塑料包装阻隔性能的检测方法与标准及其测试设备

2018-03-30贾至诚王克俭

塑料包装 2018年2期

贾至诚王克俭

（北京化工大学机电工程学院成型制造研究中心,北京 100029）

随着我国综合国力与经济实力的不断提升，我国塑料包装市场也迅猛发展，塑料包装的阻隔性作为包装食品或药品的一个重要特点之一，近些年备受广大包装厂家及大众的关注。使用良好的阻隔性包装塑料能够给食品的保鲜保存提供极大的方便。

1.阻隔性检测方法

现阶段国内针对塑料包装的阻隔性能大致是通过对气体透过量与水蒸气透过量进行检测来实现的。气体透过量测试，主要是考察薄膜、薄片对常见无机气体的阻隔性能，通常检测材料的透氧性，由于气调包装的广泛使用也需对包装材料的二氧化碳、氮气等透过性能进行检测[1]。水蒸气透过量测试，主要是考察薄膜、薄片对水蒸气的阻隔性能[2]。

1.1 气体透过量测试法

传统的透气量检测是检测薄膜对某一种气体的透过性能，方法和原理主要有两种方式，即：压差法与等压法。

压差法的原理为使用一张样品薄膜将测试仓分隔成两个独立的部分，将两个独立的部分抽成真空状态，随后在样品一侧充入氧气达到一定的气压，另一侧保持真空状态，如此一来在样品的两侧会产生一定的压力差，我们可以通过随着氧气的逐渐透过，检测出低压仓的气体体积或压力的变动，就可以计算出样品的透氧速率。

等压法的原理为使用样品薄膜将测试仓分隔成两个独立的部分，与压差法不同之处是，在样品的一侧充入高纯度的氧气，而在样品的另一侧我们充入高纯度的氮气，使样品两侧测试仓的气压保持相同，但试样两侧的氧气分压是不相同的。在氧浓度差的作用下，试样一侧的氧气穿过样品薄膜并被氮气流送至传感器中，由于传感器的作用，氮气流中的氧气量可以被传感器精确测出，从而进一步得出材料的透氧速率[3]。

针对于检测气体透过量的两种方法相比较可以得出，在企业或实际中，压差法的使用是优于等压法的，这是因为压差法可适用气体的种类繁多，如O2、N2、CO2、空气等气体透过量测试，相比之下等压法由于受到了传感器限制，所以可适用气体的种类相对较少，只能测试O2、空气的透过量。另外，压差法所适用的标准较多，如包装食品与药品的包材标准中明确要求使用压差法进行气体透过量检测，而相比等压法适用的标准也较少，明确要求采用等压法进行气体透过量检测的只有少数产品标准。

1.2 水蒸气透过量测试法

水蒸气透过量检测常用的原理有称重法与传感器法，其中传感器法又有电解分析法、红外检定法和动态相对湿度测定法三种方法。

称重法又称杯式法，称重法的测试原理在一定的温度条件下，将试样固定在透湿杯上，通过称重传感器来测定透湿杯的重量变化，随后计算出材料的透湿性能参数。

电解分析法使用电解腔(电解池)作为湿度传感器，设备的渗透腔被样品薄膜分隔成两个部分，一部分为干腔，另一个部分为湿腔，其中湿腔的湿度是可以调节控制的，水蒸气从湿腔渗透通过试样后会被载气气流携带至电解腔中，由电解腔测量载气的湿度并输出电信号，然后计算得试样的水蒸气透过量[4]。

在水蒸气通过量测试法的两种方法中，称重法使用的较多，而传感器法市场较小，此处不予过多介绍。

2.阻隔性检测设备

随着包装市场的不断发展与企业对包装阻隔性能的密切关注，虽然还存在一部分人们对国产阻隔性检测设备的精准性表示怀疑，但是不可否认的是国产阻隔性检测设备确实在近年来不断发展，目前我国国产设备已经大致可以与国外进口的阻隔性检测设备相抗衡，无论是在对阻隔性检测方法上还是在对阻隔性检测精度上都有着很大的进步。

由上文可知对于包装阻隔性能的检测方法有气体透过量测试法和水蒸气透过量测试法两种不同的方法。针对不同的检测方法所使用的检测设备也不尽相同。下面本文将针对两种检测方法所使用的不同的常用设备进行分别介绍。

