摘要：由于高分子材料的化学结构等差异，不同材质薄膜材料的阻隔性能不尽相同。本文通过对相同厚度的PET、BOPP两种材质薄膜材料氧气透过量与水蒸气透过率分别进行测试，对比了两种材料的阻隔性能差异，并介绍了试验原理、设备参数及适用范围、试验过程等内容，为薄膜材料阻隔性能的测试及包材筛选提供参考。
关键词：PET薄膜、BOPP薄膜、阻隔性能、氧气透过量、水蒸气透过率、压差法气体渗透仪、水蒸气透过率测试系统、压差法、杯式法、称重法
1、意义
包装材料对气体的阻隔性能可通过气体透过高分子材料的速度进行表征。气体渗透的越快，相同时间内透过材料的气体量越多，反映材料对气体的阻隔性能较差。
气体在包装材料中的渗透过程可分为吸附—扩散—脱附三个阶段，影响整个渗透过程的因素包括气体分子的大小、极性等相关性能以及高分子材料分子链结构、分子量大小、分子极性、结晶度、材料改性等。由于不同气体及高分子材料的结构各异，同种包装材料对不同气体的阻隔性能并不相同，不同材料对同一种气体的阻隔性能也千差万别。本文针对性的测试了不同材质的高分子包装材料分别对氧气、水蒸气阻隔性能的差异。
2、试验样品
本次试验以PET薄膜与BOPP薄膜材料为试验样品，对上述两种样品分别进行氧气透过量与水蒸气透过率测试。为了避免厚度对阻隔性的影响，本文选取厚度相同的PET薄膜与BOPP薄膜。
3、试验依据
鉴于本次所测试两种样品的阻隔性能范围，本文分别采用杯式法与压差法测试两种薄膜的水蒸气透过率与氧气透过量，试验过程分别依据GB 1037-1988 《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法 杯式法》 与GB/T 1038-2000 《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法 压差法》。
4、试验设备
本文采用C360M水蒸气透过率测试系统、VAC-V2 压差法气体渗透仪分别测试PET薄膜与BOPP薄膜样品的水蒸气透过率与氧气透过量，这两款设备均由济南兰光机电技术有限公司自主研发生产。
4.1 试验原理
杯式法原理是利用装夹的试样将透湿杯内部与测试腔环境隔开，通过控制透湿杯内部与测试腔环境的湿度条件，使两者处于不同的湿度环境，从而实现水蒸气从高湿侧向低湿侧的渗透，透湿杯的质量随水蒸气的渗透过程而增加或减小。因此，通过测试透湿杯质量随渗透时间的变化情况即可得到试样的水蒸气透过率。
压差法原理是通过使试验过程中试样两侧保持一定的压力差实现测试气体从高压侧向低压侧的渗透，并根据压力传感器测试的低压侧压力随时间的变化情况得到试样的气体透过量。
图1 C360M水蒸气透过率测试系统
图2 VAC-V2压差法气体渗透仪
4.2 设备参数
C360M水蒸气透过率测试系统：支持增重法、减重法两种试验方法，增重法的测试范围为0.01 ~ 1,200 g/(m2·24h)，减重法的测试范围为0.01 ~ 10,000 g/(m2·24h)；一次试验可测试6个试样，提高了试验效率；舱体空间立体恒温，控温范围(15 ~ 55)℃±0.2℃；配备高效率无水雾湿度自动调节装置，控湿范围为(10% ~ 90%) ±1%，气体干燥装置无需更换内芯，连续工作寿命可达两万小时；试样尺寸为Φ74 mm，测试面积为33 cm2；风速自动调节；先进流体力学和热力学结构分析设计的专莉测试舱和透湿杯，温度和湿度更加均匀稳定，测试周期更短，结果更精准；独有DataShieldTM数据盾系统，对接用户数据集中管理要求，支持多种数据格式导出；采用可靠安全算法，防止数据泄露；支持通用有线和无线局域网，选配专用无线网，支持接入第三方软件。
