塑料包裝阻隔性能的檢測方法與標準及其測試設備

賈至誠 王克儉

（北京化工大學機電工程學院成型制造研究中心,北京 100029）

隨著我國綜合國力與經濟實力的不斷提升，我國塑料包裝市場也迅猛發(fā)展，塑料包裝的阻隔性作為包裝食品或藥品的一個重要特點之一，近些年備受廣大包裝廠家及大眾的關注。使用良好的阻隔性包裝塑料能夠給食品的保鮮保存提供極大的方便。

1.阻隔性檢測方法

現(xiàn)階段國內針對塑料包裝的阻隔性能大致是通過對氣體透過量與水蒸氣透過量進行檢測來實現(xiàn)的。氣體透過量測試，主要是考察薄膜、薄片對常見無機氣體的阻隔性能，通常檢測材料的透氧性，由于氣調包裝的廣泛使用也需對包裝材料的二氧化碳、氮氣等透過性能進行檢測[1]。水蒸氣透過量測試，主要是考察薄膜、薄片對水蒸氣的阻隔性能[2]。

1.1 氣體透過量測試法

傳統(tǒng)的透氣量檢測是檢測薄膜對某一種氣體的透過性能，方法和原理主要有兩種方式，即：壓差法與等壓法。

壓差法的原理為使用一張樣品薄膜將測試倉分隔成兩個獨立的部分，將兩個獨立的部分抽成真空狀態(tài)，隨后在樣品一側充入氧氣達到一定的氣壓，另一側保持真空狀態(tài)，如此一來在樣品的兩側會產生一定的壓力差，我們可以通過隨著氧氣的逐漸透過，檢測出低壓倉的氣體體積或壓力的變動，就可以計算出樣品的透氧速率。

等壓法的原理為使用樣品薄膜將測試倉分隔成兩個獨立的部分，與壓差法不同之處是，在樣品的一側充入高純度的氧氣，而在樣品的另一側我們充入高純度的氮氣，使樣品兩側測試倉的氣壓保持相同，但試樣兩側的氧氣分壓是不相同的。在氧濃度差的作用下，試樣一側的氧氣穿過樣品薄膜并被氮氣流送至傳感器中，由于傳感器的作用，氮氣流中的氧氣量可以被傳感器精確測出，從而進一步得出材料的透氧速率[3]。

針對于檢測氣體透過量的兩種方法相比較可以得出，在企業(yè)或實際中，壓差法的使用是優(yōu)于等壓法的，這是因為壓差法可適用氣體的種類繁多，如O2、N2、CO2、空氣等氣體透過量測試，相比之下等壓法由于受到了傳感器限制，所以可適用氣體的種類相對較少，只能測試O2、空氣的透過量。另外，壓差法所適用的標準較多，如包裝食品與藥品的包材標準中明確要求使用壓差法進行氣體透過量檢測，而相比等壓法適用的標準也較少，明確要求采用等壓法進行氣體透過量檢測的只有少數(shù)產品標準。

1.2 水蒸氣透過量測試法

水蒸氣透過量檢測常用的原理有稱重法與傳感器法，其中傳感器法又有電解分析法、紅外檢定法和動態(tài)相對濕度測定法三種方法。

稱重法又稱杯式法，稱重法的測試原理在一定的溫度條件下，將試樣固定在透濕杯上，通過稱重傳感器來測定透濕杯的重量變化，隨后計算出材料的透濕性能參數(shù)。

電解分析法使用電解腔(電解池)作為濕度傳感器，設備的滲透腔被樣品薄膜分隔成兩個部分，一部分為干腔，另一個部分為濕腔，其中濕腔的濕度是可以調節(jié)控制的，水蒸氣從濕腔滲透通過試樣后會被載氣氣流攜帶至電解腔中，由電解腔測量載氣的濕度并輸出電信號，然后計算得試樣的水蒸氣透過量[4]。

