塑料包装薄膜的阻隔性探究

0 引言磁控溅射（Magnetron Sputtering）是20世纪70年代发展起来的一种新型镀膜技术[1]。

它由溅射工艺中的二级溅射发展而来，通过在靶材后部放置永磁铁或电磁线圈，形成与靶材平行的磁场，并与垂直于靶材的电场形成电子捕集阱，延长二次电子的空间运行距离，使更多氩原子发生电离轰击靶材，增大镀膜的沉积速率，同时减小电子飞向基材Al 2O 3薄膜包装材料工艺参数与阻隔性的实验研究徐克非1，朱鸿1，孙智慧1,2，林晶1，刘壮1(1.哈尔滨商业大学 轻工学院，哈尔滨 150028；2.黑龙江省生物产业软包装材料工程技术研究中心，哈尔滨 150028)摘要 采用直流反应磁控溅射工艺，进行了一系列在PET塑料薄膜表面沉积氧化铝的实验，研究了氩气（Ar）、氧气（O 2）和溅射功率对所制备的Al 2O 3薄膜透氧率和透湿率的影响。

实验表明，当氩气流量为90sccm、氧气流量为10sccm、溅射功率为600W时，Al 2O 3薄膜的透氧率为2.11cm 3/(m 2×atm×24h)，透湿率为0.58g/(m 2×atm ×24h)，此时薄膜阻隔性能最好。

关键词 磁控溅射；氧化铝薄膜；阻隔性中图法分类号 TB43；TB484.5文献标识码 A Experimental Study on the Relationship between TechnologicalParameters and Barrier Property of Al 2O 3 Film Packaging MaterialXU Kefei 1, ZHU Hong 1, SUN Zhihui 1,2, LIN Jing 1, LIU Zhuang 1（1. Light Industry College, Harbin University of Commerce, Harbin 150028, China; 2. Heilongjiang Province BiologyIndustry Soft Packaging Material Engineering Technology Research Center, Harbin 150028, China ）Abstract Carried out a set of Al 2O 3 deposition experiments using DC reactive magnetron sputtering technology on the surface of PET plastic film, and studied on the influence of Ar, O 2 and sputtering power on permeation rate of oxygen and water vapor. And the results shows that the barrier properties are the best and the permeation rate of Ar and O 2 are 2.11cm 3/(m 2×atm×24h)and 0.58g/(m 2×atm×24h) respectively, when the flux of Ar and O 2 are 90sccm and 10sccm, respectively,and sputtering power is 600W.Key words Magnetron Sputtering; Al 2O 3; Barrier Property时所携带的能量，避免了由于基材被轰击而过度受热，影响镀膜质量。

摘要：PE、BOPP、PET是三种常普遍应用的包装材料，其阻隔性能有所不同。

本文利用压差法原理分别测试了上述三种材质相同厚度下的薄膜样品的氧气透过量、氮气透过量，比较了三种样品对氧气、氮气的阻隔性能，并介绍了试验原理、测试设备参数及适用范围、试验过程等内容，为不同材料的气体阻隔性能的研究提供参考。

关键词：PE、BOPP、PET、氮气透过量、氧气透过量、压差法、压差法气体渗透仪、阻隔性能1、意义对气体的阻隔性能是薄膜材料的重要研究领域，根据具体应用的不同，材料的气体阻隔性能可分为对氧气、氮气、二氧化碳、氦气、水蒸气、六氟化硫等气体的阻隔或保存能力，由于气体的分子直径、临界温度以及气体分子与材料中的高分子相互作用不同，使得同种气体分子在不同材料中或不同气体在同种材料中的渗透能力存在差异。

因此，不同气体在不同材料中的气体透过量并不相同，即需要根据实际应用对气体阻隔性能的需求选择合适的薄膜材料。

对包装材料而言，防止产品氧化是包装材料的首要任务，其中充氮包装是实现这一功能的重要措施，所以，对氧气、氮气的阻隔性能是包装材料阻隔性的重要组成。

2、试验样品本次试验以三种普遍应用的薄膜材料——聚乙烯(PE)、双向拉伸聚丙烯(BOPP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为试验样品，分别测试这三种材料的氧气透过量、氮气透过量。

