隨著包裝行業(yè)發(fā)展的日新月異，輕巧且方便運(yùn)輸?shù)陌b容器，如PET塑料瓶、紙塑鋁復(fù)合軟包裝等新型材料逐步取代了笨重、易碎的玻璃瓶包裝，然而這些新型包裝材料的性能，尤其是阻隔性能能否滿足產(chǎn)品包裝的質(zhì)量要求呢？這是消費(fèi)者、包裝產(chǎn)品的使用者及制造者、各級(jí)質(zhì)檢機(jī)構(gòu)共同關(guān)心的話題，同時(shí)也是急需解決的問題。目前國內(nèi)尚沒有明確的包裝物透氧性測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)，因此在進(jìn)行相關(guān)測(cè)試時(shí)一般遵循ASTM F 1307標(biāo)準(zhǔn)。
本文結(jié)合ASTM F 1307標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)單介紹包裝容器的透氧性測(cè)試。
一、 適用范圍
ASTM F 1307探討了一種用于確定氧氣滲透進(jìn)入包裝物的穩(wěn)定滲透速率的測(cè)試方法。更明確地說，這種測(cè)試方法適用于在通常使用時(shí)，能夠封起一個(gè)干燥空間的所有包裝物。
二、測(cè)試方法概要
ASTM F 1307按照與ASTM D 3985 相似的方式使用庫侖氧氣傳感器及其相關(guān)設(shè)備。氧氣透過率（O2GTR）是將包裝物固定在測(cè)試裝置上并在測(cè)試環(huán)境中達(dá)到平衡后測(cè)定的。采用氧氣作為測(cè)試氣體，氮?dú)庾鳛檩d氣氣體。包裝物裝夾完成后能夠形成如下的測(cè)試環(huán)境：包裝物內(nèi)側(cè)被氮?dú)饬骶徛齼艋⑼鈧?cè)暴露在氧氣濃度已知的環(huán)境中（如在氧氣濃度已知的環(huán)境大氣中，或是在100％的氧氣環(huán)境中）。包裝物內(nèi)外形成一定的氧濃度差，外部為氧濃度高的一側(cè)，而內(nèi)部為氧濃度低的一側(cè)，在整個(gè)滲透過程中氧氣從包裝物外部透過包裝物壁向內(nèi)部滲透，然后它會(huì)被載氣流攜帶至庫侖傳感器處，庫侖傳感器探測(cè)到氧氣會(huì)輸出電流，電流的大小與單位時(shí)間內(nèi)流入傳感器的氧氣總量成正比。
三、包裝物透氧性測(cè)試數(shù)據(jù)的表示方法
包裝物的氧氣透過率（O2GTR）是單位時(shí)間內(nèi)滲透通過包裝物表面的氧氣總量，它的SI單位是mol/pkg•s，必須寫明測(cè)試狀態(tài)，包括溫度、氧氣分壓差、以及包裝物兩側(cè)的濕度。O2GTR的常用單位是cm3(STP)/pkg•d，這里1cm3(STP) 等于 44.62×10-6mol。由于在一定的環(huán)境條件下，透過的氧氣摩爾數(shù)與它的體積可互相轉(zhuǎn)換，因此無論是用摩爾數(shù)表示還是使用氣體體積表示，含義都是相同的。
如果將包裝物的測(cè)試結(jié)果單位與薄膜的測(cè)試結(jié)果單位相比較不難發(fā)現(xiàn)，測(cè)試面積沒有了，這表示它不再參與計(jì)算，取而代之的是一個(gè)pkg單位。
1． pkg 的定義
對(duì)于沒有接觸過包裝物阻隔性測(cè)試的人來講，對(duì)這個(gè)單位會(huì)感到非常陌生，其實(shí)它就是一個(gè)適用于任何包裝物的數(shù)量單位，相當(dāng)于件、包，是package的簡(jiǎn)寫。例如，2.25L的PET瓶或是1L的PET瓶都是1pkg，不因體積、面積的不同而改變。
2． pkg單位的使用原因
顧名思義，進(jìn)行包裝物的透氧性測(cè)試就是為了獲取真實(shí)的包裝物整體透氧數(shù)據(jù)。以前為了獲得包裝物的透氧數(shù)據(jù)需要先檢測(cè)容器片材的氧氣透過量，然后按照容器的表面積以及容器各處的厚度來估算容器整體的透氣量。可是容器的壁厚很不均勻，外形很不規(guī)則致使難以準(zhǔn)確測(cè)定容器的表面積，而且材料性質(zhì)在包裝物的吹塑、注塑等生產(chǎn)過程中發(fā)生了一定的變化，因此容器透氣量的估算結(jié)果與實(shí)際檢測(cè)結(jié)果確實(shí)存在一定的差距，這樣直接檢測(cè)包裝物的透氧性就更加重要了。無論包裝物的外形如何、厚度是否均勻，都可以利用pkg單位表示出包裝物整體的氧氣阻隔性能，這對(duì)進(jìn)行包裝物整體的阻隔性能分析是十分有利的。
四、設(shè)備的標(biāo)定
