摘要：由于高分子材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)等差異，不同材質(zhì)薄膜材料的阻隔性能不盡相同。本文通過對(duì)相同厚度的PET、BOPP兩種材質(zhì)薄膜材料氧氣透過量與水蒸氣透過率分別進(jìn)行測(cè)試，對(duì)比了兩種材料的阻隔性能差異，并介紹了試驗(yàn)原理、設(shè)備參數(shù)及適用范圍、試驗(yàn)過程等內(nèi)容，為薄膜材料阻隔性能的測(cè)試及包材篩選提供參考。
關(guān)鍵詞：PET薄膜、BOPP薄膜、阻隔性能、氧氣透過量、水蒸氣透過率、壓差法氣體滲透儀、水蒸氣透過率測(cè)試系統(tǒng)、壓差法、杯式法、稱重法
1、意義
包裝材料對(duì)氣體的阻隔性能可通過氣體透過高分子材料的速度進(jìn)行表征。氣體滲透的越快，相同時(shí)間內(nèi)透過材料的氣體量越多，反映材料對(duì)氣體的阻隔性能較差。
氣體在包裝材料中的滲透過程可分為吸附—擴(kuò)散—脫附三個(gè)階段，影響整個(gè)滲透過程的因素包括氣體分子的大小、極性等相關(guān)性能以及高分子材料分子鏈結(jié)構(gòu)、分子量大小、分子極性、結(jié)晶度、材料改性等。由于不同氣體及高分子材料的結(jié)構(gòu)各異，同種包裝材料對(duì)不同氣體的阻隔性能并不相同，不同材料對(duì)同一種氣體的阻隔性能也千差萬別。本文針對(duì)性的測(cè)試了不同材質(zhì)的高分子包裝材料分別對(duì)氧氣、水蒸氣阻隔性能的差異。
2、試驗(yàn)樣品
本次試驗(yàn)以PET薄膜與BOPP薄膜材料為試驗(yàn)樣品，對(duì)上述兩種樣品分別進(jìn)行氧氣透過量與水蒸氣透過率測(cè)試。為了避免厚度對(duì)阻隔性的影響，本文選取厚度相同的PET薄膜與BOPP薄膜。
3、試驗(yàn)依據(jù)
鑒于本次所測(cè)試兩種樣品的阻隔性能范圍，本文分別采用杯式法與壓差法測(cè)試兩種薄膜的水蒸氣透過率與氧氣透過量，試驗(yàn)過程分別依據(jù)GB 1037-1988 《塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗(yàn)方法 杯式法》 與GB/T 1038-2000 《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗(yàn)方法 壓差法》。
4、試驗(yàn)設(shè)備
本文采用C360M水蒸氣透過率測(cè)試系統(tǒng)、VAC-V2 壓差法氣體滲透儀分別測(cè)試PET薄膜與BOPP薄膜樣品的水蒸氣透過率與氧氣透過量，這兩款設(shè)備均由濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)。
4.1 試驗(yàn)原理
杯式法原理是利用裝夾的試樣將透濕杯內(nèi)部與測(cè)試腔環(huán)境隔開，通過控制透濕杯內(nèi)部與測(cè)試腔環(huán)境的濕度條件，使兩者處于不同的濕度環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)水蒸氣從高濕側(cè)向低濕側(cè)的滲透，透濕杯的質(zhì)量隨水蒸氣的滲透過程而增加或減小。因此，通過測(cè)試透濕杯質(zhì)量隨滲透時(shí)間的變化情況即可得到試樣的水蒸氣透過率。
壓差法原理是通過使試驗(yàn)過程中試樣兩側(cè)保持一定的壓力差實(shí)現(xiàn)測(cè)試氣體從高壓側(cè)向低壓側(cè)的滲透，并根據(jù)壓力傳感器測(cè)試的低壓側(cè)壓力隨時(shí)間的變化情況得到試樣的氣體透過量。
圖1 C360M水蒸氣透過率測(cè)試系統(tǒng)
圖2 VAC-V2壓差法氣體滲透儀
4.2 設(shè)備參數(shù)
C360M水蒸氣透過率測(cè)試系統(tǒng)：支持增重法、減重法兩種試驗(yàn)方法，增重法的測(cè)試范圍為0.01 ~ 1,200 g/(m2·24h)，減重法的測(cè)試范圍為0.01 ~ 10,000 g/(m2·24h)；一次試驗(yàn)可測(cè)試6個(gè)試樣，提高了試驗(yàn)效率；艙體空間立體恒溫，控溫范圍(15 ~ 55)℃±0.2℃；配備率無水霧濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，控濕范圍為(10% ~ 90%) ±1%，氣體干燥裝置無需更換內(nèi)芯，連續(xù)工作壽命可達(dá)兩萬小時(shí)；試樣尺寸為Φ74 mm，測(cè)試面積為33 cm2；風(fēng)速自動(dòng)調(diào)節(jié)；*流體力學(xué)和熱力學(xué)結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)的專莉測(cè)試艙和透濕杯，溫度和濕度更加均勻穩(wěn)定，測(cè)試周期更短，結(jié)果更；*DataShieldTM數(shù)據(jù)盾系統(tǒng)，對(duì)接用戶數(shù)據(jù)集中管理要求，支持多種數(shù)據(jù)格式導(dǎo)出；采用可靠安全算法，防止數(shù)據(jù)泄露；支持通用有線和無線局域網(wǎng)，選配無線網(wǎng)，支持接入第三方軟件。
