Polymer Morphology: From Molecular chains to Super Structures

Polymer מורולוגיה שולטת כיצד רשתות מולקולריות מסודרים בקנה מידה רחב של אריזה אטומית למבני סופר בקנה מידה מיקרוn-scale.In Semicrystal אריזה פולימרים, זה כולל את הסדר של lamellae גבישי, האופי של שילוב אזורי amorphous, ועיצוב מבנים היררכיים יעילים כגון spherites כי מתפתח במהלך תצורה ישירה של כמה מולקולות קטנות - , 000 חומר חמצן, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חומר חיתוך, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חומר חיתוך, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חומר חיתוך, 000, 000, 000, 000 יעיל, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל, 000, 000, 000, 000 יעיל, 000, 000 יעיל, 000, 000, 000 יעיל, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל, 000 יעיל, 000, 000 יעיל, 000 יעיל, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חומר חומר נפץ, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000,

כמעט כל אריזות הסחורות resins, הפולימרים קיים תערובת של אזורי גבישיים מסודרים ואזורים amorphous הפרעה. בתוך קריסטל, שרשראות מתקפלות הלוך ושוב כדי ליצור lamella דק, בדרך כלל 5-20 ננומטרים עבה וכמה מיקרונים במידה מאוחרת יותר; אלה lamellae להרכיב לתוך מצטברות גדולות יותר הנקראות pherulites, אשר יכול לנוע בין מספר מיקרומטר לנפחים ריקים.

עבור עיצוב אריזה, זה שימושי לשקול מורפולוגיה בשלושה רמות בסיסיות: אדריכלות מולקולרית (שרשרת, תוכן קונדומר, משקל מולקולרי), nanoscale ( עוביlamellar וכיוון, גודל גבישי, ספיגה interlamellar), ומיקרו-scale (גודל אריזות, שלב רפלקציה בתערובת), התאמת כל אחד הפרמטרים האלה יכול להתאים את יכולת ההמולה מבלי לשנות את בסיס resin.

Crystalline vs. Amorphous Domains

פולימר גבישי לחלוטין יהיה כמעט בלתי אפשרי כי מולקולות גז לא יכול לחדור את הסוללות הצפופות, הורה דליטיצית. עם זאת, פולימרים אמיתיים להשיג בגמישות 70–80 אחוזים, ולכן ההנצחה מתרחשת כמעט אך ורק באמצעות המרכיב האמפירי, ה-HDPEellae פועל כמכשולים בלתי אפשריים, אשר מכריחים מולקולות מתעמלות יותר, יותר, עד לנתיב סביב שלב חום של פשטות נמוכה של פשטות, ואפקטיביות גבוהה של מזערית (למשל, תלוי במידה מסוימת של מזערית) ביחס לכדי מזערי של מזערי של מזעריות גבוהה יותר של מזערית אחת של מזעריות (בריקבון (בריקני) ביחס לכדי מזערית אחת של מזערית אחת, ונפח חום (בצורה אחת, כלומר, כלומר, מזערית (בצורה נמוכה יותר, לדוגמה, על פני מידת הגמישות גבוהה יותר של מזערית (בצורה נמוכה יותר, על פני מזערית) של מזערית (חלקית) ביחס של מזערית (בצורה נמוכה יותר של מזערית) ביחס לרקמות גבוהה יותר של מזערית) תלוי במידה מסוימת של מזערית) על פני מידתיות (

מבנים היררכיים ו-Spherulites

כאשר פולימרים למחצה מגניבים מן ההיתוך, lamellae לגדול קורנל מחוץ לאתרים של nucleation, להרכיב spherulites. הגודל הספירולי והשלמות השפעה חזקה תכונות מחסום. spherulites גדול, לעתים קרובות המיוצר על ידי קירור איטי, נוטה להיות lamulellae מאורגן היטב אבל גם מכיל כיסים גדולים גבולות שלהם ו spherulites במהירות גבוהה, כמו גם pheric ביצועים.

