塑料薄膜阻隔性能是指薄膜對小分子液體、氣體、水蒸汽、氣味等阻隔其透過的性能，其阻隔能力高低用透過系數表示，單位為?ml(g)·mm/ m2·d·MPa，意義為?lmm厚度的塑料薄膜制品、在?溫度?23℃、濕度60%RH、lMPa?壓力下、每?m2面積上?1?天透過小分子物質的體積cm3?(ml)或質量g。通常以O2?、CO2和水蒸氣三種小分子物質為標準。
一種材料的透過系數越小，其阻隔性能越好。
一般高阻隔性塑料薄膜的透過系數小于?l0ml(g)·?mm/ m2·?d·?MPa，在這些阻隔性薄膜中,ＰＶＡ、ＥＶＯＨ、ＰＶＤＣ屬于高阻隔性材料,我們軟包裝行業最常用的是ＰＶＤＣ和ＥＶＯＨ。而ＰＡ與ＰＥＴ阻隔性相近,?屬于中阻隔性材料。
ＰＶＡ與ＥＶＯＨ的缺點在于材料中的羥基易與環境中的水分子結合成氫鍵,其阻濕性能受濕度影響較大,因此只能用于芯層;ＰＡ有一定的阻隔性,但吸濕率大也會影響其阻隔性,所以一般也不能作外層。經過改性的特殊尼龍(MXD6)薄膜的耐熱性更好、吸濕率低,阻隔性隨溫度和濕度的增加而下降很少,盡管開發較晚，但其發展應用卻很快。
一、常用阻隔材料不同的阻隔性能特點
隨著人類生活節奏的加快和生活水平的提高,各種方便食品如肉制品(冷鮮肉)、乳制品、腌鹵制品等需求量越來越大,對醫藥產品的質量要求也越來越高,因此阻隔性薄膜已成為各國競相開發的熱點。
阻隔性能是塑料薄膜物理性能檢測中的一項重要指標。高阻隔包裝材料除具備良好的阻氧、阻汽和阻氣味功能外,還應有良好的耐化學品性能。
1、阻氧性
表1?? 日本JISZ1707透氧分級標準
按照日本JISZ1707透氧分級標準,材料厚度為10um時，鋁箔和MA-PVDC可滿足一級阻隔材料標準,EVOH在濕度≤65%時也可以達1級標準，但濕度達100%時降為4級包裝材料,可見有的包裝材料的阻氧性與濕度緊密相關，PA6在濕度≤65%時透氧分級可達5級, 濕度達90%時降為6級。
常用包裝材料阻氧阻隔性能從優到劣順序排列為:
阻氧性:AL＞MA-PVDC＞EVOH＞PA＞PET＞PP＞PE
2、阻氣性
所謂阻氣是指阻擋包裝物氣味散失,同時防止外界異味滲入, 盡量保持包裝物原有風味以避免污染內容物。以檸檬氣味穿透為例:MA-PVDC與AL阻隔性最好,相當于PA的500倍,PET的400倍,EVOH的1000倍。
常用包裝材料阻氣味阻隔性能從優到劣順序排列為：
氣味阻隔性: MA-PVDC＞AL＞PET＞PA＞EVOH＞PP＞PE
3、阻汽性(阻濕性)
人們在進行防潮包裝時需控制微生物生長,有許多包裝物對AW(水分活性)值有十分嚴格的要求,若AW值為0.6以下,則微生物的繁殖就不可能。多數細菌和酵母菌繁殖的AW值為0.88~0.91，高于此值食品在通常情況下易腐蝕變質。
因此阻汽性是薄膜阻隔性的重要特點。阻汽性好的材料有AL和PVDC,其次是PP、PE,阻汽性差的材料是PA和EVOH。
常用包裝材料阻汽阻隔性能從優到劣順序排列為:
阻汽阻隔性: MA-PVDC＞AL＞PP＞PE＞PET＞EVOH＞PA
4、耐化學阻隔性
常用的好的阻隔包裝材料除應具有以上三種阻隔性外,還應有良好的耐化學品性能,鋁箔耐溶劑性優秀但耐酸堿和腐蝕性很差。
常用包裝材料耐化學阻隔性能從優到劣順序排列為:
耐化學阻隔性:? MA-PVDC＞PVDC＞EVOH＞PET＞PA＞PP＞HDPE＞LLDPE＞LDPE＞EVA
二、三大阻隔性材料的應用特點
