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)行測試，對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、水蒸氣透過率測試系統(tǒng)、壓差法、杯式法、稱重法

1、意義

包裝材料對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，同種包裝材料對不同氣體的阻隔性能并不相同，不同材料對同一種氣體的阻隔性能也千差萬別。本文針對性的測試了不同材質(zhì)的高分子包裝材料分別對氧氣、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，對上述兩種樣品分別進(jìn)行氧氣透過量與水蒸氣透過率測試。為了避免厚度對阻隔性的影響，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水蒸氣透過率測試系統(tǒng)、VAC-V2 壓差法氣體滲透儀分別測試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)部與測試腔環(huán)境隔開，通過控制透濕杯內(nèi)部與測試腔環(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水蒸氣透過率測試系統(tǒng)：支持增重法、減重法兩種試驗(yàn)方法，增重法的測試范圍為0.01 ~ 1,200 g/(m²·24h)，減重法的測試范圍為0.01 ~ 10,000 g/(m²·24h)；一次試驗(yàn)可測試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)的專莉測試艙和透濕杯，溫度和濕度更加均勻穩(wěn)定，測試周期更短，結(jié)果更；*DataShield^TM數(shù)據(jù)盾系統(tǒng)，對接用戶數(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、易燃易爆氣體的測試；提供標(biāo)準(zhǔn)膜進(jìn)行快速校準(zhǔn)，保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和通用性；支持Lystem^TM實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，統(tǒng)一管理試驗(yàn)結(jié)果和檢測報(bào)告。

4.3 適用范圍

C360M水蒸氣透過率測試系統(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試?？蓴U(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試；適用于多種氣體的透過率測試，如氧氣、二氧化碳、氮?dú)?、氦氣、空氣等?/span>

5、試驗(yàn)過程

5.1 水蒸氣透過率的測試

(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)測試腔的周邊涂抹真空油脂，并在測試區(qū)域放置濾紙，將試樣分別裝夾在設(shè)備的測試腔中，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)試樣測試結(jié)果的平均值為所測試樣品的水蒸氣透過率或氧氣透過量。本次試驗(yàn)測得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薄膜樣品對水蒸氣的阻隔性能較高；而對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，測試結(jié)果可靠，真實(shí)的反映出兩種樣品對氧氣、水蒸氣的阻隔性能。

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