常用的高阻隔薄膜材料及其在真空絕熱板的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)
真空絕熱板作為高效節(jié)能隔熱材料其結(jié)構(gòu)是由芯材、隔膜以及吸氣劑組成,通過(guò)抽真空技術(shù)使得VIP內(nèi)部達(dá)到特定低的真空度,最大限度的阻礙了氣體分子間的熱傳遞,從而達(dá)到其超級(jí)絕熱的作用。真空絕熱板的性能及使用壽命,很大程度上取決于內(nèi)部真空度保持時(shí)間,內(nèi)部真空度的保持時(shí)間主要由所使用的表面隔膜材料的性能所決定,因此,隔膜材料的好壞將直接影響產(chǎn)品的使用壽命及隔熱性能。
隨著真空絕熱板的使用越來(lái)越廣泛,各生產(chǎn)廠家對(duì)表面隔膜材料的選擇越來(lái)越講究,通常來(lái)說(shuō)選擇薄膜材料時(shí)主要考慮薄膜的生產(chǎn)制造成本、正常工作溫寬范圍、導(dǎo)熱系數(shù)、隔氣隔濕性能、抗拉伸強(qiáng)度性能等五個(gè)方面的因素。
現(xiàn)階段真空絕熱板薄膜材料大多以塑料材料和金屬材料進(jìn)行多層復(fù)合,也有采用純塑料材質(zhì)復(fù)合的。塑料材料中又以雙向拉伸后的分子排列有規(guī)律的高阻隔材料使用的較為普遍,其抗拉抗壓性能、隔氣性能相比未拉伸的塑料薄膜更加優(yōu)越。
本文主要講述了常用的高阻隔薄膜材料及其在真空絕熱板的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)。
1) PVDC聚偏二氯乙烯
PVDC薄膜具有高的阻氣、阻氧、和隔水性能,因此廣泛用于包裝肉類或其它食品、藥品等。我國(guó)的PVDC制品是伴隨著火腿腸加工技術(shù)引進(jìn)并得到發(fā)展的,目前在真空絕熱板行業(yè)PVDC主要與其它樹(shù)脂材料復(fù)合使用,該類產(chǎn)品具有較好的耐高溫性能,隔氧氣隔水氣性能也十分出色。通常情況太陽(yáng)能熱水器或其它用于耐高溫用途的真空絕熱板可選用PVDC復(fù)合薄膜材料;
2) EVOH乙烯-乙烯醇共聚物
聚乙烯醇具有特別高的氣體阻隔性能,但它吸濕性大,通過(guò)乙烯醇和乙烯的共聚合,高的氣體阻隔性能保留下來(lái)了,而耐濕性和可加工性也得到了改進(jìn)。EVOH的阻隔性能取決于乙烯的含量,一般來(lái)說(shuō)氣體阻隔性隨著乙烯含量的增加而下降,但易于加工。從工藝的優(yōu)化角度分析,EVOH材料隨著相對(duì)濕度的增高,其阻氧性顯著下降。因此,為發(fā)揮EVOH的最佳氣體阻隔性能,選擇將其應(yīng)用在多層復(fù)合包裝的中間,保持較低的相對(duì)濕度,就可以使包裝具備優(yōu)異的阻隔性能。由于EVOH的阻氧性好而且有較強(qiáng)的耐寒性,其復(fù)合膜在真空絕熱行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,特別在日韓及歐美市場(chǎng)EVOH是真空絕熱薄膜的主要選擇材料。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)EVOH材料在真空絕熱行業(yè)應(yīng)用處于起步階段,還沒(méi)有進(jìn)入大批量使用時(shí)期,主要原因在于EVOH產(chǎn)品原料沒(méi)有實(shí)現(xiàn)批量國(guó)產(chǎn)化,全部依賴國(guó)外進(jìn)口,產(chǎn)品的采購(gòu)周期較長(zhǎng)和成本也相對(duì)偏高即使個(gè)別廠家已經(jīng)小批量生產(chǎn),其產(chǎn)品的穩(wěn)定性還不能進(jìn)行有效的控制,尚沒(méi)有企業(yè)對(duì)該類材料進(jìn)行批量使用。
3) PEN聚奈二甲酸乙二醇酯
PEN材料是20世紀(jì)末新興的一種性能優(yōu)越的功能聚合物材料,是今年來(lái)應(yīng)用發(fā)展最快的高分子材料之一。PEN與PET相似的結(jié)構(gòu),不同的是奈環(huán)取代了苯環(huán),但幾乎在各方面都優(yōu)于PET。PEN以其較高的防水性、氣密性、耐熱、耐化學(xué)性而著稱,隨著今年來(lái)PEN合成技術(shù)的不斷改進(jìn)該類材料在真空絕熱行業(yè)也逐漸被使用,但是應(yīng)用成本依然偏高,因此目前合金化成為擴(kuò)大PEN使用范圍的有效途徑之一
4) VMPET真空鍍鋁膜
