塑料薄膜密封材料的特性與選擇

2022-09-10 10:48:03 字數 2472 閱讀 3345

目前,在糧食與食品儲存中,密封技術的運用越來越廣泛。糧食的整倉密封燻蒸和糧堆的密封貯藏,糧食及食品的小包裝存放,常採用塑料薄膜密封。由於塑料薄膜具有一定的不透水性和不透氣性,有較好的柔順性,**便宜,市場**充足等特點而被廣泛應用。

密封的主要目的在於阻止包裝內外氣體相互竄流,保證密封空氣氣體成分或密度不變,以此防治害蟲發生、抑制微生物繁衍,從而保證貯存物的質量。

1 塑料的基本組成與特性

塑料由合成樹脂、填充料、增塑劑、硬化劑、附加劑等組成。其中合成樹脂起膠結作用,不僅本身膠結在一起,而且把其他成分也牢固地膠結起來。因此,它決定了塑料的基本性質。

合成樹脂的大分子一般為蜷曲狀的長鏈結構,在長鏈兩側常鍵合著側基或支鏈。在長鏈同一側每隔乙個碳原子健合側基的稱為等規立構;在長鏈兩側每隔乙個碳原子鍵合側基的,稱為間同立構;側基不規則地鍵合,稱為無規立構;具有規整立構的合成樹脂較不規整的剛度大,並有較高的融點,分子排列得較有秩序,也較緊密,因而具有結晶化的傾向,此時的塑料一般具有較好的不透氣性和不透水性,結晶化程度越高,密閉性就越好。相反,在合成樹脂中有不規則分布的側基或支鏈,以及在主鏈節上結合著不同的單體,即具有較大的枝化程度時,結晶化傾向就降低,此時塑料具有較高的透氣性。

2 氣體的滲漏過程與途徑

氣體穿過密封材料的方式有兩種,一是由於機械性缺陷而引起的漏氣,諸如「微孔」、「砂眼」、「裂縫」等,這類機械性缺陷一般是在生產製造、施工或使用不當造成的,對這類漏氣,可以通過各種探傷的方法查詢出漏氣點進行修補,防止漏氣。另一種漏氣是非機械性缺陷造成的,而與材料的基本組成和構造特點有關。這類漏氣是氣體從濃度大(分壓高)的一側穿過材料內分子間的空隙向氣體濃度小(分壓低)的一側移動的結果,一般可以認為是熱力學單分子擴散的過程。

根據熱力學單分子擴散理論,可以進一步描述非機械性漏氣的過程。首先,在氣體濃度大(氣體分壓高)的一側,氣體分子接觸材料的表面,並溶解或吸附於其中。接著通過材料內部的空隙內向低濃度(氣體分壓低)的一側擴散,所謂空隙實際上是材料中合成樹脂並非結晶部分,結晶部分能有效地阻止氣體分子的移動。

最後在材料的另一側蒸發。這一過程可以用fick第一定律表示,設材料厚度為1,p1、p2分別為高、低濃度的氣體分壓,c1、c2為溶解於材料兩側的氣體濃度,則單位時間,單位面積上氣體透過量q與氣體濃度梯度成正比。

材料的透氣量與材料的透氣性係數p、氣體分壓差δp、透氣面積成正比,而與材料的厚度成反比。在這些量當中,氣體分壓差,透氣面積是由密封的要求所決定的,無法隨意改變;增加材料厚度對減小透氣量雖有效,但也是有限的;關鍵要針對透氣性係數,從根本上解決問題。

3 減小材料透氣量的方法和材料的選擇

由以上敘述可知,材料的透氣性係數是氣體的溶解度係數與氣體在材料中的擴散係數的乘積(p=d·s),這直接反應了透氣是由氣體的溶解和擴散而決定的。氣體在材料中的溶解是透氣的第乙個環節,氣體在材料中的擴散是透氣的第二個環節。因此,要提高材料對氣體的不透氣性,應從這兩方面入手,一是降低氣體在材料中溶解度,二是阻止氣體在材料中的擴散。

根據物質間「相似相溶」的規則,與密封材料極性相似的氣體(即具有與材料類似結構的氣體)在該材料中有較大的溶解度係數s,在具有同樣擴散係數d的材料中,決定了具有較大的透氣性係數p=sd,從而可得到較大的透氣量。相反,與材料極性不同的氣體在材料中的溶解度係數較小。這就是說,材料對氣體的通過有一定的選擇性,非極性氣體對非極性,極性氣體對極性材料有較好的透氣性;非極性氣體對極性材料,極性氣體對非極性材料有較好的不透氣性,這是我們在選擇材料時應考慮的乙個重要因素。

例如,在糧食的密閉貯藏中,通常造就乙個低氧、高氮、高二氧化碳氣體的貯藏空間,則應使用與氧氣、氮氣、二氧化碳氣體極性相反的材料作為密封材料,以阻止氧氣的進入,同時阻止氮氣和二氧化碳氣體的消散。由於這幾種氣體是非極性氣體,故應選用聚氯乙烯、尼龍、聚酯等極性塑料薄膜。

又如,在糧食燻蒸殺蟲作業時,通常使用的藥物是磷化氫、溴甲烷、環氧乙烯等極性燻蒸劑,為了減緩藥消散的速度,在一定的時間和空間內保持燻蒸劑的有效濃度,則應使用非極性塑料薄膜封罩,以獲得較好的氣密性,如聚乙烯、聚丙烯等塑料薄膜。除了考慮降低氣體在材料中的溶解度之處,降低材料透氣性的另乙個方面是阻止氣體在材料內部的擴散。如前所述,氣體在材料內部是從非結晶區通過,而不能從結晶區通過,這就說明塑料中結晶度越高則氣體擴散速度就越小,同時,結晶的形狀、大上和排列方式也影響氣體分子的通過。

一般講,塑料薄膜經定向拉伸後其透氣性就降低。這是因為材料的分子由於拉伸,其排列趨向規整有序,結晶度提高。目前,通過塑料更新聚合物生產工藝,可以提高合成樹脂中規整立構分子的比例,使材料強度增加,結晶度提高,並可採用單軸或雙軸定向技術對塑料薄膜進行定向處理,減少大分子的枝化程度,並使其彼此有序平行排列,縮短分子間距離,增大分子間作用力,提高材料的密度,從而增加氣體擴散過程中的阻力,從根本上降低了材料的透氣性,同時也降低了材料的透水性,使材料的密閉效能更佳。

所以,在選擇密封材料中,不僅要根據不同的密閉物件,對材料的極性作出選擇,還應該選擇密度較大,結晶化程度較高,經定向處理過的材料。

4 結束語

隨著科學技術的發展,符合不同使用要求的塑料薄膜材料的品種不斷增加,效能也在不斷完善,在實踐中,不更需要我們運用科學的態度和方法,針對不同的場合,對密封材料進行正確選擇和合理使用,充分發揮材料的優良特性,使塑料密封技術更完善,效果更好。

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