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影響包裝材料阻隔性的主要因素和測試技術(shù)
閱讀：2391 發(fā)布時間：2011-5-23
包裝作為產(chǎn)品安全的*道防線，包裝材料的阻隔性能就是保證產(chǎn)品安全的一個重要手段，它可以保證產(chǎn)品保質(zhì)保鮮,保證預(yù)期的貨架壽命，減少因產(chǎn)品變質(zhì)而引起公眾疾病的危險。
在包裝材料的生產(chǎn)和使用過程中，存在著很多影響材料阻隔性的因素，因此，我們先來看哪些因素影響著材料的阻隔性。
一．影響阻隔性的主要因素：
1．材料自身的影響：
高分子的立體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶程度、鏈取向、親水性、表面性能、添加物、厚度、和多層結(jié)構(gòu)等自身因素都會不同程度地影響材料的阻隔性。
2．外部因素的影響：
- 環(huán)境溫度的影響：溫度每升高1℃，材料的滲透率會增加5~7%
- 環(huán)境濕度的影響：相對濕度會影響含氫鍵的極性高分子, 在高濕度的情況下，象NYLOR、EVOH等材料的透氣率會產(chǎn)生突升。
因此，我們在研究包裝材料的阻隔性能時，就必須要考慮到材料的特性，以及材料終使用的內(nèi)、外部環(huán)境。
二．阻隔性測試的技術(shù)：
1．透氧測試：
等壓---庫侖電量傳感器法，這是美國MOCON公司技術(shù)，MOCON公司以40年的滲透測試的專業(yè)經(jīng)驗，擁有世界上的滲透性測試技術(shù)，以及多種和標(biāo)準(zhǔn)認可，ASTM 和ISO相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都是以MOCON產(chǎn)品為基礎(chǔ)的，目前在*已有3000多臺MOCON設(shè)備，美國*更達到98% 。
1） 等壓---庫侖電量傳感器技術(shù)介紹：
庫侖電量傳感器是*的值傳感器，傳感器中每通過一個氧氣分子，就會釋放出四個電子，氧分子數(shù)量和電子數(shù)量的關(guān)系是線性正比的，傳感器的準(zhǔn)確率非常高，而且不受滲透濃度和傳感器環(huán)境變化影響的。因此，采用這種傳感器的儀器是不需要校準(zhǔn)和標(biāo)定的。
等壓法透氧測試的標(biāo)準(zhǔn)ISO15105-2、ASTM D3985都要求采用庫侖電量傳感器對滲透過來的氧氣進行100%的檢測。目前只有MOCON公司的透氧儀采用了真正的庫侖電量值傳感器，真正符合ISO 10105-2和ASTM D3985標(biāo)準(zhǔn)，其精度、可靠性之高是*的。
而有些設(shè)備制造商采用了一種普通的電化學(xué)法傳感器，為延長傳感器的使用壽命，他們的傳感器外層包覆著一層軟膜，從樣品滲透過來的氧氣中只有一部分能透過這層軟膜，終進入傳感器而產(chǎn)生電信號，這個二次部分滲透違反了標(biāo)準(zhǔn)所要求的100%氧氣檢測，這層軟膜的存在使這個傳感器成為了一個相對值傳感器，需要用不同濃度的氧氣進行校準(zhǔn)。通過ASTM委員會組織的實驗室對比測試數(shù)據(jù)表明，這些非庫侖傳感器的測試準(zhǔn)確性不能滿足ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求，尤其是測量低透過率的材料時，它的測試結(jié)果會出現(xiàn)明顯的偏差。
2）測試腔的溫濕度控制技術(shù)：
材料的滲透性會隨著測試溫度和濕度而發(fā)生變化，MOCON等壓---庫侖電量傳感器法的透氧測試儀可以對測試樣品進行的溫濕度控制。
溫濕度傳感器探測的準(zhǔn)確性是進行控制的前提，MOCON透氧儀中的溫濕度傳感器位置非常接近測試樣品，能真實地反映樣品所處的溫濕度環(huán)境，而且溫濕度傳感器能方便地取出，可以利用干燥劑和飽和鹽溶液進行二點式校準(zhǔn)，以避免傳感器回路的老化漂移。
MOCON所采用的濕度發(fā)生方法是美國標(biāo)準(zhǔn)研究院NIST所推薦的雙壓力法，控制簡便而且穩(wěn)定；某些設(shè)備采用的是雙流量法，類似于冷熱水的雙閥門調(diào)節(jié)，難以穩(wěn)定控制，往往達不到它們聲明的濕度范圍，而且它們的濕度傳感器沒有安裝在樣品旁邊，客戶無從知曉傳感器的準(zhǔn)確性。
3）在環(huán)境溫度中的測試穩(wěn)定性：
