影响包装材料阻隔性的主要因素和测试技术
时间：2011-05-23 阅读：2371
包装作为产品安全的*道防线，包装材料的阻隔性能就是保证产品安全的一个重要手段，它可以保证产品保质保鲜,保证预期的货架寿命，减少因产品变质而引起公众疾病的危险。
在包装材料的生产和使用过程中，存在着很多影响材料阻隔性的因素，因此，我们先来看哪些因素影响着材料的阻隔性。
一．影响阻隔性的主要因素：
1．材料自身的影响：
高分子的立体结构、结晶程度、链取向、亲水性、表面性能、添加物、厚度、和多层结构等自身因素都会不同程度地影响材料的阻隔性。
2．外部因素的影响：
- 环境温度的影响：温度每升高1℃，材料的渗透率会增加5~7%
- 环境湿度的影响：相对湿度会影响含氢键的极性高分子, 在高湿度的情况下，象NYLOR、EVOH等材料的透气率会产生突升。
因此，我们在研究包装材料的阻隔性能时，就必须要考虑到材料的特性，以及材料终使用的内、外部环境。
二．阻隔性测试的技术：
1．透氧测试：
等压---库仑电量传感器法，这是美国MOCON公司技术，MOCON公司以40年的渗透测试的专业经验，拥有世界上的渗透性测试技术，以及多种和标准认可，ASTM 和ISO相关标准都是以MOCON产品为基础的，目前在*已有3000多台MOCON设备，美国*更达到98% 。
1） 等压---库仑电量传感器技术介绍：
库仑电量传感器是*的值传感器，传感器中每通过一个氧气分子，就会释放出四个电子，氧分子数量和电子数量的关系是线性正比的，传感器的准确率非常高，而且不受渗透浓度和传感器环境变化影响的。因此，采用这种传感器的仪器是不需要校准和标定的。
等压法透氧测试的标准ISO15105-2、ASTM D3985都要求采用库仑电量传感器对渗透过来的氧气进行100%的检测。目前只有MOCON公司的透氧仪采用了真正的库仑电量值传感器，真正符合ISO 10105-2和ASTM D3985标准，其精度、可靠性之高是*的。
而有些设备制造商采用了一种普通的电化学法传感器，为延长传感器的使用寿命，他们的传感器外层包覆着一层软膜，从样品渗透过来的氧气中只有一部分能透过这层软膜，终进入传感器而产生电信号，这个二次部分渗透违反了标准所要求的100%氧气检测，这层软膜的存在使这个传感器成为了一个相对值传感器，需要用不同浓度的氧气进行校准。通过ASTM委员会组织的实验室对比测试数据表明，这些非库仑传感器的测试准确性不能满足ASTM标准的要求，尤其是测量低透过率的材料时，它的测试结果会出现明显的偏差。
2）测试腔的温湿度控制技术：
材料的渗透性会随着测试温度和湿度而发生变化，MOCON等压---库仑电量传感器法的透氧测试仪可以对测试样品进行的温湿度控制。
温湿度传感器探测的准确性是进行控制的前提，MOCON透氧仪中的温湿度传感器位置非常接近测试样品，能真实地反映样品所处的温湿度环境，而且温湿度传感器能方便地取出，可以利用干燥剂和饱和盐溶液进行二点式校准，以避免传感器回路的老化漂移。
MOCON所采用的湿度发生方法是美国标准研究院NIST所推荐的双压力法，控制简便而且稳定；某些设备采用的是双流量法，类似于冷热水的双阀门调节，难以稳定控制，往往达不到它们声明的湿度范围，而且它们的湿度传感器没有安装在样品旁边，客户无从知晓传感器的准确性。
3）在环境温度中的测试稳定性：
由于MOCON所用的库仑电量传感器是值传感器，它的线性关系不受氧气浓度和环境温度变化的影响。
