维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年第１２卷第３期 塑料包装 ２ｌ 塑料薄膜密封材料的特性与选择 吴 儿 夭 凡 （辽宁辽中县） 摘要叙述了粮食与食品保存中，选择塑料薄膜的组成与特性，气体的渗漏过程 渗漏 特性 与途径，减少漏气量的方法和材料选择。 关键词 塑料 密封目前，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， 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 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。 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。 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 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。 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 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。最后在材料的另一侧 蒸发。这一过程可以用Ｆｉｅｋ第一定律表示，设 材料厚度为１，Ｐ１、１＇２分别为高、低浓度的气体 维普资讯 http://www.cqvip.com ２２ 塑料包装 ２００２年第ｌ２卷第３期 分压，Ｃ。、Ｃ２为溶解于材料两侧的气体浓度，见 下图，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，即ｑ＝一Ｄ 。 式中：Ｄ为气体在材料中的扩散系统， “一”号是由于气体浓度是递减而引入的。将上 式整理并积分 ｑ Ｊ ｃｂｃ＝一。Ｊ ｄｃ 得到ｑｌ：Ｄ（Ｃ 一Ｃ。）或者ｑ：Ｄ＿ ．由于溶解于密封材料中气体的浓度Ｃ与 相平衡分压Ｐ相关，即： － ６＝Ｓ或Ｃ＝ＳＰ 式中：Ｓ为气体在材料中的溶解度系数。 从而可得：ｑ：Ｄ．Ｓ旦 设Ｐ＝Ｄ・Ｓ，称为材料的透气性系数，每 一种材料对每一种气体，Ｐ是常数。 ｑ：Ｐ． ：Ｐ．竿 那么，在一定面积Ａ，一定的时间ｔ内材料 的透气量Ｑ为： Ｑ＝Ｐ・竿．Ａ．Ｔ 由上式可知，材料的透气量与材料的透气 性系数Ｐ、气体分压差△Ｐ、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 解是透气的第一个环节，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，应从这两方面人手，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。 根据物质问“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 的药物是磷化氢、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 （下转第１３页） 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年第ｌ２卷第３期 塑料包装 １３ 宝”和开发新产品 过渡到“可再生利用”、“可焚烧”、“可堆肥”和 前面已经论述过，塑料包装废弃物的再生 “填埋”四大类，并在１～２年内，以高科技为依 与新产品开发，因此不再重复，在此只强调一 托，建立一个大型垃圾分拣中心和垃圾综合处 点，塑料包装废弃物的综合利用、“变废为宝” 理工厂（包括垃圾发电厂），并成立相应的管理 和新产品开发是塑料包装废弃物综合治理的 机构。 关键，应引起高度重视，并组织相关专家和技 ６．开发材料，用可降解塑料取代不可降 术人员进行专题研究和试验。 解塑料 ５．垃圾分类，降低包装废弃物的回收成 为消除“白色污染”，在包装工业中发展可 太 降解塑料材料，逐渐淘汰不可降解的塑料材料 包装废弃物的污染是由于千家万户造成 是大势所趋，是解决包装废弃物末端处理的根 的，所以回收包装废弃物要靠千家万户配合， 本途径，按当前的材料学观点，使用性能好，但 据调查研究表明，几乎所有对固体废弃物资源 废弃后与环境协调差的材料，不能算好材料。 化利用得好的国家和城市，都是对垃圾实行分 材料及技术本身要具备与环境的协调性，因此 类投资、分类收集、分类清运和分类处理。例 不可降解塑料就不是好材料，而可降解塑料就 如，瑞士的苏黎世１９９０年垃圾焚烧量为２０．５ 具有相当广阔的前景。国际社会对环境保护因 万吨，而１９９５年国家用分类收集制度后降到 其价格、质量等原因在整个塑料消耗量中的比 １５．６万吨，垃圾回收利用则从３．２万吨增加到 重最小，但它会随着国际社会环境保护整体压 ５．５万吨；我国台湾城市，垃圾箱就由两个连 力的加强，对环境污染控制力度的强化，将促 体的圆筒组成；蓝色的为不可燃垃圾，红色为 使可降解塑料的应用更加普及，产量激增，价 可燃的垃圾，市民自觉分类投入，在一些专门 格下降。 机构还用四色垃圾箱：蓝色为废纸箱，红色为 可降解塑料主要分为合成光降解塑料，添 废塑料箱，绿色为玻璃箱，黄色为废金属箱。这 加光敏剂的光降解塑料和生物降解塑料，以及 样做的结果为包装废弃物的回收提供了方便， 多种降解塑料复合在一起的多功能降解塑 降低了成本，减少了自身污染；广州市的城市 料 生活时下的两大类（可利用和不可利用）逐步 ”＋”＋．・＋”＋・・＋”＋”＋“＋”＋一＋－＋”＋一＋一＋”＋一＋－＋”—‘卜－—‘卜一＋”—‘卜“—‘卜－—‘卜－—‘卜“—‘卜・ （上接第２２页） 所以，在选择密封材料中，不仅要根据不 子由于拉伸，其排列趋向规整有序，结晶度提 同的密闭对象，对材料的极性作出选择，还应 高。目前，通过塑料更新聚合物生产工艺，可以 该选择密度较大，结晶化程度较高，经定向处 提高合成树脂中规整立构分子的比例，使材料 理过的材料。 强度增加，结晶度提高，并可采用单轴或双轴 ４ 结束语 定向技术对塑料薄膜进行定向处理，减少大分 随着科学技术的发展，符合不同使用要求 子的枝化程度，并使其彼此有序平行排列，缩 的塑料薄膜材料的品种不断增加，性能也在不 短分子间距离，增大分子间作用力，提高材料 断完善，在实践中，不更需要我们运用科学的 的密度，从而增加气体扩散过程中的阻力，从 态度和方法，针对不同的场合，对密封材料进 根本上降低了材料的透气性，同时也降低了材 行正确选择和合理使用，充分发挥材料的优良 料的透水性，使材料的密闭性能更佳。 特性，使塑料密封技术更完善，效果更好。