二氧化碳滲透儀

CarboPack BT可以用來測試二氧化碳滲透性,，例如碳酸飲料中的二氧化碳透過PET瓶身或者軟木塞（天然的或合成的）,， 氣泡酒或飲料的玻璃瓶蓋子等。CarboPack BT測試CO TR是無損的,，并且很快,。通常一個測試只需花費不到1小時，而不像其他常規(guī)的方法需要幾周甚至幾個月,。

CarboPack BT可以測量透過包裝材料的微量滲透（市場上更好的檢測限）,，也可以測量肉眼可見的泄漏，例如碎了或者焊接失誤等,。

采用非色散紅外氣體傳感器,，基于雙波長紅外檢測子系統(tǒng)，通過恒溫控制和壓力補償,，達(dá)到了*的靈敏度,。由于這一點以及電子板，CarboPack BT可以在較高的相對濕度值測試CO2TR(可選項),。通過這種方法,，我們可以在盡可能接近真實的條件下進行測量，并評估濕度對用于生產(chǎn)瓶子的材料或涂層的二氧化碳滲透性的影響,。

CarboPack BT配備了一套加熱冷卻控制系統(tǒng),，該系統(tǒng)可以驗證阻隔層性能隨溫度的變化情況。所有功能均由軟件控制,。

在如今的塑料包裝應(yīng)用領(lǐng)域,，含氣包裝異軍突起，逐漸顯現(xiàn)了更多的功能性,。

    形式之一是氣調(diào)包裝,，即在封閉包裝內(nèi)，通過充入CO2、N2等氣體,，調(diào)節(jié)包裝內(nèi)的氣體組分,，起到抑制引起內(nèi)容物(尤其是食品)品質(zhì)劣變的物理、化學(xué),、生理反應(yīng)等的作用,。CO2是氣調(diào)包裝中占據(jù)重要地位的氣體成分，突出作用是其高效的抑菌效果,。由于CO2能穿透細(xì)菌的細(xì)胞,，使細(xì)胞內(nèi)的PH下降和酶的活性降低，因此能夠抑制細(xì)胞的繁殖,。并且CO2低毒,，對食品感官品質(zhì)影響小，因而對于魚肉海鮮,、鮮嫩果蔬,、烘焙點心等有防腐和防霉的作用。

    形式之二是碳酸飲料包裝,。碳酸飲料是加工中增大壓力將CO2溶解于糖水中制得,。CO2與液體接觸時發(fā)生碳酸化，產(chǎn)生酸味,，調(diào)和了飲料的風(fēng)味,，同時形成刺激性口感，賦予了碳酸飲料*的泡沫外觀,。CO2的碳酸化降低了液體的PH值,，營造了酸性環(huán)境，有利于抑制微生物的繁殖,，起到抑菌防腐的作用,。

    氣體流失機理和滲透測試的方法

    對于上述兩種含氣包裝的產(chǎn)品，CO2氣體量的保持是實現(xiàn)其包裝功能和產(chǎn)品特性的前提條件,，對于內(nèi)容物的品質(zhì)保鮮,、風(fēng)味保持具有重要的實際意義。但從現(xiàn)實角度來看,，“流失”不可避免,。根據(jù)濟南蘭光多年對包裝塑料和塑料容器滲透機理的研究，流失主要有兩種途徑：

    1.微觀層面——滲透

    對于含氣包裝,，包裝內(nèi)的CO2濃度明顯高于外側(cè),，在濃度差的作用下,，高壓側(cè)的氣體會吸附溶解到塑料材料上,，在其中經(jīng)過擴散，從另一側(cè)解析而出,，這一過程就是CO2的滲透流失過程,。滲透速率主要取決于包裝塑料的阻隔性,、厚度以及環(huán)境溫濕度。

    2.宏觀層面——泄漏

    這主要指的是包裝封邊或瓶口部位的密封性,。若封邊質(zhì)量不佳,，瓶蓋未擰緊，或瓶口和瓶蓋螺紋設(shè)計存在缺陷,，導(dǎo)致封邊或瓶口的密封不良,，此時氣體容易通過縫隙泄漏而出。

    宏觀層面的泄漏往往呈現(xiàn)快速,、大量的流失特點,，易于觀察，因此易于防控,。但微觀層面的氣體流失,，是一個緩慢長期的過程，不易被察覺,，這往往是內(nèi)容物發(fā)生保質(zhì)期內(nèi)品質(zhì)劣變的重要成因,。