由于MOCON所用的庫侖電量傳感器是值傳感器，它的線性關(guān)系不受氧氣濃度和環(huán)境溫度變化的影響。
普通電化學(xué)傳感器（非庫侖電量法）的透氧儀使用的是相對值傳感器，傳感器外層包覆著一層軟膜。由于傳感器位于儀器的機箱中，傳感器溫度會隨環(huán)境溫度而變化，這個軟膜自身的透氧率也會因而變化，這樣傳感器測試精度就很容易受環(huán)境溫度變化的影響。標(biāo)準(zhǔn)實驗室的環(huán)境溫度變化在4℃之間（±2℃），這個微小的溫度變化會給這些相對值傳感器帶來超過0.5cc/m2day的波動，這個波動對高阻隔材料的測試數(shù)據(jù)會產(chǎn)生很大的影響。
4）測試設(shè)備的可溯源性：
MOCON所用的值傳感器不需要校準(zhǔn)，但MOCON公司仍提供可溯源到N.I.S.T.的標(biāo)準(zhǔn)薄膜，給客戶作為一個選擇性的驗證手段，用戶只需要在驗證儀器的時候使用。MOCON提供多種不同數(shù)量級的標(biāo)準(zhǔn)溯源膜，只要這幾個標(biāo)準(zhǔn)膜的測量值在允許誤差范圍之內(nèi)，根據(jù)線性關(guān)系，就能保證儀器處于佳的狀態(tài)，實現(xiàn)全量程上的測試精度。
普通電化學(xué)傳感器（非庫侖電量法）的透氧儀由于使用的是相對值傳感器，所以它們必須要使用標(biāo)準(zhǔn)薄膜進行校準(zhǔn)補償，使用三張標(biāo)準(zhǔn)膜，其實只能對三種氧氣濃度梯度進行校準(zhǔn)，由于是非線性關(guān)系，這三個校準(zhǔn)點的準(zhǔn)確性并不能代表其它點的準(zhǔn)確性，因而不能保證全量程的準(zhǔn)確性。
5）和傳統(tǒng)壓差法的比較：
傳統(tǒng)的壓差法的測試原理相對簡單，只需要對氣壓進行的測量，而且可以測試材料對多種氣體的阻隔性。但是壓差法在其準(zhǔn)確性及應(yīng)用方面，有著較大的局限性。
- 壓差法的測試下限只能達到0.5 cc/m2day，再小的透過率數(shù)據(jù)是不能保證精度的，因而壓差法已經(jīng)不能適用于高阻隔材料的檢測。
- 這個壓差的存在會破壞材料本身的性能結(jié)構(gòu)。
- 壓差法不能測試完整的包裝件。
- 測試的重復(fù)性較差，國內(nèi)外都沒有溯源標(biāo)準(zhǔn)膜的供應(yīng)，只能用原廠的參考膜進行驗證，不同生產(chǎn)商的設(shè)備之間沒有一個統(tǒng)一的參考值。
- 抽真空技術(shù)好壞直接影響到測試準(zhǔn)確性和測試效率。
在高透過的測試范圍里，壓差法可以和等壓法進行相互印證，等壓---庫侖電量傳感器法作為一個更、的測試方法，利用其傳感器的線性關(guān)系來保證了在低透過的測試范圍里的測試精度。
- 等壓法的測試范圍低能達到0.005 cc/m2day，足以準(zhǔn)確地檢測這些高阻隔材料。
- 樣品兩側(cè)氣壓相同，不會破壞材料本身的性能結(jié)構(gòu)。
- 可以測試完整的包裝件或瓶，只需要加裝很小的附件。
- 測試重復(fù)性很好，可以利用追溯美國標(biāo)準(zhǔn)研究院NIST的標(biāo)準(zhǔn)膜來驗證設(shè)備，使得不同實驗室的測試結(jié)果能夠有很好的比對性。
2．透濕測試：
等壓--紅外傳感器法，是目前*的的水蒸氣透過率測試方法，MOCON透濕儀采用了等壓--紅外傳感器法，符合ASTM F1249、ISO 15106-2等多種標(biāo)準(zhǔn)。
1）等壓--紅外傳感器技術(shù)介紹：
它只判別紅外光譜中某些特定波長被水蒸氣吸收的線性比率來判別水蒸氣的濃度，水蒸氣只在管路中隨載氣流動，不經(jīng)過任何處理，不存在其它的干擾因素。紅外傳感器是一種相對值傳感器，需要校準(zhǔn)。
2）采用與透氧儀相同的測試腔溫濕度控制技術(shù)，保證了測試的準(zhǔn)確性。
3）測試設(shè)備的可溯源性：
MOCON公司提供多種可溯源到N.I.S.T.的標(biāo)準(zhǔn)薄膜，可對設(shè)備進行校準(zhǔn)和標(biāo)定。
4）和某些傳統(tǒng)方法的比較：
- 傳統(tǒng)的杯式法，測試精度差，人為因素影響很大，目前ISO已經(jīng)淘汰這種測試方法。而且測試時間長，有時需要幾天，甚幾個月的測試時間。
- 傳統(tǒng)的電解法，需要先用吸濕劑來吸收水蒸氣，再通過電極電解水蒸氣，再根據(jù)電解電流來判斷。這樣對水蒸氣進行了二次處理過程，吸濕劑的效率、電極的損耗都會影響測試的精度，累積誤差大。而且電解槽需要定期再生，費時費力。