不同儲(chǔ)糧薄膜性能探討*

陳 越

(浙江省糧食物資干部學(xué)校 310012)

在糧食儲(chǔ)藏過程中，為了保證糧食品質(zhì)安全，大多會(huì)采用藥劑熏蒸或氣調(diào)等儲(chǔ)糧技術(shù)，來抑制甚至殺滅儲(chǔ)糧害蟲以及有害微生物。實(shí)施糧食熏蒸或氣調(diào)儲(chǔ)糧，糧堆氣密性的好壞是關(guān)鍵[1]。為滿足糧堆的氣密性要求，我們往往會(huì)根據(jù)糧倉的氣密性，采用塑料薄膜對(duì)糧堆進(jìn)行糧面或五面甚至六面覆蓋[2]。而不同的塑料薄膜由于其材料、厚度、強(qiáng)度等機(jī)械性能、阻隔性能不同，覆蓋后糧堆的氣密性就不同，糧堆熏蒸或氣調(diào)氣體達(dá)到或維持有效濃度的時(shí)間就不同，也就是說，排除其他一些因素后，儲(chǔ)糧覆蓋用膜是影響糧食熏蒸或氣調(diào)儲(chǔ)糧糧堆氣體達(dá)到或維持有效濃度時(shí)間長(zhǎng)短，影響糧食熏蒸或氣調(diào)儲(chǔ)糧的關(guān)鍵因素[3]。本試驗(yàn)對(duì)不同材質(zhì)及厚度的儲(chǔ)糧薄膜進(jìn)行阻隔性能與機(jī)械性能試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，為糧食倉儲(chǔ)企業(yè)選擇使用更加實(shí)用和有效的儲(chǔ)糧試膜提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣品 選擇5種糧食倉儲(chǔ)企業(yè)普遍使用的儲(chǔ)糧薄膜作為供試樣品，具體情況見表1。

表1 樣品信息

1.1.2 儀器 W-B-121E水蒸氣透過率測(cè)試儀：廣州生產(chǎn)；GDP-C氣體透過率測(cè)試儀：德國(guó)生產(chǎn)；RGM-3005電子萬能試驗(yàn)機(jī)：深圳生產(chǎn)；HSG-C熱封儀：德國(guó)生產(chǎn)；Q-2000差示掃描量熱儀：美國(guó)生產(chǎn)；Nicolet In10/IZ 10傅里葉紅外光譜儀：美國(guó)生產(chǎn)。

1.2 方法

1.2.1 紅外鑒別 采用衰減全反射(ATR)法。取表面清潔平整的樣品適量，將其緊壓在ATR附件所使用的晶片上，通過反射直接繪制光譜。

1.2.2 差示量熱掃描 取樣品約2 mg～5 mg，精密稱定，起始溫度為40℃，以10℃/min的升溫速率升溫至170℃，以10℃/min的降溫速率降溫至40℃，再以10℃/min的升溫速率升溫至170℃。

1.2.3 氣體透過量 采用壓差法。選取無皺褶、折痕、針孔及其他缺陷的樣品置于試驗(yàn)臺(tái)上，以真空油脂密封。開啟排氣閥，低壓室抽真空直至27 kPa以下，脫氣結(jié)束后打開試驗(yàn)氣瓶和氣源開關(guān)向高壓室充試驗(yàn)氣體，氣流量100 mL/min，高壓室氣體壓力應(yīng)在0.1 MPa～0.11 MPa范圍內(nèi)，關(guān)閉排氣閥，開始透氣實(shí)驗(yàn)。當(dāng)相同時(shí)間間隔內(nèi)壓差變化保持恒定，達(dá)到穩(wěn)定透過氣體量試驗(yàn)結(jié)束。

1.2.4 水蒸氣透過量 采用杯式法。選取厚度均勻無皺褶、折痕、針孔及其他缺陷的樣品覆蓋在盛有干燥劑的透濕杯上，密封。在溫度38℃±0.5℃，相對(duì)濕度90%±2%環(huán)境下平衡，并固定間隔時(shí)間稱重，直至前后兩次質(zhì)量增量相差不大于5%時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。

1.2.5 熱合強(qiáng)度 將樣品在熱封儀上進(jìn)行熱合，從熱合中間部位截取15.0 mm±0.1 mm寬的試樣。取試樣一熱和部位為中心，打開呈180°兩端夾在試驗(yàn)機(jī)的兩個(gè)夾具上，試驗(yàn)速度為300 mm/min±20 mm/min。

1.2.6 拉伸強(qiáng)度 取樣品平整部位，用啞鈴形沖刀沖制。沖制后試樣兩端夾在試驗(yàn)機(jī)的兩個(gè)夾具上，試驗(yàn)速度為300 mm/min±20 mm/min。

L2—總長(zhǎng)120；L1—夾具間初始距離86±5；L0—標(biāo)線間距離40±0.5；d—厚度；R—大半徑25±2；r—小半徑14±1；b—平行部分寬度10±5；b1—端部寬度25±0.5