כיצד Crystallinity Drives Barrier Performance

(ב) [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בפועל, חומרים עתירי משקל גבוהים כמו HDPE ופוליפרופילן אנסטיקטי (PP) מציגים הרבה יותר פערים חשמליים דלים מים מאשר אנלוגיות של קלוריות נמוכה.לדוגמה, סרט 25 ⁇ m HDPE בדרך כלל יש קצב שידור מים נמוך יותר מתחת 5 glin-2day- 1 ב 38 מעלות צלזיוס ו 0% לחות, בעוד סרט סגסוגת דומה יכול לעתים קרובות יותר מאשר צמצם חום.

(ב) , [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

שלב מתוק ומושג הכרך החופשי

(למרות הדומיננטיות של אזורי קריסטל, ההסתברות נשלטת בסופו של דבר על ידי השבריר המחודשת.התאוריית הנפח החופשי של דיפוזיה קובעת כי המקדם של התפוצות תלוי בהסתברות שמולקולה חודרנית מוצאת חור גדול מספיק כדי לבצע קפיצת .בפולימרים מעל FLT:0TFLT:1gLT2, 000 LT5, לעתים קרובות, 000 חופשי, 000 ונפח נמוך יותר.

(ב) מוצרים רגישים לחמצן וללחות, פולימרים עם aFLT:0reas:0.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.

בפולימרים סמיקליים, השלב האמפירי הוא עוד שקוע לתוך שבריר amorphous נוקשה (RAF) ליד משטחים גבישיים ושבריר amorphous (MAF) באזורים דמויי רוב, חיל האוויר המלכותי הפחית את הניידות המפרקית והנפח החופשי התחתון, ותרומתו למחסום טוב יותר מאשר טיפולים MAF.Annaling יכול להגדיל את חיל האוויר המלכותי על ידי כך שהוא מאפשר מחסנים גבוהים יותר, כך, כך, כך, עם נפח נמוך יותר, כך, עם נפח גבוה יותר, כך נמוך יותר, כך, עם נפח נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, עם נפח מנפח של זמן, כך, כך, כך נמוך יותר גבוה יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר מאשר טיפול MAF.

הנדסה מורפולוגיה באמצעות עיבוד

תנאי עיבוד הם האמצעי העיקרי שבאמצעותו מהנדסי האריזה שולטים במורולוגיה סופית וביצועי מחסום.המענים העיקריים כוללים קצב קירור, ניקוי סוכנים, התגבשות מושרה מתוחה, אוריינטציה, ו annealing.כל אחד משפיע על הגודל, השלמות והכיוון של גבישים ואת נפח חופשי של שלב amorphous.בחירת השילוב הנכון של פרמטרים עיבוד מאפשר למהנדסים להשיג רמות מחסום ללא שינויים יקרים.

