PVDC涂層的涂布量對材料阻隔性的影響評價

摘要：材料表面涂布PVDC層是提高材料阻隔性的常用方法，本文通過對兩種PVDC涂層的涂布量不同的薄膜材料進行氧氣透過量的測試，進一步研究了不同PVDC涂層對材料阻隔性的影響，并介紹了試驗原理、設備參數及適用范圍、試驗過程等內容，為材料改性或改進工藝后阻隔性的變化提供合理的評價方法。

關鍵詞：PVDC涂布膜、K涂層、涂布量、阻隔性、氧氣透過量、壓差法氣體透過量測試儀

1、意義

聚偏二氯乙烯(PVDC)是一種具有高對稱性、高結晶度、高阻隔性等特點的高分子材料，但成型加工性較差，一般需要通過與其他單體共聚，采用注塑、擠出、復合、涂布及吹塑等方法加工，其中在各種薄膜基材上涂布一層或多層PVDC而成的K膜最為常見。常用的涂布基材包括PP、PET、PA、PE等，因PVDC的存在大大提高了薄膜整體的阻隔性能，增強了薄膜對氣體的阻隔性以及保香性、耐油性等，故而廣泛用于包裝月餅、餅干、茶葉、糕點、巧克力、乳制品、肉制品、水產品、調味品等食品。K膜的阻隔性主要取決于PVDC層，故而所涂布的PVDC層的涂布量是影響K膜阻隔性高低的重要因素。

圖1  K膜包裝應用舉例

2、試驗樣品

本次試驗以PVDC涂布量分別為2 g/m²、4 g/m²的K膜材料為試驗樣品，分別測試兩種樣品的氧氣透過量。

3、試驗依據

薄膜材料氧氣透過量的測試原理包括壓差法、等壓法兩種，本文采用壓差法原理進行試驗，所依據標準為GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗方法 壓差法》。

4、試驗設備

本文采用由濟南蘭光機電技術有限公司自主研發(fā)生產的VAC-V2壓差法氣體滲透儀對樣品的氧氣透過量進行測試。

圖2  VAC-V2壓差法氣體滲透儀

4.1 試驗原理

壓差法原理是指試樣兩側保持一定的壓力差，通過測試氣體滲透引起的壓力變化得到試樣的氣體滲透性能。裝夾好的試樣將設備的測試腔分成上、下兩個腔，上腔充入測試氣體，下腔通過抽真空形成低壓環(huán)境，上腔中的氣體會在壓力差的作用下，通過試樣滲透到下腔，通過壓力傳感器監(jiān)測低壓腔內的壓力變化，當滲透達到平衡后，根據低壓腔內壓力隨滲透時間的變化情況計算試樣氣體透過量等參數。該方法可測試多種氣體的滲透性能。

4.2適用范圍

(1) 本設備專業(yè)用于多種薄膜、片材試樣在各種溫度下的氣體透過率、滲透系數、溶解度系數、擴散系數的測試。薄膜類包括各種塑料薄膜、紙塑復合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復合膜等膜狀材料；片材類包括各種工程塑料、橡膠、建材等片狀材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

(2) 本設備還可擴展到航空航天用材料、紙及紙板、漆膜、玻纖布、玻纖紙、化妝品軟管片材、各種橡膠片材等材料的透氣性測試。

(3) 本設備適用于多種氣體的透過率測試，如氧氣、二氧化碳、氮氣、氦氣、空氣等。

(4) 本設備可滿足多項國家和國際標準，如ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等。

4.3設備參數

• 0.05 ~ 50,000 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，真空分辨率可達到0.1 Pa；控溫范圍為5℃ ~ 95℃，控溫精度為±0.1℃；控濕范圍為0%RH、2%RH ~ 98.5%RH、100%RH，控濕精度為±1%RH，可滿足客戶不同試驗條件下的檢測需求；三個完全獨立的試驗腔，可同時測試三種相同或不同的試樣；可進行任意溫度下的數據擬合，輕松獲得極端測試條件下的試驗結果；經過改制，本設備還可支持有毒氣體、易燃易爆氣體的測試；提供標準膜進行快速校準，保證檢測數據的準確性和通用性；支持Lystem^TM實驗室數據共享系統，統一管理試驗結果和檢測報告。

5、試驗過程

5.1 涂布量為2 g/m²的K膜樣品

(1) 裁樣

從樣品表面裁取3片直徑為97 mm的試樣。

(2) 裝樣

在3個試驗腔的周邊均涂抹一層真空油脂，分別在測試區(qū)域放置直徑65 mm的濾紙，將試樣粘貼在測試腔上，輕輕按壓試樣排除氣泡，用裝夾結構夾緊試樣。

(3) 試驗

設置試驗溫度、試驗濕度、試樣厚度等參數信息，打開真空泵、水浴控溫裝置，點擊開始試驗選項，試驗開始。設備自動按照設定參數進行試驗，并在試驗結束后顯示試驗結果。

5.2涂布量為4 g/m²的K膜樣品

按照5.1中的操作步驟進行試驗。

6、試驗結果

本次試驗所測試涂布量為2g/m²的K膜試樣測試值分別為7.85 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、7.69 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、7.99 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，平均值為7.84 cm³/(m²·24h·0.1MPa)；涂布量為4 g/m²的K膜試樣測試值分別為4.79 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、4.83 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、4.67 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，平均值為4.76 cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、結論

從試驗結果來看，每種樣品3個試樣測試值間的偏差均較小，測試精度高，涂布量為4 g/m² K膜的氧氣透過量明顯低于涂布量為2 g/m²的K膜，說明前者的阻氧性較高，影響同種基材K膜阻隔性的因素除了PVDC層的涂布量外，還包括涂布方法、涂布工藝等，因本文所測試兩種樣品為同一廠家生產，涂布方法及涂布工藝的影響較小，阻氧性差異主要與涂布量有關；從試驗過程來看，操作簡單，設備智能化程度高。該設備除了可測試氧氣透過量外，還可用于氮氣、空氣、氦氣、二氧化碳、六氟化硫等多種氣體的滲透行為測試，且試驗效率高，是一款高性價比的檢測設備。Labthink蘭光期待與行業(yè)中的企事業(yè)單位增進技術交流與合作。