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高阻隔性塑包材的混合填充改性技术研究

2021年07月07日 牡丹江机械设备网

高阻隔性塑包材的混合填充改性技术研究

[摘要]:根据扩散渗透机理,从材料结构的角度讨论了影响塑料包装材料阻隔性的因素。综述了共混合填充改性技术在提高塑料包装材料阻隔性能和力学性能中的研究应用现状。重点评述了共混改性时组分性质、加工方法对材料的微观结构、阻隔性能和力学性能的影响以及填充改性所面临的共性问题、表面改性技术的发展和应用,强调了片状纳米填充材料的分散性和取向性对阻隔性能的重要作用。此外,还对塑料改性技术在包装材料方面的应用前景进行了展望,指出了共混合填充技术今后需要重点解决的问题。

关键词:包装材料;阻隔性;塑料;共混;填充

在食品保鲜、饮料和啤酒、汽油箱、防潮包装等方面,高阻隔性塑料包装材料具有极强的技术优势和使用方便性,其需求量近几年一直呈上升趋势。与此同时,人们对高阻隔性塑料包装材料的多样性、阻氧、阻CO2、防潮、遮光、保香、保鲜、杀菌、抗静电、防雾、耐高低温、耐氧化、透择性及透过性等也提出了更高的要求。长期以来,人们一直努力通过各种手段和方法来提高和改善这些性能。目前,已发展有多层复合法、涂覆法、改性塑料法等。多层复合和涂覆法工艺复杂,设备投资高,并且不能显著改善材料的力学性能,因而具有一定的局限性。而改性塑料法不仅能从根本上提高塑料的阻隔性能,同时还能改善其力学性能,产品也具有多样性。因此,利用塑料改性技术改性包装材料,已成为包装材料的发展方向和研究的热门课题。其中,共混和填充技术的研究应用最为活跃。文中结合国内外文献,就近年来塑料共混合填充改性技术在高阻隔性包装材料中的应用情况进行综述,并对其发展前景进行了展望。

1 提高阻隔性的基本途径和方法

气体透过(阻隔)性和渗透性是阻隔性材料的最重要性能。其影响因素主要有聚合物结构、渗透气体特性和环境。其中,材料结构是影响阻隔性能和力学性能最根本最直接的因素。

由于实际过程中待阻隔的气体、液体主要是O2、CO2、H2O及低分子有机物类物质,而且多数情况下使用温度也不太高。因此,提高材料阻隔性的基本途径和方法,是利用塑料改性技术对材料进行改性,以减少气体、液体的溶解度以及扩散性。共混和填充改性是2种最为常用的方法。

2 共混改性

单一材料很难满足包装材料的综合性能和多样性要求。包装材料的制备在多数情况下是将不同结构和性能的材料共混,来达到改善其阻隔性能和力学性能的目的。共混有物理共混和共聚-共2种方法。其中,物理共混法最为常用。制备技术主要有机械共混和反应性“就地增容”热-机熔体共混等。此方面的研究已经取得了长足进展,利用这一方法制备的改性材料也屡见不鲜。

2.1简单共混

茂金属聚乙烯(mLLDPE)具有热封温度低、强度高、耐穿刺能力强、可抽出物量低等优良性能,与LDPE或LLDPE具有较好的相容性。二者共混能明显改善膜的物理机械性能、热封性能及印刷性,是冷冻食品、保健食品多层复合包装膜常用的一种内层材料。

聚芳酯(U聚合物)与PET均具有较好的热成型性,二者的多层坯双向拉伸吹塑后,可制得不经热处理即可满足85℃热灌装要求的耐热瓶。

Du Pont包装与工程聚合物公司推出的乙烯.丙烯酸酯衍生物共聚物系列产品,具有高熔体强度和热稳定性。与LDPE共混时相容性好,与PET、PA及PP容易粘合。不仅可用于吹塑和流延薄膜、挤出涂层、复合层、薄膜改性剂等,而且还可作为廉价增韧剂与PP、PA、PET、ABS和PET/ABS共混。10%的该类物质与PP共混后,其室温下缺口冲击强度就可提高23倍。

日本大东ME公司与名古屋市工业研究所将脂肪族聚酯与特殊成份共混,研制成功的一种生物降解性垃圾袋,具有膜强度高、对水的阻隔性强等优点,薄至25μm也无漏水性。 结晶性聚合物是制取高阻隔性材料的首选配料。原因是结晶性聚合物的阻隔性高、强度大、耐热性能好。当与其它材料共混时,由于气体难溶于微晶,所以,其扩散时路径变得曲折而漫长,材料可具有很高的阻隔性。间苯二甲胺和己二酸的缩聚物MXD6,是近年来研究应用较多的一种高阻隔性尼龙材料。其熔点比PA6高20℃,对O2的阻隔性高10倍,而且阻隔性不随相对湿度的增高而降低。低温下的阻隔性能虽不如PVDC,但在高温下却优于PVDC。MXD6与PET同属一种结晶型材料,其热行为比较接近,易于复合成一体。因此,常常将二者共混制取高阻隔耐热瓶类包装容器。典型的产品有法国Karlsberg公司的PET/MXD6/PET多层结构啤酒瓶等。

(待续)

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