  • (FLT:0) Cooling Rate: 1FLT 1 מהיר quenching מן ההיתוך מדכא צמיחה גבישי, מניב spherulites קטן יותר ותחתון הכולל נמוך יותר.זה לעתים קרובות יוצר סרט שקוף עם נחיתות גבוהה יותר אבל קשה יותר.רדמת איטית מאפשרת lamellae לגדול עבה יותר גבישי להגיע לרמות גבוהות יותר, אבל גורם פוטנציאל עצלות ובהירות דורשות גבוהה יותר, סביר יותר, סביר להניח כי הוא בדרך כלל נמוך יותר, ירידה במשקל, הוא בדרך כלל, הוא יעיל יותר, הוא יעיל יותר, סביר יותר, ירידה נמוכה יותר, הוא יעיל יותר, כי הוא בטוח יותר, ירידה מהירה יותר, ירידה במשקל קירור.
  • (ה-FLT:0) סוכנים מנוקמים: FLT:1 סוכנים מוסיפים כגון נגזרות sorbitol או נתרן benzoate מספק צפיפות גבוהה של אתרי ההנקה הטרוגניים.התוצאה היא מספר רב של קשקשים קטנים לעומת כמה רחבים של צבעים, כמו גם תכונות של אור ספקטרום נמוך יותר.
  • (FLT:0) של התגבשות מושרה: FIRLT:1 [ציור סרט מלוטש] או מתיחה מראש מוצק במהלך מכת עובש שרשראות פולימר יכול לגרום קריסטל אפילו בטמפרטורות שבו גביש תרמיליזציה יהיה איטי.הדלקת המוכוון וכתוצאה מכך ארוזה יותר צפוף ולפעול כמו גם מכשולים יעילים יותר, בעוד שלב amorphous הופך מוכוון ונפח חינם של מתכת כהה.
  • (FLT:0)Solid-state מתיחה (אוientation): ⁇ 1:1 ביהיר, המשמש ב BOPP ו- BO-PET סרטים, משתרע החומר הן בכיוונים מכונה והן טרנסג'נדרים, ומיישר lamella מקבילים למשטח הסרט.זה יוצר מרקם פלאר אשר מאריך באופן דרמטי את הנתיב החמקמק עבור permeants דרך עובי וחמצן ניתן לשפר את קצב הבקרה החמצן ולהפחית את פני חמש אמות המידה הגמישות.
  • (FLT:0) Annealing:FLT:1 לאחר עיבוד טיפול חום רק מתחת לנקודת ההיתוך מאפשר גבישים לא מושלמים מושלם כדי מושלם, להגדיל עובי הלימלר, ויכול להמיר כמה חיל האוויר המלכותי לתוך MAF או להיפך.Annaling גם להפחית את הלחץ השונה ויכול לרפא microרִיק שפועל כמו מסלולים דיפר.

In addition, polymer molecular weight and comonomer distribution influence crystallization behavior. Higher molecular weight chains tend to crystallize more slowly but can form more perfect crystals. Metallocene-catalyzed LLDPE with uniform short-chain branching produces thinner, more uniform lamellae that pack efficiently, yielding better barrier thanקונבנציונלי זיגלר-נטה LLDPE בצפיפות שוות ערך.לבקר בארכיטקטורה המולקולרית באמצעות עיצוב זרז הוא כלי חשוב יותר להתאים את הסרט מורפולוגיה של האריזה.לשלב שברירי משקל מולקולריים שונים ניתן גם לשמש כדי לשנות את הקינטיקה הקריסטליזציה ואת מורפולוגיה הסופית.

שלב מורפולוגיה בבוללות ו- Multilayer Systems

כאשר פולימר יחיד אינו יכול לעמוד במטרות מחסום, תערובת ו- coextruded multilayers מציעים מסלולים לשלב את המחסום של חומר אחד עם תכונות מכניות או חותם של אחר.המורולוגיה של השלב המפוזר בתערובת או את השכבות הבודדות ב coextrusions אז קובע את ההסתה הכוללת. הבנה ושליטה של שלב מורפולוגיה חיונית להשגת המחסום הרצוי ללא דימינציה או עיבוד.

בתערובת פולימרים בלתי ניתנת להכחשה, רכיב המחסום עשוי ליצור תחומים, lamellae, או מבנים קו-מעקביים בהתאם לקומפוזיציה, יחס של קוצר רוח, ועיבוד. Lamellar מורולוגיות, שבו צורות פולימרים המכשולת מונעות שלבים מכווני ראשים ממונעים בלוח של הסרט, הן יעילות במיוחד משום שהן מחקות את הנתיב החמקמק של ננוקליקה, לדוגמה, תוך כדי OHFicial-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-ה-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-ה-זמנית-זמנית-ה-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-הת-זמנית-זמנית-זמנית-זמנית-הפחתת לחץ-ל-ל-ל-לחזקת-לספקית-הת-למידתית-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-לספקית-זמנית-ה-הת-זמנית דורשות-התמחדשה-זמנית של עמידות גבוהה-זמנית-זמנית-זמנית-הת-הת-

Multilayer coextrusion נמנע ממגבלות התרמודינמיקה של מיזוג על ידי בניית שכבות דיסקרטיות.חבילה טיפוסית של מזון רב-תחומית גבוהה-barrier עשוי להיות תשע שכבות: עורי פוליאולפין, שכבות, מחסום של EVOH או פולימדרד, ו-regrind שכבות אופטימיזציה של כל שכבת מזון יכול להיות מונדס עם ה- EVOHN, למשל, הוא גבישי מאוד ומוכוון במהלך היווצרות של מיקרו-Flow-1-2 אינץ '.

