包裝材料對不同氣體阻隔性能的比較分析

摘要：隨著包裝形式的多樣化發展，與包裝直接接觸的氣體種類增多，包裝材料對不同氣體的阻隔性是影響包裝保質效果的重要因素。本文通過測試BOPP/CPP薄膜對氧氣、氮氣的阻隔性能對比分析了包裝材料對不同氣體阻隔性的高低，并描述了試驗原理、試驗過程、設備參數及適用范圍等內容，為企業監控分析材料對氣體的阻隔性能提供參考。

關鍵詞：氧氣透過量、氮氣透過量、BOPP/CPP、包裝材料、阻隔性能、壓差法氣體滲透儀

1、意義

隨著產品種類的增多及包裝技術的進步，產品的包裝形式越來越多，例如抽真空包裝、充氮包裝、氣調包裝等，對這些形式的包裝來說，包裝材料對氣體的阻隔性能是影響包裝效果的重要因素。若包裝材料的阻隔性較差，包裝內部與環境中的氣體交換量較大，則會引起包裝中的氣體成分含量發生變化，影響包裝的保質效果。以氣調包裝為例，氣調包裝通過對包裝內部不同氣體含量比例的控制以保持產品的外觀及質量，而同種包裝材料對不同氣體的阻隔能力并不相同，這與氣體分子的大小及其與包裝材料的相容性有關，一般來說氣體分子越小，與材料的相容性越好，氣體越容易在材料中滲透，即氣體透過量越高。這種不同氣體透過量的差異很可能會導致包裝內部氣體比例發生變化。因此，通過對不同氣體阻隔性的比較分析，研制并選擇合適阻隔性能的包裝材料，對保證包裝發揮其保質效果具有重要意義。

2、試驗依據

氣體透過性能的檢測方法有壓差法與等壓法兩種測試原理，受傳感器種類及試驗原理的限制，等壓法一般僅可測試氧氣透過量，本文采用壓差法可測試樣品對不同氣體的阻隔性能，所依據的標準為GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗方法 壓差法》。

3、試驗樣品

本次試驗所選擇的樣品為干法復合而成的BOPP/CPP薄膜，分別測試該樣品的氧氣透過量與氮氣透過量。

4、試驗設備

本文所利用的試驗設備為VAC-VBS壓差法氣體滲透儀，該設備由濟南蘭光機電技術有限公司自主研發生產。

圖1  VAC-VBS壓差法氣體滲透儀

4.1 試驗原理

壓差法指的是試驗過程中試樣兩側保持一定的壓力差，并通過測試低壓側壓力的變化情況得到試樣氣體透過量的方法。具體的實現過程為，試樣裝夾到設備上后將測試腔分為上、下兩腔，通過對設備上、下腔抽真空至一定的真空度，然后向上腔充入一定壓力的試驗氣體，使上、下腔保持一定的壓力差，上腔內的氣體在壓力差的作用下，通過試樣滲透到下腔中，通過測試下腔中的壓力變化情況得到試樣的氣體透過量。

4.2 適用范圍

(1) 本設備適用于多種薄膜、片材的氣體滲透性能測試。薄膜類包括各種塑料薄膜、紙塑復合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復合膜等膜狀材料；片材類包括各種工程塑料、橡膠、建材等片狀材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

(2) 本設備還可擴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。

(3) 本設備適用于多種氣體的透過率測試，如氧氣、二氧化碳、氮氣、氦氣、空氣等。

(4) 本設備滿足多項國家和標準，如ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003。

4.3 設備參數

測試范圍為0.1 ~ 100,000 cm³/(m²·24h·0.1MPa)；可同時完成3個試樣的測試，試驗結果為3個試樣測試結果的平均值；試樣的溫度范圍為15 ~ 55℃，控溫精度為±0.1℃；提供標準膜進行快速校準，保證檢測數據的準確性和通用性；支持Lystem^TM實驗室數據共享系統，統一管理試驗結果和檢測報告。

5、試驗過程

5.1 裁樣

從待測的BOPP/CPP薄膜樣品表面裁取直徑為80 mm的試樣6片，放置在23 ℃的干燥器中狀態調節48 h。

5.2 氧氣透過量測試

(1) 在三個測試腔的周邊均勻涂抹真空油脂，并在測試區域放置濾紙。取其中3片試樣分別粘貼在設備的3個測試腔表面，去除試樣與測試腔間的氣泡，并用試樣夾緊裝置夾緊。

圖2 試樣裝夾圖

(2) 設置試樣名稱、試驗溫度、試驗濕度等參數信息，點擊試驗選項，試驗開始，打開真空泵。試驗結束后，設備顯示試驗結果。

5.3 氮氣透過量測試                                                   

設備接上氮氣氣源，按照5.2中的步驟檢測試樣的氮氣透過量。

6、試驗結果

本次試驗所測試的BOPP/CPP薄膜樣品的氧氣透過量為779.0179 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，氮氣透過量為202.3561 cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、結論

從本文的試驗結果來看，所測得樣品的氧氣透過量明顯高于氮氣透過量，這說明在相同時間內、相同條件下滲透過包裝材料的氧氣量更多，這種現象與氮氣分子直徑大于氧氣分子直徑有關。另外，從試驗過程來看，設備易于操作，試驗效率與智能化程度高，測試精度高，測試結果可靠，可以準確的反映出所測試樣品對氧氣、氮氣的阻隔性能。濟南蘭光機電技術有限公司是一家專業從事包裝檢測設備研發、生產與包裝檢測服務的高新技術企業，始終致力于為客戶提供、專業、精密的檢測設備與準確、、貼心的檢測服務，目前現有設備包括氣體透過量檢測設備、水蒸氣透過量檢測設備、智能電子拉力試驗機、密封試驗儀、摩擦系數儀、遷移量及不揮發物測定儀、撕裂度儀等多款設備。愈了解，愈信任！Labthink蘭光期待與行業中的企事業單位增進技術溝通與合作。