不同储粮薄膜性能探讨*

陈 越

(浙江省粮食物资干部学校 310012)

在粮食储藏过程中，为了保证粮食品质安全，大多会采用药剂熏蒸或气调等储粮技术，来抑制甚至杀灭储粮害虫以及有害微生物。实施粮食熏蒸或气调储粮，粮堆气密性的好坏是关键[1]。为满足粮堆的气密性要求，我们往往会根据粮仓的气密性，采用塑料薄膜对粮堆进行粮面或五面甚至六面覆盖[2]。而不同的塑料薄膜由于其材料、厚度、强度等机械性能、阻隔性能不同，覆盖后粮堆的气密性就不同，粮堆熏蒸或气调气体达到或维持有效浓度的时间就不同，也就是说，排除其他一些因素后，储粮覆盖用膜是影响粮食熏蒸或气调储粮粮堆气体达到或维持有效浓度时间长短，影响粮食熏蒸或气调储粮的关键因素[3]。本试验对不同材质及厚度的储粮薄膜进行阻隔性能与机械性能试验，并对试验数据进行对比分析，为粮食仓储企业选择使用更加实用和有效的储粮试膜提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 样品 选择5种粮食仓储企业普遍使用的储粮薄膜作为供试样品，具体情况见表1。

表1 样品信息

1.1.2 仪器 W-B-121E水蒸气透过率测试仪：广州生产；GDP-C气体透过率测试仪：德国生产；RGM-3005电子万能试验机：深圳生产；HSG-C热封仪：德国生产；Q-2000差示扫描量热仪：美国生产；Nicolet In10/IZ 10傅里叶红外光谱仪：美国生产。

1.2 方法

1.2.1 红外鉴别 采用衰减全反射(ATR)法。取表面清洁平整的样品适量，将其紧压在ATR附件所使用的晶片上，通过反射直接绘制光谱。

1.2.2 差示量热扫描 取样品约2 mg～5 mg，精密称定，起始温度为40℃，以10℃/min的升温速率升温至170℃，以10℃/min的降温速率降温至40℃，再以10℃/min的升温速率升温至170℃。

1.2.3 气体透过量 采用压差法。选取无皱褶、折痕、针孔及其他缺陷的样品置于试验台上，以真空油脂密封。开启排气阀，低压室抽真空直至27 kPa以下，脱气结束后打开试验气瓶和气源开关向高压室充试验气体，气流量100 mL/min，高压室气体压力应在0.1 MPa～0.11 MPa范围内，关闭排气阀，开始透气实验。当相同时间间隔内压差变化保持恒定，达到稳定透过气体量试验结束。

1.2.4 水蒸气透过量 采用杯式法。选取厚度均匀无皱褶、折痕、针孔及其他缺陷的样品覆盖在盛有干燥剂的透湿杯上，密封。在温度38℃±0.5℃，相对湿度90%±2%环境下平衡，并固定间隔时间称重，直至前后两次质量增量相差不大于5%时结束试验。

1.2.5 热合强度 将样品在热封仪上进行热合，从热合中间部位截取15.0 mm±0.1 mm宽的试样。取试样一热和部位为中心，打开呈180°两端夹在试验机的两个夹具上，试验速度为300 mm/min±20 mm/min。

1.2.6 拉伸强度 取样品平整部位，用哑铃形冲刀冲制。冲制后试样两端夹在试验机的两个夹具上，试验速度为300 mm/min±20 mm/min。

L2—总长120；L1—夹具间初始距离86±5；L0—标线间距离40±0.5；d—厚度；R—大半径25±2；r—小半径14±1；b—平行部分宽度10±5；b1—端部宽度25±0.5

2 结果与分析

2.1 不同材料的红外鉴别结果

根据红外鉴别结果显示，除聚氯乙烯膜外，其余样品均显示聚乙烯特征图谱，红外鉴别特异性不强。因此对1～4号样品进行DSC扫描，并选用USP聚乙烯标准品作为对照，结果见图2。可以发现红外图谱相同的四个样品得到不同的DSC曲线，这是由于样品采用了不同的催化方式、不同结构或不同粒料。样品3显示两个熔峰考虑其应为两种以上不同粒料的聚乙烯共挤而成。

图2 1～4号样品进行DSC扫描结果

2.2 阻隔性能的比较

气调膜的阻隔性能是影响气调储粮的关键因素[4]。表2、表3为气体阻隔性能测定结果，可以看出相同种类的膜材，厚度增加其阻隔性能增加，而不同种类间比较以样品3对氧气及氮气的透过率最小，阻隔性能更佳。表4为水蒸气阻隔性能的比较，可见除样品5外，测定结果接近，其原因是样品1～样品4均为聚乙烯材料，是非极性分子塑料，水蒸气渗透系数相近，而样品5为聚氯乙烯，是极性分子塑料，其水蒸气渗透系数较高[5]。

表2 氮气透过量

表3 氧气透过量

表4 水蒸气透过量

2.3 机械性能的比较

气调膜在使用过程中需要拼接补洞，并且必要时保管人员需入仓检查，因此需分别考察样品的热合强度及拉伸强度，结果见表5。拉伸强度按下式计算：

①

式中：σ——拉伸强度，MPa；

P——最大负荷、断裂负荷，N；

b——试样宽度，mm；

d——试样厚度，mm；

从式①所知，拉伸强度为单位横截面积所承受的最大力，与断裂时负荷呈正相关，与试样厚度呈负相关(试样冲制规格固定，宽度不变)。

由表5可以发现，5种样品热合强度接近；拉伸强度最大为样品1，这是由于样品1厚度最小，最小为样品3，其原因是样品3为不同种类聚乙烯共挤而成，在拉伸过程中不同时间断裂造成的。

表5 机械性能

3 结论

不同厚度对膜材的阻隔性能及机械性能均有影响。同种类膜的厚度增加，气体透过量下降，粮食熏蒸或气调储粮粮堆内更容易达到气体有效浓度且维持的时间增长，水蒸气透过量下降，粮食水分受影响减小，同时其机械性能增强。但膜厚度过厚会影响覆盖时的密封操作，因此为达到较好的储粮效果，相同材质的膜一般在合理范围内尽量选择较厚的薄膜。

通过试验结果得出，五层共挤茂金属聚乙烯在阻隔性能方面更好，这是由于其是采用不同类型的聚乙烯共挤而成，改善了它的物理性能。而单层茂金属聚乙烯较普通聚乙烯膜优化主要是在力学性能上，阻隔性能优势并不明显；聚氯乙烯膜在气体阻隔性能上与聚乙烯膜相近，但聚氯乙烯分子中含有极性键容易融合吸收水蒸气，故在此次试验样品中其综合阻隔能力较差。

综上所述，在上述常用储粮薄膜中综合考虑，以五层共挤茂金属聚乙烯最佳。另外在本次样品中，也发现样品材质与厂商所述不对应的情况，应注意加强样品入库检验；同时储粮用膜非一次性使用产品，在日常保管时也要注意收纳时保持其平整，折痕会影响其阻隔及机械性能。