2 結(jié)果與分析

2.1 不同材料的紅外鑒別結(jié)果

根據(jù)紅外鑒別結(jié)果顯示，除聚氯乙烯膜外，其余樣品均顯示聚乙烯特征圖譜，紅外鑒別特異性不強(qiáng)。因此對(duì)1～4號(hào)樣品進(jìn)行DSC掃描，并選用USP聚乙烯標(biāo)準(zhǔn)品作為對(duì)照，結(jié)果見圖2。可以發(fā)現(xiàn)紅外圖譜相同的四個(gè)樣品得到不同的DSC曲線，這是由于樣品采用了不同的催化方式、不同結(jié)構(gòu)或不同粒料。樣品3顯示兩個(gè)熔峰考慮其應(yīng)為兩種以上不同粒料的聚乙烯共擠而成。

圖2 1～4號(hào)樣品進(jìn)行DSC掃描結(jié)果

2.2 阻隔性能的比較

氣調(diào)膜的阻隔性能是影響氣調(diào)儲(chǔ)糧的關(guān)鍵因素[4]。表2、表3為氣體阻隔性能測(cè)定結(jié)果，可以看出相同種類的膜材，厚度增加其阻隔性能增加，而不同種類間比較以樣品3對(duì)氧氣及氮?dú)獾耐高^率最小，阻隔性能更佳。表4為水蒸氣阻隔性能的比較，可見除樣品5外，測(cè)定結(jié)果接近，其原因是樣品1～樣品4均為聚乙烯材料，是非極性分子塑料，水蒸氣滲透系數(shù)相近，而樣品5為聚氯乙烯，是極性分子塑料，其水蒸氣滲透系數(shù)較高[5]。

表2 氮?dú)馔高^量

表3 氧氣透過量

表4 水蒸氣透過量

2.3 機(jī)械性能的比較

氣調(diào)膜在使用過程中需要拼接補(bǔ)洞，并且必要時(shí)保管人員需入倉檢查，因此需分別考察樣品的熱合強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度，結(jié)果見表5。拉伸強(qiáng)度按下式計(jì)算：

①

式中：σ——拉伸強(qiáng)度，MPa；

P——最大負(fù)荷、斷裂負(fù)荷，N；

b——試樣寬度，mm；

d——試樣厚度，mm；

從式①所知，拉伸強(qiáng)度為單位橫截面積所承受的最大力，與斷裂時(shí)負(fù)荷呈正相關(guān)，與試樣厚度呈負(fù)相關(guān)(試樣沖制規(guī)格固定，寬度不變)。

由表5可以發(fā)現(xiàn)，5種樣品熱合強(qiáng)度接近；拉伸強(qiáng)度最大為樣品1，這是由于樣品1厚度最小，最小為樣品3，其原因是樣品3為不同種類聚乙烯共擠而成，在拉伸過程中不同時(shí)間斷裂造成的。

表5 機(jī)械性能

3 結(jié)論

不同厚度對(duì)膜材的阻隔性能及機(jī)械性能均有影響。同種類膜的厚度增加，氣體透過量下降，糧食熏蒸或氣調(diào)儲(chǔ)糧糧堆內(nèi)更容易達(dá)到氣體有效濃度且維持的時(shí)間增長(zhǎng)，水蒸氣透過量下降，糧食水分受影響減小，同時(shí)其機(jī)械性能增強(qiáng)。但膜厚度過厚會(huì)影響覆蓋時(shí)的密封操作，因此為達(dá)到較好的儲(chǔ)糧效果，相同材質(zhì)的膜一般在合理范圍內(nèi)盡量選擇較厚的薄膜。

通過試驗(yàn)結(jié)果得出，五層共擠茂金屬聚乙烯在阻隔性能方面更好，這是由于其是采用不同類型的聚乙烯共擠而成，改善了它的物理性能。而單層茂金屬聚乙烯較普通聚乙烯膜優(yōu)化主要是在力學(xué)性能上，阻隔性能優(yōu)勢(shì)并不明顯；聚氯乙烯膜在氣體阻隔性能上與聚乙烯膜相近，但聚氯乙烯分子中含有極性鍵容易融合吸收水蒸氣，故在此次試驗(yàn)樣品中其綜合阻隔能力較差。

綜上所述，在上述常用儲(chǔ)糧薄膜中綜合考慮，以五層共擠茂金屬聚乙烯最佳。另外在本次樣品中，也發(fā)現(xiàn)樣品材質(zhì)與廠商所述不對(duì)應(yīng)的情況，應(yīng)注意加強(qiáng)樣品入庫檢驗(yàn)；同時(shí)儲(chǔ)糧用膜非一次性使用產(chǎn)品，在日常保管時(shí)也要注意收納時(shí)保持其平整，折痕會(huì)影響其阻隔及機(jī)械性能。