VAC-V2 壓差法氣體滲透儀：測(cè)試范圍為0.05 ~ 50,000 cm3/(m2·24h·0.1MPa)，真空分辨率可達(dá)到0.1 Pa；控溫范圍為5℃ ~ 95℃，控溫精度為±0.1℃；控濕范圍為0%RH、2%RH ~ 98.5%RH、100%RH，控濕精度為±1%RH；有三個(gè)*獨(dú)立的試驗(yàn)腔，可同時(shí)測(cè)試三種相同或不同的試樣；可進(jìn)行任意溫度下的數(shù)據(jù)擬合，輕松獲得測(cè)試條件下的試驗(yàn)結(jié)果；經(jīng)過改制，本設(shè)備還可支持有毒氣體、易燃易爆氣體的測(cè)試；提供標(biāo)準(zhǔn)膜進(jìn)行快速校準(zhǔn)，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和通用性；支持LystemTM實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，統(tǒng)一管理試驗(yàn)結(jié)果和檢測(cè)報(bào)告。
4.3 適用范圍
C360M水蒸氣透過率測(cè)試系統(tǒng)：適用于薄膜類、片材類、紙張與紙板類、紡織品與非紡織布等包裝材料與產(chǎn)品的水蒸氣透過率的測(cè)試。可擴(kuò)展用于建筑材料、無菌護(hù)創(chuàng)膜、膏藥貼劑等材料水蒸氣透過率的測(cè)試。
VAC-V2 壓差法氣體滲透儀：專業(yè)用于多種薄膜、片材試樣在各種溫度下的氣體透過率、滲透系數(shù)、溶解度系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)試；可擴(kuò)展到航空航天用材料、紙及紙板、漆膜、玻纖布、玻纖紙、化妝品軟管片材、各種橡膠片材等材料的透氣性測(cè)試；適用于多種氣體的透過率測(cè)試，如氧氣、二氧化碳、氮?dú)狻⒑狻⒖諝獾取?/span>
5、試驗(yàn)過程
5.1 水蒸氣透過率的測(cè)試
(1) 用取樣器分別從PET薄膜與BOPP薄膜樣品上各裁取3片直徑為74 mm的試樣。
(2) 取6個(gè)干燥的透濕杯，分別加入一定量的蒸餾水，將所裁制的2種樣品的6片試樣分別裝夾在透濕杯中，然后將透濕杯依次放置在設(shè)備的透濕杯架上，關(guān)閉設(shè)備艙蓋。
(3) 設(shè)置試樣名稱、厚度、試驗(yàn)溫度、濕度等參數(shù)信息，點(diǎn)擊開始試驗(yàn)選項(xiàng)，試驗(yàn)開始。設(shè)備按照設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)，并在結(jié)束后顯示試驗(yàn)結(jié)果。
5.2 氧氣透過量的測(cè)試
(1) 用取樣器從PET薄膜樣品表面裁取3片直徑為97 mm的試樣。
(2) 在3個(gè)測(cè)試腔的周邊涂抹真空油脂，并在測(cè)試區(qū)域放置濾紙，將試樣分別裝夾在設(shè)備的測(cè)試腔中，合上上腔，并擰緊。
(3) 在控制軟件中設(shè)置試樣名稱、厚度、試驗(yàn)溫度、濕度、抽真空時(shí)間等參數(shù)信息，點(diǎn)擊試驗(yàn)選項(xiàng)，打開真空泵，設(shè)備按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后顯示試驗(yàn)結(jié)果。
(4) 按照(1) ~ (3)的步驟測(cè)試BOPP薄膜樣品的氧氣透過量。
6、試驗(yàn)結(jié)果
分別取3個(gè)試樣測(cè)試結(jié)果的平均值為所測(cè)試樣品的水蒸氣透過率或氧氣透過量。本次試驗(yàn)測(cè)得PET薄膜水蒸氣透過率為18.0726 g/(m2·24h)，氧氣透過率為28.0127 cm3/(m2·24h·0.1MPa)；BOPP薄膜的水蒸氣透過率為3.3611 g/(m2·24h)，氧氣透過量為651.6029 cm3/(m2·24h·0.1MPa)。
7、結(jié)論
從試驗(yàn)結(jié)果來看，PET薄膜樣品的水蒸氣透過率高于BOPP薄膜樣品的水蒸氣透過率，說明BOPP薄膜樣品對(duì)水蒸氣的阻隔性能較高；而對(duì)氧氣的阻隔性能則相反，PET薄膜樣品的氧氣透過量低于BOPP薄膜樣品的氧氣透過量，說明PET薄膜樣品對(duì)氧氣的阻隔性能更高。兩種樣品這種阻氧性能、阻濕性能的差異與樣品的高聚物分子極性、氣體分子極性有關(guān)。整個(gè)試驗(yàn)過程中，設(shè)備易于操作，智能化程度高，測(cè)試結(jié)果可靠，真實(shí)的反映出兩種樣品對(duì)氧氣、水蒸氣的阻隔性能。
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