提高材料阻隔性的方法

浅析提高材料阻隔性的方法

通常我们所讲的材料阻隔性都是针对特定渗透对象而言的，渗透对象包括常见气体、水蒸气、液体、有机物等，是材料对特定渗透对象由其一侧渗透通过到达另一侧(一般是由高浓度侧渗透过材料进入低浓度侧)的阻隔性能，而整个渗透过程可以分为吸附、溶解、扩散、解吸几个部分。

通常情况下，提高材料阻隔性的方法有多层复合、表面处理、共混等。多层复合和表面处理技术已经实现工业化，但设备投资高，工艺复杂，废料不易回收，普及率不高。而简单的一般共混对塑料的阻隔性改善作用不大。近年来的研究热点是：(1)通过层状共混来提高塑料的阻隔性；(2)将塑料与层状硅酸盐插层复合制取纳米复合材料来提高塑料的阻隔性能。引进层状阻隔成分是塑料阻隔性改进中很有效的方法，层状结构是通过延长渗透分子在塑料中的扩散路径来提高塑料的阻隔性，其关键是如何实现阻隔成分在基体中的有效分散、层状共混和插层复合。下面对这些方法进行简单的介绍。

1．等离子表面处理

常采用的方法是在加热、放电等特定条件下，使物质离解或电离，当电离产生的带电粒子密度达到一定数量时，即成为等离子体。采用等离子预处理技术可有效地在BOPP等薄膜上涂复SiO X等无机涂层，极大地提高薄膜的氧气阻隔性。等离子对薄膜进行表面预处理时，将薄膜置于等离子气体(O2、NH3等)中，用紫外线、电子、离子集中在等离子鞘上，轰击薄膜表面，使薄膜表面产生极性自由基团，目的是对聚合物薄膜表面进行改性，以利于下一步的涂复，提高涂层剥离强度。预处理后，用电子枪蒸发需要涂复的涂层物质，如SiO X、AlO X 等氧化物或Al等金属物质沉积在预处理后的薄膜表面，形成涂层。将多层阻隔氧薄膜复合得到复合膜，能进一步提高薄膜的氧气阻隔率。

等离子法突破了普通涂复方法对涂层材料的限制，在高阻隔氧包装薄膜的生产中取得了很大的成功，而且也形成了一定的规模，但由于价格昂贵、生产工艺复杂，大范围的普及仍有较多的困难。

2．电子束处理明胶涂复法

明胶是一种蛋白质，含有大量的氨基和羟基，这恰是对阻隔作用最有贡献的基团，因为它们能形成强有力的氢键。其次，明胶还具有高度的分子取向，这源自于它分子高度取向的胶原蛋白体。明胶具有很好的成膜性能，现有的涂复技术很容易实现明胶的涂复，而且明胶也具有很长时效的粘合性，有利于复合时层与层之间的粘接。所有这些特点使得明胶能成为理想的阻隔氧涂料。但明胶溶于热水，这一点是很不利的。

电子束处理技术在工业方面已经得到了广泛的应用，主要是在木材涂料、复印油墨、打印油墨等方面。除此之外，一个新型的用途—生产具有特殊功用的涂料—阻隔氧涂料也逐渐发展起来。明胶涂复膜具有如下特点：稳定性：明胶涂复的薄膜其阻隔率具有良好的稳定性，一年后，氧气阻隔率也没有明显变化。易复合：由于明胶良好的粘合性,故薄膜很容易复合，且工艺简单。防水性差：由于明胶自身含有大量的氢键，容易与水反应而遭到破坏,明胶层会被水轻微的溶胀生物可降解性：对于生物可降解包装材料的研究目前十分活跃。一般包装材料很难同时满足既具有良好的氧气阻隔性，又具有良好的水汽阻隔性和生物降解性。电子束处理明胶作为阻隔氧涂层的应用给生物可降解包装材料的研究带来了一线曙光。如果薄膜的基材能够采用可降解的聚合物，则合成生物可降解包装材料复合膜则指日可待。可以预见，电子束处理明胶在阻隔氧涂料方面的应用必将有着广阔的前景。

3．与层状材料复合共混

天然蒙脱土是一种2∶1型三层结构硅酸盐，每一个片层厚度和片层间原始距离为1nm 左右，另外两维尺寸均为100nm左右。将它们填充到塑料基体中可以提高塑料对非极性气体和液体的阻隔能力，其机理类似于层状共混中阻隔树脂形成的阻隔薄片。