賈至誠(chéng) 王克儉

（北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院成型制造研究中心,北京 100029）

隨著我國(guó)綜合國(guó)力與經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷提升，我國(guó)塑料包裝市場(chǎng)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(gè)重要特點(diǎn)之一，近些年備受廣大包裝廠家及大眾的關(guān)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(cè)方法

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)針對(duì)塑料包裝的阻隔性能大致是通過對(duì)氣體透過量與水蒸氣透過量進(jìn)行檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)的。氣體透過量測(cè)試，主要是考察薄膜、薄片對(duì)常見無機(jī)氣體的阻隔性能，通常檢測(cè)材料的透氧性，由于氣調(diào)包裝的廣泛使用也需對(duì)包裝材料的二氧化碳、氮?dú)獾韧高^性能進(jìn)行檢測(cè)[1]。水蒸氣透過量測(cè)試，主要是考察薄膜、薄片對(duì)水蒸氣的阻隔性能[2]。

1.1 氣體透過量測(cè)試法

傳統(tǒng)的透氣量檢測(cè)是檢測(cè)薄膜對(duì)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(cè)試倉(cāng)分隔成兩個(gè)獨(dú)立的部分，將兩個(gè)獨(dú)立的部分抽成真空狀態(tài)，隨后在樣品一側(cè)充入氧氣達(dá)到一定的氣壓，另一側(cè)保持真空狀態(tài)，如此一來在樣品的兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一定的壓力差，我們可以通過隨著氧氣的逐漸透過，檢測(cè)出低壓倉(cāng)的氣體體積或壓力的變動(dòng)，就可以計(jì)算出樣品的透氧速率。

等壓法的原理為使用樣品薄膜將測(cè)試倉(cāng)分隔成兩個(gè)獨(dú)立的部分，與壓差法不同之處是，在樣品的一側(cè)充入高純度的氧氣，而在樣品的另一側(cè)我們充入高純度的氮?dú)?，使樣品兩?cè)測(cè)試倉(cāng)的氣壓保持相同，但試樣兩側(cè)的氧氣分壓是不相同的。在氧濃度差的作用下，試樣一側(cè)的氧氣穿過樣品薄膜并被氮?dú)饬魉椭羵鞲衅髦?，由于傳感器的作用，氮?dú)饬髦械难鯕饬靠梢员粋鞲衅骶_測(cè)出，從而進(jìn)一步得出材料的透氧速率[3]。

針對(duì)于檢測(cè)氣體透過量的兩種方法相比較可以得出，在企業(yè)或?qū)嶋H中，壓差法的使用是優(yōu)于等壓法的，這是因?yàn)閴翰罘蛇m用氣體的種類繁多，如O2、N2、CO2、空氣等氣體透過量測(cè)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(duì)較少，只能測(cè)試O2、空氣的透過量。另外，壓差法所適用的標(biāo)準(zhǔn)較多，如包裝食品與藥品的包材標(biāo)準(zhǔn)中明確要求使用壓差法進(jìn)行氣體透過量檢測(cè)，而相比等壓法適用的標(biāo)準(zhǔn)也較少，明確要求采用等壓法進(jìn)行氣體透過量檢測(cè)的只有少數(shù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 水蒸氣透過量測(cè)試法

水蒸氣透過量檢測(cè)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(dòng)態(tài)相對(duì)濕度測(cè)定法三種方法。

稱重法又稱杯式法，稱重法的測(cè)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(cè)定透濕杯的重量變化，隨后計(jì)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(shè)備的滲透腔被樣品薄膜分隔成兩個(gè)部分，一部分為干腔，另一個(gè)部分為濕腔，其中濕腔的濕度是可以調(diào)節(jié)控制的，水蒸氣從濕腔滲透通過試樣后會(huì)被載氣氣流攜帶至電解腔中，由電解腔測(cè)量載氣的濕度并輸出電信號(hào)，然后計(jì)算得試樣的水蒸氣透過量[4]。

