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| 摘要 | 本文（wén）通過大量實測數據證明了在壓差法透氣性檢測中（zhōng），對試樣（yàng）兩側施（shī）加不同的壓力差不（bú）會對透氣性（xìng）試驗數據產生影響。 |
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| 關鍵字 | 壓力差,壓差法,等壓法,透氣性 |
| 文檔 | 點擊查看PDF文（wén）檔 |
有一種觀點認為在壓差法中氣體壓力差的存在會影響軟包裝高分子聚合物的結（jié）構狀態，進而會影響（xiǎng）透氣性測試結果。MD传媒视频實驗室（shì）與湖南工業大學（株洲工學（xué）院）合作針對壓（yā）力差對聚合（hé）物透氣性能的影響進行（háng）項目研究，通過大量實測（cè）數據分析證明壓差法中壓力差的存在不會（huì）影響（xiǎng）材料透氣性。
在透氣性測試過程中對試樣結構進行監控是很難實現的，所以（yǐ）要考證聚合物材料在壓差法中是否因（yīn）為壓力差的存在而產生材料結構狀態上的（de）變化、並對壓力差的存在與材（cái）料透氣性測試數據的關係進行分析需要借助試樣的可（kě）測（cè）性（xìng）能指標進行判斷。
1. 連續測試的數據重（chóng）複性以及試（shì）樣厚度的變化量
如果氣體壓力差對試樣微（wēi）觀結構的（de）影（yǐng）響是使其由鬆散結構變的更加緊湊，即將結構鬆散的物質壓“實”， 並增加氣體透過的（de）困難，那麽材料（liào）經受較（jiào）長時間的壓力作用後其厚度會減小，同時（shí）透氣性測試數據應隨連續測試次數的增（zēng）加（jiā）而呈現出減小的趨勢。我們選擇鋁箔複合（hé）膜、PET薄膜、PC薄膜三種透氣性能分別屬於高阻隔、中阻隔、低（dī）阻隔（gé）三個範圍內的材料，對同一試樣進行連續多次透氣性測試，觀察（chá）測（cè）試結果的重複性以及（jí）測試前後（hòu）試樣厚度（dù）的變化量並進（jìn）行分析。測試設備選用Labthink VAC-V1壓差法氣體滲透儀以及CHY-C2測厚儀，實測數據列於表1中。
表1. 透氧量、試樣厚度實測數（shù）據（jù）表
試樣 | 透氣性檢測 | 厚（hòu）度檢測（μm） | |||||
透氧量1 | 試驗溫度 | CV（％） | 試驗前 | 試驗後2 | Δd | ||
鋁箔複（fù）合膜 | 0.150 | 27℃ | 14.72 | 97.9 | 97.9 | 0 | |
0.202 | 28.1℃ | ||||||
0.179 | 27.3℃ | ||||||
PET薄膜 | 58.467 | 30.2℃ | 1.65 | 25.6 | 25.7 | 0.1 | |
58.770 | 29.6℃ | ||||||
60.291 | 30.1℃ | ||||||
PC薄膜 | 521.122 | 30.3℃ | 1.43 | 128.3 | 128.3 | 0 | |
536.198 | 30.4℃ | ||||||
529.115 | 30.3℃ | ||||||
注：1. 透氧量的單位是：ml/m2·24h·0.1MPa。
2. 厚度測量在（zài）試（shì）樣的有效試（shì）驗區域內進行，其（qí）他（tā）區（qū）域受真空酯的汙染，測量意義不大（dà）。
分析數據可以看出透氣性測試數據基本保持（chí）不變，並沒（méi）有表現出隨測試次數增加（jiā）而減小（xiǎo）的趨勢，而且試樣（yàng）的（de）厚度在試驗前（qián）後也沒有（yǒu）出現變化，因此氣體壓力差會使得材（cái）料鬆散的結構變地更加緊湊進而影響透氣性測試結（jié）果的說法是不成立的。
2. 不同壓（yā）力差與材料透氣量（liàng）的關係
理論上，試樣的透氣量、透氣係數與壓力差是（shì）無（wú）關的，即在不同的壓力差下檢測同一種材料（liào），測得的透氣量與透氣係數應該是一致（zhì）的。如果氣體壓力差對（duì）試樣微觀結構的影響是破壞材料結構，導致材料（liào）產生小的裂紋（wén）、針孔等（děng）缺陷，則測得的透氣量和滲透係數會隨著（zhe）壓力差的增大而增大。相反地，如果材料兩側壓力差增大但透（tòu）氣量和滲透係數保持不（bú）變，則可以證明壓力差的存在並沒有對材料的結構產生破壞。
