| 摘要 |
本文詳細介紹了對包裝材料進行非常規溫度下阻隔性檢測的必要性與檢測方法，同時介紹了蘭光超高低溫實驗室的功能與服務項目。 |
| 關鍵詞
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非常規溫度,阻隔性,透氧量,檢測
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當前，材料的阻隔性測試正在塑料薄膜生產、使用行業中快速推廣，然而隨著測試的普及和測試精度的提高，一些測試細節逐漸受到關注，其中最突出的就是溫度變化對於材料阻隔性的影響。需要特別明確的一點是並非是溫度變化給測試過程和檢測結果帶來了影響，而是材料的阻隔性在不同的溫度點是不同的。
1. 檢測需求
溫度不但會對材料的結構產生影響，同時也會影響滲透質，這就決定了材料阻隔性受溫度影響的差異性，即對於不同的材料，受溫度影響所表現出來的變化趨勢並不一致。對此，我們曾經在0℃~70℃條件下進行過大量氧氣滲透性試驗，從圖1中的數據曲線可以看出同種試樣在不同的溫度段阻隔性變化的比率是不相同的，而不同的試樣在同一溫度段中的阻隔性變化比率也不相同。
圖1. 溫度對材料透氧量的影響
長期試驗證明無機氣體的滲透系數、擴散系數、溶解度系數與溫度的關系均服從Arrhenius方程，隨著溫度的昇高，滲透系數、擴散系數、溶解度系數都會出現變化。包裝材料的實際使用溫度與檢測溫度不一致的情況是普遍存在的，因此包裝設計無論是在材料選擇還是結構設計上都很有可能與預期的阻隔性有一段差距，這些情況的出現不但會降低包裝的品質，同時也會給企業帶來嚴重的經濟損失和形象損失。
2. 非常規溫度下的阻隔性測試
實際上對於不同的試樣，即使材質相同，使用的添加劑種類及用量也很難完全一致，所以不能期待它們在阻隔性方面的表現會完全一致，而借鑒其它材料在特定溫度點的阻隔性數據進行推斷更是不可行的，因此需要對研究材料進行實際檢測。很多材料的實際使用溫度並不在實驗室常規溫度以及設備可控的溫度范圍之內，例如冷藏、高溫消毒等溫度，我們將這些溫度稱為非常規溫度。當然，如果能在實際使用溫度環境中進行材料的阻隔性檢測則一切問題都會迎刃而解，然而這種做法的實際難度很大。
首先，成本很高。視產品制造、銷售地區的不同，全球各地在包裝材料的實際使用溫度上存在非常大的差異，而且與產品的銷售范圍、銷售目的以及銷售周期有關。可見，要實際制造這樣的設備就需要同時考慮高溫檢測和低溫檢測兩類，成本會出現巨幅增加（包括設備的制造成本以及試驗損耗的能源）。
其次，進行非常規溫度下的測試，其試驗效率要低於常溫試驗，不但因為非常規溫度試驗設備的結構要比常溫試驗復雜多，同時還是要考慮到操作人員的可操作性，因此必要的冷卻時間或者昇溫時間是不能忽略的。
第三，操作方便性欠佳，由於非常規溫度往往是操作者無法承受的，因此無論是什麼操作，只要接觸到非常規溫度領域，都需要先使溫度恢復到常溫纔能進行。
由於市場對獲得材料在非常規溫度下的阻隔性參數的需求增長迅速，Labthink研發阻隔性數據擬合應用技術（Data Curve Fitting in Permeation，簡稱DCFP）來解決這些難題。DCFP技術是以Fick定律、Henry定律、Arrhenius方程等重要理論為依據，可通過常規條件下不同溫度點的阻隔性數據輕松獲得任意溫度下的氣體滲透量、滲透系數、擴散系數以及溶解度系數。通過DCFP技術，可以簡單、方便、經濟地獲得材料在非常規溫度下的材料阻隔性數據，不過由於每種材料都有自己的溫度特性，而不同材料的阻隔性隨溫度變化的程度也不相同，因此DCFP技術目前不適用於復合材料。
3. 超高低溫實驗室
Labthink是國內最先涉足阻隔性測試領域的包裝材料檢測設備制造商，對於溫度對材料阻隔性的影響有著深入的研究，深刻地認識到對於很多選用高阻隔包裝材料完成包裝的產品來講，溫度因素不但成為了決定阻隔性材料選擇正確與否的條件，也成為了影響產品包裝成敗的關鍵。對於在非常規溫度下的材料阻隔性檢測，盡管Labthink研發的DCFP技術在解決單層塑料薄膜的特殊溫度阻隔性測試上表現出極強的優勢，但是隨著多層復合薄膜的大量應用，市場上對於在實際使用溫度下（例如冷藏或者殺菌的溫度）檢測材料的阻隔性仍舊有著很強的需求。
為了更好地研究復合材料阻隔性與溫度之間的聯系、積累豐富的材料檢測數據，並為客戶提供更加專業的材料阻隔性檢測服務，蘭光於2008年初正式建立超高低溫實驗室，主要致力於進行各種非常規溫度下材料阻隔性能的檢測，該實驗室可以准確完成-20℃~150℃范圍內試樣對氧氣、氮氣、二氧化碳、空氣等常見無機氣體的阻隔性檢測，並且可以在檢測無機氣體對材料的滲透系數的同時檢測氣體在材料內的擴散系數以及材料對氣體的溶解度系數。目前該實驗室正與山東省產品質量監督檢驗研究院、國家包裝產品質量監督檢驗中心（濟南）合作進行軟包裝材料阻隔性數據擬合分析應用技術的研究項目，該項目已在2007年正式被列為國家質檢總局科技項目之一。目前，DCFP技術在10℃~50℃溫度范圍內的數據驗證已經完成，通過實際測試證明擬合數據與在實際溫度下檢測所得的材料阻隔性數據具有極高的一致性，而-20℃~150℃溫度范圍內的擬合數據驗證試驗正由超高低溫實驗室承擔。與阻隔性實驗室一樣，超高低溫實驗室也提供客戶送樣檢測服務，同時積累試驗數據，進一步豐富Labthink阻隔性數據庫。
4. 總結
合理使用阻隔性材料進行產品包裝能有效延長產品的保質期和保存質量，然而隨著阻隔性材料的廣泛應用，溫度已經成為影響阻隔性材料選擇的重要因素。超高低溫實驗室的建立是基於當前對溫度問題的普遍關注，通過我們專業的阻隔性檢測服務可以為不同使用溫度下包裝材料的選擇應用以及包裝結構的合理設計提供最有效的建議和幫助。