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

2.阻隔性檢測(cè)設(shè)備

隨著包裝市場(chǎng)的不斷發(fā)展與企業(yè)對(duì)包裝阻隔性能的密切關(guān)注，雖然還存在一部分人們對(duì)國(guó)產(chǎn)阻隔性檢測(cè)設(shè)備的精準(zhǔn)性表示懷疑，但是不可否認(rèn)的是國(guó)產(chǎn)阻隔性檢測(cè)設(shè)備確實(shí)在近年來不斷發(fā)展，目前我國(guó)國(guó)產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)大致可以與國(guó)外進(jìn)口的阻隔性檢測(cè)設(shè)備相抗衡，無論是在對(duì)阻隔性檢測(cè)方法上還是在對(duì)阻隔性檢測(cè)精度上都有著很大的進(jìn)步。

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

2.1 氣體透過量測(cè)試設(shè)備

2.1.1.美國(guó)MOCON透氧儀OX-TRAN2/21

美國(guó)MOCON透氧儀OX-TRAN2/21利用取得專利的庫(kù)侖電量傳感器來檢測(cè)樣品和包裝的透氧率，滲透性測(cè)試的全球通用標(biāo)準(zhǔn)由此建立。用試驗(yàn)?zāi)y(cè)試腔隔成兩個(gè)獨(dú)立的氣流系統(tǒng)，一側(cè)為流動(dòng)的待測(cè)氣體（氧氣或空氣），另一側(cè)為流動(dòng)的氮?dú)?。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(yàn)?zāi)蓚?cè)氧氣的濃度不同，因而氧氣從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)滲透。通過庫(kù)侖電量傳感器對(duì)透過的氧氣量的檢測(cè)，計(jì)算氧氣透過率。

2.1.2.日本東洋精機(jī)公司透氧儀BT-3

日本東洋精機(jī)公司是透氣性測(cè)試儀的代表生產(chǎn)商之一，目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)日本的壓差法測(cè)試來制訂的，即在薄膜的兩側(cè)分別為兩個(gè)獨(dú)立空間，其中一側(cè)充入標(biāo)準(zhǔn)氣體另一側(cè)抽真空這樣在薄膜的兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生壓差，通過壓力的變化即可計(jì)算出透氣量和透氣性能[5]。所以TOYOSEIKI BT-3也是一款透氣性測(cè)試儀的優(yōu)秀設(shè)備。

2.1.3.BRUGGER透氣儀

采用壓力計(jì)法，測(cè)試干燥氣體對(duì)包裝材料的滲透性，特定條件下亦可測(cè)試潮濕氣體。樣品置于測(cè)試槽底，將槽內(nèi)排空，計(jì)算待測(cè)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(cè)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(cè)。

2.1.4.C230 氧氣透過率測(cè)試系統(tǒng)

C230氧氣透過率測(cè)試系統(tǒng)為我國(guó) Labthink蘭光研發(fā)生產(chǎn)的包裝檢測(cè)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(chǎn)品基于庫(kù)倫氧氣分析傳感器和等壓法測(cè)試原理，產(chǎn)品擁有專利的一體式3個(gè)測(cè)試腔，高精度傳感器，內(nèi)置專用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。提供精確的溫度、濕度、流量的調(diào)節(jié)與控制，具有極高的測(cè)試靈敏度和重復(fù)性。應(yīng)用于各種塑料薄膜、紙塑復(fù)合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔復(fù)合膜、玻纖鋁箔紙復(fù)合膜等膜狀材料的氧氣透過率測(cè)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(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司自主研發(fā)的一款產(chǎn)品，它基于壓差法的測(cè)試原理，是一款專業(yè)用于薄膜試樣的氣體透過率測(cè)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(kuò)散系數(shù)、滲透系數(shù)的測(cè)定。

2.2 水蒸氣透過量測(cè)試設(shè)備

2.2.1.MOCON 3/33透濕儀

美國(guó)MOCON 3/33透濕儀適用于測(cè)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(fù)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(cè)試。