MD传媒视频實驗室自今年3月份以來，曆（lì）時3個月對八種十（shí）餘件試樣進行了在不（bú）同氣體（tǐ）壓力差下的（de）大量試驗，試驗選擇在壓力差為30kPa、50kPa、70kPa、90kPa、110kPa、130kPa、150kPa這7個測試點（diǎn）下進行，在每個測試點下至少重複測試3遍，測試溫（wēn）度均為40℃。選擇的試驗（yàn）材料包括PC（125μm）、PC（175μm）、PET（12μm）、PET（23μm）、PET（25μm）、PA（35μm）、PE（40μm）、CPP（40μm）、OPP（38μm）等軟包裝材料中最常用的高（gāo）聚物，還進行了PE/EVOH/PE（55μm）、PA/PE（80μm）等複合材料的檢測，材料涉及（jí）高、中、低阻隔性範圍，透氣量從1.5cm3/m2·24h·0.1MPa至（zhì）7000cm3/m2·24h·0.1MPa。由於篇幅原因，實測數據請（qǐng）登陸Labthink網站查詢。這裏對PC（125μm）和PC（175μm）的（de）透氣量與試樣兩側壓力差之間的關係（xì）、以（yǐ）及PET（12μm）、PET（23μm）、PET（25μm）的滲透係數與試樣兩側壓力差（chà）之間的關係進行（háng）對比，參見圖1、圖2。分析圖1、圖2可（kě）以明顯看出壓差法（fǎ）中壓力差的（de）存（cún）在及變化對試樣的透氣（qì）量以及滲透係數沒有影響。
圖（tú）1
透氧量單位：cm3/m2·24h·0.1Mpa
圖2
滲透係數單位：(E-12)cm3·cm/cm2·s·cmHg
本次試驗獲得的數據重複性還是很好的，分析試驗數據可獲得明確的結論，即壓差法中壓力差的存在並沒（méi）有對材料的結構產生破（pò）壞，壓力差的存在以及變化（huà）確實沒有對（duì）試樣的透氣量和透氣係數產生影（yǐng）響。
3. IAPRI會（huì）議觀點以及國際同（tóng）類研（yán）究進展（zhǎn）
IAPRI 是國際包裝研究組織協會（huì）International Association of Packaging Research Institutes的縮（suō）寫，是全球範圍內的包（bāo）裝技術研究組織。2007年度IAPRI技術會議於9月3日到5日在英國倫敦舉行。在本次會議上，壓力差對試驗數（shù）據（jù）不會產生影響的（de）結論得到（dào）了各國專家學者的肯定與廣（guǎng）泛認同（參會IAPRI論文《塑料包材透氣性能測（cè）試研究——壓（yā）差對透氣性能的影響》已於2007年9月24日及10月15日分兩期（qī）在MD传媒视频（guāng）實驗室論壇發布），無獨有偶的是，遠在南美智利的協會成員也進行了類似的（de）學術研究，得到與我們一致的結論。
智利方代表發表了《高壓處理對食品軟包裝材料機械性能、熱學（xué）性能、阻隔特性的影響》（INFLUENCE OF HIGH PRESSURE PROCESSING OVER MECHANICAL, THERMAL AND BARRIER PROPERTIES ON FLEXIBLE FOOD PLASTIC PACKAGING）一（yī）文，介紹了HPP處理（lǐ）過程對於食品軟包裝材料的機（jī）械（xiè）性能、熱學性能（néng）以及阻隔（gé）性能三方麵的影響。其中（zhōng）對於經受高壓處理的材料的（de）阻隔性能研究正好可以為我們（men）的研究課題進行內容補充：一方（fāng）麵可以擴大壓力範圍，當前我們的測試都是在通常的（de）試驗（yàn）壓力範圍內，受試驗設備的限製，無法（fǎ）模擬高壓以及超高壓（yā）的情（qíng）況；另一方麵，其中對於特殊塗層材料的研究可（kě）以給我們關（guān）於塗層材料的阻隔性能是否會受到壓力差的影響提供寶貴（guì）數據。高壓（yā）處理（HPP）以及超高壓處理是一種食品保存（cún）方法，應用超高壓技術加工食（shí）品能使食品中（zhōng）酶的活性降低、殺滅微生物、改變食品組分間（jiān）的（de）相互作用等，目（mù）前該方（fāng）法在糧食、穀物、水果（guǒ）、海鮮（xiān）、加工食品的保存中都有應用，該技術的關鍵是要使得物品在高壓環境中（一般（bān）是150 MPa～600MPa，相當於壓（yā）差法檢測中壓力的1500倍～6000倍）保存一段時間，然後再恢複常壓保存（cún）。