包装容器透氧性测试标准概要 

 出处:兰光测试 作者:常海潮  　

　随着包装行业发展的日新月异，轻巧且方便运输的包装容器，如PET塑料瓶、纸塑铝复合软包装等新型材料逐步取代了笨重、易碎的玻璃瓶包装，然而这些新型包装材料的性能，尤其是阻隔性能能否满足产品包装的质量要求呢？这是消费者、包装产品的使用者及制造者、各级质检机构共同关心的话题，同时也是急需解决的问题。目前国内尚没有明确的包装物透氧性测试方法标准，因此在进行相关测试时一般遵循ASTM F 1307标准。  　　

     本文结合ASTM F 1307标准，简单介绍包装容器的透氧性测试。 

 一、 适用范围  　　ASTM F 1307探讨了一种用于确定氧气渗透进入包装物的稳定渗透速率的测试方法。更明确地说，这种测试方法适用于在通常使用时，能够封起一个干燥空间的所有包装物。  二、测试方法概要  　　ASTM F 1307按照与ASTM D 3985 相似的方式使用库仑氧气传感器及其相关设备。氧气透过率（O2GTR）是将包装物固定在测试装置上并在测试环境中达到平衡后测定的。采用氧气作为测试气体，氮气作为载气气体。包装物装夹完成后能够形成如下的测试环境：包装物内侧被氮气流缓慢净化、外侧暴露在氧气浓度已知的环境中（如在氧气浓度已知的环境大气中，或是在100％的氧气环境中）。包装物内外形成一定的氧浓度差，外部为氧浓度高的一侧，而内部为氧浓度低的一侧，在整个渗透过程中氧气从包装物外部透过包装物壁向内部渗透，然后它会被载气流携带至库仑传感器处，库仑传感器探测到氧气会输出电流，电流的大小与单位时间内流入传感器的氧气总量成正比。

  三、包装物透氧性测试数据的表示方法  　　包装物的氧气透过率（O2GTR）是单位时间内渗透通过包装物表面的氧气总量，它的SI单位是mol/pkg·s，必须写明测试状态，包括温度、氧气分压差、以及包装物两侧的湿度。O2GTR的常用单位是cm3(STP)/pkg·d，这里1cm3(STP) 等于 44.62×10-6mol。由于在一定的环境条件下，透过的氧气摩尔数与它的体积可互相转换，因此无论是用摩尔数表示还是使用气体体积表示，含义都是相同的。  　　如果将包装物的测试结果单位与薄膜的测试结果单位相比较不难发现，测试面积没有了，这表示它不再参与计算，取而代之的是一个pkg单位。   　　1． pkg 的定义  　　对于没有接触过包装物阻隔性测试的人来讲，对这个单位会感到非常陌生，其实它就是一个适用于任何包装物的数量单位，相当于件、包，是package的简写。例如，2.25L的PET瓶或是1L的PET瓶都是1pkg，不因体积、面积的不同而改变。  　　2． pkg单位的使用原因  　　顾名思义，进行包装物的透氧性测试就是为了获取真实的包装物整体透氧数据。

     以前为了获得包装物的透氧数据需要先检测容器片材的氧气透过量，然后按照容器的表面积以及容器各处的厚度来估算容器整体的透气量。可是容器的壁厚很不均匀，外形很不规则致使难以准确测定容器的表面积，而且材料性质在包装物的吹塑、注塑等生产过程中发生了一定的变化，因此容器透气量的估算结果与实际检测结果确实存在一定的差距，这样直接检测包装物的透氧性就更加重要了。无论包装物的外形如何、厚度是否均匀，都可以利用pkg单位表示出包装物整体的氧气阻隔性能，这对进行包装物整体的阻隔性能分析是十分有利的。 