在水蒸氣通過量測試法的兩種方法中，稱重法使用的較多，而傳感器法市場較小，此處不予過多介紹。

2.阻隔性檢測設備

隨著包裝市場的不斷發(fā)展與企業(yè)對包裝阻隔性能的密切關注，雖然還存在一部分人們對國產阻隔性檢測設備的精準性表示懷疑，但是不可否認的是國產阻隔性檢測設備確實在近年來不斷發(fā)展，目前我國國產設備已經大致可以與國外進口的阻隔性檢測設備相抗衡，無論是在對阻隔性檢測方法上還是在對阻隔性檢測精度上都有著很大的進步。

由上文可知對于包裝阻隔性能的檢測方法有氣體透過量測試法和水蒸氣透過量測試法兩種不同的方法。針對不同的檢測方法所使用的檢測設備也不盡相同。下面本文將針對兩種檢測方法所使用的不同的常用設備進行分別介紹。

2.1 氣體透過量測試設備

2.1.1.美國MOCON透氧儀OX-TRAN2/21

美國MOCON透氧儀OX-TRAN2/21利用取得專利的庫侖電量傳感器來檢測樣品和包裝的透氧率，滲透性測試的全球通用標準由此建立。用試驗膜將測試腔隔成兩個獨立的氣流系統(tǒng)，一側為流動的待測氣體（氧氣或空氣），另一側為流動的氮氣。試樣兩邊的氣壓相等，所以該方法也被稱為“等壓法”。由于試驗膜兩側氧氣的濃度不同，因而氧氣從高濃度一側向低濃度一側滲透。通過庫侖電量傳感器對透過的氧氣量的檢測，計算氧氣透過率。

2.1.2.日本東洋精機公司透氧儀BT-3

日本東洋精機公司是透氣性測試儀的代表生產商之一，目前國家標準主要是根據(jù)日本的壓差法測試來制訂的，即在薄膜的兩側分別為兩個獨立空間，其中一側充入標準氣體另一側抽真空這樣在薄膜的兩側會產生壓差，通過壓力的變化即可計算出透氣量和透氣性能[5]。所以TOYOSEIKI BT-3也是一款透氣性測試儀的優(yōu)秀設備。

2.1.3.BRUGGER透氣儀

采用壓力計法，測試干燥氣體對包裝材料的滲透性，特定條件下亦可測試潮濕氣體。樣品置于測試槽底，將槽內排空，計算待測氣體穿透樣品后所增加的壓力，即可得知其滲透性。GDP-C配備精密壓力感知器，效果優(yōu)良。其測量精度為0.01，適用于油墨紙、涂布紙、鋁箔、玻璃紙等材料的檢測。

2.1.4.C230 氧氣透過率測試系統(tǒng)

C230氧氣透過率測試系統(tǒng)為我國 Labthink蘭光研發(fā)生產的包裝檢測儀器，主要適用于薄膜、片材、容器等各種包裝材料的氣體透過率、水蒸氣透過率等，本產品基于庫倫氧氣分析傳感器和等壓法測試原理，產品擁有專利的一體式3個測試腔，高精度傳感器，內置專用計算機控制系統(tǒng)。提供精確的溫度、濕度、流量的調節(jié)與控制，具有極高的測試靈敏度和重復性。應用于各種塑料薄膜、紙塑復合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔復合膜、玻纖鋁箔紙復合膜等膜狀材料的氧氣透過率測試。

2.1.5.VAC-V2壓差法氣體滲透儀

VAC-V2壓差法氣體滲透儀是由濟南蘭光機電技術有限公司自主研發(fā)的一款產品，它基于壓差法的測試原理，是一款專業(yè)用于薄膜試樣的氣體透過率測試儀，適用于塑料薄膜、片材、金屬箔片在各種溫度下的氣體透過率、溶解度系數(shù)、擴散系數(shù)、滲透系數(shù)的測定。

2.2 水蒸氣透過量測試設備

2.2.1.MOCON 3/33透濕儀

美國MOCON 3/33透濕儀適用于測試薄膜，整體包裝、PET,PET,EOVH,鍍鋁包裝、三層五層共擠材料、高阻隔性材料、復合材料、鍍鋁膜、共擠膜、鋁箔、片狀材料及塑料、橡膠等材料的水蒸氣透過率測試。