3、试验依据通常采用压差法原理测试不同气体的透过量，试验过程依据GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》。

4、试验设备因测试三种样品的气体透过量，为提高试验效率，选用三腔独立的设备VAC-V2压差法气体渗透仪进行试验，该设备由济南兰光机电技术有限公司自主研发生产。

4.1 试验原理压差法原理是以当体积、温度不变时，气体压力与气体量成正比为测试依据。

利用装夹的试样将设备的测试腔分成上、下两部分，上腔中充入一定压力的试验气体，下腔的体积固定且已知，并通过抽真空形成低压环境。

新型高阻隔性包装材料一GT薄膜近年来，国际上出现了一种新型高阻隔性包装材料镀膜材料，它是以PET膜为基材，在其表面沉积SioX蒸汽而形成的一种高阻隔性透明包装薄膜，简称GT薄膜。

由于使用了SiOx这种制造玻璃的成分，所以GT薄膜也被称为“软玻璃:目前，这种包装材料在美国、日本及欧洲等国家和地区的商品包装中已经得到广泛应用。

1GT薄膜的阻隔性能及其应用GT薄膜不仅可以到达铝塑复合材料的阻隔性能，而且还有许多显著的特点，如阻隔性能不会因温度和湿度的变化而改变；保香性能优于PVDC,能阻止外界的异味渗入；透明性、微波穿透性能优良，适合微波食品包装等；同时其包装废弃物有较好的环境适应性。

目前，这种包装材料在一些发达国家已得到广泛应用。

如日本已用其包装方便食品、酒类、饮料、果汁、洗涤剂以及作为软管、盖膜（如快餐食品、微波食品容器）、蒸煮袋等使用；美国则主要用SiOx/PE/Paper/PE屋脊形包装盒包装柠檬汁、混合果汁等饮料和用作快餐盒盖材及药品包装等；欧洲用于饼干、巧克力、脱水汤料、肉制品、药品等包装（如德国市场上销售的Buss牌带有汤和熟食的可蒸煮、微波加热的快餐即是用PET/SiOx/PET封盖包装的）；另外，在欧洲市场上还有大量的用PE/SiOx/PET/Paper/PE 制成的利乐包装盒，用于果汁、饮料、牛奶等包装，获得与玻璃瓶一样的保鲜、保香效果。

目前，国内SioX镀膜材料的开发研究也已取得了一定成果。

2SiOx镀膜材料的生产工艺和方法SiOx镀膜材料的生产工艺和方法主要有物理蒸镀法(PVD)和化学蒸镀法(CVD)两种。

2.1物理蒸镀法物理蒸镀法是在高真空下以一氧化硅(Sio)作原材料，通过高温加热使之升华，并通过控制氧气的导入量，在塑料基材(PET、OPP1.、1.DPE、BoN等)表面形成X值不同的SioX薄层。

物理蒸镀加热有多种方式。

一种是用电阻丝加热方式，一般用片状的一氧化硅原料；另一种方法是采用大功率电子枪发射强电子束，电子束集中轰击一氧化硅某一点，瞬间产生高温，使之升华，进而沉积在基材上。

书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
包装材料阻隔性检测
1、透气性测试
透气性是高聚物最重要的物理性能之一。

特别是塑料片材、薄膜、涂
层等高聚物制品，对透气性能有特殊的要求。

透气性能与耐老化性能有密切关系，也与高分子结构有关，因而测定透气性具有重要的理论意义与实际价值。

测量高聚物透气性方法很多，用得较多的有压力法、容积法等，而用
得最广泛的是压力法。

因为压力法准确性高、重复性好，容易自动记录，也容易实现。

从测试原理分类，包装材料的透气性测试有压差法和通过电量分析传
感器的成分分析法两类。

压差法的测定原理是用试验薄膜隔成两个独立的空间，将其中一侧
（高压室）充入测定用气体，而另一侧（低压室）则抽真空，这样在试样两侧就产生了一定的压差，高压室的气体就会通过薄膜渗透到低压室，通过测量低压室的压力或体积变化就可以得出气体的渗透率。

