Kaip pagerinti PP plėvelės barjerines savybes naudojant modifikavimo metodus

Polipropileno (PP) plėvelės garsėja puikiomis mechaninėmis savybėmis, cheminiu stabilumu ir apdorojimo savybėmis, jos vaidina svarbų vaidmenį gaminant maisto pakuotes, farmacines pakuotes ir elektroninių komponentų apsaugą. Tačiau pirminių PP plėvelių barjerinės savybės vis dar labai nepakankamos, nes deguonies perdavimo greitis yra 0,005{5}}0,1 ml d Pa, o vandens garų perdavimo greitis yra 0,01–0,5 g· (m2·d) · kPa, todėl sudėtinga laikytis griežtų aukštos klasės pakuočių dujų barjero, atsparumo drėgmei ir atsparumo cheminei korozijai. Pastaraisiais metais polipropileno plėvelių barjerinės savybės buvo pagerintos dėl medžiagų modifikavimo, dengimo technologijos, daugiasluoksnių kompozitų ir apdorojimo optimizavimo pasiekimų, todėl atsirado naujas funkcinių pakavimo medžiagų kūrimo kelias.
Medžiagos modifikavimas: barjero efektyvumo optimizavimas koreguojant molekulinę struktūrą
1.1 Nanoužpildai, skirti labirintui gaminti,{1}}kaip difuzijos takai
Nanofiltro pridėjimas yra pagrindinė strategija, skirta pagerinti polipropileno plėvelės barjerines savybes. Plokšteliniai-ar tinkliniai-struktūriniai nanoužpildai, tokie kaip nano-montmorilonitas ir nano-silicio dioksidas, gali sudaryti fizines kliūtis polipropileno substratuose, priversdami dujų molekules difunduoti zigzago keliu ir žymiai pailginti prasiskverbimo laiką. Pavyzdžiui, į polipropileną pridėjus 5 % nano-silicio dioksido, jo deguonies perdavimo greitis sumažėja iki 0,005 mmol (m2 d) -pa, o vandens garų perdavimo greitis – iki 0,01 mmol (m2 d) -kPa, barjero efektyvumas daugiau nei 90%.
Nanofiltracijos dispersija yra pagrindinė techninė kliūtis. Šoninės ekstruzijos būdu į PP matricą įdėjus magnio sulfato ūsus ir talko kompozitus, Pekino aviacijos ir kosmoso eksperimentinių technologijų tyrimų institutas sukūrė 2576 MPa lenkimo modulį – 34,5 % didesnį nei vienos talko užpildymo sistemos – tai 63,1 % sumažino linijinį išsiplėtimo molio sulfato koeficientą, sumažinantį magnio įpurškimo sulfato deformacijos koeficientą. dalys. Rezultatai rodo, kad sąsajos sukibimo stiprumo nanodalelės ir polipropilenas tiesiogiai veikia barjero veikimo stabilumą.
1.2 Kopolimerizacija sutrikdo molekulinių grandinių reguliarumą
Polipropileno kopolimerizacija su etilenu ir butenu gali sumažinti PP kristališkumą, įvesti šakotas struktūras ir optimizuoti dujų difuzijos kanalus. Pavyzdžiui, 2–3 % etileno blokinė kopolimerizacija į etileno propileno kaučiuką (EPR)-modifikuotą polipropileną (PP) pagerina jo kriogeninį atsparumą ir sumažina deguonies pralaidumą 40 %. Metalloceno polipropilenas (mPP) turi siaurą molekulinės masės pasiskirstymą, vienodą vienodą šakojimosi struktūrą ir 30 % geresnį barjero veikimą nei įprastas polipropilenas (mPP).
1.3 Branduolinės medžiagos, reguliuojančios kristalizacijos elgesį
Kristališkumas yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos polipropileno plėvelių barjerinėms savybėms. Pridedami -branduolių formavimo agentai gali patobulinti sferulito dydį iki mikrometro lygio, padidinti kristalų tankį ir sumažinti amorfines sritis, taip sumažinant dujų prasiskverbimo kanalus. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad polipropileno plėvelių deguonies pralaidumo koeficientas su 0,2 % -branduolinių medžiagų sumažėjo nuo 1500 cm3·mm/(m2·d·MPa) iki 350–400 cm3·mm/(m2·d·MPa), todėl barjero veikimas pagerėjo 3{14}}4 kartus. Be to, DBS tipo branduolių formavimo agentai sudaro nanoskalės tinklo pluoštines struktūras, kurios dar labiau sumažina polipropileno plėvelių miglotumą iki mažiau nei 2%, tuo pačiu užtikrindamos sinerginį barjero ir skaidrumo savybių optimizavimą.
Dengimo technologija: barjerinių konstrukcijų paviršiaus funkcionavimas
2.1 Ultragarsinis aliuminio oksido purškimas
Šanchajaus Yangmi ultragarsinio purškimo dangos technologija naudoja aukšto dažnio vibraciją, kad aliuminio oksido pirmtakų tirpalai būtų purškiami į 1–10 mikronų lašelius, kurie tolygiai nusėda ant polipropileno plėvelės paviršiaus ir sukietėja į tankias neorganines dangas. Šis metodas įveikia tradicinių dangų apribojimus, tokius kaip įtrūkimai ir netolygus storis, todėl PP plėvelės gali atlaikyti aukštesnę nei 150 laipsnių temperatūrą ir padidina elektrolito drėkinimą 50%. Šių plėvelių poringumas kontroliuojamas iki mažesnio nei 10%, užtikrinant, kad ličio jonų laidumas nebūtų paveiktas. Elektroninių komponentų pakuotėse aliuminiu ir deguonimi padengtos PP plėvelės gali veiksmingai užkirsti kelią trumpiesiems jungimams dėl drėgmės ir pailgina komponentų tarnavimo laiką tris kartus.
