DOI: 10.1016/j.fpsl.2022.100895

如果可以获得所需的阻隔性能，纸基包装有望取代许多塑料基系统。水性阻隔涂层能够产生良好的阻隔层，但其性能往往不如预期。近期的研究表明，当这些涂层应用于含纤维素纳米纤维层的纸张时，性能会有所提高。在此，给具有纤维素纳米纤维层的纸张涂上不同涂层重量的阻隔涂层，作为单层、双层和在热压机中压制在一起的单层，以产生具有良好阻隔性能的包装系统。双层样品的水分传输率为单层系统值的40-70%。令人惊讶的是，与单层系统相比，两个干燥层的热压没有显示出任何优势。在配方中添加阻隔颜料进一步改善了性能，其水蒸气透过率也遵循相同的趋势。采用缺陷层扩散的三维模型对该结果进行了解释。总体而言，这项工作为生产具有良好氧气和水蒸气阻隔性能的纸基包装提供了一条潜在途径。

图1.有限元模型的基本几何边界条件表示。

图2.具有半径为200nm的孔缺陷的两个阻隔层的网格（左）和浓度分布（右），其中缺陷接近连接（顶部）或广泛分离（底部）。红色和蓝色分别代表高、低水浓度。该模型也仅在一层有缺陷的情况下运行。

图3.产生分层结构的三种方法。DS每一侧都是单层的。DL为两层，湿涂在每侧的干燥层上。DF为两个单层样品的热压。

图4.聚合物A的WVTR（水蒸气透过率）。仅双面单层涂层（DS），层压两个单层薄膜（DF），每侧双层（DL）。

图5.聚合物B的WVTR。双面单层涂层（DS），层压两个单层薄膜（DF），每侧双层（DL）。

图6.聚合物C的WVTR。双面单层涂层（DS），层压两个单层薄膜（DF），每侧双层涂层（DL）。

图7.聚合物B与10%高岭土的WVTR。双面单层涂层（DS），层压两个单层薄膜（DF），每侧双层（DL）。

图8.通过有限元模型预测缺陷间距对WVTR的影响。

图9.示意图显示（左）将两层涂层湿涂于干层以及（右）层压两个单层薄膜均具有缺陷。