אפילו במבנים מרובדים, המורפולוגיה של שכבות ושכבות עור חשוב.אם העור הוא מוכוון מאוד או מנוקל, זה יכול להשפיע על התגבשות של שכבות סמוכים באמצעות צמיחה אפיתארית או ⁇ תרמיים. לכן, שליטה על מורפיולוגיות על פני כל הרצף חוצה-הטווח חיוני לביצועי מחסום עקביים.

ערכת יישומים: Case Studies Overs Industries

עקרונות אלה פרוסים מדי יום בעיצובים אריזה אשר מאזן ביצועים, עלות וקיימות.המחקרים הבאים מראים כיצד הנדסה מורפולוגיה מתורגמת למוצרים אמיתיים בעולם.

בקבוק מינוף

בקבוקי משקה רכים מוגמרים הם מתעקים מפרופורות PET morphous PET.הכיוון המביאני גורם התגבשות מושרה מתוחה, וכתוצאה מכך קירות הבקבוק עם גבישיות > 30% ומוכוון מאוד, שטוחה lamellae. זה מורפיום מפחית את הפסד CO2 על ידי יותר ממחצית בהשוואה לערכת משקל לא מכוונת של אותו עובי, ומאפשרת התפתחויות של פחות מ- 15 ליטרים לשרירים.

Moisture-Barrier Films for Dry חטיפים

סרט פוליפרופילן מוכווני BOPP) הם תקן עבור שבבי תפוחי אדמה ו- biscuit עטיפה.תהליך אוריינטציה מגביר גבישי ל 60–70% ויישר spherulites לתוך מבנה פלאר, נותן קצב שידור מים ריצוף מתחת 3 gm-2-Day- 1 ב 38C ו -90% H בשילוב עם שכבת מתכת המיוצרת או OH1, 000 OH2D2 אינץ ', 000 גבוה יותר מ- 1 -2- 1 למטה אורך כדור הארץ, 000 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ OH2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בקבוקי גדר מבוססת OH וטריאס

ב ketchup, Mayonnaise, ו retort-pouch יישומים, EVOH copolymers עם 32-44 mol% ethylene לספק מחסום חמצן מעולה.שיעור התגבשות גבוהה ויכולת ליצור גבישים מורחבים שרשרת במהלך תשואות איטיות מאוד של EVen נמוך מאוד.עם זאת, החומר הוא hygroscopic ומאבד כאשר מחוספס על ידי לחות פלסטיק על ידי מהנדסי מתכת.

חבילות התרופות Blister Packs

חבילות blistered עבור תרופות רגישות לחות לעתים קרובות להשתמש גבוה קריסטליניות PVC או פוליכלורופלוסטרורומולן (Aclar) סרטים.ב PVC, גבישיות מוגדל על ידי שימוש בדרגות משקל נמוך וגם על ידי מתיחה, עלייה במשקל כבד על ידי עיבוד כולל, צמצום בפרסומות אגרסיביות לחלוטין, הם שכבה מסיבית לחלוטין, תערוכות מים בולט עם ספירת חום גבוהה מאוד.

Atmosphere Packaging (MAP)

ב MAP עבור בשר טרי לייצר, הסרט האריזה חייב לאפשר החלפת גז מבוקרת.כאן, מורפולוגיה מכוונת להשיג שיעורי לחות ספציפיים ו פחמן דו חמצני שידור. לדוגמה, קטסטריטליות נמוכה, פוליאולfin גומי עם נפח חינם גבוה משמש עבור גבוה אוקסיגן MAP, בעוד שכבות ניילון חצי-קליטיס לספק שידור חמצן נמוך עבור מוצרי שכבת זמן ארוך-חיים עם שכבת חומצות שומן יכול להיות משולב עם רכיבים באיכות גבוהה.

