塑料薄膜的渗透性指标及测量方法

渗透性指标是通过介质对塑料的溶解度或扩散系数（渗透系数）来表示的，指标值大则渗透性强；指标值小，则阻隔性大。

测量渗透性的方法很多，测试标准及表示的指标也不同，即使同一种塑料，用不同的方法，或虽用相同方法但温度、湿度等条件不同时，可测得的数据也不同，且无可比性，数据都是在特定条件下测定的，故只能供评定时参考。我国对塑料薄膜的透气性和透湿性也有试验标准。通常，小分子介质，气体用O₂和CO₂，液体用水蒸气作为标准介质。对试样尺寸形状、试前处理、试验温度、湿度及两侧压差都有明确的规定。渗透性指标主要有下列几种。

1.透气性

透气性是指塑料允许气体渗透的性能，如果该塑料允许透过气体，则称其为透气性材料，反之称为阻气性或气密性材料。这种性能在塑料制品中有重要的实用价值，如食品包装制品（包装袋、瓶、罐）经常要求选用阻隔性（气密性）塑料，以防止食品氧化、变色、变质、变味，起保鲜延长保存期的作用；而医用包轧材料中（塑料绷带），则要求选用耐水且透气的材料。

测定透气性的指标有气体透过量及气体透过系数两种，按GB/T1038—2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》，气体采用组成空气的主要组分：O₂、CO₂、N₂三种气体，来测定各种塑料的透气性，所以大多数资料中也都以这三种气体的透气指标值来表征各种塑料的透气性。

（1）气体透过量Q_g 在恒定温度和单位压力差下，在稳定透过时，单位时间内透过试样单位面积的气体的体积。以标准温度和压力下的体积值表示，单位为cm³/（m²·d·Pa）。

气体透过量Q_g的计算公式为：

式中，Q_g是材料的气体透过量[cm³/（m²·d·Pa）]；Δp/Δt是在稳定透过时，单位时间内低压室气体压力变化的算术平均值（Pa/h）；V是低压室体积（cm³）；S是试样的试验面积（m²）；T是试验温度（K）；p₁-p₂是试样两侧的压差（Pa）；T₀、p₀分别是标准状态下的温度（273.15K）和压力（1.0133×10⁵Pa）。

（2）气体透过系数p_g 在恒定温度和单位压力差下，在稳定透过时，单位时间内透过试样单位厚度、单位面积的气体的体积。以标准温度和压力下的体积值表示，单位为cm³·cm/（cm²·s·Pa）。

气体透过系数p_g的计算公式为：

式中，p_g是材料的气体透过系数[cm³·cm/（cm²·s·Pa）]；Δp/Δt是在稳定透过时，单位时间内低压室气体压力变化的算术平均值（Pa/s）；T是试验温度（K）；D是试样厚度（cm）。

从计算公式可知，测定的指标值与多项因素有关，通常试样都经24h干燥处理，测定温度为（25±2）℃，气体经干燥处理，采用透气室压力计测量。两种指标值大者，则都表示透气性大，反之则表示阻隔性强。

塑料的透气或气密性取决于材料的密度、分子链的刚性、聚集态结构、极性、添加剂品种和掺入方式等。不同的塑料品种和结构对各种气体渗透（阻隔）性也不同，并且与工作环境有关。通常，气体与塑料极性相同或接近者容易透过塑料，极性不同者容易被阻隔。例如，空气中的主要成分O₂、N₂、CO₂均为非极性气体，因此它们对非极性PE、PP材料的渗透性大，而对PET、PVC等极性材料的渗透性就小，见表4-2。但这也不是绝对的，如PVC、PBT都为极性料，但PBT结晶度高于PVC，所以PVC的渗透系数比PBT大。空气是由多种气体混合而成的，其对塑料渗透量约为O₂渗透量的1/3～1/2。由表4-2可知，CO₂的渗透性最强，O₂其次，N₂最小。对其他气体（如芳香气味）的渗透（阻隔）性，则需按不同气体和塑料测试而定。一般情况下，阻隔气体性强的塑料，则其保香性也应较好。

表4-2 各种气体对不同塑料薄膜的透气量

注：测试条件：相对湿度为50%RH，膜厚为25μm，测试标准ASTMD1434∶66。

塑料的透气性与温度及湿度关系很大，因为当温度升高时，大分子链活性增强，分子链伸长，吸力减小，自由空间扩大，渗透道路通畅，所以溶解度及扩散性增大，可加速气体渗透。同理，塑料吸湿后，由于水是一种“万能溶剂”可使分子链松弛，甚至发生溶胀，扩大介质渗透能力，可使原为阻隔性材料变成渗透性材料，这对吸水性材料更为明显。

