性材料塗覆到基膜上等方法製成多層結構的複（fù）合膜（mó）。複（fù）合工藝包括幹（gàn）法複合、擠出複合、共擠出複合、無溶劑複合，此外還有塗布、真空蒸鍍等方法。通過這種（zhǒng）方式製得的（de）複合膜一般可以有效（xiào）提高材料的阻隔性。

    通常在使用這種複合（hé）膜時總是選擇使氣體的滲透方向與材料的複（fù）合結構相垂直（參見圖 1），這樣的使用方式可以使材料表現出較優的阻（zǔ）隔性（xìng）。由於各層薄膜的溶解度係數S以及擴散係數D的不同、以及複合工藝的不同，對複合膜的（de）阻隔性能夠產生一定的影響，但總體說來複合膜的滲透性主要是受到其中阻隔性能最好的一層材（cái）料（阻隔層，選用高阻（zǔ）隔性材料）的（de）阻隔性以及厚度的影響和製約。有些文獻給出了一些用於計（jì）算複合膜滲透係數的公式，但複合膜的實際氣體阻隔性參數還是需要通過透氣性測試設備進行測試，因為各層材料本身的情況以及整（zhěng）體的複合情況總不（bú）像理（lǐ）論（lùn）模型那樣理想。一般（bān），複合膜的滲透係數（shù）會大於阻隔層材料（liào）的滲透係數，數值的大小主要取決於在複合膜中阻隔層的實際厚（hòu）度，以及（jí）占整體厚（hòu）度的（de）百分比。

圖（tú） 1. 滲透通過平麵多層結構

圖 2. 滲透通過平行結構

    但是如果氣體的滲（shèn）透方向與複合結構相（xiàng）平行（參見圖 2），那得到的阻隔性就（jiù）是各種（zhǒng）複合方法中最差的，遵循（xún）以下公式：

式中φ是每種聚合物的體積分數。不過在複合膜的使用上，這種情況還是很少出現的。

    另一種提（tí）高材料氣體阻隔性的方式是向其中摻入高阻隔性材料，即（jí）將兩種聚合物混合、或是向其中增加添加劑等。通（tōng）過將高阻隔性材料的粒（lì）子與薄膜（mó）材料共混，可以增（zēng）加氣體滲透（tòu）的路徑，這樣就提高了材料的阻隔性。填充物的形狀、縱橫比（aspect ratio）以及填充物（wù）與聚合物之間的粘合好壞都能影響氣體阻隔性的效果。而且當填充物與聚合物之間的粘合情況不好的時候，可以預見材料的（de）阻隔性將會（huì）降低，因為通過粘合界麵的微孔可以進行擴散。

    複合和共（gòng）混最終對（duì）提高材料的阻（zǔ）隔性所起到的效果也有所差別，可以參見圖 3，其中A是複合方式，而B、C是混合方式。從圖3中可以看出，通過複合方式，僅使用較少的高（gāo）阻隔性材料就可以明顯提高整體的阻隔效果，而要達到相同（tóng）的效果，使（shǐ）用混合的方（fāng）式（shì）往往需要使用大（dà）量的高阻隔性材料。

圖 3. 比較不同的混摻方式會有不同的阻氣程度

3、複合膜的透氣性測試

    複合膜的透氣性測試是它的一項重（chóng）要測試項目，也是檢測複（fù）合膜在包裝特定物品時（shí）結構是否合理、是否存（cún）在材料浪費的主要判斷依據，是包裝設計、材料選（xuǎn）擇中重要的一環。

    與檢測單層膜（mó）（包括共混材料）不同的是，由於複合膜的多層結（jié）構使得它的層（céng）麵可能會排出或是吸入氣體，幹擾試驗結果。由於周圍環境中的氣體成（chéng）分含量與一般的大氣幾乎相同（tóng），因此（cǐ）如果試樣的邊（biān）緣未進行密封（fēng）處理的話，就會成為整個測試係統的一個泄漏（lòu）點，不但影響測（cè）試數據（jù）的準確性，而且也增（zēng）大了周圍環境波動對試驗的影響。阻隔性試驗是一個對測試環（huán）境比較敏感的微觀試（shì）驗，而（ér）這（zhè）一（yī）點在多層複合膜中表現的更加明顯，可以參見表 1。

表 1. 試驗數據對比

試樣	A		B
試樣描述	PE牛奶膜（mó），105μm		共擠膜， 70μm
試驗狀態	邊緣密封（fēng）	邊緣不密封	邊緣密封	邊緣不密（mì）封
O2 GTR	977.786	1268.84	1.04	1.676
	986.045	1208.35	1.04	1.694
	999.079	1165.64	/	1.743
O2 GTR ( mean )	987.637	1214.28	1.04	1.704
S	10.735	51.85	0	0.035
CV%	1.087	4.270	0	2.035
測試溫度℃	23℃	24℃	24℃	24℃

    從表 1中提供的數據不難看出，對於多層複合膜A和B，在試驗時是否進行試樣的邊緣密封對整個試驗的結果以及（jí）數據的穩定性都有很大的影響（xiǎng），試樣（yàng）A在不進行邊緣（yuán）密封後，測試數（shù）據增加了23％，而測試數據的波動也擴大了約3％；對於試樣（yàng）B影響則更加明顯。

    為了消（xiāo）除邊緣（yuán）泄漏對試驗結果的影響，進行薄膜的阻隔性測試時（shí）需要（yào）對材料（liào）的（de）邊緣進行嚴密的密（mì）封，如放樣時在測試下腔的非滲（shèn）透區域塗抹真空酯，在試樣外（wài）圍增加密（mì）封圈（quān）等，以最大限度的減小（xiǎo）試樣（yàng）的邊緣（yuán）泄漏。