压差法具有简单、方便，可以测定各种气体，以及仪器设备价格较低等优点。

我国唯一的气体透过率国家标准GB/T1038-2000 就是采用了压差法，我国目前企业和事业单位所使用的气体透过率测试仪器也基本上是压差法的仪器。

电量分析型氧气透过率测试仪的原理是用试验膜隔成两个独立的气流
系统，一侧为流动的待测气体（可以是纯氧气或含氧气的混合气体，可以设定相对湿度），另一侧为流动的具有稳定相对湿度的氧气。

试样两边的
专注下一代成长，为了孩子。

摘要：由于高分子材料的化学结构等差异，不同材质薄膜材料的阻隔性能不尽相同。

本文通过对相同厚度的PET、BOPP两种材质薄膜材料氧气透过量与水蒸气透过率分别进行测试，对比了两种材料的阻隔性能差异，并介绍了试验原理、设备参数及适用范围、试验过程等内容，为薄膜材料阻隔性能的测试及包材筛选提供参考。

关键词：PET薄膜、BOPP薄膜、阻隔性能、氧气透过量、水蒸气透过率、压差法气体渗透仪、水蒸气透过率测试系统、压差法、杯式法、称重法1、意义包装材料对气体的阻隔性能可通过气体透过高分子材料的速度进行表征。

气体渗透的越快，相同时间内透过材料的气体量越多，反映材料对气体的阻隔性能较差。

气体在包装材料中的渗透过程可分为吸附—扩散—脱附三个阶段，影响整个渗透过程的因素包括气体分子的大小、极性等相关性能以及高分子材料分子链结构、分子量大小、分子极性、结晶度、材料改性等。

由于不同气体及高分子材料的结构各异，同种包装材料对不同气体的阻隔性能并不相同，不同材料对同一种气体的阻隔性能也千差万别。

本文针对性的测试了不同材质的高分子包装材料分别对氧气、水蒸气阻隔性能的差异。

2、试验样品本次试验以PET薄膜与BOPP薄膜材料为试验样品，对上述两种样品分别进行氧气透过量与水蒸气透过率测试。

为了避免厚度对阻隔性的影响，本文选取厚度相同的PET薄膜与BOPP薄膜。

3、试验依据鉴于本次所测试两种样品的阻隔性能范围，本文分别采用杯式法与压差法测试两种薄膜的水蒸气透过率与氧气透过量，试验过程分别依据GB 1037-1988 《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法杯式法》与GB/T 1038-2000 《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》。

4、试验设备本文采用C360M水蒸气透过率测试系统、VAC-V2 压差法气体渗透仪分别测试PET薄膜与BOPP薄膜样品的水蒸气透过率与氧气透过量，这两款设备均由济南兰光机电技术有限公司自主研发生产。

4.1 试验原理杯式法原理是利用装夹的试样将透湿杯内部与测试腔环境隔开，通过控制透湿杯内部与测试腔环境的湿度条件，使两者处于不同的湿度环境，从而实现水蒸气从高湿侧向低湿侧的渗透，透湿杯的质量随水蒸气的渗透过程而增加或减小。

