PE、BOPP、PET三種薄膜對氧氣與氮氣阻隔性能的比較

　　摘要：PE、BOPP、PET是三種常普遍應用的包裝材料，其阻隔性能有所不同。本文利用壓差法原理分別測試了上述三種材質相同厚度下的薄膜樣品的氧氣透過量、氮氣透過量，比較了三種樣品對氧氣、氮氣的阻隔性能，并介紹了試驗原理、測試設備參數及適用范圍、試驗過程等內容，為不同材料的氣體阻隔性能的研究提供參考。

　　關鍵詞：PE、BOPP、PET、氮氣透過量、氧氣透過量、壓差法、壓差法氣體滲透儀、阻隔性能

1、意義

　　對氣體的阻隔性能是薄膜材料的重要研究領域，根據具體應用的不同，材料的氣體阻隔性能可分為對氧氣、氮氣、二氧化碳、氦氣、水蒸氣、六氟化硫等氣體的阻隔或保存能力，由于氣體的分子直徑、臨界溫度以及氣體分子與材料中的高分子相互作用不同，使得同種氣體分子在不同材料中或不同氣體在同種材料中的滲透能力存在差異。因此，不同氣體在不同材料中的氣體透過量并不相同，即需要根據實際應用對氣體阻隔性能的需求選擇合適的薄膜材料。對包裝材料而言，防止產品氧化是包裝材料的首要任務，其中充氮包裝是實現這一功能的重要措施，所以，對氧氣、氮氣的阻隔性能是包裝材料阻隔性的重要組成。

2、試驗樣品

　　本次試驗以三種普遍應用的薄膜材料——聚乙烯(PE)、雙向拉伸聚丙烯(BOPP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)為試驗樣品，分別測試這三種材料的氧氣透過量、氮氣透過量。

3、試驗依據

　　通常采用壓差法原理測試不同氣體的透過量，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

　　因測試三種樣品的氣體透過量，為提高試驗效率，選用三腔獨立的設備VAC-V2壓差法氣體滲透儀進行試驗，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

　　壓差法原理是以當體積、溫度不變時，氣體壓力與氣體量成正比為測試依據。利用裝夾的試樣將設備的測試腔分成上、下兩部分，上腔中充入一定壓力的試驗氣體，下腔的體積固定且已知，并通過抽真空形成低壓環境。試驗時，上腔氣體通過試樣滲透到下腔中，引起下腔中氣壓增加，下腔中的壓力傳感器可實時監測下腔壓力隨滲透時間的增加情況，并據此計算單位時間內滲透過單位面積試樣的氣體量。

圖1  VAC-V2壓差法氣體滲透儀

4.2 試驗參數

　　設備的測試范圍為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*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，輕松獲得測試條件下的試驗結果；經過改制，本設備還可支持有毒氣體、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Lystem^TM實驗室數據共享系統，統一管理試驗結果和檢測報告。

4.3 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標準，如ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等。

5、試驗過程

　　(1) 用取樣器分別從三種樣品表面裁取3片直徑為97 mm的試樣。在設備的3個測試腔周邊均勻涂抹一層真空油脂，然后依次放置濾紙、試樣，輕輕按壓試樣與測試腔的接觸部位，排除氣泡，夾緊上腔蓋。

　　(2) 設備連接氧氣氣源。在控制軟件中設置試樣名稱、試樣厚度、試驗溫度、濕度、試驗模式等參數信息，點擊試驗選項，打開真空泵，試驗開始。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。

　　(3) 三種試樣的氧氣透過量測試完成后，設備連接氮氣氣源，然后設置參數，依次開始氮氣透過量的試驗。

6、試驗結果

　　PE、BOPP、PET三種樣品的氧氣透過量分別為1603.578 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、625.068 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、16.953 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，氮氣透過量分別為403.658 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、120.697 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、2.487 cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、結論

　　本文通過一次試驗、一臺設備分別測試了3種樣品、2種氣體透過量的測試，試驗效率及設備的性價比高，測試結果的精準性好。從試驗結果來看，三種樣品的氧氣透過量、氮氣透過量由高到低的順序均為PE、BOPP、PET，說明PET樣品對氣體的阻隔性蕞高，其次為BOPP、PE；另外三種樣品的氮氣透過量均低于氧氣透過量，這種差異則與氮氣、氧氣的分子直徑有關，氮氣的分子直徑大于氧氣的分子直徑，樣品中可供氧氣滲透的自由體積更多，引起氧氣透過量較高。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(分隔符)新技術企業，成立30年來積累了大量寶貴而豐富的研發生產經驗及試驗經驗，在*傳感器技術及設計理念的指引下，厚積薄發，推出了全新一代的C系列阻隔性檢測設備，該系列檢測設備采用自主傳感器技術，在測試精度、效率與自動化方面進行了革命性升級，實現了包裝阻隔性設備的震撼蛻變。了解相關設備信息，可登陸濟南蘭光電技術有限公司網站查看具體信息或致電咨詢。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。