PVDC薄膜的阻隔性能研究

PVDC，又称为偏二氯乙烯共聚物，是一种具有高强韧性、高阻隔性、良好化学稳定性和热收缩性的材料，被广泛应用于药品、军工企业等行业中。当前应用的聚偏二氯乙烯是指由偏二氯乙烯和丙烯腈、氯乙烯或丙烯酸酸酯等单体构成的二元或三元共聚物。对多种蒸汽和气体均具备较强的阻隔性是PVDC最明显的优势，也正是因为这一优势，使它在塑料包装中独树一帜。随着PVDC薄膜的不断发展，企业对PVDC薄膜阻隔性能的要求也越来越高。因此，加强有关PVDC薄膜阻隔性能的研究，对于拓展PVDC薄膜的应用范围具有重要的现实意义。

1  影响PVDC薄膜阻隔性能的因素

1.1  增塑剂

在加工PVDC树脂时，通常会添加环氧大豆油、葵二酸正丁酯和柠檬酸三丁酯等增塑剂。而在共聚物制造或改性时，掺加的增塑剂会增大聚合物链，减小阻隔性。溶解系数和扩散系数是影响PVDC树脂的主要因素。溶解系数低，表明在一定时间内仅有部分分子可以扩散；扩散系数低，表明移动分子在穿过共聚物母体时的难度比较高。在改变了液体助剂量时，扩散系数也会出现较大的变化，溶解系数却变化很小。当增大液体助剂使用量时，PVDC聚合物的分子穿过量会呈现指数型上升。由增塑剂用量和PVDC树脂阻隔性能变化曲线可知，在25 ℃温度条件下，当增加质量分数为1.5%的葵二酸正丁酯时，PVDC树脂的分子穿过量便会增大1倍。

1.2  改性助剂

在加工PVDC树脂时，还会加入乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物等助剂，以降低碳化点和晶点的产生率，提升薄膜的密封性和柔韧性。而乙烯-醋酸乙烯共聚物通常选用相对分子质量为10×10³、质量分数为25%、熔融指数在5～8的醋酸乙烯品种。此类加工助剂相对分子质量较大，不但本身具有较差的阻隔性能，而且会减小树脂的结晶度，降低薄膜阻隔性能。所以，在加工过程中，应科学地调整助剂添加量，通常情况下，应将其控制在PVDC树脂质量的0.3%～5%左右。

1.3  聚合温度

聚合温度会影响PVDC树脂分布、序列结构及其相对分子质量等。在聚合过程中，当增大聚合温度时，PVDC聚合树脂的相对分子质量就会减小。在进行自由基聚合反应时，聚合物的平均相对分子质量与聚合温度呈负相关，聚合温度的升高会使树脂相对分子质量分布变宽，进而降低树脂的阻隔性能和强度。采用低温聚合时，虽然能够克服分子质量减小的缺陷，但是，其聚合效率比较低，不利于提高生产的经济性。在实际加工制造的过程中，选用仍未升温聚合工艺，而升温聚合温度通常控制在30～80 ℃的范围内。

2  PVDC薄膜阻隔性能分析

2.1  PVDC薄膜的透湿性

评估包装材料对内装物保护性能的一个关键指标是包装材料的透湿性。在工业生产中，高阻湿性包装材料通常是指透湿量在5 g/（m²·24 h）左右、厚度约为25 μm的薄膜材料；阻湿性薄膜材料是指透湿量在5～20 g/（m²·24 h）范围内的薄膜材料；低阻湿性包装材料是指透湿量在20 g/（m²·24 h）以上的薄膜材料。而PVDC厚度约为40 μm薄膜的透湿量通常在3.5 g/（m²·24 h）左右，是一种高阻湿性包装材料。其材料自身的防潮性能可为内装物提供有效的防潮保护，并且可以将PVDC添加至包装中来改善包装的防潮性能。

2.2  PVDC薄膜的透气性

分子扩散是气体对材料的主要影响机理，也就是在高压作用力条件下，气体分子会溶解至材料中，并从材料的高浓度区扩散到低浓度区，直到在低压侧被完全解吸。所以，气体在材料内的溶解性能和扩散性能主要取决于气体对材料的渗透性。而厚度为40 μm左右的PVDC薄膜的氧气渗透量通常低于15 cm³/（m²·24 h·atm），因此，其具备优良的气体阻隔性。

2.3  PVDC薄膜的阻透性

薄膜的阻透性是指薄膜材料对小分子水蒸气、液体、香味和气体的阻隔性能。透过系数是评估塑料阻透性能的基本指标，薄膜的阻透系数越小，其阻透性能便越强。当前行业内所说的阻隔性聚合物通常是指氧气透过系数在3.8 cm³·mm/（m²·24 h·MPa）以下的共聚物，其能满足多样化的工业生产和包装需求。而PVDC聚合物的氧气透过系数为1.2 cm³·mm/（m²·24 h·MPa），可以充分满足阻隔性聚合物的阻氧、阻二氧化碳气体等要求。

2.4  PVDC薄膜的耐高温性

在食品杀菌的过程中，杀菌釜内压力和温度通常会比较高，包装袋在包装前还需用水多次喷淋和浸湿。使用透湿性能较差的薄膜常常会使食品变质腐败，同时，随着薄膜材料蒸镀层附着强度和阻隔性能的减小，会进一步加重内装物的腐败程度。而PVDC薄膜具有较强的耐高温性和阻透性，高温杀菌后仍能保证其具有较高的阻隔性能，适用于各类食品包装，特别是微波食品包装。

2.5  不同环境条件下的阻隔稳定性

与EVOH和PAN相比，PVDC在不同环境湿度条件下，阻隔性能变化微小，即便是在梅雨天气较多的高湿度环境和地区条件下，PVDC薄膜仍能保持较强的阻隔性能。此外，在包装高水分食品时，PVDC薄膜不仅不会吸湿，还能保持稳定的阻隔性，可以长时间存储包装物。

3  结束语

PVDC薄膜阻隔性能会直接影响产品包装的质量，因此，相关技术与研究人员应加大对PVDC薄膜阻隔性能的研究力度，总结薄膜阻隔性能影响因素和关键环节加工措施，逐步提升PVDC薄膜的应用水平。

参考文献

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［3］程肖飞.高阻隔PVDC材料的加工及应用现状［J］.聚氯乙烯，2012，12（29）：62-63.

〔编辑：白洁〕