包装材料的阻隔性能与应用在我们的日常生活中，包装材料无处不在。

从食品到药品，从电子产品到化妆品，各种各样的产品都需要包装来保护其质量和安全性。

而包装材料的阻隔性能在其中起着至关重要的作用。

那么，什么是包装材料的阻隔性能呢？简单来说，阻隔性能就是包装材料阻止气体、水分、光线、微生物等外界因素进入或逸出包装内部的能力。

不同的产品对包装材料的阻隔性能有着不同的要求。

例如，食品包装需要具备良好的氧气和水分阻隔性能，以防止食品氧化变质和受潮发霉。

像薯片这类膨化食品，如果包装的氧气阻隔性能不好，薯片就会很快变得不酥脆；而对于面包、饼干等容易吸湿的食品，如果包装的水分阻隔性能不佳，就会变得绵软，口感变差。

药品包装对阻隔性能的要求则更为严格。

许多药品对湿度、氧气和光线都非常敏感，一旦包装材料的阻隔性能不达标，药品的有效成分可能会分解或变质，从而影响药效甚至对人体产生危害。

再来说说电子产品的包装。

电子产品通常对水分和静电比较敏感，因此需要包装材料具备良好的防潮和防静电性能。

接下来，让我们详细了解一下常见的包装材料及其阻隔性能特点。

塑料是目前应用最为广泛的包装材料之一。

其中，聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等具有一定的阻水性能，但阻气性能相对较差；而聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺（PA）等则具有较好的阻气和阻湿性能。

此外，还有一些特殊的塑料薄膜，如镀铝膜、镀硅膜等，通过在塑料表面镀上一层金属或无机材料，大大提高了其阻隔性能。

纸类包装材料也是常见的选择。

普通纸张的阻隔性能一般，但通过在纸张表面涂布一层塑料薄膜或石蜡等，可以增强其阻水和阻气性能。

而一些特殊的纸类，如铝箔纸、羊皮纸等，本身就具有较好的阻隔性能。

金属包装材料，如马口铁、铝箔等，具有优异的阻隔性能。

马口铁常用于罐头包装，能够有效地阻隔氧气、水分和光线；铝箔则常用于药品、食品等的包装，其阻气、阻湿和遮光性能都非常出色。

玻璃包装材料具有良好的化学稳定性和阻隔性能，对气体、水分和光线都有很好的阻挡作用。

薄膜阻隔性能测试方法及仪器介绍BOPA薄膜具有不错的印刷性，对气体和气味具有良好的氧气阻隔性、耐高温、耐穿刺和耐撕裂性，防油脂碳氧化物的防化学性，适用温度范围广泛（-60℃-150℃），延长了食品的保质期，被广泛应用于油性食品的包装和高温蒸煮包装袋。

阻隔性能是B0PA膜一项重要的质量指标，所主要有透氧、透湿率。

一、氧气透过量：（检测按GB/T1038--2000标准）cm3/m2.d.pa (阻隔性) 以15um 计算；阻隔性是指塑料薄膜阻挡氧气. 水蒸气透过塑料薄膜的力量，较常关注的是氧气透过率和水汽透过率。

阻隔性直接影响被包装物的保质期。

阻隔性与塑料材料的固有化学结构有关，依据塑料材料的不同，有高阻隔, 中阻隔及低阻隔之分。

无论是异步法或同步法生产的尼龙膜，其水蒸气透过率和氧气透过率基本相同。

目前，国内通常应用的透气性试验方法是GB/T1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法-压差法》，试验仪器由低压腔和高压腔组成。

测试时将薄膜试样贴在高压腔与低压腔之间，两腔密闭后用真空泵抽真空，然后向高压腔内充1个大气压的试验气体，通过测量低压腔的压力增量来计算气体的透过率。

赛成仪器自主研发的GPT-203压差法气体渗透仪基于压差法的测试原理，是一款专业用于薄膜试样的气体透过率测试仪，适用于塑料薄膜、复合膜、高阻隔材料、片材、金属箔片在各种温度下的气体透过量和气体透过系数的测定。

二、阻隔水蒸气性能透湿法的试验按GB/T1037-2000《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法杯式法》规定进行。

温度231℃，相对湿度（902）%。

该方法适用于塑料薄膜、复合塑料薄膜、片材和人造革等材料。

被测试样在规定的温度、相对温度条件下，将试样用混合的石蜡和蜂蜡封在透湿杯上，杯内装肯定量的干燥剂，试样的两端保持肯定的水蒸气压差。

称量封好试样在试验前和加湿后重量的变化，其增量即水蒸气透过量。

GB／T6981－2023《软包装容器透湿度试验方法》适用于密封的软包装容器，将干燥剂装进被测容器中，将其密闭，然后置于规定的温湿度条件下，经肯定的时间试样增重的量，即水蒸气透过量。

