常用的高阻隔薄膜材料及其在真空絕熱板的應用及發展趨勢
真空絕熱板作為高效節能隔熱材料其結構是由芯材、隔膜以及吸氣劑組成,通過抽真空技術使得VIP內部達到特定低的真空度,最大限度的阻礙了氣體分子間的熱傳遞,從而達到其超級絕熱的作用。真空絕熱板的性能及使用壽命,很大程度上取決于內部真空度保持時間,內部真空度的保持時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品的使用壽命及隔熱性能。
隨著真空絕熱板的使用越來越廣泛,各生產廠家對表面隔膜材料的選擇越來越講究,通常來說選擇薄膜材料時主要考慮薄膜的生產制造成本、正常工作溫寬范圍、導熱系數、隔氣隔濕性能、抗拉伸強度性能等五個方面的因素。
現階段真空絕熱板薄膜材料大多以塑料材料和金屬材料進行多層復合,也有采用純塑料材質復合的。塑料材料中又以雙向拉伸后的分子排列有規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用及發展趨勢。
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。我國的PVDC制品是伴隨著火腿腸加工技術引進并得到發展的,目前在真空絕熱板行業PVDC主要與其它樹脂材料復合使用,該類產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,通過乙烯醇和乙烯的共聚合,高的氣體阻隔性能保留下來了,而耐濕性和可加工性也得到了改進。EVOH的阻隔性能取決于乙烯的含量,一般來說氣體阻隔性隨著乙烯含量的增加而下降,但易于加工。從工藝的優化角度分析,EVOH材料隨著相對濕度的增高,其阻氧性顯著下降。因此,為發揮EVOH的最佳氣體阻隔性能,選擇將其應用在多層復合包裝的中間,保持較低的相對濕度,就可以使包裝具備優異的阻隔性能。由于EVOH的阻氧性好而且有較強的耐寒性,其復合膜在真空絕熱行業有著廣泛的應用,特別在日韓及歐美市場EVOH是真空絕熱薄膜的主要選擇材料。國內市場EVOH材料在真空絕熱行業應用處于起步階段,還沒有進入大批量使用時期,主要原因在于EVOH產品原料沒有實現批量國產化,全部依賴國外進口,產品的采購周期較長和成本也相對偏高即使個別廠家已經小批量生產,其產品的穩定性還不能進行有效的控制,尚沒有企業對該類材料進行批量使用。
3) PEN聚奈二甲酸乙二醇酯
PEN材料是20世紀末新興的一種性能優越的功能聚合物材料,是今年來應用發展最快的高分子材料之一。PEN與PET相似的結構,不同的是奈環取代了苯環,但幾乎在各方面都優于PET。PEN以其較高的防水性、氣密性、耐熱、耐化學性而著稱,隨著今年來PEN合成技術的不斷改進該類材料在真空絕熱行業也逐漸被使用,但是應用成本依然偏高,因此目前合金化成為擴大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下,將鋁線熔化蒸發,鋁蒸氣沉淀吸附在聚脂膜的表面,形成一層致密的保護層,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度的控制不同有較大的差異,由于該來產品的生產技術相對比較成熟,產品的性價比較高,同時生產過程及產品本身符合環保要求,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法比擬和無法替代的。鋁箔的透氣性能主要由其針孔度有直接關聯,并且隨著厚度的增加呈下降趨勢,當厚度達到20um時,可以達到完全無針孔。對于高阻隔包裝材料通常使用鋁箔同塑料進行復合形成多層復合材料,該類復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又可以進行熱封,現已在食品、醫藥、化工行業廣泛使用。對于真空絕熱行業,鋁箔因其優異的隔氣性能也被普遍使用,但鋁箔在真空絕熱板上應用會帶來熱橋效應,特別在尺寸相對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。對于用于建筑用的真空絕熱板還應考慮鋁箔信號屏蔽作用,如果不能解決信號屏蔽問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,該類聚合物其側基-H和-OH的體積均較小,結晶度高,使得PVA的透氣性能很小,其阻氧率甚至優于EVOH,是一種非常環保的高阻隔材料,常用于包裝各類高檔食品、藥品、名貴中藥材等,對于真空絕熱行業可選擇使用該類新型材料有著廣闊的應用前景。
7) 納米復合材料
納米技術是近年來興起的一門高新技術,是在納米(1~100nm)尺度上研究物質的特性和相互作用,并利用這些特性的交叉性學科和技術。所謂納米復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合制成的復合包裝材料,。常用的納米材料有金屬、金屬氧化物、無機聚合物等三大類。由于這些納米復合材料的某些物理化學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、穩定性方面比傳統材料更加優越,目前國內外正在研發的納米新技術,添加納米級材料的無機粒子可以極大地改進基礎樹脂的物性,在高阻隔包裝材料中發揮特殊作用,作為型新阻隔材料不僅會在傳統的食品藥品行業大規模使用,在真空絕熱行業該類產品也有很廣的應用前景。
結語
隨著日韓及歐美市場的興起,我國真空絕熱板的開發與生產剛剛進入起步階段,越來越多的國內企業開始涉足此行業,對于包裝材料而言,部分企業會選擇以進口產品為主,國內產品并行的雙向選擇,伴隨著真空絕熱行業的不斷發展,國內一批從事軟包裝的企業也相繼推出自己的產品,但產品的穩定性和外觀相對日本歐美產品有一定的差距,主要原因在于用于生產真空板隔膜的高阻隔原材料開發與國產化相對比較落后,各廠家在隔膜的原材料選擇上受到很大程度的限制,性能優良的高阻隔材料還是依賴國外進口。另外,隨著能源日益枯竭和環保意識的增強,高阻隔材料市場也在作相應的調整,在尋找可降解原材料的同時,加大可回收利用方面的投資,如PEN、PET、PAV等材料的研究與應用,為真空絕熱行業的發展提供可持續的原材料供應。