EVOH、PVDC、PA三種薄膜目前常被并稱為三大阻隔性材料薄膜,在食品軟包裝中應用增速較快。這三種阻隔材料性能各有其優缺點。隨著軟包高阻隔性材料的研發和投產，原有的三大阻隔性材料將很快被替換。
1、EVOH薄膜
EVOH是一種鏈狀結構的結晶性聚合物，是乙烯_乙烯醇的無規共聚物,故而集乙烯聚合物良好的加工性和乙烯醇聚合物極高的氣體阻隔性為一體。
加入乙烯單體，EVOH的拉伸強度、沖擊強度下降而耐水性和加工性改善。EVOH膜經雙向拉伸后其阻隔性可提高2~3倍。
在EVOH共聚物中，變更乙烯單體與乙烯醇單體的含量，就能得到性能大不相同的EVOH。其中，乙烯單體提供耐水性和加工性，而乙烯醇單體則提供阻隔性，因此乙烯單體的含量增加，氧氣透過系數也增加。
如：EVOH含29%乙烯時，其氧氣透過系數為0.1ml.mm/m2d.MPa，而乙烯含量在38%時，其氧氣透過系數為0.4ml.mm/m2d.MPa。
EVOH因樹脂分子結構中存在羥基，因此EVOH具有親水性和吸濕性，純EVOH制品的吸水性很高，嚴重影響阻隔性能，因此EVOH不能單獨使用，往往作為中間材料與其他材料復合使用，防止其吸水性影響其阻隔性。并且EVOH的阻隔性會隨溫度上升而下降。它能防止O2等氣體透入包裝袋內，也能防止袋內充氣的逸出。其阻氣性比PA高100倍，比PE、PP高1萬倍。
EVOH樹脂對大多數聚合物附著力很差，需使用特殊的粘接樹脂，但EVOH薄膜可以很好地粘附在尼龍膜上,與PA有相當好的親和力。EVOH玻璃化溫度高，能適應成型加工。這種性能可以改變PA膜加熱時易產生變型的缺點。
EVOH其阻氣性隨溫度升高而下降，溫度從20℃提高到35℃時，氧氣的透過率要增加3倍多。因此在還沒進行改性前，用EVOH材料作為耐高溫蒸煮包裝袋就不適宜。
2、PVDC薄膜
PVDC薄膜為偏二氯乙烯聚合物，它是一種高阻隔性樹脂，其O2的透過系數稍高于EVOH，而CO2和H2O的透過系數比EVOH低。純的PVDC雖然有高的阻隔性能，但其加工性十分不好，PVDC的熔融度與分解溫度十分接近，且與增塑劑相容性不好，難以單獨加工。PVDC共聚物中，VDC的含量越高，其阻隔性越高，反之越低。對濕度的敏感性小于EVOH，但對溫度很敏感，溫度從20℃升高到60℃時，其透過系數增大100倍。PVDC共聚物中VDC的含量達88%~93%時阻隔性最好。
PVDC主要用于涂層，但其含有氯而受到限制，在國外因環保問題逐步被其它阻隔材料替代。
PVDC是唯一對氧氣和水汽均有高阻隔的塑料薄膜，能耐弱酸，但不耐堿、耐紫外線性差、易發脆、對溫度很敏感不適宜做水煮、蒸煮袋。不過，經過改性和提高的全新可耐高溫蒸煮的PVDC膜已經制成，正等待實踐中考驗。
3、PA膜和MXD6薄膜
PA6具有良好的阻隔氧、二氧化碳等氣體的性能，其耐穿刺、耐油性很好，但在潮濕環境中它的阻隔性有明顯下降，PA6膜在不同溫度和濕度條件下的透氧性不同。因此用PA6膜做水煮、蒸煮袋的表層是不適合的。因在滅菌處理過程中，PA6薄膜完全浸泡在水中，薄膜吸水溶漲，不但易使膠層降解脫層，還會使阻隔性嚴重下降。
一般PA6在水煮、蒸煮袋中作為中間層起阻隔作用比較適合(需進行雙面電暈處理)。
尼龍類塑料薄膜親水性較強，容易吸收空氣中的水分而導致物料受潮，而且當尼龍的含濕量大時，可能會使產品產生氣泡。
因此，PA6薄膜在成膜出廠時的含水率一般在1.5%~2.5%之間(不得超過3%)。無論是PA6膜的保管還是使用，都對周圍環境的濕度要求非常嚴格。
在阻隔材料中，PA膜僅歸類于中阻隔產品。由于材料本身具有吸濕性，直接影響到材料的透氣性，因為PA6氣密性不理想，在國外普遍使用MXD6薄膜。
MXD6是一種從間二甲基胺和已二酸縮聚而成的尼龍薄膜，其氣密性比PA6高10倍以上，同時還有良好的透明性和耐穿刺性，可用于阻隔性要求很高的食品軟包裝及耐高溫水煮蒸煮袋。它的最大特點是阻隔性不隨濕度的上升而下降，在西歐使用量很大。
MXD尼龍和EVOH復合而成的具有雙向延伸性的新型薄膜已成為一種新的高阻隔材料。PA6與聚烯烴類塑料之間親和性差，在使用PA6和聚烯烴類塑料匹配共擠出復合時，一定要采用粘合性強的樹脂或膠粘劑，改善PA6層界面與聚烯烴層間界面的結合力，否則可能出現層間分層現象。
三、影響塑料薄膜阻隔性的因素
1、分子極性影響
塑料薄膜生產過程中，當結晶度一定時，極性大分子或強極性大分子因分子間結合緊密而使氣體內部擴散困難，分子極性越大，其樹脂透氣率越小，阻氣性越好。水蒸氣是極性分子，根據相似相容原理，水蒸氣在極性分子塑料中的融入和擴散速度均大于非極性分子，其透濕系數值也較大。如PA為極性樹脂，遇水時易相容而吸水。
2、分子結晶性和定向性的影響
氣體和水蒸氣透過結晶性塑料薄膜所需要的擴散能量比非結晶性塑料薄膜高，擴散系數小，故結晶塑料有較好的阻氣性，薄膜在拉伸過程中大分子受到不同程度的拉伸作用，呈規則排列緊密，而PA膜在生產過程中不是全部都結晶的，有部分未結晶，屬半結晶薄膜，這部分未結晶分子易吸收空氣中的水汽，其擴散系數大，阻水蒸氣透過性差，因此可通過生產工藝的改進或原材料的改性以提高PA6薄膜在生產過程中結晶度的提高。
?3、分子親水性和環境溫度的影響
親水性樹脂如PA、EVOH由于其有強的吸水性，可使樹脂溶漲，分子間距增大，可使阻隔性下降，同時溫度升高也使樹脂的結晶度、定向度降低，分子間距拉大，密度降低，也使塑料薄膜的阻隔性降低。如耐高溫PA、EVOH膜在測試其阻氧率時，不但要測其在正常濕度下的阻氧率，還應測其在高濕度(70%~90%)時的阻氧率，重點還應測其在特定溫度和濕度下的阻氧率。比如在高溫高濕環境中，PA膜就易產生油墨滲透和轉移。
四、結語
阻隔性材料的開發、生產及應用，近年來在日本、歐洲發展很快，阻隔性薄膜的消費量每年以10%左右的速度增長;而美國阻隔性樹脂的消費年均增長13.6%。
除了目前常用的阻隔材料，近幾年在塑料薄膜上鍍氧化硅(ＳｉＯＸ)得到的高阻隔材料,其阻透性優于一般共擠出膜和ＰＶＤＣ涂覆膜。
納米技術也發揮了其獨特的作用：德國Ｂａｙｅｒ和美國Ｎａｎｏｃｏｒ把納米級的改性硅酸鹽粘土分散在ＰＡ基體中，制成了阻隔性良好的薄膜材料;日本納米材料公司采用微晶涂層工藝,把納米硅灰石和二氧化硅涂于ＢＯＰＰ、ＰＥＴ和ＰＡ薄膜表面,開發出了性能優良的高阻隔性MXD6薄膜、GT膜。
還有畢瑪時公司全新的冷鮮肉制品包裝解決方案,高阻隔包裝能十倍延長肉制品的保質期，荷蘭帝斯曼最新發布的AkulonPA6和Arnite熱塑性聚酯正是近年來食品軟包裝行業發展中的主力軍。
博萊恩近期推出的幾款透明單層薄膜，具備印刷性、強阻隔性和可熱封功能，其超高阻隔阻水阻氧最低0.1，85℃超低熱封時熱封強度可達7N/15mm。
同時，還有各種類型蒸鍍氧化物型薄膜制備技術，它們打開了阻隔包裝之門，為阻隔材料在軟包裝中的應用開發注入了新的活力。
