تقنيات الحجب للمواد ذات الحاجز العالي

مواد عازلة عالية تستخدم لمنع تخلل أو انتقال الغازات والرطوبة والضوء وغيرها من المواد من خلال طبقات التغليف أو الحماية. من أجل تحسين خصائص الحاجز للمواد الحاجزة، فإن الوسائل التقنية المستخدمة بشكل شائع في الوقت الحاضر تشمل بشكل رئيسي ما يلي:

1. مركب متعدد الطبقات

يشير المركب متعدد الطبقات إلى مركب مكون من فيلمين أو عدة أفلام ذات خصائص حاجز مختلفة من خلال عملية معينة. بهذه الطريقة، يجب أن تمر الجزيئات المخترقة عبر عدة طبقات من الأغشية إذا أرادت الوصول إلى داخل العبوة، وهو ما يعادل تمديد مسار التخلل، وبالتالي تحسين أداء الحاجز.

الطريقة عبارة عن فيلم رقيق مركب ذو أداء شامل ممتاز تم إعداده من خلال الجمع بين مزايا الأفلام المختلفة، والعملية بسيطة.

ومع ذلك، بالمقارنة مع المواد ذات الحاجز العالي الجوهرية، فإن الفيلم المحضر بهذه الطريقة يكون أكثر سمكًا، وعرضة لمشاكل مثل فقاعات الهواء أو التشقق والتجاعيد التي تؤثر على أداء الحاجز، ومتطلبات المعدات معقدة نسبيًا والتكلفة مرتفعة.

2. طلاء السطح

الطلاء السطحي هو استخدام ترسيب البخار الفيزيائي (PVD)، ترسيب البخار الكيميائي (CVD)، ترسيب الطبقة الذرية (ALD)، ترسيب الطبقة الجزيئية (MLD)، التجميع الذاتي طبقة تلو الأخرى (LBL) أو ترسيب الاخرق المغنطروني في البلمرة يتم ترسيب المواد مثل أكاسيد المعادن أو النتريدات على سطح الفيلم لتشكيل طبقة كثيفة ذات خصائص حاجز ممتازة على سطح الفيلم.

ومع ذلك، فإن هذه الطرق بها مشاكل مثل العملية التي تستغرق وقتًا طويلاً، والمعدات باهظة الثمن والعملية المعقدة، وقد يكون للطلاء عيوب مثل الثقوب والشقوق أثناء الخدمة.

3. المركبات النانوية

المركبات النانوية هي مركبات نانوية يتم تحضيرها بواسطة طريقة الإقحام المركب، أو طريقة البلمرة في الموقع أو طريقة سول جل باستخدام جسيمات نانوية غير منفذة وشبيهة بالصفائح مع نسبة عرض إلى ارتفاع كبيرة. لا تؤدي إضافة الجسيمات النانوية المتقشرة إلى تقليل جزء حجم مصفوفة البوليمر في النظام لتقليل قابلية ذوبان جزيئات التخلل فحسب، بل يمكنها أيضًا إطالة مسار تخلل جزيئات التخلل، وتقليل معدل انتشار جزيئات التخلل، وتحسين خصائص الحاجز.

4. تعديل السطح

نظرًا لأن سطح البوليمر غالبًا ما يكون على اتصال بالبيئة الخارجية، فمن السهل التأثير على امتصاص السطح وخصائص الحاجز وطباعة البوليمر.

من أجل جعل البوليمرات تستخدم بشكل أفضل في الحياة اليومية، عادة ما تتم معالجة سطح البوليمرات. تشمل بشكل رئيسي: المعالجة الكيميائية السطحية، وتعديل الكسب غير المشروع السطحي، والمعالجة السطحية بالبلازما.

هذا النوع من الأساليب سهل تلبية المتطلبات الفنية، والمعدات بسيطة نسبيًا، وتكلفة الاستثمار لمرة واحدة منخفضة، ولكنها لا تستطيع تحقيق نتائج مستقرة على المدى الطويل. بمجرد تلف السطح، سوف يتأثر أداء الحاجز بشكل خطير.

5. تمتد في اتجاهين

من خلال التمدد ثنائي المحور، يمكن توجيه فيلم البوليمر في كلا الاتجاهين الرأسي والأفقي، بحيث يتم تحسين ترتيب ترتيب السلسلة الجزيئية، وتكون التعبئة أكثر إحكامًا، بحيث يصعب على الجزيئات الصغيرة المرور من خلالها، وبالتالي تحسين أداء الحاجز. عملية تحضير فيلم البوليمر النموذجي عالي الحاجز معقدة، ومن الصعب تحسين أداء الحاجز بشكل ملحوظ.

6. إضافات حاجز الغاز

يمكن تعديل المواد ذات الحاجز العالي عن طريق دمج إضافات حاجز الغاز في مصفوفة البوليمر. يمكن لهذه الإضافات، مثل طين المونتموريلونيت، أو السيليكا، أو الطين النانوي، أن تعزز خصائص حاجز المادة عن طريق تقليل انتشار الغازات عبر مصفوفة البوليمر.

تجدر الإشارة إلى أن اختيار تقنية الحجب يعتمد على المتطلبات المحددة للتطبيق وخصائص الحاجز المطلوبة. يمكن استخدام مجموعات مختلفة من هذه التقنيات لتحقيق المستوى المطلوب من أداء الحاجز لحالة استخدام معينة.

مقدمة موجزة للمواد الحاجزة عالية

المواد ذات الحاجز العالي هي مواد متخصصة أو مجموعات من المواد التي تمتلك مقاومة استثنائية لنفاذ أو نقل الغازات والرطوبة والضوء والروائح وغيرها من المواد. تم تصميم هذه المواد خصيصًا لتوفير حاجز قوي ضد العوامل الخارجية التي يمكن أن تؤثر على جودة المنتجات المختلفة أو استقرارها أو مدة صلاحيتها.

الغرض الأساسي من المواد عالية الحاجز هو منع دخول أو خروج عناصر محددة يمكن أن تؤثر سلبًا على سلامة البضائع المعبأة أو نضارتها أو وظائفها. يتم استخدامها بشكل شائع في تطبيقات التعبئة والتغليف عبر الصناعات مثل الأغذية والمشروبات والأدوية والإلكترونيات والمواد الكيميائية.

توفر المواد ذات الحاجز العالي الحماية ضد العوامل البيئية المختلفة، بما في ذلك الأكسجين وبخار الرطوبة والأشعة فوق البنفسجية والرائحة وفقدان النكهة. ومن خلال إعاقة مرور هذه العوامل الضارة، فإنها تساعد في الحفاظ على جودة المنتجات المعبأة وسلامتها ومدة صلاحيتها.

يمتلك كل نوع من المواد عالية الحاجز خصائص وخصائص فريدة تجعله مناسبًا لتطبيقات محددة. على سبيل المثال، أفلام البوليمر مثل البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، البولي ايثيلين (PE)، مادة البولي بروبيلين (PP)، وكلوريد البولي فينيلدين (PVDC) يُظهر خصائص حاجز ممتازة ضد الغازات والرطوبة.