    因此，對于包材供應(yīng)商來說,，應(yīng)建立產(chǎn)品性能控制體系,，對用于含氣包裝的材料阻隔性做到預(yù)先檢驗，及時調(diào)整工藝,，以提供符合使用方要求的包材,。而對于以含氣包裝為主要形式的包材終端使用方來說，應(yīng)將包裝材料的CO2滲透性能,，以及其他常規(guī)氣體如N2,、O2和空氣等的滲透阻隔性能檢驗、研究,，納入內(nèi)容物質(zhì)量控制體系中,，對自產(chǎn)包材或供應(yīng)包材的阻隔性能的應(yīng)用適用性進行判斷，同時也作為評價篩選供應(yīng)商的有效數(shù)據(jù)來源,。

    當(dāng)前,，塑料材料的CO2透過率的測試，主要參照GB/T1038-2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗方法：壓差法》,。其原理為：用塑料薄膜或薄片將低壓室和高壓室分開,，高壓室充有約105Pa的試驗氣體，低壓室的體積已知,。試樣密封后用真空泵將低壓室內(nèi)空氣抽到接近零值,。用測壓計測量低壓室內(nèi)的壓力增量△p，可確定試驗氣體由高壓室透過膜(片)到低壓室的以時間為函數(shù)的氣體量，但應(yīng)排除氣體透過速度隨時間而變化的初始階段,。氣體透過量按以下公式計算：

    Qg=(ΔP/Δt)×(T0/P0T)×(24/(P1-P2))

    式中,，Qg——材料的氣體透過量，單位為cm3/m2·d·Pa;

    (ΔP/Δt)——在穩(wěn)定透過時,，單位時間內(nèi)低壓室氣體壓力變化的算數(shù)平均值,，單位為Pa/h;

    V——低壓室體積，單位為cm3;

    S——試樣的試驗面積,，單位為m2;

    T——試驗溫度,，K;

    P1-P2——試樣兩側(cè)的壓差，單位為Pa;

    T0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度(273.15K);

    P0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力(1.0133×105Pa),。

    測試案例及分析

    筆者選取了同等厚度的PP材料和PET材料,，按照上述測試原理，借助氣體滲透儀測試其不同溫度下的CO2和N2的透過量,，一方面形象化展示儀器阻隔性測試方法,，另一方面展示不同材料的CO2和N2的透過量的差異，以及溫度對其的影響,。以此為范例,，為包材上下游企業(yè)提供該領(lǐng)域測試、研究的相關(guān)方法指導(dǎo),。

    測試采用的儀器為濟南蘭光的VAC-V2壓差法氣體滲透儀,，該設(shè)備專業(yè)用于多種薄膜、片材試樣在各種溫度下的氣體透過率,、滲透系數(shù),、溶解度系數(shù)及擴散系數(shù)的測試;適用于多種氣體的透過率測試，如O2,、CO2,、N2、氦氣和空氣等;測試范圍為0.05~50000cm3/(m2·24h·0.1MPa),，真空分辨率可達(dá)到0.1Pa;控溫范圍為5℃~95℃,，控溫精度為±0.1℃;控濕范圍為0%RH、2%RH~98.5%RH,、100%RH,，控濕精度為±1%RH;有三個*獨立的試驗腔，可同時測試三種相同或不同的試樣,。

    測試時,，按照標(biāo)準(zhǔn)和儀器要求，將預(yù)先處理好的試樣放置在上下測試腔之間,，夾緊,。首先對低壓腔(下腔)進行真空處理,，然后對整個系統(tǒng)抽真空。當(dāng)達(dá)到規(guī)定的真空度后,，關(guān)閉測試下腔，向高壓腔(上腔)充入一定壓力的試驗氣體,，并保證在試樣兩側(cè)形成一個恒定的壓差(可調(diào)),。這樣氣體會在壓差梯度的作用下，由高壓側(cè)向低壓側(cè)滲透,，通過對低壓側(cè)內(nèi)壓強的監(jiān)測處理,，可得出所測試樣的各項阻隔性參數(shù)。

    濟南蘭光壓差法氣體滲透儀

    濟南蘭光的VAC-V2壓差法氣體滲透儀

    壓差法薄膜氣體滲透測試

    壓差法薄膜氣體滲透測試

    測試結(jié)果見表1,。從材料來看,，同面積同厚度的PET薄膜的N2和CO2的透過量明顯低于PP薄膜。從滲透氣體來看,，兩種材質(zhì)對N2的透過量遠(yuǎn)低于CO2的透過量,，其原因是因為氣體分子的大小和形狀會影響氣體在材料內(nèi)的擴散性。分子的大小可以通過氣體分子的動力學(xué)直徑來表示,，見表2,。普遍情況下，分子的動力學(xué)直徑越小,，在聚合物中擴散越容易,。

二氧化碳滲透儀