PVDC涂层的涂布量对材料阻隔性的影响评价

摘要：材料表面涂布PVDC层是提高材料阻隔性的常用方法，本文通过对两种PVDC涂层的涂布量不同的薄膜材料进行氧气透过量的测试，进一步研究了不同PVDC涂层对材料阻隔性的影响，并介绍了试验原理、设备参数及适用范围、试验过程等内容，为材料改性或改进工艺后阻隔性的变化提供合理的评价方法。

关键词：PVDC涂布膜、K涂层、涂布量、阻隔性、氧气透过量、压差法气体透过量测试仪

1、意义

聚偏二氯乙烯(PVDC)是一种具有高对称性、高结晶度、高阻隔性等特点的高分子材料，但成型加工性较差，一般需要通过与其他单体共聚，采用注塑、挤出、复合、涂布及吹塑等方法加工，其中在各种薄膜基材上涂布一层或多层PVDC而成的K膜最为常见。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体的阻隔性能，增强了薄膜对气体的阻隔性以及保香性、耐油性等，故而广泛用于包装月饼、饼干、茶叶、糕点、巧克力、乳制品、肉制品、水产品、调味品等食品。K膜的阻隔性主要取决于PVDC层，故而所涂布的PVDC层的涂布量是影响K膜阻隔性高低的重要因素。

图1  K膜包装应用举例

2、试验样品

本次试验以PVDC涂布量分别为2 g/m²、4 g/m²的K膜材料为试验样品，分别测试两种样品的氧气透过量。

3、试验依据

薄膜材料氧气透过量的测试原理包括压差法、等压法两种，本文采用压差法原理进行试验，所依据标准为GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法 压差法》。

4、试验设备

本文采用由济南兰光机电技术有限公司自主研发生产的VAC-V2压差法气体渗透仪对样品的氧气透过量进行测试。

图2  VAC-V2压差法气体渗透仪

4.1 试验原理

压差法原理是指试样两侧保持一定的压力差，通过测试气体渗透引起的压力变化得到试样的气体渗透性能。装夹好的试样将设备的测试腔分成上、下两个腔，上腔充入测试气体，下腔通过抽真空形成低压环境，上腔中的气体会在压力差的作用下，通过试样渗透到下腔，通过压力传感器监测低压腔内的压力变化，当渗透达到平衡后，根据低压腔内压力随渗透时间的变化情况计算试样气体透过量等参数。该方法可测试多种气体的渗透性能。

4.2适用范围

(1) 本设备专业用于多种薄膜、片材试样在各种温度下的气体透过率、渗透系数、溶解度系数、扩散系数的测试。薄膜类包括各种塑料薄膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝箔复合膜等膜状材料；片材类包括各种工程塑料、橡胶、建材等片状材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

(2) 本设备还可扩展到航空航天用材料、纸及纸板、漆膜、玻纤布、玻纤纸、化妆品软管片材、各种橡胶片材等材料的透气性测试。

(3) 本设备适用于多种气体的透过率测试，如氧气、二氧化碳、氮气、氦气、空气等。

(4) 本设备可满足多项国家和国际标准，如ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等。

4.3设备参数

测试范围为0.05 ~ 50,000 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，真空分辨率可达到0.1 Pa；控温范围为5℃ ~ 95℃，控温精度为±0.1℃；控湿范围为0%RH、2%RH ~ 98.5%RH、100%RH，控湿精度为±1%RH，可满足客户不同试验条件下的检测需求；三个完全独立的试验腔，可同时测试三种相同或不同的试样；可进行任意温度下的数据拟合，轻松获得极端测试条件下的试验结果；经过改制，本设备还可支持有毒气体、易燃易爆气体的测试；提供标准膜进行快速校准，保证检测数据的准确性和通用性；支持Lystem^TM实验室数据共享系统，统一管理试验结果和检测报告。

5、试验过程

5.1 涂布量为2 g/m²的K膜样品

(1) 裁样

从样品表面裁取3片直径为97 mm的试样。

(2) 装样

在3个试验腔的周边均涂抹一层真空油脂，分别在测试区域放置直径65 mm的滤纸，将试样粘贴在测试腔上，轻轻按压试样排除气泡，用装夹结构夹紧试样。

(3) 试验

设置试验温度、试验湿度、试样厚度等参数信息，打开真空泵、水浴控温装置，点击开始试验选项，试验开始。设备自动按照设定参数进行试验，并在试验结束后显示试验结果。

5.2涂布量为4 g/m²的K膜样品

按照5.1中的操作步骤进行试验。

6、试验结果

本次试验所测试涂布量为2g/m²的K膜试样测试值分别为7.85 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、7.69 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、7.99 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，平均值为7.84 cm³/(m²·24h·0.1MPa)；涂布量为4 g/m²的K膜试样测试值分别为4.79 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、4.83 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、4.67 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，平均值为4.76 cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、结论

从试验结果来看，每种样品3个试样测试值间的偏差均较小，测试精度高，涂布量为4 g/m² K膜的氧气透过量明显低于涂布量为2 g/m²的K膜，说明前者的阻氧性较高，影响同种基材K膜阻隔性的因素除了PVDC层的涂布量外，还包括涂布方法、涂布工艺等，因本文所测试两种样品为同一厂家生产，涂布方法及涂布工艺的影响较小，阻氧性差异主要与涂布量有关；从试验过程来看，操作简单，设备智能化程度高。该设备除了可测试氧气透过量外，还可用于氮气、空气、氦气、二氧化碳、六氟化硫等多种气体的渗透行为测试，且试验效率高，是一款高性价比的检测设备。Labthink兰光期待与行业中的企事业单位增进技术交流与合作。