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K涂層薄膜對不同氣體阻隔性能的測試


摘要:對不同氣體的阻隔性能是K涂層薄膜的重點測試性能指標之一。本文利用壓差法原理設備VAC-V2壓差法氣體滲透儀分別測試了K涂層薄膜樣品對氧氣、氮氣的阻隔性能,并介紹了試驗原理、設備參數及適用范圍、試驗過程等內容,為K涂層薄膜對氣體阻隔性能的測試研究提供參考。

關鍵詞:氧氣透過量、氮氣透過量、阻氧性能、阻隔性能、壓差法氣體滲透儀、K涂層薄膜、K膜、PVDC涂層膜

1、意義

PVDC(聚對苯二甲酸乙二醇酯)作為一種高阻隔性材料,常用于涂敷在阻隔性較差的PE、BOPP、BOPET、PA等薄膜表面以達到提高薄膜整體阻隔性能。涂布后形成的薄膜簡稱為K膜(即K涂層薄膜),常見的有KPA、KPET、KOPP、KPE等。由于良好的阻隔性能,K膜以單層膜或復合膜的形式在糕點、糖果、餅干等食品包裝中均有應用。

由于所包裝產品種類及包裝形式的不同,對K膜材料的阻隔性要求不盡相同,如對氧氣敏感類食品、充氣包裝類食品應對氧氣、氮氣具有較高的阻隔性;另外,氣體分子結構的不同也決定了不同氣體在包裝中的滲透性能有所差異。因此,對K膜進行不同氣體阻隔性能的測試可進一步驗證其阻隔性能是否可滿足所包裝產品的保質要求。

2、試驗樣品

本文以一種K涂層單層膜為試驗樣品,分別測試其氧氣透過量與氮氣透過量。

3、試驗依據

目前,包裝材料氧氣透過量的測試方法包括壓差法與等壓法兩種,氮氣透過量的測試方法僅可采用壓差法。因此,本文選用壓差法分別測試樣品對氧氣、氮氣的阻隔性能,試驗過程依據GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗方法 壓差法》。

4、試驗設備

本次試驗采用VAC-V2壓差法氣體滲透儀為檢測設備,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

壓差法是通過試樣兩側的壓力差實現氣體從高壓側向低壓側的滲透,并利用壓力傳感器監測低壓側的壓力變化情況。首先,利用裝夾好的試樣將設備的測試腔分成上、下兩部分,再向上腔中充入一定壓力的試驗氣體,下腔通過抽真空形成低壓環境,試驗氣體通過試樣滲透到低壓腔,根據壓力傳感器檢測低壓腔壓力隨滲透時間的變化情況,計算試樣的氣體透過量等滲透性參數。

圖1  VAC-V2壓差法氣體滲透儀

4.2 適用范圍

(1) 本設備專業用于多種薄膜、片材試樣在各種溫度下的氣體透過率、滲透系數、溶解度系數、擴散系數的測試。薄膜類包括各種塑料薄膜、紙塑復合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復合膜等膜狀材料。片材類包括各種工程塑料、橡膠、建材等片狀材料,如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

(2) 本設備還可擴展到航空航天用材料、紙及紙板、漆膜、玻纖布、玻纖紙、化妝品軟管片材、各種橡膠片材等材料的透氣性測試。

(3) 本設備適用于多種氣體的透過率測試,如氧氣、氮氣、二氧化碳、氦氣、空氣等。

(4) 本設備可滿足多項國家和國際標準,如GB/T 1038、ISO 15105-1、ISO 2556、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等。

4.3 設備參數

  • 0.05 ~ 50,000 cm3/(m2·24h·0.1MPa),真空分辨率可達到0.1 Pa;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,可滿足客戶不同試驗條件下的檢測需求;有三個完全獨立的試驗腔,可同時測試三種相同或不同的試樣;可進行任意溫度下的數據擬合,輕松獲得極端測試條件下的試驗結果;經過改制,本設備還可支持有毒性氣體、易燃易爆氣體的測試;提供標準膜進行快速校準,保證檢測數據的準確性和通用性;支持LystemTM實驗室數據共享系統,統一管理試驗結果和檢測報告。

5、試驗過程

5.1 氧氣透過量的測試

(1) 用取樣器從樣品表面裁取3片直徑為97 mm的試樣。

(2) 在設備的三個測試腔周邊均涂抹一層真空油脂,測試區域分別放置1片濾紙,將3片試樣依次粘貼在三個測試腔上,輕輕按壓,去除試樣與測試腔間的氣泡,閉合上腔并擰緊。

圖2 裝樣過程

(3) 設備接通氧氣氣源,在控制軟件上設置試樣名稱、抽真空時間、試驗溫度、濕度等參數信息,點擊開始試驗,打開真空泵,設備按照設定的參數進行試驗,并在試驗結束后顯示試驗結果。

5.2 氮氣透過量的測試

設備改為接通氮氣氣源,其余操作與5.1相同。

6、試驗結果

樣品的氧氣透過量及氮氣透過量分別取3個試樣測試結果的算術平均值,本次試驗所測試K涂層薄膜樣品的氧氣透過量為7.935 cm3/(m2?24h?0.1MPa),氮氣透過量為0.653 cm3/(m2?24h?0.1MPa)。

7、結論

較高的阻隔性能是K涂層薄膜區別于普通薄膜的關鍵性能。根據具體用途的不同,氧氣透過量、氮氣透過量等均為K涂層薄膜的重點關注性能指標。本文利用壓差法原理分別測試了K涂層薄膜樣品對氧氣、氮氣的阻隔性能,樣品的氮氣透過量明顯低于氧氣透過量,這與氣體分子直徑有關。此試驗過程簡單,結果精度與智能化程度高,設備易于操作。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高新技術企業,本文所采用的VAC-V2壓差法氣體滲透儀即為眾多自主研發設備中的一款,該設備還可用于二氧化碳、氦氣、空氣、六氟化硫等氣體滲透性能的測試。除氣體透過量外,Labthink蘭光現有設備還可測試K涂層薄膜的水蒸氣透過率、抗拉性能、穿刺強度、撕裂強度、抗沖擊強度、摩擦系數、熱封性能、厚度、總遷移量、溶劑殘留等多方面的性能指標。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。

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