常州工程职院高分子物理教案18六种阻隔要求的阻隔类塑料材料的分析、选择、改性

项目18教学中的必要准备内容项目18《六种阻隔要求的阻隔类塑料材料的分析、选择、改性》具体任务第一组：请为高阻氧复合薄膜的生产选择合适的高分子材料；第二组：请为用于防潮湿包装材料的生产选择合适的高分子材料；第三组：请为巧克力包装材料的生产选择合适的复合高分子材料；第四组：请为包装碳酸类饮料的材料的生产选择合适的复合高分子材料；第五组：请为真空防腐蚀包装材料的生产选择合适的高分子材料；第六组：请为香烟包装材料的生产选择合适的高分子材料。阻隔类塑料的选用一、塑料的阻隔性阻隔类塑料是指其制品对小分子气体、液体、水蒸气、香味及药味等具有一定屏蔽能力的聚合物材料。用于表征塑料阻隔能力大小的指标为透过系数。透过系数的定义为：一定厚度 (lmm)的塑料制品，在一定压力(lMPa)、一定温度 (23℃)、一定湿度，单位时间 (ld=24h)、单位面积 (1m 2 )内透过小分子物质的体积或重量。透过系数常以 O2、CO2 和水蒸汽三种小分子物质为标准，透过系数的单位为：对于气体 cm 3 ∙mm/(m 2 ∙d∙MPa)；对于液体 g∙mm/(m 2 ∙d∙MPa) 塑料的透过系数越小，说明其阻隔能力越高。常用的中高等阻隔类塑料的透过系数如下表所示。 O2 / cm 3 ∙mm/(m 2 ∙d∙MPa) CO2 / cm 3 ∙mm/(m 2 ∙d∙MPa) H2O / cm 3 ∙mm/(m 2 ∙d∙MPa) ①EVOH（乙烯 29%） EVOH（乙烯 38%）②PVDC（共聚物） LCP（Xydar）芳香尼龙 MXD6 PAN 共聚物 F3PEN PA66 PA6 PET 0.1 0.4 0.5～4 ­ 2～5 8 10～15 12～22 15～30 25～40 49～90 1.5 6 1.2 1.2 2816 ­ 50 50～70 150～200 180 20～25 40～70 0.26­ 15～30 50 50～70 5­9 ­150 18～30 塑料材料的阻隔性并不是一成不变的，通过适当的改性方法，可不同程度地提高其阻隔性能，有的改性方法可使塑料原有的阻隔性提高几十倍。塑料常用的阻隔改性方法如下。①复合方法。复合的目的有两个，一个为提高阻隔性，另一个为改善阻隔塑料的耐环境性，如耐湿性等。常用的复合方式有：一般阻隔材料之间复合，一般阻隔材料与中等或高等阻隔材料之间的复合，塑料与铝箔的复合。具体例子有： LDPE/LDPE、 LDPE/PP/LDPE、 LDPE/PET/LDPE、 LDPE/EVOH/LDPE、 LDPE/AI 等。②共混方法。共混为在普通或低档塑料材料中混加高档阻隔塑料材料，如 HDPE/PA、PET/PEN、 PET/EVOH等。共混可分为一般共混和层状共混两种，层状共混的改性效果最好。以在HDPE中混人15%PA 为例，一般共混阻隔性提高 5倍，层状共混阻隔性提高 80 倍。③填充方法。在塑料中填充片状超细填料如云母、石英、粘土等，可适当提高阻隔性。如在EVOH 中加入 5%纳米石英，其阻隔性可提高3～5 倍。④双向拉伸法。塑料薄膜经双向拉伸处理后，阻隔性可明显提高。如 BOPP 可提高 3～4 倍，BOPET可提高产量 2～4 倍，BOPA可提高 6 倍，BOEVOH可提高 0.5 倍。⑤表面层化法。塑料薄膜表面镀铝后，阻隔性可提高 10 倍；塑料薄膜表面涂 SiO2，后，阻隔性可提高 30～50 倍；塑料薄膜表面涂无定形碳后，阻隔性可提高 7 倍；塑料薄膜表面涂 PVDC、EVOH 后，阻隔性可提高 2～4 倍。⑥表面处理法。塑料表面经氟化、磺化、氯磺化、饱含处理后，可明显提高阻隔性。如表面氟化处理后，阻隔性可提高 6～7 倍;用 CO2、O2 气体饱含处理后，阻隔性提高 2～4倍。二、阻隔性塑料的选用原则选用阻隔塑料时需要考虑的因素有：阻隔性大小、适应环境性、加工性能、价格高低等。