包裝材料的氧氣阻隔性能可以直接影響內(nèi)容物的保存質(zhì)量和保存時間,是最受關(guān)注的材料性能之一。透氣性測試設(shè)備所使用的檢測方法大都可歸為壓差法和等壓法兩類,它們的測試原理不同,測試條件差別較大,但在阻隔性測試領(lǐng)域中都占有很重要的地位。1、透氣性測試概述 壓差法和等壓法的概念是從標準ISO 15105中得來的,即標準中的Differential-pressure method和Equal-pressure method,相互對應(yīng),使得整個透氣性測試領(lǐng)域的方法分類更加條理。兩種試驗結(jié)果的單位不同,壓差法的單位是cm3/m2·24h·0.1MPa,而等壓法的單位是ml/m2·day。 真空法是壓差法中最具代表性的一種測試方法:利用試樣將滲透腔隔成兩個獨立的空間,先將試樣兩側(cè)都抽成真空,然后向其中一側(cè)(高壓側(cè))充入0.1MPa(絕壓)的測試氣體,而另一側(cè)(低壓側(cè))保持真空狀態(tài),使試樣兩側(cè)形成0.1MPa的測試氣體壓差。測試氣體滲透通過薄膜進入低壓側(cè)并引起低壓側(cè)壓力的變化,利用高精度真空規(guī)來測量這個壓力變化量就可計算出測試氣體對試樣的氣體透過量。真空法采用負壓差法來實現(xiàn)試樣兩側(cè)0.1MPa的壓差,當(dāng)然也可以通過正壓差法來實現(xiàn),最常用的正壓差法是體積法。 傳感器法測試原理是:利用試樣將滲透腔隔成兩個獨立的氣流系統(tǒng),一側(cè)為流動的測試氣體(可以是純氧氣或是含氧氣的混合氣體),另一側(cè)為流動的干燥氮氣,試樣兩邊的壓力相等,但氧氣分壓不同。在氧濃度差的作用下,氧氣透過薄膜并被氮氣流攜帶至傳感器中,由傳感器精確測量出氮氣流中的氧氣量,從而計算出材料的氧氣透過率。2、進行測試方法間數(shù)據(jù)比較的需要 由于膜技術(shù)理論的支持,壓差法在透氣性測試中一直作為基礎(chǔ)方法使用,科研檢測機構(gòu)多采用這種方法。它的突出優(yōu)點是對測試氣體沒有選擇性,對不同氣體的檢測通用性非常好。傳感器法是隨著氧探測器技術(shù)的不斷成熟而出現(xiàn)的,常用于包裝行業(yè)的商貿(mào)檢測。 壓差法透氣性檢測設(shè)備和等壓法透氧性檢測設(shè)備的使用情況在世界范圍內(nèi)來看表現(xiàn)出了一定的地域性特點,這一方面是由于各國測試標準規(guī)范存在差異,另一方面是世界商貿(mào)的需要?;旧希袊?、日本等亞洲國家以使用壓差法設(shè)備為主,歐洲多數(shù)國家也主要使用壓差法設(shè)備(如英國、德國等),美國以及與它商貿(mào)往來緊密的一些南美洲、東南亞、西亞等國家傾向于使用等壓法設(shè)備。如今貿(mào)易全球化速度的加快,使測試方法的不同凸現(xiàn)成為薄膜材料貿(mào)易的瓶頸,一方面在部分國家舊有設(shè)備的使用及制造完全符合所在地的國家標準,更換設(shè)備會給國內(nèi)貿(mào)易試樣的檢測帶來不便,另一方面更換設(shè)備需要一定的資金支持。 壓差法和等壓法的測試結(jié)果之間的差異究竟會有多大?這一直是薄膜阻隔性檢測領(lǐng)域非常關(guān)心的一個問題。當(dāng)然,測試條件及結(jié)果單位的不同是無法改變的,不過僅在數(shù)據(jù)數(shù)值一項上還是能夠進行比較的。 