基于西紅柿皮制作的薄膜材料的水蒸氣阻隔性能

　　摘要：基于西紅柿皮研究制成的綠色環(huán)保材料的應(yīng)用將有利于減輕因使用塑料等不易降解、回收類材料對(duì)環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)。本文針對(duì)性的測(cè)試了基于西紅柿皮研制的薄膜材料對(duì)水蒸氣的阻隔性能，并通過(guò)對(duì)試驗(yàn)原理、試驗(yàn)過(guò)程及W3/031水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀設(shè)備參數(shù)、適用范圍的介紹，為此類植物型環(huán)保材料防潮性能的研究提供參考。

　　關(guān)鍵詞：西紅柿皮，環(huán)保材料，防潮性能，阻隔性能，水蒸氣透過(guò)率，杯式法，稱重法，水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀

1、意義

　　塑料類高分子材料所具有的良好的柔韌性、阻隔性、易于攜帶、便于運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)在給人們帶來(lái)便利的同時(shí)，其所具有的不易回收、降解難且耗時(shí)長(zhǎng)等缺陷也給環(huán)境造成了極大的負(fù)擔(dān)。隨著塑料制品應(yīng)用普及率的逐漸提高，與塑料生產(chǎn)及報(bào)廢相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題凸顯，如白色垃圾、海洋塑料微粒等。為了應(yīng)對(duì)此類環(huán)境問(wèn)題，除了盡量減少塑料制品使用外，替代塑料的環(huán)保型材料的研發(fā)及推廣應(yīng)用亦迫在眉睫。

　　近年來(lái)，可降解的環(huán)境友好型材料的研究工作開(kāi)展的如火如荼，相關(guān)材料的推廣應(yīng)用也初見(jiàn)效果，其中以植物資源制備的綠色環(huán)保材料是研究與應(yīng)用的重點(diǎn)。例如，果實(shí)類植物“西紅柿”極為常見(jiàn)，在生產(chǎn)番茄醬時(shí)所廢棄的大量西紅柿皮極具利用價(jià)值，已有意大利的研究人員證明西紅柿皮可用于制備可降解塑料袋，本文針對(duì)性的測(cè)試了基于西紅柿皮研制的薄膜材料的水蒸氣阻隔（透過(guò)）性能。

2、試驗(yàn)樣品

　　本次試驗(yàn)以經(jīng)過(guò)一定處理的西紅柿皮薄膜材料為試驗(yàn)樣品，測(cè)試其水蒸氣透過(guò)率。

3、試驗(yàn)依據(jù)

　　鑒于水蒸氣在西紅柿皮中的滲透能力較強(qiáng)，本次試驗(yàn)采用杯式法原理測(cè)試樣品的阻隔性能，試驗(yàn)依據(jù)為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W3/031水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀為試驗(yàn)設(shè)備，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，又被稱為稱重法原理，是指通過(guò)測(cè)試透濕杯的質(zhì)量變化情況得到所測(cè)試材料的水蒸氣透過(guò)率。根據(jù)透濕杯質(zhì)量的增加或減輕，本原理方法又可分為增重法與減重法兩種方法，這兩種方法均是利用裝夾的試樣將透濕杯內(nèi)部環(huán)境與外部環(huán)境隔開(kāi)，通過(guò)控制透濕杯內(nèi)、外濕度不同，實(shí)現(xiàn)水蒸氣的滲透，其中增重法透濕杯中放置一定量的干燥劑形成低濕條件，透濕杯外部為高濕環(huán)境，減重法是向透濕杯中加入一定量的蒸餾水形成高濕條件，透濕杯外部控制為低濕環(huán)境。水蒸氣從高濕側(cè)通過(guò)試樣滲透到低濕側(cè)，引起透濕杯質(zhì)量增加或減輕，當(dāng)達(dá)到滲透平衡后，通過(guò)測(cè)試透濕杯質(zhì)量隨滲透時(shí)間的變化情況，計(jì)算試樣的水蒸氣透過(guò)率。

圖1  W3/031水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀

4.2 設(shè)備參數(shù)