1、阻隔性大小塑料与金属、玻璃及陶瓷等传统包装材料相比，其阻隔能力不高。因此，在高档阻隔应用场合，塑料的阻隔性就满足不了需要了。阻隔类塑料只能用于中低档阻隔场合。在塑料中，具有高阻隔性的塑料品种为:EVOH、PVDC 共聚物、PAN 共聚物、尼龙 MXD6、LCP(Xyda 己。中等阻隔性塑料有：PET、PEN、PA、F3 等。在实际选用中，具体选用何种塑料材料，要视具体包装物需要的阻隔性大小而定。对特高级阻隔场合，不选用塑料而选用金属、玻璃及陶瓷等材料。对高级阻隔场合，选用高阻隔性塑料；阻隔性大小依次为 EVOH＞PVDC 共聚物＞LCP (Xydar)＞PAN 共聚物卜尼龙 MXD6。对中级阻隔场合，选用 PET、PEN、PA 及 F3 等。2、适应环境性阻隔性塑料的阻隔性能受具体环境因素影响比较大，在正常环境下某些塑料的阻隔性很高，但在特定的环境中受环境的影响阻隔性会大大下降，从而影响原有阻隔性的发挥。最主要的环境影响因素有温度和湿度两种。不同品种的阻隔性塑料品种，受环境条件的影响程度不同，即有的受温度影响大，而有的则受湿度影响大。因此，在具体选择用何种阻隔材料时，必需考虑所使用环境对其阻隔性的影响。①温度。塑料的阻隔性受温度的影响较大。随温度的升高，塑料的阻隔性急剧下降。不同的阻隔性塑料品种，其阻隔性对温度的敏感性不同，具体顺序如下：PVDC＞EVOH＞PAN＞MXD6。PVDC 对温度最敏感。尼龙 MXD6 对温度的敏感性最小，几乎不受温度的影响。所以，在常温下，MXD6 的阻隔性虽不如 EVOH、PVDC 及 PAN 高；但在高温下，MXD6的阻隔性反而会比 EVOH、PVDC 及 PAN 好。对温度敏感的阻隔性塑料不适用于高温阻隔应用场合，如高温灭菌处理会降低其阻隔性能。②湿度。塑料的阻隔性受湿度的影响虽比温度小，但也不可忽视。同温度一样，随湿度的升高，塑料的阻隔性下降。不同的阻隔性塑料品种，其阻隔性对湿度的敏感性不同，具体顺序如下：PAN＞EVOH＞ PVDC＞MXD6。其中必须提及的是 MXD6在湿度 40%以下时，阻隔性随湿度升高反而下降；只有湿度在 40%以上时，随湿度的升高，阻隔性才略有下降，但极不明显。对温度敏感的阻隔性塑料不适用于极潮湿的包装物或应用环境，如液体、蒸煮食品等包装物。从上面的介绍可以看出，在高阻隔性塑料材料中，只有芳香尼龙 MXD6不受环境影响，它对温度和对湿度的敏感性都小。因而可用于高温和潮湿阻隔包装场合。 3、透明性及外观①透明性。EVOH、PVDC、PEN 的透明性都很好。②光泽。EVOH 制品表面有光泽。③印刷及热封。EVOH、PVDC 等。4、卫生性除 PVDC 因含氯，而受到消费者和环境保护者的反对，预计消费量将日益下降。其他品种都可放心大胆地用于食品及医药。5、价格 PEN的价格最高为6万元/t， EVOH较高为2～3万元/t。不同阻隔性塑料的具体价格顺序： PEN＞MXD6 ＞EVOH＞PAN＞PA＞PVDC＞PET。三、阻隔性塑料的具体选用 1、按阻隔塑料的种类选用①EVOH 的应用。EVOH 因阻氧性好，其复合膜常用于：保鲜食品包袋材料如香肠、牛奶、烧鸡、调味品、蕾茄酱及果汁等包装，非食品包装如溶剂、化学品、医药的包装，汽油桶的内衬，空调连接管的内衬等。PET/EVOH/PET吹塑瓶还可用于啤酒瓶及饮料瓶。②PVDC 共聚物的应用。具体可用于：防潮包装如各种干食品、千蔬菜、奶粉、茶叶及香料等，保鲜包装如搁置熟食品如香肠、烧鸡等，碳酸饮料的包装如汽水、啤酒等。③MXD6的应用。主要以 PET/MXD6共混的形式制瓶，用于酒、饮料、药品及食品的阻隔包装。④PAN 的应用。PAN 共聚物因耐水性一般，不用于饮包装，但可用于其他非饮料食品的包装，常见的有调味品、维生素增补剂、干汤粉、加工肉类、③巧克力等。⑤PEN 的应用。PEN 的最大用途为阻隔性包装材料，它可用于食品及医用包装。具体有啤酒、汽水、牛奶及保鲜食品的包装。