根據Ashley的研究,像水那樣小的分子通過聚合物進行滲透,要經曆四個階段:
——吸附到聚合物的表麵
——溶入聚合物基體
——通過聚合物膜擴散
——從聚合物膜的另一側析出
因為水分子傾向於在其自身的液態和固態中,以及與其他的極性基形成氫鍵,在極性聚合物中這種相互作用強烈影響吸收平衡和擴散性。Vieth研究了集群理論,發現親水性很強的聚合物可形成大集群體,該集群體使水的擴散係數增加,而且還使聚合物潤脹。親水性和疏水性有很好平衡的聚合物則形成小集群體,它的擴散係數相當高。如果疏水性很高,從一個集群體到另一個集群體的擴散路徑就不連續,降低了水的擴散係數。根據Krevelen的理論,含氫鍵基的聚合物(例如纖維素、聚醋酸乙烯酯、蛋白質和聚酰胺),由於聚合物基體的潤脹,其滲水性隨含水量而增加。疏水性的聚合物(例如聚烯烴和某些聚酯),水溶解度很低,水的擴散性與含水量無關。
聚合物的結構形態對小分子透過聚合物的能力有相當影響。根據Vieth的研究,對於半晶體聚合物,其結晶度使氣體通過該聚合物時的滲透性大為降低。由於在晶體部分,分子的堆積較緊密,氣體很難擴散通過,隻有裂縫、空隙才容易通過。聚合物鏈中的羥基和氨基可與水反應並使聚合物潤脹。其他極性基諸如酯基和氰基也可吸收水,而不降低阻隔性能,因為阻隔性能與氫鍵沒有關係。聚合物中的添加劑也可能增加或減少滲透性,增塑劑因為使聚合物鏈鬆動和降低分子的堆積緊密度,通常可減少滲透性。如在聚烯烴中加入蠟,可大大增加對水汽的阻隔能力。
還有其他一些因素也影響微小分子穿過聚合物的滲透性。由於擴散和吸收係數遵循Arrhenius關係式,滲透性與溫度有關。滲透作用與聚合物膜的厚度成反比。測量滲透作用時的試驗滯後,意味著在聚合物基體內滲入的濃度是逐步增加的,此時透過率不穩定。待飽和後,此過程才趨於穩定,此時透過率保持不變。
通常根據ASTM E96和SCAN—P22∶68標準的重量分析法測定水汽滲透性。方法是將氯化鈣(幹燥劑)以薄膜試樣封合在一個碟中。將此碟暴露到相對濕度75%~100%和恒溫的環境中,一定時間後測定氯化鈣所增加的質量,以g/(m2·d)表示水汽透過率(WVTR)。
據Laiho的測定結果,擠出塗布低密度聚乙烯塗布量為25g/m2,在相對濕度50%和23℃時,WVTR為3.0g/(m2·d)。
根據ASTM D1434標準測定氧透過率(OTR)的方法,有壓力法和容積法兩種。壓力法測定通過薄膜試樣轉移入真空中的氣體或水汽的壓力。容積法則測定通過薄膜試樣轉移入真空中的氣體或水汽的容積。
ASTM D3985標準是用於測定OTR的庫侖分析法(Coulometric measurement)。在該法中,將純氧引入薄膜試樣的一側,然後將氮氣引入另一側。當氧氣滲透通過試樣時,它與氮氣一起被送入傳感器,並從傳感器測定氧的含量。
ASTM F119和TAPPI507(阻隔性軟包裝材料的油脂滲透)標準可用於測定抗油和油脂的能力。Ground Glass滲油測試法也可測定抗油或油脂的能力。具體做法是在玻璃上放置一個試樣、一塊浸油的織物和一個50g重物。測定試樣開始滲漏的時間。
七、熱封合性
擠出塗布包裝材料的熱封合性(heat sealing)是非常重要的性能。在容器包裝中,包裝材料的封合處必須能給予很好的機械強度和完全的密封性。聚合物通常是與其自身封合或與基材封合。可使用的各種封合方法包括加熱條、脈衝、紫外線、摩擦、熱空氣或氧焰等。