普通电化学传感器（非库仑电量法）的透氧仪使用的是相对值传感器，传感器外层包覆着一层软膜。由于传感器位于仪器的机箱中，传感器温度会随环境温度而变化，这个软膜自身的透氧率也会因而变化，这样传感器测试精度就很容易受环境温度变化的影响。标准实验室的环境温度变化在4℃之间（±2℃），这个微小的温度变化会给这些相对值传感器带来超过0.5cc/m2day的波动，这个波动对高阻隔材料的测试数据会产生很大的影响。
4）测试设备的可溯源性：
MOCON所用的值传感器不需要校准，但MOCON公司仍提供可溯源到N.I.S.T.的标准薄膜，给客户作为一个选择性的验证手段，用户只需要在验证仪器的时候使用。MOCON提供多种不同数量级的标准溯源膜，只要这几个标准膜的测量值在允许误差范围之内，根据线性关系，就能保证仪器处于佳的状态，实现全量程上的测试精度。
普通电化学传感器（非库仑电量法）的透氧仪由于使用的是相对值传感器，所以它们必须要使用标准薄膜进行校准补偿，使用三张标准膜，其实只能对三种氧气浓度梯度进行校准，由于是非线性关系，这三个校准点的准确性并不能代表其它点的准确性，因而不能保证全量程的准确性。
5）和传统压差法的比较：
传统的压差法的测试原理相对简单，只需要对气压进行的测量，而且可以测试材料对多种气体的阻隔性。但是压差法在其准确性及应用方面，有着较大的局限性。
- 压差法的测试下限只能达到0.5 cc/m2day，再小的透过率数据是不能保证精度的，因而压差法已经不能适用于高阻隔材料的检测。
- 这个压差的存在会破坏材料本身的性能结构。
- 压差法不能测试完整的包装件。
- 测试的重复性较差，国内外都没有溯源标准膜的供应，只能用原厂的参考膜进行验证，不同生产商的设备之间没有一个统一的参考值。
- 抽真空技术好坏直接影响到测试准确性和测试效率。
在高透过的测试范围里，压差法可以和等压法进行相互印证，等压---库仑电量传感器法作为一个更、的测试方法，利用其传感器的线性关系来保证了在低透过的测试范围里的测试精度。
- 等压法的测试范围低能达到0.005 cc/m2day，足以准确地检测这些高阻隔材料。
- 样品两侧气压相同，不会破坏材料本身的性能结构。
- 可以测试完整的包装件或瓶，只需要加装很小的附件。
- 测试重复性很好，可以利用追溯美国标准研究院NIST的标准膜来验证设备，使得不同实验室的测试结果能够有很好的比对性。
2．透湿测试：
等压--红外传感器法，是目前*的的水蒸气透过率测试方法，MOCON透湿仪采用了等压--红外传感器法，符合ASTM F1249、ISO 15106-2等多种标准。
1）等压--红外传感器技术介绍：
它只判别红外光谱中某些特定波长被水蒸气吸收的线性比率来判别水蒸气的浓度，水蒸气只在管路中随载气流动，不经过任何处理，不存在其它的干扰因素。红外传感器是一种相对值传感器，需要校准。
2）采用与透氧仪相同的测试腔温湿度控制技术，保证了测试的准确性。
3）测试设备的可溯源性：
MOCON公司提供多种可溯源到N.I.S.T.的标准薄膜，可对设备进行校准和标定。
4）和某些传统方法的比较：
- 传统的杯式法，测试精度差，人为因素影响很大，目前ISO已经淘汰这种测试方法。而且测试时间长，有时需要几天，甚几个月的测试时间。
- 传统的电解法，需要先用吸湿剂来吸收水蒸气，再通过电极电解水蒸气，再根据电解电流来判断。这样对水蒸气进行了二次处理过程，吸湿剂的效率、电极的损耗都会影响测试的精度，累积误差大。而且电解槽需要定期再生，费时费力。