聚合物阻隔性介绍

聚合物的阻隔性是指其制品对小分子气体、液体、水蒸气、香味及药味等的屏蘞能力。用于表征聚合物阻隔性大小的指标为透过系数，其定义为一定厚度 (常用1mm)的制品，在一定压力(1MPa)，一定温度(23℃)，单位时间(1d)，单位面积(m²)内透过小分子物质的体积或质量，其单位为对气体cm³·mm/(m²·d·MPa)、对液体g·mm/(m²

• d·MPa)。聚合物的透过系数越小，说明其阻隔性越好。

影响聚合物阻隔能力大小的因素很多。聚合物的阻隔性除了与其内在结构有关外，还受温度、湿度、压力等因素的影响，随温度和湿度增大聚合物阻隔性下降，具体影响因素介绍如下。

1、分子的极性

当聚合物的结晶度一定时， 极性大分子或强极性大分子因分子间结合紧密而使气体内部的扩散困难。分子极性越大，其树脂透气率越小，阻气性越好。常用塑料树脂中，PET和PVA为强极性树脂，PA、PVC为极性树脂，PS等为弱极性树脂，PE、PP等为非极性树脂。它们的阻气性随着分子极性的提高而提高，如PET和PE对O₂的透过率相差十分悬殊。水蒸气是极性分子，根据相似相溶的原理，水蒸气在极性分子塑料中的融入和扩散速度均大于非极性塑料分子，其透湿系数值也较大。高阻隔性材料和PET分子极性强，而其透湿系数值大于非极性分子PE,故PE是一种极好的防潮包装材料。

2、分子结晶性

气体和水蒸气透过结晶性聚合物制品所需要的扩散能量比非结晶性聚合物制品高许多，故结晶性聚合物表现出较好的阻气性。在其他条件相同的情况下，聚合物分子结晶度越高，表现出越好的阻隔性能。

3、分子取向性

聚合物因成型时的拉伸而使大分子受到不同程度的取向作用，呈现规则性紧密排列，聚合物制品的阻隔性越高。聚合物制品的取向程度越高，其阻隔性越好。尤其是薄膜经过双向拉伸处理后，不仅晶粒尺寸可大大降低，而且结晶度也可增高。可解释为一方面拉伸使原来的结晶颗粒破碎而变小;另一方面拉伸使大分子取向增加，排列更加规整有序，从而提高结晶度和大分子的排列紧密度。

4、分子亲水性

聚合物品种中具有亲水性能的主要有PVA、PAN、EVOH、PA等，亲水性树脂由于其较强的吸水性可使树脂溶胀，分子间距增大可使阻隔性下降。通常亲水性塑料薄膜的水蒸气扩散系数不是常数，它随水蒸气的溶度增大而增大，导致透湿系数的改变，而非亲水性塑料薄膜的透湿性几乎不受环境湿度的影响。

5、环境温度

温度对聚合物的分子结构有影响，随着温度升高将使聚合物的结晶度和取向度降低、分子间距拉大、制品密度降低，这都使聚合物制品的阻隔性降低。

6、环境湿度

聚合物的极性越高吸水性越大，具体树脂如PVA、PAN、EVOH等，它们的阻隔性能随环境湿度增大而迅速下降，因此不能够用于潮湿环境。

常见阻隔性树脂的性能如下表所示。

常用阻隔性树脂的透过系数

从表中可以看出，有些聚合物的阻隔性非常好，看起来可以用于阻隔型材料使用。但是大部分阻隔树脂会因不同的缺点而难以单独使用，如PVA、PAN、EVOH对水敏感，再如PVDC、EVOH、PAN等对温度敏感，PVDC因含有卤素在焚烧时有环保问题，LCP、PEN的价格过高。所以在真正应用的阻隔材料中，纯阻隔材料直接应用很少，而大部分为一般或中等阻隔材料与高阻隔材料复合改性的阻隔材料。