随着复合技术的发展，目前有许多容器采用多层复合材料，利用不同材料的性能可制作气密性好、成本低及其他性能兼有的制品。但是，复合膜中常含有一些低分子物质，它们也会随透过气体一同逸出而影响测试指标值，应防止误判。

2.透湿性

透湿性是指塑料制品吸收空气中水分，水分子渗入塑料中并扩散、穿透表面的特性。不同品种或结构的塑料透湿性能不同；易吸湿和透湿的材料称为透湿性材料，阻挡水分子透过的材料称为防潮性材料。(www.xing528.com)

在工业中两种材料各有用途，如包装用防潮材料，可防止食品、药物等被包装物受潮变质。又如，建材中的高分子防水卷材，可用于防水层，但绷带、尿布里衬等制品需用透湿性材料。

透湿性用透湿量或透湿系数两种指标来度量用水蒸气作测定试验，试验条件：温度为（38±0.6）℃，相对湿度为（90±2）%。

（1）透湿量 透显量是指水蒸气透过量，当薄膜两侧压差和薄膜厚度确定时，在规定温度、相对湿度条件下，每平方米面积1d（24h）内可透过的水蒸气量，单位为[g/（m²·d）]，表示式为

Q=G/（A×d）

式中，Q是材料的透湿量[g/（m²·24h）]；A是试样面积（m²）；d是试验天数（d）。

（2）透湿系数 透湿系数是指在规定温度和相对湿度下，在单位水蒸气压差下，单位时间内透过单位面积、单位厚度的水蒸气量，单位为[g·mm/（m²·d·MPa）]，表示式为

p=m×t/（A×d×Δp）

式中，m是透过水蒸气的质量（g）；t是薄膜厚度（mm）；A是试样面积（m²）；Δp是两端压差（MPa）；d是试验天数（d）。

透过量及透过系数是常用作衡量渗透性的指标，其数值大则标志渗透性大，一般高阻隔性（即低渗透性）料的透过系数小于10g、mm/（m²·d·MPa），中等渗透性的料、渗透系数为10～100g·mm/（m²·d·MPa）（此指标是测试温度为23℃，相对湿度为60%RH，压力差为1MPa时测得的）。

塑料的透湿性与材料性能及环境条件有关，由于水是极性材料，所以极性塑料或分子基中含H、N、OH等亲水性基团或含有吸水性填料，添加剂的材料透湿性大，见表4-3。

表4-3 塑料薄膜的透湿性

注：测试条件：温度为40℃，相对湿度为90%RH，膜厚为25μm。

环境温度及湿度增大，透湿性也随之增大，但冷冻、冷藏状态可有效地降低透湿性。透湿性增大还会降低气密性、电绝缘性，因此在盐雾、湿热条件下使用的气密性和电气制品更需注意防潮措施，如采取表面涂覆、添加憎水性助剂、调湿处理等。

3.溶剂渗透性

在工业和日常生活中，许多薄壁制品，如中空容器、管道等，广泛用于包装、运输各种有机溶剂、酸碱类化工溶液。虽然这些制品都选用耐蚀性材料，但有些介质仍有渗漏现象，其中极性烃类溶剂的渗漏现象较严重，备受人们关注。例如，未经改性的HDPE容器，盛装汽油等液体时，在60℃以下渗漏率很高，一天内油漆稀料会损失11%（质量比）、汽油8.5%（质量比）、松油3%（质量比）、气体打火机油2%～3%（质量比）。另外，它对煤油、燃料油、去污剂、杀虫剂等都有严重的渗漏现象，因此许多国家对烃类溶剂的渗漏量作了限制性规定，一般要求渗漏量在1g/h以下（或20g/d）。美国CARB、美国运输部、欧洲ECE等组织还制订了更严格的标准，如可燃或危险液体，在18℃时1年内渗透损失率<2%，有刺激性气味、有毒化学品的渗透损失率<0.5%。

由于渗透现象不仅造成介质损失，而且存在发生火灾、污染的潜在危情，为此应采取措施，防止渗漏。例如，对HDPE容器表面进行氟化或磺化处理，采用聚乙烯阻隔进行性改性剂等。目前最常用的方法是采用HDPE、EVOH或PA组成的共挤复合材料，制作容器可有效地降低渗漏性。

综上所述，常规测定的指标值只能用作参考，如果介质不同，使用环境变化，则要重新审视这些指标值的适应性，必要时应作模拟试验。需注意的是，不仅对中空吹塑容器要注意渗透性，对管道、滚塑的大型容器同样也要考虑防泄漏的问题，表4-4列举了几种溶剂对不同塑料容器的渗透情况。

表4-4 溶剂在不同塑料容器渗漏损失率（质量比，%）

注：试验条件：将化合物先溶解在水或水-醇混合物中，制成1000mg/kg的溶液，容器在40℃下放置30天后测损失率。