滲透率的測量

阻隔塗層：滲透率的測量

通常而言，氣體對薄膜的滲透性在一種設備中確定，該設備在薄膜的一側保持有氣壓的大氣，在另一側首先建立真空。真空一側的壓力增加率用於計算氣體滲透率。滲透率的單位通常是擴散氣體的體積 (單位為立方釐米) 乘以薄膜厚度 (單位為密耳) /天/100 平方英寸/大氣壓。精密的儀器可以測量涉及氣體混合物時必要的特定氣體分子擴散。需要測量氣體混合物的一個例子是透氣性對水分敏感的薄膜，因此必須改變相對濕度以量化影響。這些儀器還可以在非常低的壓力下檢測氣體濃度，這對於在實用期間內測量高阻隔性薄膜的滲透率至關重要。

阻隔塗層：分子通過聚合物的滲透性

對於將滲透塑膠薄膜的氧或氧化氫等小分子而言，必須可以溶於塑膠薄膜，且必須能夠通過薄膜擴散。在非晶薄膜中，很容易將在只是鬆散糾纏的分子或分子束之間的空間找到佔據位置的小分子視覺化。為了發生擴散，擴散分子必須能夠從一個位置移動到另一個位置。如果有聚合物鏈或鏈束阻礙，則分子必須等到聚合物鏈的自然振動打開一個孔為止。對於相對柔韌的聚合物分子，一部分聚合物鏈的運動很容易被聚合物鏈的其餘部分所吸收，開孔相當容易。總結起來，小分子通過非晶聚合物的擴散速率通常很高，這類聚合物的阻隔性很差。將這些聚合物做得硬挺和體積大時 (例如：含有大芳香族單元的聚芳酯)，阻隔性顯著增加。

由於任何降低聚合物系統遷移率的機制都會降低小分子的擴散速率，由此得出結論，結晶度是產生對小分子高阻隔性的有效方法。聚合物微晶如此緻密有序，以至於小分子都無法在其中溶解，也無法擴散通過。因此，具有完全結晶結構的聚合物將是理想的屏障。但是，此類結構實際上無法實現，由於下文將要探討的原因，也不會產生經濟上有用的塗層。因此，所有真正的結晶聚合物均含有使結構具有滲透性的非晶或無序區域。總之，對於這些聚合物，阻隔性的水準取決於結晶度水準。

阻隔塗層：結晶聚合物

除結晶度外，影響阻氣性的另一個主要因素是影響分子內鍵合、包裝效率和剛度的聚合物分子特定的化學結構。這些因素不僅影響結晶度，而且還控制通過非晶或更無序的區域的滲透率。

在此比較中，起作用的關鍵力量是氫鍵，氫鍵大大增加了尼龍的分子間吸引力。

結晶度和化學結構的良好組合僅發生在少數結晶聚合物中，以產生真正高的阻隔性。

就前三種阻隔聚合物而言，引起高阻隔性的相同因素也會導致熔點很高，以至於在熔化之前就發生熱降解。因此，必須在聚合過程中通過將其他單體引入這些聚合物鏈來降低結晶度。