מדע מאחורי סרטי גדר עבור מוצרים רגישים

סרטי גדר הם אבן הפינה של הנדסת אריזה מודרנית, המספק מגן בלתי נראה כי מגן על מוצרים רגישים לחות מן הלחות הסביבתית שיכולה לדרג איכות, לקצר את חיי המדף, או להפוך מוצרים בלתי אפשריים.מ שקית של פולי קפה שנשאר טרי במשך חודשים לארוז פוליבס פרמצבטי כי שומר על נוקשות סמים, שכבות פולימריות דקות אלה מסתמכות על חומרים מתוחכמים כדי להשיג את תפקודם מגן.

מדע היסוד של Moisture Barrier Films

בליבתו, סרט מחסום לחות פועל על ידי צמצום התחבורה של מולקולות מים נפיחות דרך עובי שלה.הקצב שבו לחות חודרת סרט נשלט על ידי עקרונות של ההנצחה, המשלב שני מנגנונים עיקריים: דיפוזיה (העברה של מולקולות מים דרך ממטריקס פולימר) ו solubility (היכולת של מים להתפוגג לתוך פני השטח של הסרט).

Permeation Mechanisms ו-Fickian Diffusion

כדי לחות לעבור דרך סרט מחסום, מולקולות מים חייבות תחילה פרסומות בצד של ההפחדה הגבוהה, להתמוסס לתוך ממטריקס פולימר, להתפוגג דרך החומר המונע על ידי ריכוז ⁇ , ולבסוף desorb מהצד הנמוך-הההההחשות.קצב של פיזור תלוי בנפח החופשי של פולימר - הפערים בין רשתות פולימרים.

קריסטל ואדריכלות מולקולרית

מידת הקריסטליניות היא גורם מכריע בביצועי מחסום. פולימרים גבישיים גבוהים כמו פוליאתילן terephthalate (PET) ופוליפרופילן (PP) יש פחות נפח חופשי באזורים הורוצויים שלהם, מה שהופך אותם מחסומים בינוניים.עם זאת, חומרים כגון עמידה ב- ethylene vinyl אלכוהול (H) להשיג ערכים נמוכים במיוחד WVTR בגלל תכונות גבישיות גבוהות שלהם ואפקטים חזקים יותר של פחמן; אבל גם כן, אבל יעילות גבוהה יותר.

מבנה רב-שכבות ואפקטים סינרגטיים

אין יחיד יכול לספק בו זמנית מחסום לחות אופטימלי, כוח מכני, גמישות, איטום חום, וחסכונית.לכן, סרטים מחסום מסחרי הם כמעט תמיד מבנים רב-שכבת המיוצרים על ידי קו-פלריון, או ציפוי. תצורה טיפוסית כריכים שכבת לחות גבוהה ומכסה (כמו EVOH או PV) בין שכבות חיצוניות של פוליאמוריה (כמו פולית'רין או פוליפרנטיות) אשר מונעים מקצבה של לחץ דם, לעתים קרובות, יש השפעה חזקה על מנת למנוע לחץ דם זכרית (אוב) על מנת למנוע עמידות אישית (חומצה חיסונית) או חומצה פוליאמורית (חומצה) היא בעלת רמת לחץ דם גבוהה).

חומרים מרכזיים ותכונות המחיה שלהם

בחירת החומרים לסרט מחסום תלויה ב- WVTR הנדרש, דרישות מכניות, תאימות לעיבוד, ומגבלות עלות. להלן הן החומרים הנפוצים ביותר ואת המאפיינים שלהם.

Polyolefins (Polyethylene and Polypropylene)

פולית'ילן (PE) ופוליפרופילן (PP) הם סוסי העבודה של אריזה גמישה בשל עלות נמוכה, עמידות לחות טובה, ותהליך מעולה, הם מציעים ביצועים מכשול מים בינוניים, עם ערכים טיפוסיים של WVTR החל מ 5-20 g / m2 ליום עבור סרטים 1 sam, בהתאם צפיפות וגבימיות גבוהה.