ASTM F 1307中所使用的氧氣傳感器是一種按照法拉第定律產(chǎn)生線性輸出的庫侖裝置。經(jīng)驗(yàn)表明，在一些情況下會(huì)出現(xiàn)由于傳感器損耗、損壞達(dá)到一定程度而削弱傳感器的響應(yīng)效率，因此測(cè)試系統(tǒng)需要周期標(biāo)定。標(biāo)定過程與試驗(yàn)過程相同，標(biāo)定數(shù)據(jù)用來計(jì)算校正因子Q，Q將直接參與正式試驗(yàn)的結(jié)果計(jì)算，因此標(biāo)定系數(shù)Q的準(zhǔn)確與否直接影響到今后測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
五、試驗(yàn)過程
1．包裝物裝夾
將包裝物裝夾到設(shè)備上的方法取決于包裝物的外形、類型以及測(cè)試對(duì)象。對(duì)于多數(shù)試驗(yàn)，包裝物可以暴露在環(huán)境大氣中（氧氣濃度一定）。但如果包裝物的阻隔性很好，可以把包裝物浸入100％的氧氣環(huán)境中來增加測(cè)試濃度梯度，這更有利于試驗(yàn)，可以通過用一個(gè)塑料袋或是其它容器罩在包裝物外面并向其中注入氧氣來實(shí)現(xiàn)。
Labthink TOY-C1提供了一種方法來實(shí)現(xiàn)100％氧氣濃度的測(cè)試環(huán)境（圖1），操作簡(jiǎn)單，重復(fù)使用性好。這種裝夾結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是利用特殊設(shè)計(jì)輕松實(shí)現(xiàn)了包裝物兩側(cè)的氣流循環(huán)，而且無需管路支持循環(huán)，管路的接頭少了，也就減少了設(shè)備出現(xiàn)泄漏的可能性。相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)中給出的膠封結(jié)構(gòu)，它不需要對(duì)進(jìn)氣管和出氣管進(jìn)行膠封，因此簡(jiǎn)化了整套包裝物裝夾附件的安裝和拆卸。
2．ASTM F 1307測(cè)試過程
準(zhǔn)備設(shè)備，然后整夜用干燥載氣流緩慢干燥系統(tǒng)（繞開傳感器）。完成包裝物附加裝置的裝夾后吹洗整個(gè)系統(tǒng)。用高流速的氮?dú)饬鲀艋b物內(nèi)的空氣，凈化時(shí)間取決于包裝物的體積。之后，降低氮?dú)饬魉僦?～15mL/min并保持30min（繞開傳感器），再將氮?dú)饬饕雮鞲衅鳌．?dāng)傳感器的連續(xù)輸出值開始穩(wěn)定不變時(shí)，操作者就可以記下這個(gè)值了，這個(gè)值就是Ee（包裝物）。再次繞開傳感器。移走包裝物，并在載氣裝置間插入一個(gè)不銹鋼材質(zhì)的“高阻隔包裝物”（perfect package）回路。10～15min后，再將載氣流引入傳感器。保持這種配置30min，或是當(dāng)傳感器的輸出電流減小并穩(wěn)定在一個(gè)較低的值上后，就可以把這個(gè)值作為Eo（包裝物）記錄下來。
在整個(gè)試驗(yàn)過程中，載氣流的流速是否合適是至關(guān)重要的，必須按照標(biāo)準(zhǔn)精確調(diào)節(jié)。
3．其它注意事項(xiàng)
首先，采用的氧氣傳感器是消耗型傳感器，當(dāng)傳感器的輸出信號(hào)出現(xiàn)了明顯的衰減且無法通過標(biāo)定系統(tǒng)來彌補(bǔ)時(shí)，需要更換傳感器。不要出現(xiàn)空氣反向滲透進(jìn)入系統(tǒng)的情況，因?yàn)榭諝庵屑s21％的氧氣濃度會(huì)使傳感器損耗較大，所以在不使用傳感器時(shí)，最好在其內(nèi)部始終保持有一低流速的氮?dú)饬鳌?/p>
其次，進(jìn)行低阻隔性包裝物的檢測(cè)時(shí)，可適當(dāng)降低混合測(cè)試氣體中的氧氣含量。當(dāng)測(cè)試阻隔性差的包裝物時(shí)，載氣流中的氧氣含量就會(huì)很高，這容易引起傳感器的飽和。解決這個(gè)問題的一條有效途徑是將包裝物放置在一種混合測(cè)試氣體中，其中的氧氣濃度比空氣中的氧氣濃度都要低，可以利用測(cè)試氣體中的氧氣分壓值進(jìn)行之后的測(cè)試結(jié)果換算。這需要在包裝物外面加套塑料袋來保證袋內(nèi)的氧含量，而且塑料袋的阻隔性要很好，否則由于塑料袋兩側(cè)（一側(cè)為空氣，另一側(cè)為混合氣體）存在氧氣濃度差，也會(huì)增加袋內(nèi)的氧氣含量，這對(duì)于控制測(cè)試氣體中的氧氣含量是不利的，更不利于得出客觀準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果。
再次，需要控制環(huán)境溫度。多數(shù)塑料的氧氣透過率每攝氏度能變化3%～9％。由于包裝物測(cè)試附加裝置并沒有提供控溫功能，因此從試驗(yàn)數(shù)據(jù)上來看，把設(shè)備放在恒溫環(huán)境中更有利于數(shù)據(jù)的再現(xiàn)性。
