軟塑包裝材料的氣體阻隔性能測(cè)試及方法分析

　　*，在食品、醫(yī)藥、精密電子元件等行業(yè)，產(chǎn)品包裝材料的氣體阻隔性能是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，它能夠直接影響到產(chǎn)品的保存期、保存環(huán)境、銷售環(huán)境等。氣體對(duì)食品和藥品的影響是早引起軟包裝行業(yè)廣泛關(guān)注的，氧氣的滲透可能導(dǎo)致食品變質(zhì)、藥品失效等，現(xiàn)在對(duì)于食品和藥品包裝，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)對(duì)包裝薄膜的透氣量及測(cè)試有了初步的說(shuō)明。在此我們?yōu)槟榻B薄膜的透氣機(jī)理，詳細(xì)介紹了氣體透過對(duì)內(nèi)容物的影響，以及現(xiàn)在廣泛使用的氣體阻隔性測(cè)試方法。本文僅介紹常用氣體的測(cè)試，不涉及有機(jī)氣體。

1.氣體滲透過程

　　包裝材料的滲透性廣義來(lái)說(shuō)是通過材料或材料與內(nèi)容物之間的物質(zhì)傳遞。從熱力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，小分子物質(zhì)對(duì)包裝材料的滲透是單分子擴(kuò)散過程，整個(gè)過程出現(xiàn)的快慢由溶解度參數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)這兩個(gè)因素決定。在不討論包裝物泄漏的條件下，薄膜對(duì)氣體的阻隔性就是氣體對(duì)薄膜的滲透：氣體分子從高濃度區(qū)進(jìn)入材料表面，通過向材料的擴(kuò)散，而又從低濃度區(qū)的另一表面解吸。

1.1擴(kuò)散現(xiàn)象

　　擴(kuò)散現(xiàn)象是由于組分密度分布不均勻引起質(zhì)量傳遞，形成質(zhì)量流所致。從微觀上來(lái)說(shuō)，氣體中的擴(kuò)散現(xiàn)象和氣體分子熱運(yùn)動(dòng)有直接關(guān)系。

1.2透過氣體對(duì)內(nèi)容物的影響

　　對(duì)于食品、醫(yī)藥、精密電子元件等行業(yè)而言產(chǎn)品包裝材料的阻隔性能是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)。例如：水果保鮮，包裝薄膜的阻氧性及阻濕性（即薄膜對(duì)氧氣和水蒸氣的阻隔性）是水果保鮮期的決定因素。再如傷濕止痛膏，就是特別需要阻氧包裝的藥品，選用阻氣阻濕好的PVDC膜包裝，氣味就不會(huì)散失，不會(huì)影響療效。

　　空氣中的氧氣對(duì)食品中的營(yíng)養(yǎng)成分有一定的破壞作用：氧使食品中的油脂發(fā)生氧化，即使是在低溫條件下也能進(jìn)行；油脂氧化產(chǎn)生的過氧化物可使食品失去食用價(jià)值，而且發(fā)生異臭，產(chǎn)生有毒物質(zhì)；氧能使食品中的維生素和多種氨基酸失去營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；氧還能使食品的氧化褐變反映加劇；對(duì)于食品微生物，大部分細(xì)菌由于氧的存在而繁殖生長(zhǎng)，造成食品的變質(zhì)。對(duì)于果蔬保鮮，由于生鮮果蔬在貯運(yùn)流通過程中為保持其正常的代謝作用仍在呼吸，吸收一定數(shù)量的氧而放出一定量的CO2和水，并消耗一部分營(yíng)養(yǎng)，薄膜的透氧性低可減少放出的水和消耗的養(yǎng)分，延長(zhǎng)水果的保鮮期。在碳酸飲料包裝上，由于PET具有良好的透明性和強(qiáng)度以及對(duì)CO2的不可滲透性等優(yōu)點(diǎn)，目前PET塑料容器已占整個(gè)碳酸軟飲料包裝的40%，代替了一部分玻璃瓶和金屬聽罐。

　　對(duì)于藥品包裝，包裝材料能對(duì)藥品的質(zhì)量、有效期、包裝形式、銷售、成本等起重要作用。一般的藥品生產(chǎn)，無(wú)論是片劑、顆粒劑、注射劑、液劑、散劑、還是軟膏等，都處于量少品種多的狀況，而且從藥品出廠直到到達(dá)病人手中要經(jīng)過比較復(fù)雜的途徑。藥品包裝材料應(yīng)具有穩(wěn)定性、阻隔性能、結(jié)構(gòu)性能和良好的加工性。空氣中對(duì)藥品影響大的要數(shù)氧氣，氧氣可使許多藥品，如維生素C、A、D和腎上腺素，苯酚等氧化變質(zhì)從而使它們的主要成分含量下降、療效減弱或無(wú)效。