Ethylenelene Vinyl אלכוהול (Ethylene Vinyl אלכוהול)

EVOH הוא תקן הזהב עבור מחסום חמצן, אבל תכונות מחסום לחות שלה לעתים קרובות להתעלם. בתנאים יבשים, EVOH מציג רגישות נמוכה מאוד WVTR (נמוך 1 g / יום עבור רמות אמלנות גבוהות), מה שהופך אותו מתאים עבור אריזה מוצרים יבשים.עם זאת, EVOH הוא hygroscopic - זה סופג לחות, אשר מפלסטיק את פולימרים ומפחית את המגבת שלה כמו תמיד.

Polyvinylidene Chloride (PVDC)

PVDC, הידוע לעתים קרובות בשמות מסחר כגון Saran, הוא פולימר גבישי עם התנגדות יוצאת דופן הן מים vapor הגזים. המבנה המולקולרי הדחוס שלה נפח חופשי נמוך לספק ערכי WVTR נמוך כמו 0.5 גרם / m2 יום. PVDC הוא גם פחות רגיש לחות מאשר EVOH, שמירה על ביצועים מחסום גבוה על פני מגוון רחב של תנאים.

ניילון (Polyamides)

סרטי ניילון מציעים מחסום לחות מתון (WVTR סביב 10-30 גרם / יום) אבל הם מאוד מוערכים עבור כוח מכני שלהם, התנגדות puncture, ויכולת לעמוד בטמפרטורות גבוהות במהלך עיבוד. ניילון משמש לעתים קרובות שכבה מבנית בשילוב עם חומרים אחרים מחסום. קליטת המים שלה למעשה יכול להגדיל את האחריות בסביבות כבדות, כך שחייב להיות נלקח ביישום שלה.

חומרים מבוססי ו-Nanocomposite

דרישות קיימות מניעות את הפיתוח של סרטי מחסום המבוססים על ביולוגית.חומרים כגון חומצה פולילאקטית (PLA), פוליhydroxyalkanoates (PHAs), וסרטים המבוססים על תאים מציעים מיקור חוץ מתחדשים אך בדרך כלל יש מחסום לחות נחות בהשוואה לאפשרויות המבוססות על נפט.ננוקום מוסיף חומרים ננומטריים כגון חימרוניטיס, פחמן, או גרפן לתוך מטבוליזם נמוך יותר (Fretextextex) כדי ליצור השפעות יעילות נמוכה יותר (או לנטרל חומרים).

גורמים המשפיעים על ביצועי סרט גדר

מחסום הלחות בפועל המסופק בחבילה גמורה תלוי יותר מאשר רק את ההכנות הפנימית של החומר.יש לשלוט בגורמים חיצוניים מסוימים במהלך הייצור והשימוש.

שכבתיות ומדים

בהנחה שכבה הומוגנית אחת, WVTR הוא יחסית הפוך עובי - לעשות את עובי halve עובי קצב השידור.עם זאת, עובי הוא קריטי: כתמים דקים או פיטורים יכולים לפעול כמו קיצורי דרך מהירים עבור לחות, עלייה דרמטית של ההנצחה.בסרטים מרובי, עובי של השכבה יחסית כדי לקבוע את המחסום הכולל קוטקסון.

תנאי סביבה: טמפרטורה ואלימות

הטמפרטורה משפיעה הן על דינמיות ו solubility coefficients.על פי יחסי Arrhenius, את ההסתה של פולימרים עולה באופן אקספוננציאלי עם טמפרטורה. עלייה של 10 מעלות צלזיוס יכול להכפיל או משולש לחות WVTR. Relative לחות גם אינטראקציה שונה עם חומרים: פולימרים הידרופיליים כמו EVOH ו ניילון swell לאבד מחסום לחות גבוהה, בעוד פוליאול סגול הם גורמים חום לא ניתן לטפל זה מכבר.