真空鍍鋁膜是指在真空狀態(tài)下,將鋁線熔化蒸發(fā),鋁蒸氣沉淀吸附在聚脂膜的表面,形成一層致密的保護(hù)層,表面有很好的金屬光澤度和良好的反射性。鍍鋁后的聚脂膜隔氣性能也有很大的改善,其隔氣性能隨著鍍鋁的溫度和強(qiáng)度的控制不同有較大的差異,由于該來(lái)產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)比較成熟,產(chǎn)品的性價(jià)比較高,同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程及產(chǎn)品本身符合環(huán)保要求,因此已大量用于食品藥品的包裝,目前在真空絕熱行業(yè)也被廣泛使用。
5) AL鋁箔
鋁箔作為一種金屬材料,具有極高的防潮性、阻氣性,其阻隔氣體的性能是任何其他高分子材料和蒸鍍材料無(wú)法比擬和無(wú)法替代的。鋁箔的透氣性能主要由其針孔度有直接關(guān)聯(lián),并且隨著厚度的增加呈下降趨勢(shì),當(dāng)厚度達(dá)到20um時(shí),可以達(dá)到完全無(wú)針孔。對(duì)于高阻隔包裝材料通常使用鋁箔同塑料進(jìn)行復(fù)合形成多層復(fù)合材料,該類復(fù)合材料一般將鋁箔置于中間層,既可以避免包裝物的酸性特性同時(shí)又可以進(jìn)行熱封,現(xiàn)已在食品、醫(yī)藥、化工行業(yè)廣泛使用。對(duì)于真空絕熱行業(yè),鋁箔因其優(yōu)異的隔氣性能也被普遍使用,但鋁箔在真空絕熱板上應(yīng)用會(huì)帶來(lái)熱橋效應(yīng),特別在尺寸相對(duì)較小的真空板上反映尤為明顯,因此使用在真空絕熱板的鋁箔盡量選擇較薄的鋁箔如AL7、AL6等。對(duì)于用于建筑用的真空絕熱板還應(yīng)考慮鋁箔信號(hào)屏蔽作用,如果不能解決信號(hào)屏蔽問(wèn)題盡量選擇高分子阻隔材料。
6) PVA 聚乙烯醇
PVA是一種含有大量羥基的聚合物,該類聚合物其側(cè)基-H和-OH的體積均較小,結(jié)晶度高,使得PVA的透氣性能很小,其阻氧率甚至優(yōu)于EVOH,是一種非常環(huán)保的高阻隔材料,常用于包裝各類高檔食品、藥品、名貴中藥材等,對(duì)于真空絕熱行業(yè)可選擇使用該類新型材料有著廣闊的應(yīng)用前景。
7) 納米復(fù)合材料
納米技術(shù)是近年來(lái)興起的一門高新技術(shù),是在納米(1~100nm)尺度上研究物質(zhì)的特性和相互作用,并利用這些特性的交叉性學(xué)科和技術(shù)。所謂納米復(fù)合包裝材料就是用晶粒尺寸為1-100nm的單晶或多晶體材料如二氧化鈦,與其他塑料包裝材料復(fù)合制成的復(fù)合包裝材料,。常用的納米材料有金屬、金屬氧化物、無(wú)機(jī)聚合物等三大類。由于這些納米復(fù)合材料的某些物理化學(xué)以及生物性能得到很大的提高,使得這些材料在可塑性、阻隔性、穩(wěn)定性方面比傳統(tǒng)材料更加優(yōu)越,目前國(guó)內(nèi)外正在研發(fā)的納米新技術(shù),添加納米級(jí)材料的無(wú)機(jī)粒子可以極大地改進(jìn)基礎(chǔ)樹(shù)脂的物性,在高阻隔包裝材料中發(fā)揮特殊作用,作為型新阻隔材料不僅會(huì)在傳統(tǒng)的食品藥品行業(yè)大規(guī)模使用,在真空絕熱行業(yè)該類產(chǎn)品也有很廣的應(yīng)用前景。
結(jié)語(yǔ)
隨著日韓及歐美市場(chǎng)的興起,我國(guó)真空絕熱板的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)剛剛進(jìn)入起步階段,越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)始涉足此行業(yè),對(duì)于包裝材料而言,部分企業(yè)會(huì)選擇以進(jìn)口產(chǎn)品為主,國(guó)內(nèi)產(chǎn)品并行的雙向選擇,伴隨著真空絕熱行業(yè)的不斷發(fā)展,國(guó)內(nèi)一批從事軟包裝的企業(yè)也相繼推出自己的產(chǎn)品,但產(chǎn)品的穩(wěn)定性和外觀相對(duì)日本歐美產(chǎn)品有一定的差距,主要原因在于用于生產(chǎn)真空板隔膜的高阻隔原材料開(kāi)發(fā)與國(guó)產(chǎn)化相對(duì)比較落后,各廠家在隔膜的原材料選擇上受到很大程度的限制,性能優(yōu)良的高阻隔材料還是依賴國(guó)外進(jìn)口。另外,隨著能源日益枯竭和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),高阻隔材料市場(chǎng)也在作相應(yīng)的調(diào)整,在尋找可降解原材料的同時(shí),加大可回收利用方面的投資,如PEN、PET、PAV等材料的研究與應(yīng)用,為真空絕熱行業(yè)的發(fā)展提供可持續(xù)的原材料供應(yīng)。