　　盡管許多藥品帶有保護(hù)膜，但是藥品包裝的阻氣性仍是至關(guān)重要的。目前用于包裝的塑料仍采用世界上的六大通用塑料：PE、PP、PS、PVC、PA、PC，國(guó)內(nèi)的藥品包裝多用其中的PE、PVC、PP、以及聚酯。藥用包裝材料除滿足包裝材料的一般性能外，還要滿足安全性和適用性等特殊要求，例如藥用泡罩包裝材料包括藥用鋁箔、塑料硬片、熱封涂料等材料，其中藥用鋁箔以硬質(zhì)工業(yè)用純鋁為基材，具有無(wú)毒、耐腐蝕、不滲透、阻熱、防潮、阻光、可高溫滅菌等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樗幤穼?duì)潮、濕、光透非常敏感，故要求所用的泡罩材料對(duì)水、光、汽等有高阻隔性，多選用PVC、PVDC、或復(fù)合材料PVC/PVDC、PVC/PE、PVC/PVDC/PE、PVDC/OPP/PE等。

2.透氣性測(cè)試方法

　　從測(cè)試原理上分，透氣性測(cè)試方法有壓差法和通過電量分析傳感器法兩類，目前廣泛采用壓差法測(cè)試薄膜透氣性。

2.1壓差法的測(cè)定原理

　　用待測(cè)薄膜測(cè)試腔隔成兩個(gè)獨(dú)立的空間，向其中一側(cè)（高壓室）充入測(cè)試氣體，在試樣兩側(cè)形成一定的壓差，高壓室的氣體透過薄膜滲透到低壓室，通過測(cè)量低壓室的壓力或體積變化就可以得出氣體的滲透率。GB/T1038—2000就是采用了壓差法。上現(xiàn)有的壓差法薄膜透氣性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有ASTMDl434—1998，ISO15105—1，ISO2556：2001等。

　　壓差法透氣儀的測(cè)試范圍寬，使用簡(jiǎn)單，可以進(jìn)行多種氣體的測(cè)試，試驗(yàn)成本低，設(shè)備價(jià)格一般比電量分析傳感器法低。Labthink于1989年創(chuàng)立，深耕于包裝物理性能檢測(cè)領(lǐng)域30年，在提升業(yè)內(nèi)檢測(cè)水平，推動(dòng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化方面做了大量有益探索。Labthink面向quan球市場(chǎng)推出全新創(chuàng)新力作——C130H氣體滲透測(cè)試系統(tǒng)，一款基于壓差法測(cè)試原理的實(shí)驗(yàn)室精密試驗(yàn)儀器，幫助食品、制藥、包裝等科研及檢測(cè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)薄膜、片材的氣體透過率、溶解度系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)、滲透系數(shù)測(cè)試，高效推進(jìn)其成品質(zhì)控、新品研發(fā)進(jìn)程。C130H基于GB、ISO、ASTM等國(guó)家及標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)，真正符合壓差法測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)系統(tǒng)的要求。采用了儀器與軟件一體化、自動(dòng)化設(shè)計(jì)，無(wú)人值守運(yùn)行更加可靠，適合不同水平的操作人員快速掌握、應(yīng)用，準(zhǔn)確的獲取材料的滲透性能數(shù)據(jù)。

2.2電量分析傳感器法的測(cè)試原理

　　電量分析型氧氣透過率測(cè)試儀的原理是用待測(cè)薄膜將測(cè)試腔隔成兩個(gè)獨(dú)立的氣流系統(tǒng)，一側(cè)為流動(dòng)的待測(cè)氣體（可是純氧氣或含氧氣的混合氣體，可設(shè)定氣體的相對(duì)濕度），另一側(cè)為流動(dòng)的氮?dú)狻Ｔ嚇觾蓚?cè)的壓差相等但氧分壓不同，在濃度差的作用下，通過薄膜的氧氣在氮?dú)饬鞯妮d運(yùn)下送至電量分析傳感器中，從而計(jì)算出材料的氧氣透過率。

　　電量分析型設(shè)備，低端精度較高，由于試樣兩側(cè)壓力相同，有利于減少試驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的泄漏，但該類儀器價(jià)格昂貴，而且氧傳感器是消耗型的，試驗(yàn)成本較高。該類儀器對(duì)于氧氣透過量低的試樣檢測(cè)精度高，但由于傳感器使用壽命的限制不適宜經(jīng)常檢測(cè)氧氣透過量較高的試樣。此外，該類設(shè)備對(duì)試驗(yàn)氣體有一定的選擇性。

　　Labthink蘭光自主研發(fā)生產(chǎn)的C230H氧氣透過率測(cè)試系統(tǒng)，基于庫(kù)侖氧氣分析傳感器和等壓法測(cè)試原理，參照ASTM D3985標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造，為高、中氣體阻隔性材料提供高精度和高效率的氧氣透過率檢測(cè)試驗(yàn)。適用于食品、藥品、醫(yī)療器械、日用化學(xué)、光伏電子等領(lǐng)域的薄膜、片材、包裝件及相關(guān)材料的氧氣透過性能測(cè)試。

3.結(jié)論

　　氣體對(duì)包裝材料的滲透可能會(huì)引起內(nèi)容物變質(zhì)、失效，對(duì)于產(chǎn)品的保質(zhì)期有很大的影響。上現(xiàn)有壓差法和電量分析傳感器法兩種方法來(lái)檢測(cè)氣體透過性，我國(guó)的軟包裝測(cè)試行業(yè)在透氣性測(cè)試領(lǐng)域迅速發(fā)展。