2.2 Organinės-neorganinės kompozicinės dangos
Didelio barjero dervos, pvz., EVOH (etileno-vinilo alkoholio kopolimeras) arba PVDC (polivinilchloridas), gali būti derinamos su nano-silicio dioksidu, kad būtų pagamintos dangos, subalansuojančios lankstumą ir tankį. Pavyzdžiui, PVDC/nano-SiO2 kompozitinės dangos sumažina PP plėvelių vandens garų pralaidumą iki 0,001 g (m2 d) kPa, išlaikant daugiau nei 90 % šviesos pralaidumą, kad atitiktų aukštos kokybės maisto produktų pakuočių vizualinio pateikimo reikalavimus. Be to, apdorojimas plazma įveda polipropileno paviršių poliarines grupes, pagerina dangos ir pagrindo sukibimą ir pagerina barjero patvarumą.
Daugiasluoksniai kompozitai: struktūrinės naujovės padidina našumą
3.1 Sluoksniuoto maišymo technologija
Vykdant ko-ekstruzijos procesus, kai polipropilenas kaitaliojamas su aukštos -barjeros medžiagomis, tokiomis kaip poliamidas (PA) arba EVOH, gaunami nanoskalės laminatai. Hubėjaus automobilių technologijos universiteto atliktas tyrimas parodė, kad į polipropileną pridėjus 15 procentų PA6 sluoksnių, deguonies barjero efektyvumas padidėjo 80 kartų, o tai yra daug daugiau nei 5 kartus, kai jį tiesiog pridedant. Šis „labirinto efektas“ atsiranda, kai vienas po kito einantys PA sluoksniai blokuoja dujų molekules, o PP sluoksniai pirmiausia sugeria vandens garus, sukurdami dvigubą apsauginį mechanizmą.
3.2 Metalo -polimeriniai kompozitai
Polipropileno ir aliuminio folijos derinys eksponentiškai pagerina barjerinio sluoksnio veikimą. Pavyzdžiui, LDPE/PP/Al kompozitinių plėvelių vandens garų pralaidumas yra tik 0,0001 g (m2. d) kPa, o deguonies pralaidumas beveik nulinis. Šios plėvelės plačiai naudojamos farmacinių sausiklių pakuotėse ir karinėse srityse. Tačiau prastas aliuminio folijos ir polipropileno sąsajos sujungimo su poliuretano arba PVA klijais suderinamumas, o sudėtinis procesas turi būti griežtai kontroliuojamas žemesnėje nei 240 laipsnių temperatūroje, kad būtų išvengta aliuminio oksidacijos.
Apdorojimo optimizavimas: barjerų stiprinimo mikrostruktūrinė kontrolė
4.1 Dviašė orientacija
Tanki kristalų struktūra buvo pasiekta išilgai ir skersai tempiant, išdėstant molekulines grandines ir dviašiai orientuotas PP (BOPP) plėveles. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad BOPP plėvelės turi 75 % mažesnį deguonies pralaidumą, 60 % mažesnį vandens garų pralaidumą ir didesnį nei 100 MPa atsparumą tempimui, lyginant su netemptu PP. Be to, dviašė orientacija pašalina vidinį įtempimą ir sumažina terminį susitraukimą, kad stabilizuotų didelio greičio pakavimo linijas.
4.2 Atkaitinimo apdorojimas
Atkaitinimas gali sumažinti grūdų ribos defektą ir pagerinti PP kristalizacijos tobulumą, kontroliuojant aušinimo greitį. Pavyzdžiui, PP plėvelės atkaitinamos 120 laipsnių temperatūroje 2 valandas, padidindamos kristališkumą nuo 45% iki 60%, o deguonies pralaidumą sumažindamos 50%. Derinant atkaitinimą su branduolių formavimo agentais, buvo optimizuota kristalų morfologija ir pasiektas sinergetinis barjero stiprinimas.
Taikymo perspektyvos ir iššūkiai
Modifikuotos PP plėvelės demonstruoja didelį potencialą aukščiausios klasės{0}}pakavimo srityje. Ličio -jonų baterijų separatoriuose aliuminio oksidu padengtos PP plėvelės gali atlaikyti 150 laipsnių kampą nesusitraukdamos, todėl neleidžiama prarasti šilumos. Maisto pakuotėse nano{5}}kompozitinės PP plėvelės pailgina šviežių produktų galiojimo laiką iki trijų kartų, palyginti su įprastomis pakuotėmis. Tačiau industrializacija susiduria su sunkumais, susijusiais su sąnaudomis, efektyvumu ir tvarumu: didelės nanoužpildo kainos, investicijos į ultragarso purškimo įrangą ir daugiasluoksnių sudėtinių procesų sudėtingumas turi būti sprendžiami taikant didelio masto gamybą ir technologines iteracijas.
Ateities pažanga padidins polipropileno plėvelės barjero efektyvumą, kad būtų pasiektas „itin{0}}aukštas barjeras“ (deguonies perdavimas<0.001 mL (m2. d) Pa), "smart barrier" (dynamic response to environmental change), and "sustainable" (biofillers, biodegradable coatings), supporting a green transition in the global packaging industry.