包装材料厚度与其阻氧性关系的验证分析

摘要：厚度是影响包装材料阻隔性能的重要因素之一。本文利用C230氧气透过率测试系统分别测试了两种材质相同但厚度不同的包装材料的氧气透过量，并介绍了试验原理、设备参数及适用范围、试验过程等内容，通过对试验结果的分析，为包材阻氧性的测试、包材的筛选等提供参考。

关键词：阻氧性、氧气透过量、厚度、氧气透过率测试系统、包装材料、等压法、库仑计法

1、意义

良好的阻隔性能是包装材料对内容物实现有效保护的重要条件之一。适宜的阻隔性能可使产品在存储期间始终处于内部气体成分含量合适的环境中，如充氮包装所用材料应对氧气、氮气具有较高的阻隔性能，以减少氧气向包装内部的渗透及包装内部氮气的渗出，使产品处于高浓度氮气的保护氛围中；新鲜果蔬所用包装材料则应具有较高的透气量，使果蔬始终处于氧气、二氧化碳浓度适宜的环境中。包装材料阻隔性能的影响因素较多，像材质结构、生产工艺、材料改性等，对于同一种材料来说，其厚度的大小对其阻氧性或阻湿性具有直接影响，本文分别测试了两种材质相同但厚度不同的薄膜材料的氧气透过量。

2、试验样品

聚酰胺薄膜材料，厚度分别为15 μm、25 μm。

3、试验依据

材料氧气透过量的测试方法包括压差法、等压法（库仑计法），本次试验采用等压法原理进行测试，试验过程依据GB/T 19789-2005 《包装材料 塑料薄膜和薄片氧气透过性试验  库仑计检测法》。

4、试验设备

图1  C230氧气透过率测试系统

本文采用C230氧气透过率测试系统对两种样品进行测试，该设备由济南兰光机电技术有限公司自主研发生产。

4.1 试验原理

等压法原理，也称为库仑计原理，前者是根据渗透过程中试样两侧始终保持相等压力的特点而定义；库仑计原理基于等压法原理，根据利用库仑计传感器对渗透过试样的氧气进行定量测试。试样装夹完成后，将设备的测试腔分成上、下两个腔，上腔中流动的是高纯度的氧气，下腔流动的是高纯度的氮气，氧气在浓度差的作用下由上腔通过试样渗透到下腔，并被流动的氮气携带至库仑传感器处进行测试，通过对氧气参与电化学反应所产生的电信号的分析，可得到试样的氧气透过量。

1. 设备参数

薄膜、片材试样，测试面积为7 cm²时，测试范围为0.7 ~ 35,000 cm³/(m²·d)，测试面积为50 cm²时，测试范围为0.1 ~ 5,000 cm³/(m²·d)，分辨率为0.01 cm³/(m²·d)；容器类试样的测试范围为0.0005 ~ 25 cm³/(pkg·d)。设备的量程宽，氧核心采用电磁防护设计，并具有自维护功能，分辨率高，设备维护间隔长，使用成本低；设备配置了三个测试腔，一次试验可得到三个试样的平均值，提高了设备的测试效率；设备的控温范围为10 ~ 55℃，控温精度为±0.2℃；湿度控制范围0%RH ~ 90%RH，控湿精度为±2%RH。可满足用户不同测试条件的要求；提供标准膜快速校准，保证检测数据的准确性和通用性。

4.3 适用范围

(1) 本设备适用于薄膜、片材、容器等包装件氧气透过率的测试。薄膜类包括各种塑料薄膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝塑复合膜等膜状材料；片材类包括各种工程塑料、橡胶等片材，如PP片材、PVC片材、PVDC片材等；容器包括塑料、橡胶、纸、纸塑复合、玻璃、金属等材料制成的瓶、袋、罐、盒、桶等，如可乐瓶、花生油桶、利乐包装、果冻杯、酸奶杯、金属三片罐、牙膏软骨、化妆品塑料包装等。

(2) 本设备可扩展应用于太阳能背板、塑料管材、医药泡罩、隐形眼镜、汽车油箱、电池塑料外壳等多种产品氧气透过性能的测试。

(3) 本设备可满足多项国家和标准，如ISO 15105-2、ASTM D3985、ASTM F2622、ASTM F1307、ASTM F1927、GB/T 19789、GB/T 31354、JIS K7126-B、YBB 00082003等。

5、试验过程

(1) 用取样器从15 μm样品表面裁取3片试样。

(2) 将3片试样分别装夹在设备的3个测试腔中，并用夹紧装置夹紧。

(3) 在设备的控制软件上设置试样名称、厚度、试验温度、湿度等参数信息，点击试验选项，设备自动按照设定的参数进行试验，并在试验结束后显示试验结果。

(4) 按照上述步骤测试25 μm样品的氧气透过量。

6、试验结果

厚度为15 μm的试样氧气透过量的测试结果分别为53.1107cm³/(m²·d)、54.4316 cm³/(m²·d)、53.9413 cm³/(m²·d)，平均值为53.8279 cm³/(m²·d)，厚度为25 μm的试样氧气透过量的测试结果分别为29.0462 cm³/(m²·d)、28.8631 cm³/(m²·d)、28.4309 cm³/(m²·d)，平均值为28.7801 cm³/(m²·d)。

7、结论

厚度是影响同种材质包装材料阻隔性能的重要因素。本文分别测试了15 μm、25 μm两种不同厚度聚酰胺薄膜材料的氧气透过量，从试验结果来看，厚度为25 μm的样品的氧气透过量明显低于厚度为15 μm样品，说明25 μm样品对氧气的阻隔性能更高。这种现象与材料厚度增加，延长了气体在薄膜中的扩散时间，从而引起气体透过率降低有关。从试验过程来看，设备的操作简单，智能化程度高，试验效率高。济南兰光机电技术有限公司是一家专业从事包装检测设备研发生产与包装检测服务的*企业，现有设备可测试薄膜材料对多种气体的阻隔性能、抗冲击性能、穿刺性能、拉伸性能、爽滑性能、热封性能、密封性能等物理机械性能及溶剂残留、总迁移量等卫生性能。愈了解，愈信任！Labthink兰光期待与行业中的企事业单位增进技术沟通与合作。