1998 年，第一批 PEN 啤酒瓶在欧洲意大利 SIPA 公司出现，存放 6～9 月口感与玻璃瓶无差别，CO2 的含量相同。⑥PET的应用。PET主要用于碳酸饮料的包装如汽水，保鲜包装如保健品、药品的包装材料。2、按具体阻隔应用场合选用目前，阻隔性塑料材料主要应用在阻隔包装领域，具体有如下几个方面。①碳酸类饮料及啤酒的包装。主要防止液体中 CO2 气体的逸出，降低口感。碳酸类饮料④已普遍采用 PEN、PEN 双向拉伸瓶、LDPE/EVOH/LDPE 复合等包装。啤酒对包装材料容器的阻隔性要求更高，目前阻隔能力的 PET 瓶满足不了其需要，世界各国正在开发新型阻隔容器或将 PET 瓶改性处理或用更高阻隔性的 PEN 材料，相信不久就会出现塑料容器包装的啤酒。②真空保鲜与防腐包装。防止氧气进入包装物内，使食品氧化变质。目前已成功地应用于牛奶、烧鸡、香肠等包装。⑤常用 PVDC、EVOH 以及复合材料如 HDPE/PET/HDPE、LDPE/EVOH/LDPE、 LDPE/HDPE/LDPE、塑料/铝箔等。如 PVDC 或 PA 用于香肠的包装，LDPE/LDPE 或 LDPE/HDPE 用于牛奶的包装，塑料 Z铝箔复合材料用于烧鸡、猪蹄、鸡爪等熟食的包装。③防潮及保香包装。为防止水蒸汽进入包装物内，具体有香烟等，⑥常用双向拉伸 BOPP 膜类。茶、药、酒及化妆品的包装，目的防止气味的逸出，如塑料/铝箔复合膜，常用于化妆品的包装。④工业用途。主要用于密封材料，具体如真空泵配件等，常用尼龙 MXD6、PEN、LCP、F3 等。二、相关知识高聚物的阻透性能教案本次课标题：项目 18 六种阻隔要求的阻隔类塑料材料的分析、选择、改性复合材料 0611 10 周 11月 1日第 3,4 节多 B­410 授课班级上课时间周月日第节上课地点教学目的通过对项目 18 所涉及到六种阻隔要求的阻隔类塑料材料的分析、选择、改性的整个实施过程，使学生进一步了解并掌握完成一个完整项目的每个细节，逐步形成实施每个细节过程的能力，最终达到根据产品需要对高分子材料进行合理分析、合理选择、合理改性的总能力；进而结合学生所选择出来的材料从理论上归纳、总结与高分子物理的研究对象直接相关的结构与性能的关系；同时在完成项目过程中对课程整体方案所规定的拓展能力进行初步的锻炼。能力（技能）目标知识目标素质目标教学目标能根据不同阻隔要求的塑料的要求，合理的选择高分子材料；并能合理的分析所选择材料的结构、性能；如果不能直接选择到合适材料时，能提出合理的改进意见与方案。被选用的高分子材料的主要结构特征、主要性能及应用范围。其中第18个项目重点学习高聚物的渗透性能知识。初步建立良好的学习方法；资料收集的方法；处理问题的方法；团队合作的意识；用户至上的意识；安全环保意识；表述与合理辩解能力。重点难点及解决方法重点：通过项目 18 六个任务的实施过程，培养并实现能力目标难点：对学生而言是项目 18 六个任务的完整实施过程，进一步熟悉过程的每个细节的能力。解决方案: 利用现代教学手段展示阻隔类塑料制品的图片，以增加学生的感性认识；提前向学生提供由指导教师准备好的相关素材，并介绍可以参考的资料及资源；对重点部分内容，先由学生探索、讨论，再找出问题，帮助学生整理思路，提供可参考的处理方法、相关的格式；对难点部分内容，提供可参考的完整过程的环节(或步骤)，进一步思考每环节主要做什么？怎么做？怎么做更好？参考资料教材《高分子物理》侯文顺杨宗伟化学工业出版社 2006 年《高分子物理课程改革素材》(自编材料)侯文顺 2007 年 8 月其他的资料：《高聚物生产技术》侯文顺高等教育出版社（十一五规划教材）2007；《高分子材料分析与测试》潘文群化学工业出版社 2005；《高分子材料改性》戚亚光薛叙明化学工业出版社 2005；《橡胶材料与配方》聂垣凯化学工业出版社 2004；《高聚物结构、性能与测试》焦剑雷渭媛 2003；《塑料材料的选用》王文广化学工业出版社 2002；《高分子材料》高俊刚李源勋化学工业出版社 20