其論文（wén）中對於試驗簡況以及試驗結果的描述如下：Pouches of different structures (PET/PE; PET-met/PE; PE/EVOH/PE and PPSiOx) containing distilled water or olive oil as food simulants were subjected to 400MPa, 30min and 20 or 60℃. Metalized and Si-covered materials were highly affecting its barrier properties, PET-met/PE increased its water vapour permeability nearby 40%, value depending on nature of phase contact (water or oil), and an increase of 50％ for oxygen permeability. Similar results were found for PPSiOx. No great modifications were found for PE/EVOH/PE and PET/PE.（對裝有蒸餾（liú）水或者橄欖（lǎn）油作為食品模擬物的由不同材料(PET/PE; PET-met/PE; PE/EVOH/PE and PPSiOx)製成的袋子在20℃或者（zhě）60℃的環（huán）境下施（shī）加400MPa的壓力，並保持30min。對於金屬化材料以及（jí）鍍氧化矽薄膜，其阻隔（gé）性受到較大的影響，PET-met/PE的水蒸氣滲透性增長了近40％，具體數值根據（jù）內裝介質（蒸餾水或者橄欖油）的不同而異，氧氣滲透（tòu）性增長了50％。對PPSiOx材（cái）料的檢測也（yě）出現類似的情況。但是對於PE/EVOH/PE以及PET/PE材料其阻隔性檢測數（shù）據卻沒有明顯變化。）具體測試數（shù）據見表2。考慮到在本次HPP處理中所施加的壓力是在壓（yā）差法測試中壓力的4000倍，而塗層（céng）材料在如此大的壓力下（xià）依然具有很好的阻隔性，可見這（zhè）些材（cái）料的透（tòu）氣性在壓差法測試中是不會受壓力（lì）差變化影（yǐng）響的。
表2. HPP處理前（qián）、後材料的阻隔性檢測數據表
Permeability WVTR (g/m2/24h) | Permeability OTR (ml/m2/24h) | ||||||
Packaging material | Phase Contact | Control | 400 MPa, 20°C | 400 MPa, 60°C | Control | 400 MPa, 20°C | 400 MPa, 60°C |
PE/EVOH/PE | Non | 3,3 | 3,4 | 3,5 | 0,9 | 1,0 | 0,8 |
Aqueous | 2,9 | 2,8 | 2,8 | 0,8 | 1,1 | 0,9 | |
Olive oil | 2,1 | 2,0 | 2,2 | 0,9 | 1 | 1,1 | |
PET/PE | Non | 4,2 | 4,0 | 4,2 | 7,2 | 7,1 | 7,3 |
Aqueous | 4,1 | 4,0 | 3,8 | 7,5 | 7,0 | 7,1 | |
Olive oil | 4,2 | 4,0 | 4,1 | 7,0 | 6,8 | 7,1 | |
PETmet/PE | Non | 7,2 | 6,9 | 7,1 | 19 | 47 | 55 |
Aqueous | 7,0 | 8,6 | 10,9 | 18 | 35 | 48 | |
Olive oil | 6,7 | 8,4 | 9,6 | 5,2 | 7,8 | 8,1 | |
PP/SiOx | Non | 6,2 | 7,0 | 7,2 | n.d | n.d | n.d |
Aqueous | 6,0 | 9,0 | 9,3 | n.d | n.d | n.d | |
Olive oil | 5,9 | 8,7 | 9,0 | n.d | n.d | n.d | |
*Control = non-HPP-treated 沒有（yǒu）進（jìn）行HPP處理。
*n.d. = not determined 未測試。
4．總結
綜上所述（shù），對於絕大多數薄膜（包括複合薄膜），壓力不（bú）會對材料的阻隔性造成（chéng）影響。對於（yú）部分塗層材料（例（lì）如鍍（dù）鋁薄膜），隻有在施加（jiā）極大的壓力（400MPa）時其阻隔性能才會出現變化，但在壓差法的壓力差範圍內（0.1MPa）是決不會產生影響的。為了得到（dào）更科（kē）學、更全麵的結論，目前MD传媒视频實驗室還（hái）在進行更寬（kuān）範圍內的試（shì）驗驗證。
數據的穩定性與（yǔ）設備的精度、重複性、可靠性、試驗條件、試樣狀態、試驗操作水平等條件有著密切的關係，沒有經過客觀、科學、全麵的試驗就不能下結論。當然隨意想象（xiàng）等壓法中就完全（quán）沒有壓力差、不（bú）會影響試驗數據，而壓差法中（zhōng）有壓力差就一定影響試驗數（shù）據的做法就顯得更加荒謬了。
