溫度與濕度對(duì)包裝材料水蒸氣透過率的影響

摘要：溫度與濕度是影響包裝材料對(duì)氣體阻隔性能的重要因素。本文通過對(duì)不同溫濕度條件下牛奶包裝用黑白膜樣品水蒸氣透過率的測試，分析了溫度與濕度對(duì)樣品阻濕性能的影響，并介紹了試驗(yàn)原理、設(shè)備參數(shù)及適用范圍等內(nèi)容，為不同條件下包裝材料水蒸氣透過率的測試及分析提供參考。

關(guān)鍵詞：溫度、濕度、水蒸氣透過率、阻濕性能、水蒸氣透過率測試系統(tǒng)、杯式法、稱重法、增重法、減重法

1、意義

　　根據(jù)具體用途的不同，考察材料阻隔性能的指標(biāo)分為對(duì)氧氣、水蒸氣、氮?dú)?、二氧化碳、空氣等不同氣體的阻隔性能，用相應(yīng)氣體的透過率表示。在阻隔性能的測試過程中，試驗(yàn)溫度與濕度是兩個(gè)重要的試驗(yàn)參數(shù)，溫濕度的變化會(huì)對(duì)材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、氣體分子的運(yùn)動(dòng)能力等因素產(chǎn)生影響，特別是在測試水蒸氣滲透能力的過程中，試驗(yàn)濕度是水蒸氣在包裝材料兩側(cè)發(fā)生滲透的動(dòng)力條件，因此，溫度與濕度條件不同，包裝材料中的氣體透過率有所差異。溫度與濕度對(duì)阻隔性能影響的研究，可為不同存儲(chǔ)環(huán)境下包裝材料均可產(chǎn)生良好保質(zhì)效果的提供數(shù)據(jù)參考。

2、試驗(yàn)樣品

　　本次試驗(yàn)以牛奶包裝用黑白膜為試驗(yàn)樣品，分別測試其在23℃、90%RH，38℃、70%RH與38℃、90%RH三種試驗(yàn)條件下的水蒸氣透過率。

3、試驗(yàn)依據(jù)

　　薄膜材料水蒸氣透過率的測試原理包括杯式法、紅外法與電解法等，本文采用杯式法原理進(jìn)行測試，試驗(yàn)過程依據(jù)GB 1037-1988 《塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗(yàn)方法 杯式法》。

4、試驗(yàn)設(shè)備

　　本文采用C360M水蒸氣透過率測試系統(tǒng)對(duì)樣品進(jìn)行測試，該設(shè)備由濟(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，又稱為稱重法，顧名思義是根據(jù)透濕杯的質(zhì)量變化得到試樣的水蒸氣透過率。按照透濕杯的質(zhì)量變化，該原理分為增重法與減重法兩種，這兩種方法均是通過將試樣裝夾在透濕杯中使透濕杯內(nèi)部與外部環(huán)境隔開，不同的是增重法透濕杯中放入的是干燥劑，減重法透濕杯中盛裝的是一定量的蒸餾水。通過控制設(shè)備測試腔中的濕度，使測試腔與透濕杯內(nèi)部存在濕度差（增重法中測試腔為高濕側(cè)，減重法測試腔為低濕側(cè)），水蒸氣從高濕側(cè)通過試樣滲透到低濕側(cè)，增重法中透濕杯重量增加，減重法則相反，因水蒸氣的散失重量減輕，根據(jù)對(duì)透濕杯質(zhì)量隨滲透時(shí)間變化情況的監(jiān)測即可得到單位時(shí)間滲透過單位面積試樣的水蒸氣量，即水蒸氣透過率。

圖1  C360M水蒸氣透過率測試系統(tǒng)

4.2 設(shè)備參數(shù)

　　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℃；配備高效率無水霧濕度自動(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)；先進(jìn)流體力學(xué)和熱力學(xué)結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)的測試艙和透濕杯，溫度和濕度更加均勻穩(wěn)定，測試周期更短，結(jié)果更精準(zhǔn)；獨(dú)有DataShield^TM數(shù)據(jù)盾系統(tǒng)，對(duì)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)，選配專用無線網(wǎng)，支持接入第三方軟件。