חבילות Mono-Material ו- Bio-based Polymers

מטרות קיימות הן לדחוף את התעשייה לעבר אריזות מונו-חומריות העומדות בדרישות מחסום גבוהות, ומאפשרות מחזור קל יותר.מורפולוגיה הנדסה הופכת אפילו יותר קריטית בהקשר זה. פתרונות אל-פוליילן עם שכבות HD-PE גבוהות, או עם נטייה מונוקלית מפותחים להחליף רב-שכבות המכילות OH או PV.C.BiaPEn מכווצ'י, עדיין בפיתוח רחב עם גירויים עם גירויים עם גירויים מורכבים, אשר משולבים באופן מלא עם ספקטרום חמצן.

פולימרים המבוססים על ביו-קלקלקטי כגון חומצה פולית (PLA) ופוליhydroxyalkanoates (PHA) מציגים גבולות מורפולוגיה חדשים.PLA מתגבשים לאט אך ניתן למתוח כדי ליצור מבנים מוכווניים שחתכים חמצן ומחזור מים על ידי גורם של 2 או יותר. OHING PLA עם ביולוגיה סינתטית אחרת או שילוב nanoulating יוצר אפקטים דומים של חומרים גמישים.

הערכה וחיזוי ביצועי גדר

מהנדסים מסתמכים על בדיקות קצב העברת חמצן ושפכים (ASTM D3985, ASTM F1249) כדי לאמת את שיפורים המונעים על ידי מורפולוגיה.טכניקות הדמיה מתקדמות חיוניות כדי לקשור מבנה עם ביצועים: calorime סריקה שונה (DSC) מודדים גבישי וניקוי של תכונות הפעלה אופטיות (X-ray) קובעות מבנה וכיוון; קרינת רנטגן קטנה (x-Straating) מאפשרת קרינת אלקטרו-Ricial) ונפח חשמלי (Ricial Rephicial Rephicial)

מודלים Computational הופך להיות חזק יותר. שיטות אלמנט Finite יכול לדמות דיפוזיה באמצעות ריאליזם 3D מורולוגיות משוחזרות מתמונות microscopy, בעוד סימולציות מולקולריות לחקור מנגנוני דיפוזיה בקנה מידה אטומי. סימולציות אלה עוזרות מהנדסים להבין כיצד שינויים באוריינטציה לימלר, גבישי, ואפקט כמותי יעיל, המאפשר אופטימיזציה מהירה יותר של מצבים ונוסחאות למידה.

לסיכום, פולימר מורפולוגיה היא היסוד האדריכלי המרכזי המתורגם את ההרכב לתוך ביצועי מחסום בעולם האמיתי.בין אם באמצעות שליטה על קריסטלנות, מניפולציה של נפח חופשי בשלב האמפירי, או להקליד את lamellae, או דומיינים בשלב הנדסה בתערובת ורב-שכבות, מהנדסי אריזה יש ערכת כלים עשירה כדי ליצור חומרים כי הגנה על משקל מינימלי וחומרי כמו השדה על מנת לפתח פתרונות משאבים מרובים, לא רק כדי לשפר את ההשפעות היומיומיות של משאבים מרובים, הוא מסוגלות גבוהה, כלומר, לא רק כדי ליצור חומרים חיוניים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, הוא חיוני של עיבוד רב-חומרים מרובים, הוא מסוגלות גבוהה, הוא חיוני של מערכות יחסים של עיבוד, הוא מסוגלות גבוהה, הוא מסוגלות גבוהה, כלומר, כלומר, כלומר, הוא חיוני של עיבוד, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, לא יעיל של משאבים מרובים של משאבים מרובים, הוא חיוני כדי ליצור חומרים גמישים מרובים, הוא חיוני כדי ליצור חומרים גמישים של מערכות יחסים מחזורי משקל רב-חומרים מרובים של מערכות יחסים של מערכות יחסים של עיבוד, כלומר, לא יעיל של מערכות יחסים של עיבוד, הוא חיוני כדי ליצור חומרים כי הוא חיוני כדי ליצור חומרים כי הוא חיוני כדי ליצור חומרים כי הוא חיוני כדי ליצור חומרים כי