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影響包裝材料阻隔性的主要因素和測(cè)試技術(shù)
閱讀：2372 發(fā)布時(shí)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(gè)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(xiǎn)。
在包裝材料的生產(chǎn)和使用過(guò)程中，存在著很多影響材料阻隔性的因素，因此，我們先來(lái)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(huì)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(huì)增加5~7%
- 環(huán)境濕度的影響：相對(duì)濕度會(huì)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(huì)產(chǎn)生突升。
因此，我們?cè)谘芯堪b材料的阻隔性能時(shí)，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(cè)試的技術(shù)：
1．透氧測(cè)試：
等壓---庫(kù)侖電量傳感器法，這是美國(guó)MOCON公司技術(shù)，MOCON公司以40年的滲透測(cè)試的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，擁有世界上的滲透性測(cè)試技術(shù)，以及多種和標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)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(tái)MOCON設(shè)備，美國(guó)*更達(dá)到98% 。
1） 等壓---庫(kù)侖電量傳感器技術(shù)介紹：
庫(kù)侖電量傳感器是*的值傳感器，傳感器中每通過(guò)一個(gè)氧氣分子，就會(huì)釋放出四個(gè)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(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)ISO15105-2、ASTM D3985都要求采用庫(kù)侖電量傳感器對(duì)滲透過(guò)來(lái)的氧氣進(jìn)行100%的檢測(cè)。目前只有MOCON公司的透氧儀采用了真正的庫(kù)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(zhǎng)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(guò)來(lái)的氧氣中只有一部分能透過(guò)這層軟膜，終進(jìn)入傳感器而產(chǎn)生電信號(hào)，這個(gè)二次部分滲透違反了標(biāo)準(zhǔn)所要求的100%氧氣檢測(cè)，這層軟膜的存在使這個(gè)傳感器成為了一個(gè)相對(duì)值傳感器，需要用不同濃度的氧氣進(jìn)行校準(zhǔn)。通過(guò)ASTM委員會(huì)組織的實(shí)驗(yàn)室對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)表明，這些非庫(kù)侖傳感器的測(cè)試準(zhǔn)確性不能滿足ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求，尤其是測(cè)量低透過(guò)率的材料時(shí)，它的測(cè)試結(jié)果會(huì)出現(xiàn)明顯的偏差。
2）測(cè)試腔的溫濕度控制技術(shù)：
材料的滲透性會(huì)隨著測(cè)試溫度和濕度而發(fā)生變化，MOCON等壓---庫(kù)侖電量傳感器法的透氧測(cè)試儀可以對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行的溫濕度控制。
溫濕度傳感器探測(cè)的準(zhǔn)確性是進(jìn)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(cè)試樣品，能真實(shí)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(jìn)行二點(diǎn)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)研究院NIST所推薦的雙壓力法，控制簡(jiǎn)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(dá)不到它們聲明的濕度范圍，而且它們的濕度傳感器沒(méi)有安裝在樣品旁邊，客戶無(wú)從知曉傳感器的準(zhǔn)確性。
3）在環(huán)境溫度中的測(cè)試穩(wěn)定性：
由于MOCON所用的庫(kù)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(kù)侖電量法）的透氧儀使用的是相對(duì)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(jī)箱中，傳感器溫度會(huì)隨環(huán)境溫度而變化，這個(gè)軟膜自身的透氧率也會(huì)因而變化，這樣傳感器測(cè)試精度就很容易受環(huán)境溫度變化的影響。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境溫度變化在4℃之間（±2℃），這個(gè)微小的溫度變化會(huì)給這些相對(duì)值傳感器帶來(lái)超過(guò)0.5cc/m2day的波動(dòng)，這個(gè)波動(dòng)對(duì)高阻隔材料的測(cè)試數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生很大的影響。
4）測(cè)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(gè)選擇性的驗(yàn)證手段，用戶只需要在驗(yàn)證儀器的時(shí)候使用。MOCON提供多種不同數(shù)量級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)溯源膜，只要這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)膜的測(cè)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(shí)現(xiàn)全量程上的測(cè)試精度。
普通電化學(xué)傳感器（非庫(kù)侖電量法）的透氧儀由于使用的是相對(duì)值傳感器，所以它們必須要使用標(biāo)準(zhǔn)薄膜進(jìn)行校準(zhǔn)補(bǔ)償，使用三張標(biāo)準(zhǔn)膜，其實(shí)只能對(duì)三種氧氣濃度梯度進(jìn)行校準(zhǔn)，由于是非線性關(guān)系，這三個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的準(zhǔn)確性并不能代表其它點(diǎn)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(cè)試原理相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要對(duì)氣壓進(jìn)行的測(cè)量，而且可以測(cè)試材料對(duì)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(cè)試下限只能達(dá)到0.5 cc/m2day，再小的透過(guò)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(cè)。
- 這個(gè)壓差的存在會(huì)破壞材料本身的性能結(jié)構(gòu)。
- 壓差法不能測(cè)試完整的包裝件。
- 測(cè)試的重復(fù)性較差，國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有溯源標(biāo)準(zhǔn)膜的供應(yīng)，只能用原廠的參考膜進(jìn)行驗(yàn)證，不同生產(chǎn)商的設(shè)備之間沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的參考值。
- 抽真空技術(shù)好壞直接影響到測(cè)試準(zhǔn)確性和測(cè)試效率。
在高透過(guò)的測(cè)試范圍里，壓差法可以和等壓法進(jìn)行相互印證，等壓---庫(kù)侖電量傳感器法作為一個(gè)更、的測(cè)試方法，利用其傳感器的線性關(guān)系來(lái)保證了在低透過(guò)的測(cè)試范圍里的測(cè)試精度。
- 等壓法的測(cè)試范圍低能達(dá)到0.005 cc/m2day，足以準(zhǔn)確地檢測(cè)這些高阻隔材料。
- 樣品兩側(cè)氣壓相同，不會(huì)破壞材料本身的性能結(jié)構(gòu)。
- 可以測(cè)試完整的包裝件或瓶，只需要加裝很小的附件。
- 測(cè)試重復(fù)性很好，可以利用追溯美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)研究院NIST的標(biāo)準(zhǔn)膜來(lái)驗(yàn)證設(shè)備，使得不同實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試結(jié)果能夠有很好的比對(duì)性。
2．透濕測(cè)試：
等壓--紅外傳感器法，是目前*的的水蒸氣透過(guò)率測(cè)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(zhǎng)被水蒸氣吸收的線性比率來(lái)判別水蒸氣的濃度，水蒸氣只在管路中隨載氣流動(dòng)，不經(jīng)過(guò)任何處理，不存在其它的干擾因素。紅外傳感器是一種相對(duì)值傳感器，需要校準(zhǔn)。
2）采用與透氧儀相同的測(cè)試腔溫濕度控制技術(shù)，保證了測(cè)試的準(zhǔn)確性。
3）測(cè)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(duì)設(shè)備進(jìn)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(cè)試精度差，人為因素影響很大，目前ISO已經(jīng)淘汰這種測(cè)試方法。而且測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，有時(shí)需要幾天，甚幾個(gè)月的測(cè)試時(shí)間。
- 傳統(tǒng)的電解法，需要先用吸濕劑來(lái)吸收水蒸氣，再通過(guò)電極電解水蒸氣，再根據(jù)電解電流來(lái)判斷。這樣對(duì)水蒸氣進(jìn)行了二次處理過(guò)程，吸濕劑的效率、電極的損耗都會(huì)影響測(cè)試的精度，累積誤差大。而且電解槽需要定期再生，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。