包裝材料厚度與其阻氧性關系的驗證分析

摘要：厚度是影響包裝材料阻隔性能的重要因素之一。本文利用C230氧氣透過率測試系統分別測試了兩種材質相同但厚度不同的包裝材料的氧氣透過量，并介紹了試驗原理、設備參數及適用范圍、試驗過程等內容，通過對試驗結果的分析，為包材阻氧性的測試、包材的篩選等提供參考。

關鍵詞：阻氧性、氧氣透過量、厚度、氧氣透過率測試系統、包裝材料、等壓法、庫侖計法

1、意義

良好的阻隔性能是包裝材料對內容物實現有效保護的重要條件之一。適宜的阻隔性能可使產品在存儲期間始終處于內部氣體成分含量合適的環境中，如充氮包裝所用材料應對氧氣、氮氣具有較高的阻隔性能，以減少氧氣向包裝內部的滲透及包裝內部氮氣的滲出，使產品處于高濃度氮氣的保護氛圍中；新鮮果蔬所用包裝材料則應具有較高的透氣量，使果蔬始終處于氧氣、二氧化碳濃度適宜的環境中。包裝材料阻隔性能的影響因素較多，像材質結構、生產工藝、材料改性等，對于同一種材料來說，其厚度的大小對其阻氧性或阻濕性具有直接影響，本文分別測試了兩種材質相同但厚度不同的薄膜材料的氧氣透過量。

2、試驗樣品

聚酰胺薄膜材料，厚度分別為15 μm、25 μm。

3、試驗依據

材料氧氣透過量的測試方法包括壓差法、等壓法（庫侖計法），本次試驗采用等壓法原理進行測試，試驗過程依據GB/T 19789-2005 《包裝材料 塑料薄膜和薄片氧氣透過性試驗  庫侖計檢測法》。

4、試驗設備

圖1  C230氧氣透過率測試系統

本文采用C230氧氣透過率測試系統對兩種樣品進行測試，該設備由濟南蘭光機電技術有限公司自主研發生產。

4.1 試驗原理

等壓法原理，也稱為庫侖計原理，前者是根據滲透過程中試樣兩側始終保持相等壓力的特點而定義；庫侖計原理基于等壓法原理，根據利用庫侖計傳感器對滲透過試樣的氧氣進行定量測試。試樣裝夾完成后，將設備的測試腔分成上、下兩個腔，上腔中流動的是高純度的氧氣，下腔流動的是高純度的氮氣，氧氣在濃度差的作用下由上腔通過試樣滲透到下腔，并被流動的氮氣攜帶至庫侖傳感器處進行測試，通過對氧氣參與電化學反應所產生的電信號的分析，可得到試樣的氧氣透過量。

1. 設備參數

薄膜、片材試樣，測試面積為7 cm²時，測試范圍為0.7 ~ 35,000 cm³/(m²·d)，測試面積為50 cm²時，測試范圍為0.1 ~ 5,000 cm³/(m²·d)，分辨率為0.01 cm³/(m²·d)；容器類試樣的測試范圍為0.0005 ~ 25 cm³/(pkg·d)。設備的量程寬，氧核心采用電磁防護設計，并具有自維護功能，分辨率高，設備維護間隔長，使用成本低；設備配置了三個測試腔，一次試驗可得到三個試樣的平均值，提高了設備的測試效率；設備的控溫范圍為10 ~ 55℃，控溫精度為±0.2℃；濕度控制范圍0%RH ~ 90%RH，控濕精度為±2%RH。可滿足用戶不同測試條件的要求；提供標準膜快速校準，保證檢測數據的準確性和通用性。

4.3 適用范圍

(1) 本設備適用于薄膜、片材、容器等包裝件氧氣透過率的測試。薄膜類包括各種塑料薄膜、紙塑復合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁塑復合膜等膜狀材料；片材類包括各種工程塑料、橡膠等片材，如PP片材、PVC片材、PVDC片材等；容器包括塑料、橡膠、紙、紙塑復合、玻璃、金屬等材料制成的瓶、袋、罐、盒、桶等，如可樂瓶、花生油桶、利樂包裝、果凍杯、酸奶杯、金屬三片罐、牙膏軟骨、化妝品塑料包裝等。

(2) 本設備可擴展應用于太陽能背板、塑料管材、醫藥泡罩、隱形眼鏡、汽車油箱、電池塑料外殼等多種產品氧氣透過性能的測試。

(3) 本設備可滿足多項國家和標準，如ISO 15105-2、ASTM D3985、ASTM F2622、ASTM F1307、ASTM F1927、GB/T 19789、GB/T 31354、JIS K7126-B、YBB 00082003等。

5、試驗過程

(1) 用取樣器從15 μm樣品表面裁取3片試樣。

(2) 將3片試樣分別裝夾在設備的3個測試腔中，并用夾緊裝置夾緊。

(3) 在設備的控制軟件上設置試樣名稱、厚度、試驗溫度、濕度等參數信息，點擊試驗選項，設備自動按照設定的參數進行試驗，并在試驗結束后顯示試驗結果。

(4) 按照上述步驟測試25 μm樣品的氧氣透過量。

6、試驗結果

厚度為15 μm的試樣氧氣透過量的測試結果分別為53.1107cm³/(m²·d)、54.4316 cm³/(m²·d)、53.9413 cm³/(m²·d)，平均值為53.8279 cm³/(m²·d)，厚度為25 μm的試樣氧氣透過量的測試結果分別為29.0462 cm³/(m²·d)、28.8631 cm³/(m²·d)、28.4309 cm³/(m²·d)，平均值為28.7801 cm³/(m²·d)。

7、結論

厚度是影響同種材質包裝材料阻隔性能的重要因素。本文分別測試了15 μm、25 μm兩種不同厚度聚酰胺薄膜材料的氧氣透過量，從試驗結果來看，厚度為25 μm的樣品的氧氣透過量明顯低于厚度為15 μm樣品，說明25 μm樣品對氧氣的阻隔性能更高。這種現象與材料厚度增加，延長了氣體在薄膜中的擴散時間，從而引起氣體透過率降低有關。從試驗過程來看，設備的操作簡單，智能化程度高，試驗效率高。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，現有設備可測試薄膜材料對多種氣體的阻隔性能、抗沖擊性能、穿刺性能、拉伸性能、爽滑性能、熱封性能、密封性能等物理機械性能及溶劑殘留、總遷移量等衛生性能。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。