　　本設(shè)備的測(cè)試范圍為0.1 ~ 10,000 g/(m²·24h)，測(cè)試精度為0.01 g/(m²·24h)；可實(shí)現(xiàn)3個(gè)試樣的同時(shí)測(cè)試，即一次試驗(yàn)可得到3個(gè)試樣的試驗(yàn)結(jié)果；試驗(yàn)溫度范圍為15 ~ 55℃，控溫精度為±0.1℃，試驗(yàn)濕度為10%RH ~ 98%RH，控濕精度為±1%RH；標(biāo)準(zhǔn)吹掃風(fēng)速可保證透濕杯內(nèi)外濕度差的恒定；提供標(biāo)準(zhǔn)膜和標(biāo)準(zhǔn)砝碼兩種快速校準(zhǔn)方式，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和通用性；專業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的透濕杯稱重方式有效保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；支持Lystem^TM實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，輕松實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)的集中化和系統(tǒng)化管理；標(biāo)定數(shù)據(jù)恢復(fù)功能，有效解決了由誤操作帶來(lái)的不利影響，最大限度的保證了系統(tǒng)工作的安全性，系統(tǒng)可按照用戶指定的方式對(duì)關(guān)鍵信息數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)，如各傳感器的標(biāo)定數(shù)據(jù)恢復(fù)操作。

4.3 適用范圍

• 薄膜材料：適用于各種塑料薄膜、植物型薄膜、紙塑復(fù)合膜、土工膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復(fù)合膜、防水透氣膜等膜狀材料的水蒸氣透過(guò)率的測(cè)試。
• 片材：適用于各種工程塑料、橡膠、建材(建筑用防水材料)、保溫材料等片狀材料的水蒸氣透過(guò)率的測(cè)試，如PP片材、PVC片材、PVDC片材、尼龍片材等。
• 紙張、紙板類：適用于紙張、紙板的水蒸氣透過(guò)率的測(cè)試。
• 紡織品、無(wú)紡布：適用于紡織品、無(wú)紡布等材料的水蒸氣透過(guò)率的測(cè)試。
• 擴(kuò)展應(yīng)用：本設(shè)備還可擴(kuò)展應(yīng)用到液晶顯示屏膜、太陽(yáng)能背板、無(wú)菌護(hù)創(chuàng)膜、美容面膜、防護(hù)服材料等的水蒸氣透過(guò)率的測(cè)試。
• 本設(shè)備滿足多項(xiàng)國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，如GB 1037、GB/T 16928、ASTM E96、ASTM D1653、TAPPI T464、ISO 2528、DIN 53122-1、JIS Z0208、YBB00092003。

5、試驗(yàn)過(guò)程

　　(1) 從所制備的西紅柿皮薄膜樣品中分別裁取3片試樣。

　　(2) 向3個(gè)透濕杯中分別加入一定量的蒸餾水，依次放置密封墊片、試樣、密封圈，然后擰緊透濕杯蓋，確保試樣與透濕杯間密封良好。

　　(3) 將裝夾好試樣的3個(gè)透濕杯分別放置在設(shè)備內(nèi)部的透濕杯架上，關(guān)閉設(shè)備的測(cè)試腔門(mén)。

　　(4) 在設(shè)備的控制軟件上設(shè)置試樣名稱、試驗(yàn)溫度、濕度、試驗(yàn)?zāi)Ｊ降膮?shù)信息，點(diǎn)擊試驗(yàn)選項(xiàng)，設(shè)備按照設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)。

　　(5) 試驗(yàn)結(jié)束后，設(shè)備顯示3個(gè)試樣的水蒸氣透過(guò)率測(cè)試值。

6、試驗(yàn)結(jié)果

　　取3個(gè)試樣測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值為樣品的水蒸氣透過(guò)率，本次所測(cè)試西紅柿皮薄膜樣品的水蒸氣透過(guò)率為72.317 g/(m²·24h)。

7、結(jié)論

　　水蒸氣透過(guò)率是表征材料對(duì)水蒸氣阻隔性能的重要指標(biāo)，是評(píng)價(jià)材料應(yīng)用性能的重要參考。西紅柿皮薄膜材料水蒸氣透過(guò)率的正確評(píng)價(jià)，對(duì)于改善植物型環(huán)保材料的應(yīng)用性能具有重要意義。從本次試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，西紅柿皮薄膜材料的水蒸氣透過(guò)率偏高，若要提高其防潮性能，需對(duì)其進(jìn)行改性。本次研究所利用的W3/031水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀測(cè)試樣品的過(guò)程簡(jiǎn)單，設(shè)備易于操作，試驗(yàn)結(jié)果可準(zhǔn)確地反映西紅柿皮薄膜材料的水蒸氣滲透性能。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(cè)設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)與包裝檢測(cè)服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)，現(xiàn)有設(shè)備的測(cè)試范圍涵蓋了軟塑包裝材料全項(xiàng)性能指標(biāo)，了解相關(guān)檢測(cè)設(shè)備及檢測(cè)服務(wù)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。