溫度與濕度對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氣體阻隔性能的重要因素。本文通過對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樣品阻濕性能的影響，并介紹了試驗原理、設備參數及適用范圍等內容，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、杯式法、稱重法、增重法、減重法

1、意義

　　根據具體用途的不同，考察材料阻隔性能的指標分為對氧氣、水蒸氣、氮氣、二氧化碳、空氣等不同氣體的阻隔性能，用相應氣體的透過率表示。在阻隔性能的測試過程中，試驗溫度與濕度是兩個重要的試驗參數，溫濕度的變化會對材料的內部結構、氣體分子的運動能力等因素產生影響，特別是在測試水蒸氣滲透能力的過程中，試驗濕度是水蒸氣在包裝材料兩側發生滲透的動力條件，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。溫度與濕度對阻隔性能影響的研究，可為不同存儲環境下包裝材料均可產生良好保質效果的提供數據參考。

2、試驗樣品

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

3、試驗依據

　　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行測試，試驗過程依據GB 1037-1988 《塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗方法 杯式法》。

4、試驗設備

　　本文采用C360M水蒸氣透過率測試系統對樣品進行測試，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

　　杯式法原理，又稱為稱重法，顧名思義是根據透濕杯的質量變化得到試樣的水蒸氣透過率。按照透濕杯的質量變化，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部與外部環境隔開，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。通過控制設備測試腔中的濕度，使測試腔與透濕杯內部存在濕度差（增重法中測試腔為高濕側，減重法測試腔為低濕側），水蒸氣從高濕側通過試樣滲透到低濕側，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，根據對透濕杯質量隨滲透時間變化情況的監測即可得到單位時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

4.2 設備參數

　　支持增重法、減重法兩種試驗方法，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)；一次試驗可測試6個試樣，提高了試驗效率；艙體空間立體恒溫，控溫范圍(15~55) ± 0.2℃；配備率無水霧濕度自動調節裝置，控濕范圍為(10~90)% ± 1%，氣體干燥裝置無需更換內芯，連續工作壽命可達兩萬小時；試樣尺寸為Φ74 mm，測試面積為33 cm²；風速自動調節；*流體力學和熱力學結構分析設計的測試艙和透濕杯，溫度和濕度更加均勻穩定，測試周期更短，結果更；*DataShield^TM數據盾系統，對接用戶數據集中管理要求，支持多種數據格式導出；采用可靠安全算法，防止數據泄露；支持通用有線和無線局域網，選配無線網，支持接入第三方軟件。

4.3 適用范圍

　　(1) 本設備適用于薄膜類、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、紙塑復合膜、土工膜、共擠膜、防水透氣膜、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、建材(建筑用防水材料)、保溫材料等，如PP、PVC、PVDC、尼龍等片材。可擴展用于建筑材料、無菌護創膜、膏藥貼劑等材料水蒸氣透過率的測試。

　　(2) 本設備可滿足多項國家和標準，如GB 1037、GB/T 16928、YBB00092003、ISO 2528、ASTM E96、ASTM D1653、TAPPI T464、DIN 53122-1等。

5、試驗過程

　　本次試驗采用增重法進行試驗。

　　(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，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備測試腔中的透濕杯架上，關閉測試腔蓋。

　　(3) 在設備的控制軟件上選擇“增重法”模式，設置試樣名稱、試驗溫度(23℃)、濕度(90%RH)等參數信息，點擊試驗選項，試驗開始。設備按照設定的參數自動間歇稱重，并在結束后顯示試驗結果。

　　(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、試驗結果

　　分別取每種試驗條件3個試樣測試結果的算術平均值作為該試驗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、結論

　　從試驗過程來看，本次試驗簡單易行，設備易于操作，智能化程度高，可控制試驗條件，試驗結果穩定可靠。對比不同溫度、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水蒸氣的阻隔性能降低。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優良企業，新推出的C系列包裝檢測儀器，包括紅外法、庫侖計法、電解法、杯式法等全新的阻隔性檢測設備，均采用自主傳感器及核心技術，儀器的性能更穩定、檢測更、數據更，測試結果的可靠性、準確性、重復性等都取得了大幅提升，了解相關檢測設備詳細信息可登陸濟南蘭光公司網站查看或致電咨詢。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。