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塑料薄膜密封材料的特性与选择

点击次数:762 发布时间:2011-07-07

 

 

    目前,在粮食与食品保存中,密封技术的运用越来越广泛。粮食的整仓密封熏蒸和粮堆的密封贮藏,粮食及食品的小包装存放,常采用塑料薄膜密封。由于塑料薄膜具有一定的不透水性和不透气性,有较好的柔顺性,价格便宜,市场供应充足等特点而被广泛应用。密封的主要目的在于阻止包装内外气体相互窜流,保证密封空气气体成分或密度不变,以此防治害虫发生、抑制微生物繁衍,从而保证贮存物的质量。

        1
.塑料的基本组成与特性

    塑料由合成树脂、填充料、增塑剂、硬化剂、附加剂等组成。其中合成树脂起胶结作用,不仅本身胶结在一起,而且把其他成分也牢固地胶结起来。因此,它决定了塑料的基本性质。合成树脂的大分子一般为蜷曲状的长链结构,在长链两侧常键合着侧基或支链。在长链同一侧每隔一个碳原子健合侧基的称为等规立构;在长链两侧每隔一个碳原子键合侧基的,称为间同立构;侧基不规则地键合,称为无规立构;具有规整立构的合成树脂较不规整的刚度大,并有较高的融点,分子排列得较有秩序,也较紧密,因而具有结晶化的倾向,此时的塑料一般具有较好的不透气性和不透水性,结晶化程度越高,密闭性就越好。相反,在合成树脂中有不规则分布的侧基或支链,以及在主链节上结合着不同的单体,即具有较大的枝化程度时,结晶化倾向就降低,此时塑料具有较高的透气性。

        2
.气体的渗漏过程与途径

    气体穿过密封材料的方式有两种,一是由于机械性缺陷而引起的漏气,诸如微孔砂眼裂缝等,这类机械性缺陷一般是在生产制造、施工或使用不当造成的,对这类漏气,可以通过各种探伤的方法查找出漏气点进行修补,防止漏气。另一种漏气是非机械性缺陷造成的,而与材料的基本组成和构造特点有关。这类漏气是气体从浓度大分压高的一侧穿过材料内分子间的空隙向气体浓度小分压低的一侧移动的结果,一般可以认为是热力学单分子扩散的过程。根据热力学单分子扩散理论,可以进一步描述非机械性漏气的过程。首先,在气体浓度大气体分压高的一侧,气体分子接触材料的表面,并溶解或吸附于其中。接着通过材料内部的空隙内向低浓度气体分压低的一侧扩散,所谓空隙实际上是材料中合成树脂并非结晶部分,结晶部分能有效地阻止气体分子的移动。zui后在材料的另一侧蒸发。这一过程可以用Fick*定律表示,设材料厚度为1P1P2分别为高、低浓度的气体分压,C1C2为溶解于材料两侧的气体浓度,则单位时间,单位面积上气体透过量q与气体浓度梯度成正比。

    材料的透气量与材料的透气性系数P、气体分压差ΔP、透气面积成正比,而与材料的厚度成反比。在这些量当中,气体分压差,透气面积是由密封的要求所决定的,无法随意改变;增加材料厚度对减小透气量虽有效,但也是有限的;关键要针对透气性系数,从根本上解决问题。

        3
.减小材料透气量的方法和材料的选择

    由以上叙述可知,材料的透气性系数是气体的溶解度系数与气体在材料中的扩散系数的乘积(P=D·S),这直接反应了透气是由气体的溶解和扩散而决定的。气体在材料中的溶解是透气的*个环节,气体在材料中的扩散是透气的第二个环节。因此,要提高材料对气体的不透气性,应从这两方面入手,一是降低气体在材料中溶解度,二是阻止气体在材料中的扩散。根据物质间相似相溶的规则,与密封材料极性相似的气体即具有与材料类似结构的气体在该材料中有较大的溶解度系数S,在具有同样扩散系数D的材料中,决定了具有较大的透气性系数P=SD,从而可得到较大的透气量。相反,与材料极性不同的气体在材料中的溶解度系数较小。这就是说,材料对气体的通过有一定的选择性,非极性气体对非极性,极性气体对极性材料有较好的透气性;非极性气体对极性材料,极性气体对非极性材料有较好的不透气性,这是我们在选择材料时应考虑的一个重要因素。

    例如,在粮食的密闭贮藏中,通常造就一个低氧、高氮、高二氧化碳气体的贮藏空间,则应使用与氧气、氮气、二氧化碳气体极性相反的材料作为密封材料,以阻止氧气的进入,同时阻止氮气和二氧化碳气体的消散。由于这几种气体是非极性气体,故应选用聚氯乙烯、尼龙、聚酯等极性塑料薄膜。

    又如,在粮食熏蒸杀虫作业时,通常使用的药物是*、溴甲烷、环氧乙烯等极性熏蒸剂,为了减缓药消散的速度,在一定的时间和空间内保持熏蒸剂的有效浓度,则应使用非极性塑料薄膜封罩,以获得较好的气密性,如聚乙烯、聚丙烯等塑料薄膜。除了考虑降低气体在材料中的溶解度之处,降低材料透气性的另一个方面是阻止气体在材料内部的扩散。如前所述,气体在材料内部是从非结晶区通过,而不能从结晶区通过,这就说明塑料中结晶度越高则气体扩散速度就越小,同时,结晶的形状、大上和排列方式也影响气体分子的通过。一般讲,塑料薄膜经定向拉伸后其透气性就降低。这是因为材料的分子由于拉伸,其排列趋向规整有序,结晶度提高。目前,通过塑料更新聚合物生产工艺,可以提高合成树脂中规整立构分子的比例,使材料强度增加,结晶度提高,并可采用单轴或双轴定向技术对塑料薄膜进行定向处理,减少大分子的枝化程度,并使其彼此有序平行排列,缩短分子间距离,增大分子间作用力,提高材料的密度,从而增加气体扩散过程中的阻力,从根本上降低了材料的透气性,同时也降低了材料的透水性,使材料的密闭性能更佳。

    所以,在选择密封材料中,不仅要根据不同的密闭对象,对材料的极性作出选择,还应该选择密度较大,结晶化程度较高,经定向处理过的材料。

        4
 结束语

    随着科学技术的发展,符合不同使用要求的塑料薄膜材料的品种不断增加,性能也在不断完善,在实践中,不更需要我们运用科学的态度和方法,针对不同的场合,对密封材料进行正确选择和合理使用,充分发挥材料的优良特性,使塑料密封技术更完善,效果更好。/

 
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