VAC-V2 压差法气体渗透仪：测试范围为0.05 ~ 50,000 cm3/(m2·24h·0.1MPa)，真空分辨率可达到0.1 Pa；控温范围为5℃ ~ 95℃，控温精度为±0.1℃；控湿范围为0%RH、2%RH ~ 98.5%RH、100%RH，控湿精度为±1%RH；有三个完全独立的试验腔，可同时测试三种相同或不同的试样；可进行任意温度下的数据拟合，轻松获得极端测试条件下的试验结果；经过改制，本设备还可支持有毒气体、易燃易爆气体的测试；提供标准膜进行快速校准，保证检测数据的准确性和通用性；支持LystemTM实验室数据共享系统，统一管理试验结果和检测报告。
4.3 适用范围
C360M水蒸气透过率测试系统：适用于薄膜类、片材类、纸张与纸板类、纺织品与非纺织布等包装材料与产品的水蒸气透过率的测试。可扩展用于建筑材料、无菌护创膜、医用膏药贴剂等材料水蒸气透过率的测试。
VAC-V2 压差法气体渗透仪：专业用于多种薄膜、片材试样在各种温度下的气体透过率、渗透系数、溶解度系数、扩散系数的测试；可扩展到航空航天用材料、纸及纸板、漆膜、玻纤布、玻纤纸、化妆品软管片材、各种橡胶片材等材料的透气性测试；适用于多种气体的透过率测试，如氧气、二氧化碳、氮气、氦气、空气等。
5、试验过程
5.1 水蒸气透过率的测试
(1) 用取样器分别从PET薄膜与BOPP薄膜样品上各裁取3片直径为74 mm的试样。
(2) 取6个干燥的透湿杯，分别加入一定量的蒸馏水，将所裁制的2种样品的6片试样分别装夹在透湿杯中，然后将透湿杯依次放置在设备的透湿杯架上，关闭设备舱盖。
(3) 设置试样名称、厚度、试验温度、湿度等参数信息，点击开始试验选项，试验开始。设备按照设定的参数自动进行试验，并在结束后显示试验结果。
5.2 氧气透过量的测试
(1) 用取样器从PET薄膜样品表面裁取3片直径为97 mm的试样。
(2) 在3个测试腔的周边涂抹真空油脂，并在测试区域放置滤纸，将试样分别装夹在设备的测试腔中，合上上腔，并拧紧。
(3) 在控制软件中设置试样名称、厚度、试验温度、湿度、抽真空时间等参数信息，点击试验选项，打开真空泵，设备按照设定的参数进行试验，试验结束后显示试验结果。
(4) 按照(1) ~ (3)的步骤测试BOPP薄膜样品的氧气透过量。
6、试验结果
分别取3个试样测试结果的平均值为所测试样品的水蒸气透过率或氧气透过量。本次试验测得PET薄膜水蒸气透过率为18.0726 g/(m2·24h)，氧气透过率为28.0127 cm3/(m2·24h·0.1MPa)；BOPP薄膜的水蒸气透过率为3.3611 g/(m2·24h)，氧气透过量为651.6029 cm3/(m2·24h·0.1MPa)。
7、结论
从试验结果来看，PET薄膜样品的水蒸气透过率高于BOPP薄膜样品的水蒸气透过率，说明BOPP薄膜样品对水蒸气的阻隔性能较高；而对氧气的阻隔性能则相反，PET薄膜样品的氧气透过量低于BOPP薄膜样品的氧气透过量，说明PET薄膜样品对氧气的阻隔性能更高。两种样品这种阻氧性能、阻湿性能的差异与样品的高聚物分子极性、气体分子极性有关。整个试验过程中，设备易于操作，智能化程度高，测试结果精准可靠，真实的反映出两种样品对氧气、水蒸气的阻隔性能。
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