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

符合標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 26253-2010、ISO 15106-2、ASTM F-1249、TAPPI T557。該透濕儀可測(cè)試薄膜樣品盒包裝件，每臺(tái)儀器都有獨(dú)立的高精度傳感器對(duì)溫度，相對(duì)濕度，時(shí)間精確控制主機(jī)，并擁有先進(jìn)的WINDOWS軟件控制系統(tǒng)。

2.2.2.Labthink TSY-T3透濕性測(cè)試儀

這款產(chǎn)品也是由濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)公司自主研發(fā)的。該透濕性測(cè)試儀適用于塑料薄膜、復(fù)合膜等膜、醫(yī)療、建筑領(lǐng)域等多種材料的水蒸氣透過率的測(cè)定。透濕性測(cè)試儀通過對(duì)水蒸氣透過率的測(cè)定，達(dá)到控制與調(diào)節(jié)包裝材料等產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。其測(cè)試原理為在一定的溫度下，使試樣的兩側(cè)形成一特定的濕度差，水蒸氣透過試樣進(jìn)入干燥的一側(cè)，通過測(cè)定透濕杯重量隨時(shí)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(cè)試儀

其他常用的透濕性測(cè)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前，針對(duì)于國(guó)內(nèi)的塑料包裝的相關(guān)領(lǐng)域，很多企業(yè)和專業(yè)人員仍然對(duì)塑料包裝阻隔性能的檢測(cè)方法以及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)不明確，特別對(duì)于阻隔性能的檢測(cè)方法的選擇問題上有著不明確性。因?yàn)檫x擇不同的阻隔性檢測(cè)方法，產(chǎn)生的測(cè)試結(jié)果會(huì)不盡相同，這無意會(huì)對(duì)包裝材料的正確選用產(chǎn)生一定的影響。

2.3.1.氣體透過率檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行有效的塑料包裝阻隔性能測(cè)試方法有如下幾種：

(1) 塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗(yàn)方法—壓差法，其標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T 1038-2000；

(2) 硫化橡膠或熱塑性橡膠 透氣性的測(cè)定，其標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T 7755-2003；

(3) 包裝材料 塑料薄膜和薄片氧氣透過性試驗(yàn) 庫(kù)侖計(jì)檢測(cè)法，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB/T 19789-2005；

(4) 包裝件和容器氧氣透過性測(cè)試方法 庫(kù)侖計(jì)檢測(cè)法，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB/T 31354-2014；

(5) 涂塑紙基邊緣滲透性測(cè)定方法,標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：QB/T 1969-1994；

(6) 有機(jī)材料氣體滲透系數(shù)測(cè)試方法,標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：QJ 2194-1991；

(7) 氣體透過量測(cè)定法，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：YBB 00082003-2015。

2.3.2.水蒸氣透過率檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

(1) 塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗(yàn)方法(杯式法)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 1037-1988；

(2) 壓敏膠粘帶水滲透率試驗(yàn)方法，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 15330-1994；

(3) 壓敏膠粘帶水蒸汽透過率試驗(yàn)方法，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 15331-1994；

(4) 硬包裝容器透濕度試驗(yàn)方法，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 6981-2003；

(5) 與軟包裝容器透濕度試驗(yàn)方法，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 6982-2003；

(6) 硬質(zhì)泡沫塑料 水蒸氣透過性能的測(cè)定，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 21332-2008；

(7) 硬質(zhì)泡沫塑料水蒸汽透過性能的測(cè)定，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：QB/T 2411-1998；

(8)水蒸氣透過量測(cè)定法，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：YBB 00092003-2015。

另外對(duì)于傳感器法的相應(yīng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種：

(1) 塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測(cè)定電解傳感器法，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 21529-2008；

(2) 塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測(cè)定濕度傳感器法，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 30412-2013；

(3) 塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測(cè)定紅外檢測(cè)器法，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 26253-2010；

(4) 包裝件和容器水蒸氣透過性測(cè)試方法紅外傳感器法，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 31355-2014。

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