《包裝設計制作工藝與檢測技術標準實用手冊》

第三篇 包裝材料及容器

第七章　復合包裝材料

第二節　復合膜薄和軟包裝復合材料

（三）相對濕度變化對滲透性的影響

在上述討論多層復合包裝材料時，乙烯－乙烯醇共聚物作阻隔層時的透氧系數選用的是相對濕度為0時的值。實際上乙烯－乙烯醇的透氧率不但與溫度有關，也與相對濕度有關。圖3－7－3給出了“F級”和“E級”乙烯－乙烯醇樹脂在5℃、20℃、35℃、50℃時透氧系數隨相對濕度變化的規律。由圖可見，隨著相對濕度升高，透氧系數迅速增加，即對氧的阻隔性能迅速下降。

其它對濕度敏感的材料還有聚乙烯醇、聚酰胺（尼龍）、未涂覆玻璃紙等。某些聚合物的氧氣透過率與相對濕度的關系如圖3－7－4所示。由圖可見，聚乙烯、聚丙烯、硬聚氯乙烯和聚對苯二甲酸乙二酯的透氧率幾乎不隨相對濕度變化而改變。

圖3－7－3　不同溫度時，EVOH樹脂透氧系數隨相對濕度的變化規律

圖3－7－4　在35℃時，各種聚合物膜的透氧率和相對濕度的關系曲線

1．低密度聚乙烯；2．聚丙烯；3．高密度聚乙烯；4．硬聚氯乙烯；5．聚向聚酯；6．玻璃紙；7．取向尼龍；8．聚偏二氯乙烯涂布玻璃紙；9．E級乙烯－乙烯醇共聚物；10．F級乙烯－乙烯醇共聚物

在一個多層復合結構中，如果使用上述對濕度敏感的材料作阻隔層，則必須考慮濕度對阻隔性的影響，為此需要計算阻隔層的相對濕度。

在一個由n層構成的復合材料中，位于第i層的阻隔層的相對濕度可由下式求得

1/2（Pi－1＋Pi）＝P0－∑i－1j＝11Aj＋12Ai()×P0－Pn∑nj＝11Aj[][]　　　　（3－7－16）

式中：12（Pi－1＋Pi）為第i阻隔層的相對濕度（i的數目為從外層算起的層數）；P0為外部環境的相對濕度；Pn為內部環境的相對濕度；n為層數；A為水蒸氣透過率（MVTR）厚度。

下面舉例說明公式（3－7－16）的應用：

設一個多層復合包裝材料的結構為：

LDPE／紙／粘合劑／EVOH／粘合劑／PP／離子鍵樹脂

考慮到粘合劑層很薄，而紙又不是阻隔性材料，所以對氣體阻隔有貢獻的結構可以簡化為：

LDPE／EVOH／PP／離子鍵樹脂

阻隔性樹脂EVOH位于i＝2層。如果該包裝外部環境的相對濕度（P0）為65％，而內部環境的相對濕度（P4）為100％時，為計算阻隔層的相對濕度可先列出如下數據：

將上列數據代入式（3－7－6），經過運算得到阻隔層的相對濕度為71．8％。

從圖3－7－5中可以找出與這個相對濕度對應阻隔層樹脂的透氧率為0．07左右（圖3－7－5中曲線EP－F），是相對濕度為0時的4倍。盡管EVOH樹脂的透氧率因濕度增加而升高，但仍然比不受濕度影響的薩綸樹脂的透氧率低（圖3－7－5中虛線）。這個例子說明，只要控制乙烯－乙烯醇共聚物的相對濕度為75％左右（圖3－7－6中陰影部分），就可以保證它的阻氧性能優于聚偏二氯乙烯共聚物。這個結果對于設計包含乙烯－乙烯醇共聚物的多層結構復合軟包裝有重要的參考價值。

用其它對濕度敏感的材料作多層結構中的阻隔層時，也必須考慮相對濕度變化對它的透氧率的影響。然而，如果采用對濕度不敏感的PVDC作阻隔層，則不必考慮濕度的作用。顯然，上述計算不適合于滲透性能不均一的含鋁箔的層合復合材料。

圖3－7－5　乙烯－乙烯醇樹脂的透氧率與相對濕度的關系
（圖中虛線為薩綸樹脂的透氧率）

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