塑料薄膜阻隔性能的主要影响因素影响塑料薄膜阻隔性能的因素除了气体物质的分子大小及物性外，还需要塑料薄膜的本身成分、分子结构及分子聚集状态等内部结构以及塑料与透过性物质之间的相容性等。

1.分子极性当结晶度肯定时，极性大分子或强极性大分子因分子间结合紧密而使气体在其内部的集中困难。

分子极性越大，其树脂透气率越小，阻气性能越好。

常用塑料树脂中，PET和PVA为强极性树脂，PA、PVC为极性树脂，PS为弱极性树脂，PE、PP等为非极性树脂。

它们的阻气性随分子的提高而提高，如PET和PE对O2透过率相差非常悬殊。

水蒸气是极性分子，依据相像相溶的原理，水蒸气在极性分子塑料中的溶入和集中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是一种的防潮包装材料。

2.分子结晶性气体和水蒸气透过结晶性塑料薄膜所需要的集中能量比非结晶性塑料薄膜高，集中系数小，故结晶性塑料薄膜表现出较好的阻气性。

在其余条件相同的状况下，塑料薄膜分子结晶度越高，表现出越好的阻隔性能。

3.分子定向性塑料薄膜因成型时的拉伸而使塑料大分子受到不同程度的定向作用，成规章分布而排列紧密，薄膜阻隔性提高。

定向程度越高，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裂而变小；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密度。

4.分子亲水性塑料薄膜中具有亲水性能的主要有PVA、PA等。

亲水性树脂由于其强的吸水性可使树脂溶胀，分子间距离增大可是阻隔性下降。

通常，亲水性塑料薄膜的水蒸气集中系数不是常数，它随水蒸气的浓度增大而增大，导致透湿系数的转变；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.环境温度温度对塑料薄膜的分子结构有影响，温度上升将使树脂的结晶度、定向度降低、分子间距拉大、密度降低，这都使塑料薄膜的阻隔性能降低。

食品用塑料包装材料阻隔性检测标准概述作者：岳青青窦鹏展来源：《科学与技术》 2019年第3期摘要：近几年，食品包装材料种类越来越多。

阻隔性塑料包装目前在我国的应用范围正逐渐扩大，其在实际应用过程中具有较强便捷性，因此经常作为食品包装材料。

基于此，本文介绍了阻隔性食品塑料包装材料的影响因素，以及阻隔性食品塑料包装的类型，并研究了各种阻隔性食品塑料包装材料的应用。

关键词：食品塑料包装；阻隔性；标准引言随着人们生活水平和消费水平的日益提高，对食物的要求越来越高，相应地对食品包装材料的要求也越来越高。

食品包装材料被要求具备较高的阻隔性，能有效地防止氧气、水蒸气、虫害、微生物及酸碱腐蚀液等通过包装壁进入到包装内，避免食品因受外界因素的干扰而发生变质；能有效防止食品中有机蒸汽的渗出，保持食品包装内部条件的持续稳定，从而达到保护食品的效果，维持食品的新鲜度，延长食品的使用期。

塑料包装材料由于具有良好的阻隔性、保鲜性、抗菌性等，被广泛应用于食品、药品的包装。

常见的阻隔性塑料包装材料主要有乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）、聚偏二氯乙烯（PVDC）、丙烯腈共聚树脂（PAN）、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂（PET）、聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、尼龙（PA）等聚合物。

1阻隔性食品塑料包装材料的影响因素阻隔性食品塑料包装材料在实际应用的过程中，主要的影响因素包括以下5点：①化学结构。

阻隔性食品塑料包装材料属于聚合物，具备取代基团，不同基团会对阻隔性食品塑料包装材料产生不同的影响。

其中主要对材料聚合链结构以及自由体积大小产生影响。

②内聚能密度。

内聚能密度指的是阻隔性食品塑料包装材料中分子之间相互作用力的大小。

通常情况下，内聚能密度越大，聚合物分子链之间连接的紧密程度就越强，材料自身的渗透性能也就越低。

③自由体积。

自由体积指的是聚合物分子之间的空间空隙，如果阻隔性食品塑料包装材料中的自由体积减少，则材料的阻隔性能将会上升，反之则下降。