包装材料渗透性及最新检测技术

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1、包装材料渗透性及最新检测技术包装材料渗透性及最新检测技术 Alex He 2014/6/302Functions for Modern Packaging现代包装的功能 产品的容器 合理尺寸,形状 方便使用 产品安全的第一道防产品安全的第一道防线线 阻隔性阻隔性 整体密封性整体密封性 信息,市场功能 产品成份,使用说明 外观设计吸引顾客包装是产品生产的一部分3Applications应用应用Flexible DisplaySolar Panels4Major Markets Served 食品和饮料 药品 保健品，医疗器械 个人护理产品 电子产品等5Packaging Material and

2、 Food Safety包装材料与食品安全 Barrier Properties of Packaging Materials 包装材料的阻隔性 Compatibility of Packaging Material and Food Product. 包装材料与产品相容性 Migration of residual chemicals in polymer 残余化学物从包材致食品的迁移 Package Integrity 包装的完整密封性6包装的阻隔性能对保证产品的安全有着举足轻重的作用: 如再好的食品，再环保的包装，如果阻隔性能不好，氧气的大量渗入，会使富含脂肪和维生素类食品变色、哈变或酸

3、败，或使细菌和霉菌大量繁殖，直接影响食品的品质。 满足产品保质保鲜的需要,保证预期的货架寿命, 减少防腐剂的使用常规检测常规检测: : 高分子材料透氧率高分子材料透氧率OTR,OTR,透湿率透湿率WVTRWVTRBarrier Properties包装的阻隔性能包装的阻隔性能 7Package Integrity包装的完整密封性由劣质热封接缝, 针孔等造成的包装泄漏, 不仅降低了产品的货架寿命, 也对消费者的健康带来损害.要求: 对终极成型包装在实际应用条件下进一步测试,确证包装的阻隔性,物理性能在加工物流和销售环节中未受损坏.常规检测：热封性能，整体包装阻隔性，密封性，破裂强度测试。8我们的

4、产品需要什么样的阻隔性材料?- 影响产品品保质期的原因包装阻隔材料的作用包装阻隔材料的作用= 阻止或减少如下交换过程阻止或减少如下交换过程氧气氧气二氧化碳二氧化碳水汽水汽紫外线紫外线香料香料味道味道3包装阻隔材料选择氧化 解决办法解决办法-氧气阻隔材料氧气阻隔材料, 例如 PET, PVDC, Nylon, EVOH受潮,发霉 .解决办法解决办法-水汽阻隔材料水汽阻隔材料,例如 PP, PE氧化,受潮解决办法解决办法-复合材料复合材料, 例如 PP/PET/PE, PET/Al/PE上述, 以及芳香味遗失. 解决办法解决办法-化学阻隔化学阻隔,复合材料复合材料, 例如 PP/Nylon/Al/

5、PE受光催化氧化变质解决办法解决办法-光阻隔材料光阻隔材料,例如渡金属材料Metalized PET其它方法其它方法包装内加除氧剂,除湿剂;真空包装,冲氮包装,气调包装11氧气阻隔材料举例 EVOH PVDC Polyamides(Nylon) Polyester SAN, PAN (SiO2)x Metallized Polyester PGA 12氧气阻隔材料 新动向 MAP High Transmission Active vs. passive barrier (oxygen scavengers) Resins: LCPs PGA Polyalkylketones Blends Na

6、nocomposites )13水汽阻隔材料举例PolyethyleneEthylene copolymers Ionomers EVA ACRPolypropylenePVdCCOCsLCPsBOPPPVdC coated OPET or BOPPPolyamidesMetallized AluminumPVdCEVOH香料香精阻隔材料举例15IonomersEVOHHDPEPolyamidesPolypropylene油料脂肪阻隔材料紫外线阻隔材料 Aluminum Metallized OPET and OPP Aromatic Polyamides16不同阻隔性的材料 低阻隔: 0.1

7、 cc/day PE, PP, PS, PLA 中阻隔: 0.05 cc/day PVC, PET, Nylon, MET BOPP 高阻隔: 0.01 cc/day LCPs, EVOH, PVdC, MXD6, Foil, SiOx coatings 20C, 50% RH outside package, 100% RH inside package17低阻隔材料高阻隔材料23C, 0%RH食品包装的研发-模式/降解退化程度Mode / Extent of Degradation 当接触到36 cc O2 后，该食品被认为以变质食品包装的研发待选材料评估Candidate Materia

8、l Evaluations食品包装的研发待选材料评估Candidate Material Evaluations材料的阻隔性与渗透性材料的阻隔性与渗透性 材料的阻隔性是由其渗透率来表示的。 阻隔性与渗透率成反比 阻隔性越高，渗透率越低 渗透率由实验测试获得渗透基本原理 材料的渗透性可用来描述气体分子从物体的高浓度的一侧到另一侧的流动速率 Units of permeation：渗透常用单位atmdaymmilcc2daymcc2Permeation rate渗透系数常用单位Transmission rate渗透率常用单位25材料的阻隔性与渗透 溶解-扩散机理渗透的溶解-扩散机理：气体在其高浓度

9、的一侧吸附于薄膜表面， 在高分子薄膜体内扩散, 最后于其低浓度的薄膜一侧脱附而挥发.溶解-扩散机理质量的传递速率与薄膜中渗透物的浓度梯度成正比,并与渗透物在薄膜两侧的压力差成正比。CACBCA1PB1PA1CB1CB2PA2PB2溶解-扩散机理 渗透率等于溶解度与扩散系数的乘积， 即：P = S x DP：渗透系数S：溶解度，是指渗透物在高分子中的溶解量。它与渗透物浓度有关。D：扩散系数，是指物质从体系的一处至另一处的传递，是分子随机运动的结果, 在Fickian体系, 它与渗透物浓度无关影响材料渗透性的因素 材料自身因素的影响 外部因素的影响Permeation is impacted by

10、影响阻隔性的因素 Environment: 环境 temperature 温度 relative humidity 湿度 Material itself: 材料本身Fickian behavior or Non-Fickian 线性或非线性材料Material PropertiesMaterial Properties结晶度,分子间吸引力,添加剂,样品厚度30影响阻隔性的因素 - 温度经验法则经验法则温度每升高1C, 渗透率增加 5 to 7%温度每升高10C, 渗透率加倍31影响阻隔性的因素 - 湿度 相对湿度或水汽影响含氢键的极性高分子 (Nylon,材料EVOH) 水汽不影响无氢键的极性

11、高分子(PET)EVOH32Relative Humidity Effects OTR Polymers:0%RH (dry)100%RHEVOH0.00061.5Uncoated Cellophane0.007812.0Nylon 60.060.3PVA3.39.0ABS0.060.06HDPE6.66.6LDPE28.828.833渗透物推动力 与渗透物的浓度直接有关 浓度与分压成正比 材料两侧的渗透物分压梯度CACA1PA1PA2CA2Eq. Time 4 days 4 daysOTR 0.0012 cc/day 0.0052 cc/day渗透物推动力 20.9% (Room Air)