二氧化碳渗透仪

CarboPack BT可以用来测试二氧化碳渗透性，例如碳酸饮料中的二氧化碳透过PET瓶身或者软木塞（天然的或合成的）， 气泡酒或饮料的玻璃瓶盖子等。CarboPack BT测试CO TR是无损的，并且很快。通常一个测试只需花费不到1小时，而不像其他常规的方法需要几周甚至几个月。

CarboPack BT可以测量透过包装材料的微量渗透（市场上更好的检测限），也可以测量肉眼可见的泄漏，例如碎了或者焊接失误等。

采用非色散红外气体传感器，基于双波长红外检测子系统，通过恒温控制和压力补偿，达到了*的灵敏度。由于这一点以及电子板，CarboPack BT可以在较高的相对湿度值测试CO2TR(可选项)。通过这种方法，我们可以在尽可能接近真实的条件下进行测量，并评估湿度对用于生产瓶子的材料或涂层的二氧化碳渗透性的影响。

CarboPack BT配备了一套加热冷却控制系统，该系统可以验证阻隔层性能随温度的变化情况。所有功能均由软件控制。

在如今的塑料包装应用领域，含气包装异军突起，逐渐显现了更多的功能性。

    形式之一是气调包装，即在封闭包装内，通过充入CO2、N2等气体，调节包装内的气体组分，起到抑制引起内容物(尤其是食品)品质劣变的物理、化学、生理反应等的作用。CO2是气调包装中占据重要地位的气体成分，突出作用是其高效的抑菌效果。由于CO2能穿透细菌的细胞，使细胞内的PH下降和酶的活性降低，因此能够抑制细胞的繁殖。并且CO2低毒，对食品感官品质影响小，因而对于鱼肉海鲜、鲜嫩果蔬、烘焙点心等有防腐和防霉的作用。

    形式之二是碳酸饮料包装。碳酸饮料是加工中增大压力将CO2溶解于糖水中制得。CO2与液体接触时发生碳酸化，产生酸味，调和了饮料的风味，同时形成刺激性口感，赋予了碳酸饮料*的泡沫外观。CO2的碳酸化降低了液体的PH值，营造了酸性环境，有利于抑制微生物的繁殖，起到抑菌防腐的作用。

    气体流失机理和渗透测试的方法

    对于上述两种含气包装的产品，CO2气体量的保持是实现其包装功能和产品特性的前提条件，对于内容物的品质保鲜、风味保持具有重要的实际意义。但从现实角度来看，“流失”不可避免。根据济南兰光多年对包装塑料和塑料容器渗透机理的研究，流失主要有两种途径：

    1.微观层面——渗透

    对于含气包装，包装内的CO2浓度明显高于外侧，在浓度差的作用下，高压侧的气体会吸附溶解到塑料材料上，在其中经过扩散，从另一侧解析而出，这一过程就是CO2的渗透流失过程。渗透速率主要取决于包装塑料的阻隔性、厚度以及环境温湿度。

    2.宏观层面——泄漏

    这主要指的是包装封边或瓶口部位的密封性。若封边质量不佳，瓶盖未拧紧，或瓶口和瓶盖螺纹设计存在缺陷，导致封边或瓶口的密封不良，此时气体容易通过缝隙泄漏而出。

    宏观层面的泄漏往往呈现快速、大量的流失特点，易于观察，因此易于防控。但微观层面的气体流失，是一个缓慢长期的过程，不易被察觉，这往往是内容物发生保质期内品质劣变的重要成因。

    因此，对于包材供应商来说，应建立产品性能控制体系，对用于含气包装的材料阻隔性做到预先检验，及时调整工艺，以提供符合使用方要求的包材。而对于以含气包装为主要形式的包材终端使用方来说，应将包装材料的CO2渗透性能，以及其他常规气体如N2、O2和空气等的渗透阻隔性能检验、研究，纳入内容物质量控制体系中，对自产包材或供应包材的阻隔性能的应用适用性进行判断，同时也作为评价筛选供应商的有效数据来源。

    当前，塑料材料的CO2透过率的测试，主要参照GB/T1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法：压差法》。其原理为：用塑料薄膜或薄片将低压室和高压室分开，高压室充有约105Pa的试验气体，低压室的体积已知。试样密封后用真空泵将低压室内空气抽到接近零值。用测压计测量低压室内的压力增量△p，可确定试验气体由高压室透过膜(片)到低压室的以时间为函数的气体量，但应排除气体透过速度随时间而变化的初始阶段。气体透过量按以下公式计算：

    Qg=(ΔP/Δt)×(T0/P0T)×(24/(P1-P2))

    式中，Qg——材料的气体透过量，单位为cm3/m2·d·Pa;

    (ΔP/Δt)——在稳定透过时，单位时间内低压室气体压力变化的算数平均值，单位为Pa/h;

    V——低压室体积，单位为cm3;

    S——试样的试验面积，单位为m2;

    T——试验温度，K;

    P1-P2——试样两侧的压差，单位为Pa;

    T0——标准状态下的温度(273.15K);

    P0——标准状态下的压力(1.0133×105Pa)。

    测试案例及分析

    笔者选取了同等厚度的PP材料和PET材料，按照上述测试原理，借助气体渗透仪测试其不同温度下的CO2和N2的透过量，一方面形象化展示仪器阻隔性测试方法，另一方面展示不同材料的CO2和N2的透过量的差异，以及温度对其的影响。以此为范例，为包材上下游企业提供该领域测试、研究的相关方法指导。

    测试采用的仪器为济南兰光的VAC-V2压差法气体渗透仪，该设备专业用于多种薄膜、片材试样在各种温度下的气体透过率、渗透系数、溶解度系数及扩散系数的测试;适用于多种气体的透过率测试，如O2、CO2、N2、氦气和空气等;测试范围为0.05~50000cm3/(m2·24h·0.1MPa)，真空分辨率可达到0.1Pa;控温范围为5℃~95℃，控温精度为±0.1℃;控湿范围为0%RH、2%RH~98.5%RH、100%RH，控湿精度为±1%RH;有三个*独立的试验腔，可同时测试三种相同或不同的试样。

    测试时，按照标准和仪器要求，将预先处理好的试样放置在上下测试腔之间，夹紧。首先对低压腔(下腔)进行真空处理，然后对整个系统抽真空。当达到规定的真空度后，关闭测试下腔，向高压腔(上腔)充入一定压力的试验气体，并保证在试样两侧形成一个恒定的压差(可调)。这样气体会在压差梯度的作用下，由高压侧向低压侧渗透，通过对低压侧内压强的监测处理，可得出所测试样的各项阻隔性参数。

    济南兰光压差法气体渗透仪

    济南兰光的VAC-V2压差法气体渗透仪

    压差法薄膜气体渗透测试

    压差法薄膜气体渗透测试

    测试结果见表1。从材料来看，同面积同厚度的PET薄膜的N2和CO2的透过量明显低于PP薄膜。从渗透气体来看，两种材质对N2的透过量远低于CO2的透过量，其原因是因为气体分子的大小和形状会影响气体在材料内的扩散性。分子的大小可以通过气体分子的动力学直径来表示，见表2。普遍情况下，分子的动力学直径越小，在聚合物中扩散越容易。

二氧化碳渗透仪