עיבוד וייצור Defects

Defects שהוצגו במהלך החדירה, הציפוי, או ההלרציה יכולים לפגוע באמינות מחסום חמורה. פגמים נפוצים כוללים חלקיקי ג'ל, קווי מוות, זיהום, דחיסה, דחיסה בממשקים, וקמטים.אפילו pinholes מיקרוסקופיים יכולים לייצר ערכי WVTR של סדרי גודל גבוה יותר מאשר לחזות מתכונות גדולות.איכות בקרה מקוונת ומחסימת מערכת מדידה לא מקוונת חיונית כדי להבטיח ביצועים עקביים כגון רפידות, כגון רפידות, או חסימת חום, או חסימת לחץ שיכולה, גם כן, או לחץ שיכולה, או מאפקטים.

יישומים בתעשיות

מוצרים רגישים לMoisture משתרעים על מגוון רחב של תעשיות, כל אחד עם דרישות ייחודיות לביצועי סרט מחסום.

מזון Packaging

מזונות Dried - כגון חטיפים תערובת, ארוחות מיובשות, קפה ואגוזים - סביבות לחות נמוכות כדי לשמור על טוהר, למנוע צמיחה מיקרוביאלית, ולהימנע מצרות. סרטי גדר עם WVTR מתחת 1 g /m2day הם נפוצים עבור מוצרים פרימיום.חבילות מזון רבות משלבות גם מחסום לחות עם מתפתל חמצן או desicants כדי להשיג חיים מורחבים של 12 / 2 חודשים ו-Vcu) כדי לשמור על מערכות חום גבוה (MA) חום (Pirdm) ואווירהת) חום על מערכות חום גבוה.

תרופות ו Nutraceuticals

תרופות רגישות ותוספים - כולל אבקת Hygroscopic, טבליות Effervescent, ו רכותל - אריזה מהירה המונעת הן לחות ingress ואובדן של מרכיבים תנודתיים. Blister Pack עבור טבליות לעתים קרובות להשתמש מחסום קר-form להשחית או סרט פולימר עשיר (כגון PV-DC-coated PVC או סרט ברור) המציע ביצועים נמוכים מאוד (F2D)

אלקטרוניקה ותצוגה גמישה

אלקטרוניקה אורגנית, כולל תצוגות OLED, תאים פוטו-וולטאיים, וחיישנים גמישים, רגישים מאוד לחות.אפילו עקבות כמויות של מים vapor יכול לגרום חמצון של אלקטרודות והשפלה של שכבות ⁇ , המוביל כתמים שחורים או כישלון. סרטי גדר עבור יישומים אלה חייב להשיג WVTR מתחת 10-4 g / m2 יום - הזמנות של גודל נמוך יותר מאשר מזון זה מושגת עם שכבות גדולות או אטומיות כגון מחסנים, כגון אטומית (או מחסנים).

מכשירים רפואיים ו-Sterile Packaging

מכשירים רפואיים סטריליים - כולל ערכות ניתוח, שתלים, וכלי אבחון - אריזה מהירה השומרת סטריליות תוך מתן תהליכים סטריליזציה (למשל, תחמוצת שתן, קרינה, קיטור) (a spunboned high-density פוליאתילן) משמש בדרך כלל כמכשול מיקרוביאלי נשימה, אבל כמה מכשירים גם צריך הגנה על סוללות (כפולת חום ארוך, כמו גם אלומיניום, או אלומיניום, כמו גם כן, כמו גם כן, חסימת חום ארוך, או אלומיניום, או אלומיניום, הוא לא משמש.

בדיקות ומדיעה של ביצועי גדר Moisture

קביעת יעילותו של סרט מחסום חיונית להבטחת איכות ולציות רגולטוריות.

Water Vapor Transmission Rate (WVTR)

שיטת הבדיקה הסטנדרטית לגדר לחות היא מבחן גביע ה- gravimetric (ASTM E96) או שיטת חיישן אינפרא אדום רגישה יותר (ASTM F1249 ו- ISO 15106-3) במבחנים אלה, מדגם סרט מוקרן בין לחות ידועה ⁇ (בדרך כלל 90% RH בצד אחד וייבוש בצד השני). כמות המים העוברת באמצעות נמדדת באופן רציונאלי או על ידי חיישן WTR2 דקות יותר מדויק.