Labthink蘭光于2005年初同時向市場推出了嚴格執(zhí)行國際壓差法標準的VAC-V1氣體滲透儀以及遵照ASTM標準的TOY-C1容器/薄膜透氧儀,通過一年的試驗運行,對這兩款設(shè)備進行了測試數(shù)據(jù)比對,部分比對結(jié)果如下:表1. VAC-V1與TOY-C1的測試數(shù)據(jù)比對表編號 試樣材質(zhì) VAC-V1數(shù)據(jù) TOY-C1數(shù)據(jù) 1 2 3 1 2 3 1 鍍鋁復(fù)合膜 0.417 0.402 0.374 0.31 0.36 2 OPP/VMPET/LLDPE 0.881 0.813 0.882 0.75 0.72 3 PVDC涂布膜1#(20μm) 1.647 1.45 1.43 1.69 4 PE/VMPET/PE(40μm) 2.581 2.63 2.531 2.80 2.79 5 PET/PVDC 5.30 4.96 4.92 4.98 6 PVDC涂布膜2#(20μm) 7.251 7.811 6.29 6.47 6.56 7 復(fù)合膜1# 7.98 9.95 10.00 8 PVDC涂布膜3#(20μm) 28.1 32.66 33.27 33.52 9 PE/PE/TIE/PA/TIE/PE/PE 63.393 61.811 58.976 53.1 54.47 10 復(fù)合膜2# 749.96 752.63 752.84 543.091 557.527 543.683 注:VAC-V1的單位是cm3/m2·24h·0.1MPa,TOY-C1的單位是ml/m2·day。 從表1中數(shù)據(jù)可以看出,在測試材料透氧量的增長趨勢上,兩款設(shè)備的測試結(jié)果表現(xiàn)出了很好的一致性,即如果材料的阻氧性差,則兩款設(shè)備的測試結(jié)果均大,如果材料的阻氧性優(yōu),則測試結(jié)果均小。盡管兩款設(shè)備各自都表現(xiàn)出了較理想的數(shù)據(jù)重復(fù)性,但是設(shè)備之間的測試數(shù)據(jù)還是存在差異的。如對于阻氧性優(yōu)的材料(測試數(shù)據(jù)在5以內(nèi)),TOY-C1的測試結(jié)果較VAC-V1小一點;對于阻氧性一般的材料(測試數(shù)據(jù)在5~50之內(nèi)),TOY-C1的測試數(shù)據(jù)較大;但對阻氧性再差一些材料,TOY-C1的測試數(shù)據(jù)又較VAC-V1小了一些,而且隨著試樣透氧量的增大,設(shè)備間的測試數(shù)據(jù)相差也越大。 需要聲明的是在獲得表1中測試數(shù)據(jù)時兩款設(shè)備的測試環(huán)境可能會存在差異,一是因為VAC-V1具有自控溫功能,而TOY-C1不具有控溫功能(具有控溫功能的TOY-C1升級型設(shè)備TOY-C2透氧儀將于2006年初投放市場);其次,部分比對試驗不是同步進行的,因此測試環(huán)境也有所變化。眾所周知,試驗溫度的變化會給試驗數(shù)據(jù)帶來明顯的影響,因此,考慮到兩款設(shè)備在試驗時可能存在的溫度差異,除表中第10項數(shù)據(jù)外其他比對數(shù)據(jù)還是比較接近的。另外,以上比對試驗都是在TOY-C1設(shè)備按標準氣體校驗而未經(jīng)標準膜校驗之前進行的(為TOY-C1的原始數(shù)據(jù)),如果按照ASTM以及ISO的等壓法薄膜透氧檢測標準中的要求進行標準膜標定,無疑會得到更加理想的比對數(shù)據(jù)。 以上數(shù)據(jù)分析僅是依據(jù)蘭光實驗室2005年的比對試驗結(jié)果所得出的。蘭光實驗室在2006年中仍將進行大量的比對工作,比對數(shù)據(jù)將更加豐富。3、總結(jié) 需要特別聲明的是,由于測試原理以及結(jié)果單位的不同,這兩類測試方法是不應(yīng)該直接進行比對的,單比對測試結(jié)果數(shù)值不具有任何意義。從蘭光實驗室的比對情況來看,這兩種測試方法的測試結(jié)果值還是具有較好的一致性的。進行數(shù)據(jù)比對的前提是測試環(huán)境必須一致,如果環(huán)境溫濕度相差較大,測試結(jié)果存在顯著差異完全是正常的情況。
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