4.3 適用范圍

　　(1) 本設(shè)備適用于薄膜類、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。其中，薄膜類包括各種塑料薄膜、紙塑復(fù)合膜、土工膜、共擠膜、防水透氣膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁塑復(fù)合膜等膜狀材料；片材類包括各種工程塑料、橡膠、建材(建筑用防水材料)、保溫材料等，如PP、PVC、PVDC、尼龍等片材?？蓴U(kuò)展用于建筑材料、無菌護(hù)創(chuàng)膜、醫(yī)用膏藥貼劑等材料水蒸氣透過率的測試。

　　(2) 本設(shè)備可滿足多項(xiàng)國家和國際標(biāo)準(zhǔn)，如GB 1037、GB/T 16928、YBB00092003、ISO 2528、ASTM E96、ASTM D1653、TAPPI T464、DIN 53122-1等。

5、試驗(yàn)過程

　　本次試驗(yàn)采用增重法進(jìn)行試驗(yàn)。

　　(1) 從待測試的黑白膜樣品表面裁取3片直徑為74 mm的試樣。

　　(2) 在3個(gè)透濕杯中加入一定量已活化的干燥劑，然后分別依次放入密封圈、試樣、墊圈，最后擰緊杯蓋。注意干燥劑不能接觸試樣。將裝夾好試樣的透濕杯放入設(shè)備測試腔中的透濕杯架上，關(guān)閉測試腔蓋。

　　(3) 在設(shè)備的控制軟件上選擇“增重法”模式，設(shè)置試樣名稱、試驗(yàn)溫度(23℃)、濕度(90%RH)等參數(shù)信息，點(diǎn)擊試驗(yàn)選項(xiàng)，試驗(yàn)開始。設(shè)備按照設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)間歇稱重，并在結(jié)束后顯示試驗(yàn)結(jié)果。

　　(4) 按照上述步驟測試樣品在38℃、70%RH與38℃、90%RH兩種條件下的水蒸氣透過率。

6、試驗(yàn)結(jié)果

　　分別取每種試驗(yàn)條件3個(gè)試樣測試結(jié)果的算術(shù)平均值作為該試驗(yàn)條件下樣品的水蒸氣透過率。本次所測得黑白膜樣品在23℃、90%RH，38℃、70%RH與38℃、90%RH三種試驗(yàn)條件下的水蒸氣透過率分別為1.5674 g/(m²·24h)、2.6073 g/(m²·24h)、4.1037 g/(m²·24h)。

7、結(jié)論

　　從試驗(yàn)過程來看，本次試驗(yàn)簡單易行，設(shè)備易于操作，智能化程度高，可精準(zhǔn)控制試驗(yàn)條件，試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定可靠。對(duì)比不同溫度、濕度條件下所測試樣品的水蒸氣透過率，樣品在相同溫度、90%RH濕度條件下的水蒸氣透過率較高，而在相同濕度、38℃條件下的水蒸氣透過率較高，說明樣品在高濕或高溫條件下對(duì)水蒸氣的阻隔性能降低。濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司是一家專業(yè)從事包裝檢測設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)與包裝檢測服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)，新推出的C系列包裝檢測儀器，包括紅外法、庫侖計(jì)法、電解法、杯式法等全新的阻隔性檢測設(shè)備，均采用自主傳感器及核心技術(shù)，儀器的性能更穩(wěn)定、檢測更高效、數(shù)據(jù)更精確，測試結(jié)果的可靠性、準(zhǔn)確性、重復(fù)性等都取得了大幅提升，了解相關(guān)檢測設(shè)備詳細(xì)信息可登陸濟(jì)南蘭光公司網(wǎng)站查看或致電咨詢。愈了解，愈信任！Labthink蘭光期待與行業(yè)中的企事業(yè)單位增進(jìn)技術(shù)溝通與合作。