 四、设备的标定  　　ASTM F 1307中所使用的氧气传感器是一种按照法拉第定律产生线性输出的库仑装置。经验表明，在一些情况下会出现由于传感器损耗、损坏达到一定程度而削弱传感器的响应效率，因此测试系统需要周期标定。标定过程与试验过程相同，标定数据用来计算校正因子Q，Q将直接参与正式试验的结果计算，因此标定系数Q的准确与否直接影响到今后测试结果的准确性。 

五、试验过程   　　1．包装物装夹  　　将包装物装夹到设备上的方法取决于包装物的外形、类型以及测试对象。对于多数试验，包装物可以暴露在环境大气中（氧气浓度一定）。但如果包装物的阻隔性很好，可以把包装物浸入100％的氧气环境中来增加测试浓度梯度，这更有利于试验，可以通过用一个塑料袋或是其它容器罩在包装物外面并向其中注入氧气来实现。  　　Labthink TOY-C1提供了一种方法来实现100％氧气浓度的测试环境（图1），操作简单，重复使用性好。这种装夹结构的zui大优点是利用特殊设计轻松实现了包装物两侧的气流循环，而且无需管路支持循环，管路的接头少了，也就减少了设备出现泄漏的可能性。相对于标准中给出的胶封结构，它不需要对进气管和出气管进行胶封，因此简化了整套包装物装夹附件的安装和拆卸。  　　

2．ASTM F 1307测试过程  　　准备设备，然后整夜用干燥载气流缓慢干燥系统（绕开传感器）。完成包装物附加装置的装夹后吹洗整个系统。用高流速的氮气流净化包装物内的空气，净化时间取决于包装物的体积。之后，降低氮气流速至5～15mL/min并保持30min（绕开传感器），再将氮气流引入传感器。当传感器的连续输出值开始稳定不变时，操作者就可以记下这个值了，这个值就是Ee（包装物）。再次绕开传感器。移走包装物，并在载气装置间插入一个不锈钢材质的“高阻隔包装物”（perfect package）回路。10～15min后，再将载气流引入传感器。保持这种配置30min，或是当传感器的输出电流减小并稳定在一个较低的值上后，就可以把这个值作为Eo（包装物）记录下来。  　　在整个试验过程中，载气流的流速是否合适是至关重要的，必须按照标准调节。  　　

3．其它注意事项  　　首先，采用的氧气传感器是消耗型传感器，当传感器的输出信号出现了明显的衰减且无法通过标定系统来弥补时，需要更换传感器。不要出现空气反向渗透进入系统的情况，因为空气中约21％的氧气浓度会使传感器损耗较大，所以在不使用传感器时，在其内部始终保持有一低流速的氮气流。  　　

其次，进行低阻隔性包装物的检测时，可适当降低混合测试气体中的氧气含量。当测试阻隔性差的包装物时，载气流中的氧气含量就会很高，这容易引起传感器的饱和。解决这个问题的一条有效途径是将包装物放置在一种混合测试气体中，其中的氧气浓度比空气中的氧气浓度都要低，可以利用测试气体中的氧气分压值进行之后的测试结果换算。这需要在包装物外面加套塑料袋来保证袋内的氧含量，而且塑料袋的阻隔性要很好，否则由于塑料袋两侧（一侧为空气，另一侧为混合气体）存在氧气浓度差，也会增加袋内的氧气含量，这对于控制测试气体中的氧气含量是不利的，更不利于得出客观准确的试验结果。  　　

再次，需要控制环境温度。多数塑料的氧气透过率每摄氏度能变化3%～9％。由于包装物测试附加装置并没有提供控温功能，因此从试验数据上来看，把设备放在恒温环境中更有利于数据的再现性。  六、总结  　　ASTM F 1307是目前用于检测包装物透氧性的标准方法。它采用传感器法测试原理；测试结果以包装物为单位，方便对包装物进行整体评价；Reference Package（参考包装物）标定系统得校正因子Q，是测试的重要步骤之一；试样装夹过程繁杂，但是装夹的效果却直接影响到试验结果，Labthink TOY-C1提供的试样装夹方式是解决这个问题的有效方法之一。□