測試方法為紅外傳感器法（MOCON專利），紅外傳感器性能長期穩(wěn)定，不衰減，不需要任何再生和清潔。

符合標準：GB/T 26253-2010、ISO 15106-2、ASTM F-1249、TAPPI T557。該透濕儀可測試薄膜樣品盒包裝件，每臺儀器都有獨立的高精度傳感器對溫度，相對濕度，時間精確控制主機，并擁有先進的WINDOWS軟件控制系統(tǒng)。

2.2.2.Labthink TSY-T3透濕性測試儀

這款產品也是由濟南蘭光機電技術公司自主研發(fā)的。該透濕性測試儀適用于塑料薄膜、復合膜等膜、醫(yī)療、建筑領域等多種材料的水蒸氣透過率的測定。透濕性測試儀通過對水蒸氣透過率的測定，達到控制與調節(jié)包裝材料等產品的技術指標。其測試原理為在一定的溫度下，使試樣的兩側形成一特定的濕度差，水蒸氣透過試樣進入干燥的一側，通過測定透濕杯重量隨時間的變化量，從而求出試樣的水蒸氣透過率等參數(shù)。

2.2.3.其他透濕性測試儀

其他常用的透濕性測試儀還有很多，如BRUGGER透濕儀，杯式法（手工）和蘭光的Labthink TSY-W 3/3透濕儀等等。

2.3 阻隔性檢測標準

當前，針對于國內的塑料包裝的相關領域，很多企業(yè)和專業(yè)人員仍然對塑料包裝阻隔性能的檢測方法以及檢測標準的認識不明確，特別對于阻隔性能的檢測方法的選擇問題上有著不明確性。因為選擇不同的阻隔性檢測方法，產生的測試結果會不盡相同，這無意會對包裝材料的正確選用產生一定的影響。

2.3.1.氣體透過率檢測標準

目前，國內現(xiàn)行有效的塑料包裝阻隔性能測試方法有如下幾種：

(1) 塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗方法—壓差法，其標準號為GB/T 1038-2000；

(2) 硫化橡膠或熱塑性橡膠 透氣性的測定，其標準號為GB/T 7755-2003；

(3) 包裝材料 塑料薄膜和薄片氧氣透過性試驗 庫侖計檢測法，標準號GB/T 19789-2005；

(4) 包裝件和容器氧氣透過性測試方法 庫侖計檢測法，標準號GB/T 31354-2014；

(5) 涂塑紙基邊緣滲透性測定方法,標準號：QB/T 1969-1994；

(6) 有機材料氣體滲透系數(shù)測試方法,標準號：QJ 2194-1991；

(7) 氣體透過量測定法，標準號：YBB 00082003-2015。

2.3.2.水蒸氣透過率檢測標準

(1) 塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗方法(杯式法)，標準號：GB/T 1037-1988；

(2) 壓敏膠粘帶水滲透率試驗方法，標準號：GB/T 15330-1994；

(3) 壓敏膠粘帶水蒸汽透過率試驗方法，標準號：GB/T 15331-1994；

(4) 硬包裝容器透濕度試驗方法，標準號：GB/T 6981-2003；

(5) 與軟包裝容器透濕度試驗方法，標準號：GB/T 6982-2003；

(6) 硬質泡沫塑料 水蒸氣透過性能的測定，標準號：GB/T 21332-2008；

(7) 硬質泡沫塑料水蒸汽透過性能的測定，標準號：QB/T 2411-1998；

(8)水蒸氣透過量測定法，標準號：YBB 00092003-2015。

另外對于傳感器法的相應檢測標準有以下幾種：

(1) 塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測定電解傳感器法，標準號：GB/T 21529-2008；

(2) 塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測定濕度傳感器法，標準號：GB/T 30412-2013；

(3) 塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測定紅外檢測器法，標準號：GB/T 26253-2010；

(4) 包裝件和容器水蒸氣透過性測試方法紅外傳感器法，標準號：GB/T 31355-2014。

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