2.1 气体透过量测试设备

2.1.1.美国MOCON透氧仪OX-TRAN2/21

美国MOCON透氧仪OX-TRAN2/21利用取得专利的库仑电量传感器来检测样品和包装的透氧率，渗透性测试的全球通用标准由此建立。用试验膜将测试腔隔成两个独立的气流系统，一侧为流动的待测气体（氧气或空气），另一侧为流动的氮气。试样两边的气压相等，所以该方法也被称为“等压法”。由于试验膜两侧氧气的浓度不同，因而氧气从高浓度一侧向低浓度一侧渗透。通过库仑电量传感器对透过的氧气量的检测，计算氧气透过率。

2.1.2.日本东洋精机公司透氧仪BT-3

日本东洋精机公司是透气性测试仪的代表生产商之一，目前国家标准主要是根据日本的压差法测试来制订的，即在薄膜的两侧分别为两个独立空间，其中一侧充入标准气体另一侧抽真空这样在薄膜的两侧会产生压差，通过压力的变化即可计算出透气量和透气性能[5]。所以TOYOSEIKI BT-3也是一款透气性测试仪的优秀设备。

2.1.3.BRUGGER透气仪

采用压力计法，测试干燥气体对包装材料的渗透性，特定条件下亦可测试潮湿气体。样品置于测试槽底，将槽内排空，计算待测气体穿透样品后所增加的压力，即可得知其渗透性。GDP-C配备精密压力感知器，效果优良。其测量精度为0.01，适用于油墨纸、涂布纸、铝箔、玻璃纸等材料的检测。

2.1.4.C230 氧气透过率测试系统

C230氧气透过率测试系统为我国 Labthink兰光研发生产的包装检测仪器，主要适用于薄膜、片材、容器等各种包装材料的气体透过率、水蒸气透过率等，本产品基于库伦氧气分析传感器和等压法测试原理，产品拥有专利的一体式3个测试腔，高精度传感器，内置专用计算机控制系统。提供精确的温度、湿度、流量的调节与控制，具有极高的测试灵敏度和重复性。应用于各种塑料薄膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔复合膜、玻纤铝箔纸复合膜等膜状材料的氧气透过率测试。

2.1.5.VAC-V2压差法气体渗透仪

VAC-V2压差法气体渗透仪是由济南兰光机电技术有限公司自主研发的一款产品，它基于压差法的测试原理，是一款专业用于薄膜试样的气体透过率测试仪，适用于塑料薄膜、片材、金属箔片在各种温度下的气体透过率、溶解度系数、扩散系数、渗透系数的测定。

2.2 水蒸气透过量测试设备

2.2.1.MOCON 3/33透湿仪

美国MOCON 3/33透湿仪适用于测试薄膜，整体包装、PET,PET,EOVH,镀铝包装、三层五层共挤材料、高阻隔性材料、复合材料、镀铝膜、共挤膜、铝箔、片状材料及塑料、橡胶等材料的水蒸气透过率测试。

测试方法为红外传感器法（MOCON专利），红外传感器性能长期稳定，不衰减，不需要任何再生和清洁。

符合标准：GB/T 26253-2010、ISO 15106-2、ASTM F-1249、TAPPI T557。该透湿仪可测试薄膜样品盒包装件，每台仪器都有独立的高精度传感器对温度，相对湿度，时间精确控制主机，并拥有先进的WINDOWS软件控制系统。

2.2.2.Labthink TSY-T3透湿性测试仪

这款产品也是由济南兰光机电技术公司自主研发的。该透湿性测试仪适用于塑料薄膜、复合膜等膜、医疗、建筑领域等多种材料的水蒸气透过率的测定。透湿性测试仪通过对水蒸气透过率的测定，达到控制与调节包装材料等产品的技术指标。其测试原理为在一定的温度下，使试样的两侧形成一特定的湿度差，水蒸气透过试样进入干燥的一侧，通过测定透湿杯重量随时间的变化量，从而求出试样的水蒸气透过率等参数。

2.2.3.其他透湿性测试仪

其他常用的透湿性测试仪还有很多，如BRUGGER透湿仪，杯式法（手工）和兰光的Labthink TSY-W 3/3透湿仪等等。