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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(gè)測試只需花費(fèi)不到1小時(shí)，而不像其他常規(guī)的方法需要幾周甚至幾個(gè)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(bǔ)償，達(dá)到了*的靈敏度。由于這一點(diǎn)以及電子板，CarboPack BT可以在較高的相對(duì)濕度值測試CO2TR(可選項(xiàng))。通過這種方法，我們可以在盡可能接近真實(shí)的條件下進(jìn)行測量，并評(píng)估濕度對(duì)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(yàn)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(duì)食品感官品質(zhì)影響小，因而對(duì)于魚肉海鮮、鮮嫩果蔬、烘焙點(diǎn)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(shí)發(fā)生碳酸化，產(chǎn)生酸味，調(diào)和了飲料的風(fēng)味，同時(shí)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(jī)理和滲透測試的方法

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

    1.微觀層面——滲透

    對(duì)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(huì)吸附溶解到塑料材料上，在其中經(jīng)過擴(kuò)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(jì)存在缺陷，導(dǎo)致封邊或瓶口的密封不良，此時(shí)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(diǎn)，易于觀察，因此易于防控。但微觀層面的氣體流失，是一個(gè)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(duì)于包材供應(yīng)商來說，應(yīng)建立產(chǎn)品性能控制體系，對(duì)用于含氣包裝的材料阻隔性做到預(yù)先檢驗(yàn)，及時(shí)調(diào)整工藝，以提供符合使用方要求的包材。而對(duì)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(yàn)、研究，納入內(nèi)容物質(zhì)量控制體系中，對(duì)自產(chǎn)包材或供應(yīng)包材的阻隔性能的應(yīng)用適用性進(jìn)行判斷，同時(shí)也作為評(píng)價(jià)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(yàn)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(yàn)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(jì)測量低壓室內(nèi)的壓力增量△p，可確定試驗(yàn)氣體由高壓室透過膜(片)到低壓室的以時(shí)間為函數(shù)的氣體量，但應(yīng)排除氣體透過速度隨時(shí)間而變化的初始階段。氣體透過量按以下公式計(jì)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(shí)，單位時(shí)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(yàn)面積，單位為m2;

    T——試驗(yàn)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(duì)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(jì)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(kuò)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(gè)*獨(dú)立的試驗(yàn)腔，可同時(shí)測試三種相同或不同的試樣。

    測試時(shí)，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(duì)低壓腔(下腔)進(jìn)行真空處理，然后對(duì)整個(gè)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(yàn)氣體，并保證在試樣兩側(cè)形成一個(gè)恒定的壓差(可調(diào))。這樣氣體會(huì)在壓差梯度的作用下，由高壓側(cè)向低壓側(cè)滲透，通過對(duì)低壓側(cè)內(nèi)壓強(qiáng)的監(jiān)測處理，可得出所測試樣的各項(xiàng)阻隔性參數(shù)。

    濟(jì)南蘭光壓差法氣體滲透儀

    濟(jì)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(duì)N2的透過量遠(yuǎn)低于CO2的透過量，其原因是因?yàn)闅怏w分子的大小和形狀會(huì)影響氣體在材料內(nèi)的擴(kuò)散性。分子的大小可以通過氣體分子的動(dòng)力學(xué)直徑來表示，見表2。普遍情況下，分子的動(dòng)力學(xué)直徑越小，在聚合物中擴(kuò)散越容易。

二氧化碳滲透儀