包裝材料阻隔性檢測

1、透氣性測試

    透氣性是高聚物最重要的物理性能之一。特別是塑料片材、薄膜、涂層等高聚物制品，對透氣性能有特殊的要求。透氣性能與耐老化性能有密切關系，也與高分子結構有關，因而測定透氣性具有重要的理論意義與實際價值。

    測量高聚物透氣性方法很多，用得較多的有壓力法、容積法等，而用得最廣泛的是壓力法。因為壓力法准確性高、重復性好，容易自動記錄，也容易實現。

    從測試原理分類，包裝材料的透氣性測試有壓差法和通過電量分析傳感器的成分分析法兩類。

    壓差法的測定原理是用試驗薄膜隔成兩個獨立的空間，將其中一側（高壓室）充入測定用氣體，而另一側（低壓室）則抽真空，這樣在試樣兩側就產生了一定的壓差，高壓室的氣體就會通過薄膜滲透到低壓室，通過測量低壓室的壓力或體積變化就可以得出氣體的滲透率。壓差法具有簡單、方便，可以測定各種氣體，以及儀器設備價格較低等優點。我國唯一的氣體透過率國家標准 GB/T1038-2000 就是采用了壓差法，我國目前企業和事業單位所使用的氣體透過率測試儀器也基本上是壓差法的儀器。

    電量分析型氧氣透過率測試儀的原理是用試驗膜隔成兩個獨立的氣流系統，一側為流動的待測氣體（可以是純氧氣或含氧氣的混合氣體，可以設定相對濕度），另一側為流動的具有穩定相對濕度的氮氣。試樣兩邊的總氣壓相等，但氧的分壓不同，在氧氣的濃度差作用下，氧氣透過薄膜。通過薄膜的氧氣在氮氣流的載運下送至電量分析傳感器中，電量分析傳感器能測量出氣流中所含的氧氣量，從而計算出材料的氧氣透過率。

    電量分析型氧氣透過率測試儀可以控制不同的濕度、溫度及不同氧含量的氣體等測試條件，能更有效地模擬包裝在實際中的作用條件，測試過程中試樣兩側壓力相同，有利於減少試驗過程中的泄漏和對試樣的破壞，且其檢測使用壽命不長，對於高氧氣透過率的材料，測試過程中對檢測探頭的壽命影響不大，試驗成本較高。

    目前，我國所使用的氧氣透過率檢測儀器以壓差法的產品居多。國內氧氣透過率僅有 GB 1038 《塑料薄膜和膜片氣體透過性試驗方法 壓差法》這一標准，這也是檢測單位選擇購買壓差法的氧氣透過率測試儀的一個原因。制定一個類似 ASTM D3985 的電量分析法測量氧氣透過率的國家標准是相當有必要的。

2、透濕性測試

    從檢測原理上來分，透濕性測試方法主要有稱重法和紅外線檢定法兩類。

    稱重法分為增重法和減重法。增重法的原理是先將一定的乾燥劑（一般用無水氯化鈣）放入透濕杯中，在透濕杯上放置被檢測的薄膜，並用蠟密封，使透濕杯內形成一個封閉的空間，將透濕杯放入恆溫濕的環境中，水蒸氣透過測試材料後被乾燥劑吸收，以適當的時間稱量透濕杯的重量的增加，從而計算出水蒸氣的透過率。減重法的測試原理與增重法相似，只是透濕杯內盛的是蒸餾水或鹽溶液，將試樣放置在透濕杯上，並用蠟密封，使透濕杯內形成一個封閉的空間，將透濕杯放入恆溫濕的環境中，透濕杯內的水蒸氣透過測試材料後恆溫恆濕箱中的乾燥物質吸收，以適當的時間稱量透濕杯重量的減少，從而計算出水蒸氣的透過率。作為透濕杯的發展變形，容器可以是袋、瓶、或其他類型。稱重法具有簡單、方便以及儀器設備價格低廉等優點。我國的 GB/T1037-1998 《塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗方法 杯試法》， GB/T6985-1997 《包裝材料試驗方法 透濕率》， GB/T6981-1986 《硬包裝容器透濕度試驗方法》， GB/T6982-1986 《硬包裝容器透濕度試驗方法》都采用稱重法。

    紅外檢定法的原理是用試驗薄膜隔成兩個獨立的氣流系統，一側為具有穩定相對濕度的氮氣流，並隨著乾燥的氮氣流流向紅外檢定傳感器，測量出氮氣中水蒸氣透過率。紅外線檢定法在整個實驗過程中全自動測定，不破壞擴散和滲透的平衡，結果准確可靠，同時由於紅外檢定法檢測傳感器的高靈敏度，因而可以在短時間內測量高阻隔性的材料。

    目前，我國的國家標准僅有稱重法標准，即 GB/T1037-1998。對於水蒸氣透過率較小，而且可熱封的材料，可用成袋的稱重法，即 GB/T16928-1997 的 B 法。對於水蒸氣透過量較小，且不可熱封的材料或結構中含有吸濕性較大的材料（如紙、玻璃紙、尼龍等）時，一般應以紅外檢定法為宜。目前我國還沒有紅外檢定法測量包裝材料透濕率的相關標准。

3、注意事項

    包裝材料的阻隔性能，不論是水蒸氣透過率還是氧氣透過率，在檢測和檢測結果的應用過程中應注意如下幾個方面；

①　滲透率這一概念是在薄膜符合菲克（Fick）定律條件下得出的，對於氧氣而言，除了個別吸氧材料外，一般都符合菲克定律。但是，由於水蒸氣和有機物的滲透過程中，會與不少聚合物發生相互作用，因而一般屬於非菲克定律型擴散。

②　對於復合材料，其結構不一定對稱，因而存在試樣的正反面問題。某些材料，如 PVCD 涂布 BOPP，或 PVDC 與 PVC 復合硬片，其正反面的氧氣透過率測量結果差別較大，有時甚至可以達到 1 倍。這是因為在實際測試過程中，所測得的結果是穿過試樣的滲透和密封部的滲透兩者之和。

③ 對於吸附性、吸濕性較大的包裝材料，在試驗過程中應考慮其吸附和脫附等對實驗結果的影響，同時應清楚平衡時間一般較長，而且即使是同一環境下，經過不同過程的平衡態也未必相同，這就是說材料的平衡態，不但與平衡的環境有關，而且與過程有關。

④ 應該高度重視檢測過程中的泄漏問題，任何實驗得出的水蒸氣透過率和氧氣透過率都是滲透和泄漏的總和，只有在泄漏可以忽略不計的條件下，所測得的滲透纔是准確的。操作的細節和一些輔助材料（如密封蠟、真空脂等）都對測試過程中的泄露有重大影響。包裝材料與包裝件是兩個不同的概念，用高阻隔性的包裝材料，不一定可以生產出高阻隔性的包裝件。從包裝材料到包裝件，從包裝件到消費者手中，在這一過程中，許多因素都會影響產品的最終阻隔性能。