שיעור החמצן ושחיתות

עבור יישומים רבים, לחות וחסומי חמצן הם קריטיים. OTR נמדד באמצעות עקרונות דומים (ASTM D3985), בעוד לחות וחסומי חמצן הם לעתים קרובות מתואמות פולימרים שאינם היגרוסקופיים (למשל, שניהם לשפר עם התגבשות מוגברת), פולימרים הידרופיליים כמו EVOH יכולים להיות מחסום חמצן מעולה גם כאשר לחות היא נפגעת.

תחזיות של Aging and Shelf Lifeחיזוי

כדי לחזות ביצועים ארוכי טווח, סרטים נתונים לטמפרטורה גבוהה ולחות בתאי ההזדקנות המואצים.משוואה Arrhenius משמשת להורדת אחוזי ההשפלה לתנאים נוחים.עם זאת, יש לקחת טיפול כדי להימנע מעל טמפרטורת המעבר הזכוכית של פולימר המכשול, אשר ישנה את תכונותיו הטבוליות.הפרוטוקול בדיקות מסייעות גם לזהות מצבי כישלונות פוטנציאליים, כגון דלמינציה או סדק, אשר עלולים להופיע לא נורמלי במשך חודשים רבים.

מגמות עתידיות וקיימות ב-Purney Films

תעשיית האריזה נמצאת תחת לחץ גובר להפחית את הפסולת והמעבר הפלסטיים לפתרונות הניתנים למחזור או לייצוגיים תוך שמירה – או אפילו שיפור – ביצועים חמורים.

גדרות ביו-דגרדות ופוסט-מכובדות

חומרים כמו PLA, PHAs, ו cellophane כבר מותאם עבור יישומי מחסום לחות אבל לעתים קרובות ליפול קצר הביצועים של פולימרים קונבנציונליים. חוקרים לחקור תערובת עם שעווה טבעית (למשל, beeswax, שעווה carnauba) כמו ציפויים כדי לשפר את עמידות מים. גישה רב שכבתית באמצעות חומר מגובש עם ציפוי דק יכול להשיג Wgrad מקובל בעוד עמידה בתנאי אחסון אופייניים אלה.

חסמים פעילים וחכמים

אריזה פעילה משלבת desiccants, מתפתל חמצן, או מחוונים לחות ישירות לתוך מבנה הסרט.לדוגמה, סרט המכיל שכבת desiccant יכול להסיר באופן פעיל לחות מן המרחב הראשי, מחלחל למחסום פחות מגבר.מחץ חכם להשתמש באינדיקטורים שמשנים צבע אם הסרט הוא נפגע, התראה לצרכנים או בקרת איכות כוח אדם.

NANOטכנולוגיה ו-King Advances

סגסוגת שכבת אטומית (ALD) וטכניקות של שכבת מולקולרית (MLD) מאפשרות יישום של ציפוי אולטרה-תאי לא אורגני (למשל, אל2O3, SiO2) על סרטים פולימרים, השגת ערכי WVTR מתחת 10-5 g/m2day , ציפויים אלה הם רק ננומטרים, שמירה על גמישות ושקיפות תוך מתן מחסום לחות יעיל מאוד.

המדע מאחורי סרטי מחסום ממשיך להתפתח, מונע על ידי ההקצאות הכפולות של הגנת המוצר ואחריות סביבתית.על ידי הבנת המנגנונים המולקולריים של תחבורה לחות, בחירת בקפידה וחומרים עיבוד, ובדיקה קפדנית של ביצועים, מהנדסים ומדענים יכולים ליצור פתרונות מחסום שמגנים על מוצרים רגישים תוך כדי מעבר למערכת אקולוגית בת קיימא יותר.