铝箔复合材料阻隔性能一般分为气体透过率和水蒸汽透过率二类,而气体透过率一般又以对包装影响较大的氧气为代表。
3.1氧气透过率的检测
氧气透过率检测的方法从测试原理上来分,主要有压差法和电量分析传感器的成份分析法2大类。
压差法的测定原理是用试验膜隔成2个独立的空间,将其中一侧(高压室)充入测定用气体;而另一侧(低压室)抽真空,这样在试样两侧就产生了一定的压差,高压室的气体就会通过薄膜渗透到低压室,通过测量低压室的压力或体积变化就可以得出气体的渗透率。压差法具有简单、方便、可以测定各种气体,以及仪器设备价格较低等优点。但在实际应用中,包装容器的内外压力大多数是相同的,不能模拟实际使用情况。大量的事实证明压差法与其它方法相比,检测结果偏大,在低透过率时,尤为明显。同时,有证据表明,用压差法测量氧气透过率时,压差的大小会明显影响检验结果。
铝箔复合包装材料的氧气透过率较低,一般都在0.1ml/m2·24h·1atm以下。而目前最好的压差法的检测仪器,其检测最低量为0.1ml/m2·24h·1atm,显然不能满足检测高阻隔的铝箔复合包装材料的要求。
电量分析型氧气透过率测试仪的原理是用试验膜隔成两个独立的气流系统,一侧为流动的氧气,另一侧为流动的氮气。试样两边的气压相等,在氧气的浓度差的作用下,氧气透过薄膜并在氮气流的载运下送至传感器中,测量出气流氧气的含量,计算出材料的氧气透过率。
电量分析型氧气透过率测试仪可以控制不同的湿度、温度及不同氧含量的气体,能更有效地模拟包装实际的使用条件,测试过程中试样两侧压力相同,有利于减少试验过程中的泄漏和对试样的破坏。电量分析型氧气透过率测试仪能准确测定透过气体中氧气的成份,因而测试结果更准确、可靠,可达到0.001ml/m2·24h·1atm的精度。但是电量分析型氧气透过率测定仪目前国内无法生产,价格极高,同时电量分析传感器只能对氧气进行检定,不能测量其它气体的透过率,电量分析传感器实际是用一种燃料电池做传感器,维护较麻烦,且具有一定寿命,运作成本较高,不太适应于高透氧率薄膜的测试。
目前我国所使用的氧气透过率检测仪器基本上都是压差法,早期以日本东洋精机的产品居多,近年来有些单位购买了精度较高的德国Bruggar公司和济南兰光的压差法透气测试仪。国内氧气透过率仅有GB1038这一压差标准。制定一个类似ASTM D 3985的电量分析法测量氧气透过率的国家标准,用于测定高阻隔性铝箔复合包装材料的氧气透过率是相当有必要的。
3.2水蒸汽透过率的检测
水蒸汽透过率的测试方法,从其检测原理上主要有称重、红外检定法和湿度传感器检定法等。
称重法的原理是先将一定的干燥剂放入透湿杯中,在透湿杯放上被检测的薄膜,用蜡密封后,放入恒温恒湿的环境中,以适当的时间间隔称量透湿杯的增重,从而计算出水蒸汽的透过率。作为透湿杯的发展变形,容器可以是袋、瓶或其它容器。称重量法具有简单、方便以及仪器设备价格低廉等优点。我国的GB/T1037-1988、GB/T16928-1997、GB/T6981-2003、GB/T6982-2003都是采用称重法。简单透湿杯称重法具有重复性、可靠性差、测量时间长、精度低等明显的缺点。济南兰光采用计算机控制自动称量制成了TSY-1型透湿性测试仪,其精度提高到了0.01g/m2·24h。GB/T16928中的B法采用成袋法,比杯式法有所改进,但实际操作结果表明,其精度一般也只能达到0.1g/m2·24h。GB/T6982是一种简单方便的方法,精度也很高,可达到0.0001g/m2·24h,不过其检测时间太长,有时可能要一年时间,不太适应于生产性检验。
红外检定法的原理是用试验膜隔成为独立的气流系统,一侧为具有一定相对湿度的氮气流,另一侧为干燥的氮气流,干燥的氮气流带着透过来的水蒸汽,流向红外检定传感器,测量出氮气中水蒸汽的含量,进而得出水蒸汽透过率。红外检定法在整个实验过程中全自动控制,不破坏扩散平衡,其结果准确可靠,检测精度一般可达到0.001g/m2·24h。
湿度传感器检定法的原理与红外检定法原理类似,使试样两侧形成一定的相对湿度差,通过湿度传感器测量湿度变化,从而计算出水蒸汽的透过量。
我国现有的水蒸汽透过率检测仪器,有称重、红外检定法和湿度传感器检定法,目前国家标准仅有称重法。对于水蒸汽透过率较大的包装材料可以用GB/T1037的杯式称重法,对于水蒸汽透过率较小的可热封材料,可用GB/T16928的成袋的称重法。铝箔复合包装材料的水蒸汽透过率一般都在0.1g/m2·24h以下,以上2种方法都不适应,只用红外检定法或湿度传感器检定法来测定。当然如果有足够的时间,GB/T6982的称重法也是一种不错的选择。