渗透是气体和蒸气通过瓶壁等阻隔层的运动。它由渗透物的浓度梯度驱动,总是从高浓度侧向低浓度侧移动。
Fig 1. Permeation a Natural Process
例如,假设有一瓶碳酸软饮料(图 1)。产品内的 CO2 浓度约为 4 atm(刚装好时),而环境中的 CO2 浓度低于空气中的 0.5%。因此,CO2 会从瓶内向瓶外渗透。同样,室内空气中的氧气也会从瓶外向瓶内渗透。虽然渗透过程是看不见的,但它可以通过 CO2 浓度随时间的损失来检测。或者,您可以尝尝软饮料的味道。味道平淡表明 CO2 损失,这也会导致其质量或保质期受到损害。
Fig 2. Solution-Diffusion Mechanism
渗透机理有三个步骤(图 2):
- 渗透分子被表面(高浓度侧)吸附
- 渗透分子透过或扩散到阻隔材料中
- 渗透分子从另一侧(低浓度侧)脱附挥发出来
因此,渗透率与溶解系数(S)和扩散系数(D)有关,数学公式如下:

P = 渗透系数
D = 扩散系数
S = 溶解系数
q = 单位面积传递的渗透量,A 在 t 时间内是材料的厚度,Δp 是分压差。
在实际应用中,透过率(TR)是用于描述气体通过聚合物的“通量”的最常用参数。这也是最有意义的,因为许多聚合物都是多层或是有涂层的。氧气、水蒸气、二氧化碳等的“净通量”对产品的保质期很重要。
渗透率和透过率的单位如下:

上述等式表明,渗透速率是按厚度和驱动力归一化的透过率。
相关链接: