影响包装材料阻隔性的主要因素和最新测试技术
探讨铝箔复合软包材阻隔性能的影响因素
铝箔作为一种金属材料，具有无毒、无味、有优良的导电性和遮光性，极高的防潮性、阻气性，其阻隔性能是任何其它高分子材料和蒸镀薄膜无法比拟和无法替代的。也许正是由于铝箔是完全不同于塑料的金属材料，其性能和特性未被许多人认识，甚至产生许多认识误区。比如一种观点认为铝箔和塑料复合后的阻隔性能等于纯铝箔的阻隔性能与塑料膜的阻隔性能的简单叠加，这是错误的，因为简单叠加原理的前提条件是，两层材料各自微观均匀，界面上的扩散物的浓度均一，不存在沿界面方向上的扩散。铝箔复合材料不符合这些条件，铝箔复合材料中针孔位置上的扩散明显高于其它位置。也有另一种观点认为铝箔复合材料的透气率等于塑料材料的透气率乘以铝箔中针孔的面积比例，同样是错误的，因为不单纯是铝箔针孔部位的塑料透气，铝箔针孔附近的塑料也参与了透气。有人认为铝箔复合材料中把塑料的厚度增加—倍，其阻隔性能就增加一倍，这种想法当然也是错误的，其实当铝箔的针孔大小与塑料的厚度相比足够小时，增加塑料的厚度，对复合材料整体的阻隔性能基本没有影响。有人认为，只要复合材料的阻隔性能高，用它制成的包装件密封性能一定好。其实作为一个包装件，影响密封性能的因素有正面渗透、侧边渗透和泄漏，高阻隔性的材料只能说有很低的渗透，并不等于有很低的侧边渗透和泄漏。而且铝箔复合包装材料在成型、充填、热封等包装过程以及包装成品的杀菌、运输和销售过程中，铝箔层可能压穿、压断、折裂，使包装件的整体密封性能受到影响。
铝箔的针孔铝箔是铝经过压延制作而成的金属箔，完美的铝箔能完全阻隔气体、水蒸汽和光线。事实上，由于铝箔生产中的诸多因素的影响，铝箔，特别是厚度20μm以下铝箔，不可避免地产生针孔缺陷。也正是由于针孔的存在，使得铝箔的氧气透过率和水蒸汽透过率并不为零。铝箔针孔的大小和数量对铝箔及其复合材料的防潮性、阻气性和遮光性有着决定性的影响。
包装材料的阻隔性能与应用探讨
包装材料的阻隔性能与应用探讨在现代社会，包装材料的作用日益重要，其不仅要保护产品的质量和安全，还要满足各种复杂的市场需求。
而在众多的性能指标中，阻隔性能无疑是一个关键因素。
它决定了包装材料能否有效地阻止外界因素（如氧气、水汽、光线、异味等）对内部产品的影响，从而保障产品在储存、运输和销售过程中的品质稳定性。
首先，让我们来了解一下什么是包装材料的阻隔性能。
简单来说，阻隔性能就是包装材料阻止气体、液体、蒸汽、光线等物质透过的能力。
以食品包装为例，如果包装材料的氧气阻隔性能不佳，氧气就会逐渐渗透进入包装内部，导致食品氧化变质，缩短其保质期。
同样，对于一些对湿度敏感的产品，如药品、电子元件等，如果包装材料的水汽阻隔性能差，就会使产品受潮失效。
常见的包装材料包括塑料、纸张、金属、玻璃等，它们的阻隔性能各有特点。
塑料是应用最为广泛的包装材料之一，其中聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等具有一定的阻隔性能，但对于高要求的阻隔场合，往往需要对其进行改性处理，或者使用多层共挤复合的方法来提高阻隔效果。
例如，通过在塑料中添加阻隔剂，如 EVOH（乙烯乙烯醇共聚物）、PVDC（聚偏二氯乙烯）等，可以显著提高塑料的氧气和水汽阻隔性能。
纸张作为一种传统的包装材料，其本身的阻隔性能相对较弱。
但通过在纸张表面进行涂覆处理，如涂覆石蜡、聚乙烯等，可以在一定程度上提高其阻隔性能。
此外，采用多层纸张复合的方式，也能增强纸张包装的阻隔效果。
金属材料，如铝箔，具有优异的阻隔性能，对氧气、水汽、光线等都有很好的阻挡作用。
在食品、药品等领域得到了广泛的应用。
然而，金属材料成本较高，且在柔韧性和加工性方面存在一定的局限性。
玻璃是一种无机材料，具有良好的化学稳定性和阻隔性能，尤其对气体和水汽的阻隔效果极佳。
但玻璃易碎，重量较大，在一些特定的应用场景中受到限制。
不同的产品对包装材料的阻隔性能要求各不相同。
食品行业是包装材料的一个重要应用领域。
对于新鲜肉类、水果和蔬菜等易腐食品，需要高氧气阻隔性能的包装材料来延长其保鲜期；而对于干燥食品，如薯片、饼干等，则更注重水汽阻隔性能，以防止食品受潮变软。
塑料包装材料阻隔性能的测试方法
塑料包装材料阻隔性能的测试方法来源：作者：国家质检总局2004年公布的食品包装(膜)抽查结果表明，专用食品包装袋抽检不合格率高达15%，主要问题是产品物理机械性能和卫生指标不符合国家标准。
在塑料包装方面，一些企业用工业级塑料替代食品级塑料，过量加入填充材料或加入废旧材料、石腊等有毒物质；用工业级复合膜，添加人工增白剂，印刷油墨渗入食品；在复合包装方面，有害物质阻隔性能达不到要求，残留在复合膜间的少量溶剂随着时间的推移，从膜表面渗入食品中，使之变质、变味。
专家分析，大约30%的食品保质期变质事件是由食品包装材料引发的，大约60%的食品包装材料有安全隐患。
阻隔性能是包装材料性能的一个重要指标之一。
包装材料具有很好的阻隔性能，可以阻止气体的侵入，以免商品受潮霉变；而有些材料又需要具有较好的透气性和透湿性，以利于包装内外的气体交换。
因此，对透气或透湿等性能的测试，是包装材料阻隔性能测试中的一个十分重要的内容。
本文重点介绍塑料薄膜阻隔性能的主要测试方法，并对目前国内常见的氧气透过量和水蒸气透过量的检测方法进行了分析比较，指出了它们的优缺点和实际操作过程中的应注意的一些问题。
试验方法包装的阻隔性能一般是通过对气体透过量和水蒸气透过量的检测来体现的。
水蒸气透过量检测一、杯式法依据标准：GB/T1037-1988《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法---杯式法》试验原理：在规定的温度、相对湿度条件下，试样两侧保持一定的水蒸气压差，测量透过试样的水蒸气量，计算水蒸气透过量和水蒸气透过系数。
单位g/（m2·24h）。
检测设备：恒温恒湿箱电子分析天平电热鼓风干燥箱此种试验方法是最传统的通过秤重测量水蒸气透过量的测试方法。
封杯是其重要的一项工作。
在进行封杯前，需要先将足量的干燥剂（粒度为0.60mm~2.36mm的无水氯化钙）放在200℃电热鼓风干燥箱中干燥2h后取出放入干燥器中冷却半小时，称量一定量的干燥剂放入透湿杯中，在透湿杯上放上被检测的薄膜并用腊密封，使透湿杯内形成一个封闭的空间，将透湿杯放入恒温恒湿箱中，水蒸气透过测试材料后被干燥剂吸收，经过标准规定的温、湿度环境处理到一定时间以后，取出透湿杯定期秤重，通过透湿杯的增量计算出水蒸气的透过量。
食品包装材料阻隔性能检测方法介绍41页PPT
4.全球首创的全自动重量法透湿性测试 □ 测试时间短，重复性高，测试效率高 □ 试验时间不受干燥剂能力的限制 □ 实现自动化检测 □ 一台主机可连接九台卫星机
W3/060 水蒸气透过率测试系统
阻隔性能检测技术创新
传统的称重法测试
人工称量：恒温恒湿箱 + 天平 + 手工计算 □ 无法在恒定条件下进行实验，破坏渗透平衡 □ 精度低，重复性差，测试时间长 □ 试验过程人工操作，人为因素多
阻隔性能检测技术创新
2.等差法（库仑法）测试设备
□ 三腔一体集成块专利技术；
OX2/230 氧气透过率测试系统
传统设备控制示意图
阻隔性能检测技术创新
2.等差法（库仑法）测试设备
□一台主机可连接九台卫星机； □氧气透过率与水蒸汽透过率混合测试控制；
阻隔性能检测技术创新
3.透气性测试——双检法 压差法 等压法
阻隔性能检测技术创新
1.压差法测试设备
□ 扩展有毒、易爆等危险气体的试验.
■ 北京化工大学 （测试CH4-甲烷） ■ 北京科技大学 （测试CH4-甲烷） ■ 中国石油大学 （测试CH4-甲烷，氢气）
阻隔性能检测技术创新
1.压差法测试设备
□压差法原理测试容器整体气体透过率，全球首创；
G2/130 压差法容器气体透过率测试仪
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
渗透原理图
常用的检测方法：
气体：压差法（基础方法） 等压法（库仑传感器法-商业方法）
水蒸气：称重法（基础方法 仲裁方法） 传感器法（湿度传感器法、 红外传感器法、 电解传感器法）
包装材料阻隔性检测
书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
包装材料阻隔性检测
1、透气性测试
透气性是高聚物最重要的物理性能之一。
特别是塑料片材、薄膜、涂
层等高聚物制品，对透气性能有特殊的要求。
透气性能与耐老化性能有密切关系，也与高分子结构有关，因而测定透气性具有重要的理论意义与实际价值。
测量高聚物透气性方法很多，用得较多的有压力法、容积法等，而用
得最广泛的是压力法。
因为压力法准确性高、重复性好，容易自动记录，也容易实现。
从测试原理分类，包装材料的透气性测试有压差法和通过电量分析传
感器的成分分析法两类。
压差法的测定原理是用试验薄膜隔成两个独立的空间，将其中一侧
（高压室）充入测定用气体，而另一侧（低压室）则抽真空，这样在试样两侧就产生了一定的压差，高压室的气体就会通过薄膜渗透到低压室，通过测量低压室的压力或体积变化就可以得出气体的渗透率。
压差法具有简单、方便，可以测定各种气体，以及仪器设备价格较低等优点。
我国唯一的气体透过率国家标准GB/T1038-2000 就是采用了压差法，我国目前企业和事业单位所使用的气体透过率测试仪器也基本上是压差法的仪器。
电量分析型氧气透过率测试仪的原理是用试验膜隔成两个独立的气流
系统，一侧为流动的待测气体（可以是纯氧气或含氧气的混合气体，可以设定相对湿度），另一侧为流动的具有稳定相对湿度的氧气。
试样两边的
专注下一代成长，为了孩子。
包装材料学——第三章 塑料包装材料的性能
第三章 塑料包装材料的性能
第一节 塑料包装材料阻隔性能
塑料的阻隔性是指塑料包装材料或容器防止小分子气 体如 O2、CO2、N2、水蒸气、香味及其它有机溶剂蒸汽 等透过的能力。
用于表征塑料阻隔能力大小的指标为透过率，即一定 厚度的塑料制品在一定压力、温度和湿度条件下，单 位时间和单位面积内透过小分子物质的体积或重量。
通过添加不同的填料，可得到有不同阻隔性能的薄膜以 用于果蔬保鲜包装。
包装材料学
3．表面涂覆处理改性
表面涂覆处理改性
塑料制品的表面涂覆处理是指在一般塑料制品上涂覆一 层高阻隔性的有机材料或无机材料。这是一种十分有效的 阻隔改性方法，现已获得了普遍的应用。
（l）真空镀铝
真空镀铝的薄膜具有同基材相同的力学性能，同时也具有 同铝箔一样的高阻隔性能。薄膜柔软度好，避免了铝箔的 烧曲龟裂问题。
表面化学处理的化学反应主要包括磺化、氯磺化、氟化、 等离子体处理及渗氮等。
包装材料学
第二节 塑料包装材料力学性能
一、热塑性塑料的应力一应变曲线
材料出现屈服之前发生的断裂称为脆性断裂，这种聚合 物为硬而脆材料。例如室温下的聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸 甲酯。
在材料屈服之后的断裂称为韧性断裂
包装材料学
一、热塑性塑料的应力一应变曲线
(1)挤出复合 (2)干法复合。
复合薄膜有:
PET（BOPP）/粘合剂/AI
PET（BOPP）/粘合剂/AI/粘合剂/PE（PP）等。
包装材料学
2．添加助剂改性
添加助剂主要是添加不同的填料。
超细片状结构填料:主要有云母、滑石粉、活性白土、粘土、 氢氧化铝、石英粉、膨润土、石墨等。
塑料填充不仅可改善材料的阻隔性，还可明显降低阻隔 材料阻隔性能对温度的依赖性。
药品包装材料的阻隔性能
品的包装需求。
阻隔性能与其他性能的平衡研究
1 2
寻求多性能平衡
在提高药品包装材料阻隔性能的同时，研究如何 平衡其他重要性能，如机械强度、加工性能、环 保性等。
优化结构设计
通过合理的结构设计，实现阻隔性能与其他性能 的协同提升，以满足药品包装的多方面要求。
3
降低成本与提高效率
在保证性能的前提下，研究如何降低生产成本、 提高生产效率，推动阻隔性能材料的广泛应用。
阻隔性能是药品包装材料的重要性能 之一，直接影响药品的保存期限和药 效。
阻隔性能的重要性
保证药品质量
良好的阻隔性能可以防止外部环境因 素及微生物对药品的侵害，保证药品 质量及药效。
提高药品市场竞争力
优质的药品包装材料能够提高药品的 阻隔性能，延长药品的保存期限，增 强药品的市场竞争力。
确保用药安全
感谢观看
THANKS
生产工艺
加工工艺
加工工艺对药品包装材料的阻隔 性能也有影响，如热压、涂布、 复合等工艺处理不当可能导致材 料结构受损，从而降低其阻隔性
能。
生产环境
生产环境的清洁度和湿度等条件 也会影响药品包装材料的阻隔性
能。
生产设备
生产设备的精度和稳定性也会对 药品包装材料的阻隔性能产生影
响。
04
药品包装材料的阻隔性能优 化方法
离子束处理
利用离子束对包装材料表面进行轰击处理，改善材料表面的粗糙度、极性和结晶度，提高阻隔性能。
生产工艺优化
优化吹塑工艺
通过优化吹塑工艺参数，如吹塑温度、吹塑压力和吹塑时间等，提高包装材料的致密性和均匀性，从而提高阻隔 性能。
热压合工艺优化
优化热压合工艺参数，如热压温度、热压时间和压力等，确保包装材料之间的紧密贴合，减少气体透过。
包装材料的阻隔性检测应注意哪些问题
包装材料的阻隔性检测应注意哪些问题
包装材料的阻隔性能，不论是水蒸气透过率还是氧气透过率，在检测和检测结果的应用过程中应注意如下几个方面：
①渗透率这一概念是在薄膜符合费克（Fick）定律条件下得出的，对于氧气而言，除了个别吸氧材料外，一般都符合费克定律。
但是，由于水蒸气和有机物的渗透过程中，会与不少聚合物发生相互作用，因而一般属于非费克定律型扩散。
②对于复合材料，其结构不一定对称，因而存在试样的正反面问题。
某些材料，如PVDC涂布BOPP，或PVDC与PVC复合硬片，其正反面的氧气透过率测量结果差别较大，有时甚至可以达到1倍。
这是因为在实际测试过程中，所测得的结果是穿过试样的渗透和密封部的渗透两者之和。
③对于吸附性、吸湿性较大的包装材料，在试验过程中应考虑其吸附和脱附等对实验结果的影响，同时应清楚平衡时间一般较长，而且即使是同一环境下，经过不同过程的平衡态也未必相同，这就是说材料的平衡态，不但与平衡的环境有关，而且与过程有关。
④应该高度重视检测过程中的泄漏问题，任何实验得出的水蒸气透过率和氧气透过率都是渗透和泄漏的总和，只有在泄漏可以忽略不计的条件下，所测得的渗透才是准确的。
⑤另外，包装材料与包装件是两个不同的溉念，用高阻隔性的包装材料，不一定可以生产出高阻隔性的包装件。
从包装材料到包装件，从包装件到消费者手中，在这一过程中，许多因素都会影响产品的最终阻隔性能。
所以从最开始的设计中，大家就得明白选用印刷耗材的重要性，对于刮墨刀的重要性，包装印刷厂家都是非常清楚明白的。
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影响包装材料阻隔性的主要因素和最新测试技术
包装作为产品安全的第一道防线，包装材料的阻隔性能就是保证产品安全的一个重要手段，它可以保证产品保质保鲜,保证预期的货架寿命，减少因产品变质而引起公众疾病的危险。
在包装材料的生产和使用过程中，存在着很多影响材料阻隔性的因素，因此，我们先来看哪些因素影响着材料的阻隔性。
一.影响阻隔性的主要因素：
1.材料自身的影响：
高分子的立体结构、结晶程度、链取向、亲水性、表面性能、添加物、厚度、和多层结构等自身因素都会不同程度地影响材料的阻隔性。
2.外部因素的影响：
环境温度的影响：温度每升高1℃，材料的渗透率会增加5~7%
环境湿度的影响：相对湿度会影响含氢键的极性高分子, 在高湿度的情况下，象NYLOR、EVOH等材料的透气率会产生突升。
因此，我们在研究包装材料的阻隔性能时，就必须要考虑到材料的特性，以及材料最终使用的内、外部环境。
二.阻隔性测试的最新技术：
1.透氧测试：
等压---库仑电量传感器法，这是美国MOCON公司专利技术，MOCON公司以40年的渗透测试的专业经验，拥有世界上最先进的渗透性测试技术，以及多种
专利和国际标准认可，ASTM 和ISO相关标准都是以MOCON产品为基础的，目前在全世界已有3000多台MOCON设备，美国市场占有率更达到98% 。
1) 等压---库仑电量传感器技术介绍：
库仑电量传感器是国际公认的绝对值传感器，传感器中每通过一个氧气分子，就会释放出四个电子，氧分子数量和电子数量的关系是线性正比的，传感器的准确率非常高，而且不受渗透浓度和传感器环境变化影响的。
因此，采用这种传感器的仪器是不需要校准和标定的。
等压法透氧测试的国际标准ISO15105-2、ASTM D3985都要求采用库仑电量传感器对渗透过来的氧气进行100%的检测。
目前只有MOCON公司的透氧仪采用了真正的库仑电量绝对值传感器，真正符合ISO 10105-2和ASTM D3985标准，其精度、可靠性之高是全球公认的。
而有些设备制造商采用了一种普通的电化学法传感器，为延长传感器的使用寿命，他们的传感器外层包覆着一层软膜，从样品渗透过来的氧气中只有一部分能透过这层软膜，最终进入传感器而产生电信号，这个二次部分渗透违反了国际标准所要求的100%氧气检测，这层软膜的存在使这个传感器成为了一个相对值传感器，需要用不同浓度的氧气进行校准。
通过ASTM委员会组织的实验室对比测试数据表明，这些非库仑传感器的测试准确性不能满足ASTM标准的要求，尤其是测量低透过率的材料时，它的测试结果会出现明显的偏差。
2)测试腔的温湿度控制技术：
材料的渗透性会随着测试温度和湿度而发生变化，MOCON等压---库仑电量传感器法的透氧测试仪可以对测试样品进行精确的温湿度控制。
温湿度传感器探测的准确性是进行控制的前提，MOCON透氧仪中的温湿度传感器位置非常接近测试样品，能真实地反映样品所处的温湿度环境，而且温湿度传感器能方便地取出，可以利用干燥剂和饱和盐溶液进行二点式校准，以避免传感器回路的老化漂移。
MOCON所采用的湿度发生方法是美国标准研究院NIST所推荐的双压力法，控制简便而且稳定;某些设备采用的是双流量法，类似于冷热水的双阀门调节，难以稳定控制，往往达不到它们声明的湿度范围，而且它们的湿度传感器没有安装在样品旁边，客户无从知晓传感器的准确性。
3)在环境温度中的测试稳定性：
由于MOCON所用的库仑电量传感器是绝对值传感器，它的线性关系不受氧气浓度和环境温度变化的影响。
普通电化学传感器(非库仑电量法)的透氧仪使用的是相对值传感器，传感器外层包覆着一层软膜。
由于传感器位于仪器的机箱中，传感器温度会随环境温度而变化，这个软膜自身的透氧率也会因而变化，这样传感器测试精度就很容易受环境温度变化的影响。
标准实验室的环境温度变化在4℃之间(±2℃)，这个微小的温度变化会给这些相对值传感器带来超过0.5cc/m2day的波动，这个波动对高阻隔材料的测试数据会产生很大的影响。
4)测试设备的可溯源性：
MOCON所用的绝对值传感器不需要校准，但MOCON公司仍提供可溯源到N.I.S.T.的标准薄膜，给客户作为一个选择性的验证手段，用户只需要在验证仪器的时候使用。
MOCON提供多种不同数量级的标准溯源膜，只要这几个标准膜的测量值在允许误差范围之内，根据线性关系，就能保证仪器处于最佳的状态，实现全量程上的测试精度。
普通电化学传感器(非库仑电量法)的透氧仪由于使用的是相对值传感器，所以它们必须要使用标准薄膜进行校准补偿，使用三张标准膜，其实只能对三种氧气浓度梯度进行校准，由于是非线性关系，这三个校准点的准确性并不能代表其它点的准确性，因而不能保证全量程的准确性。
5)和传统压差法的比较：
传统的压差法的测试原理相对简单，只需要对气压进行精确的测量，而且可以测试材料对多种气体的阻隔性。
但是压差法在其准确性及应用方面，有着较大的局限性。
压差法的测试下限只能达到0.5 cc/m2day，再小的透过率数据是不能保证精度的，因而压差法已经不能适用于高阻隔材料的检测。
这个压差的存在会破坏材料本身的性能结构。
压差法不能测试完整的包装件。
测试的重复性较差，国内外都没有溯源标准膜的供应，只能用原厂的参考膜进行验证，不同生产商的设备之间没有一个统一的参考值。
抽真空技术好坏直接影响到测试准确性和测试效率。
在高透过的测试范围里，压差法可以和等压法进行相互印证，等压---库仑电量传感器法作为一个更精确、先进的测试方法，利用其传感器的线性关系来保证了在低透过的测试范围里的测试精度。
等压法的测试范围最低能达到0.005 cc/m2day，足以准确地检测这些高阻隔材料。
样品两侧气压相同，不会破坏材料本身的性能结构。
可以测试完整的包装件或瓶，只需要加装很小的附件。
测试重复性很好，可以利用追溯美国标准研究院NIST的标准膜来验证设备，使得不同实验室的测试结果能够有很好的比对性。
2.透湿测试：
等压--红外传感器法，是目前公认的最精确的水蒸气透过率测试方法，MOCON 透湿仪采用了等压--红外传感器法，符合ASTM F1249、ISO 15106-2等多种国际标准。
1)等压--红外传感器技术介绍：
它只判别红外光谱中某些特定波长被水蒸气吸收的线性比率来判别水蒸气的浓度，水蒸气只在管路中随载气流动，不经过任何处理，不存在其它的干扰因素。
红外传感器是一种相对值传感器，需要校准。
2)采用与透氧仪相同的测试腔温湿度控制技术，保证了测试的准确性。
3)测试设备的可溯源性：
MOCON公司提供多种可溯源到N.I.S.T.的标准薄膜，可对设备进行校准和标定。
4)和某些传统方法的比较：
传统的杯式法，测试精度差，人为因素影响很大，目前ISO已经淘汰这种测试方法。
而且测试时间长，有时需要几天，甚至几个月的测试时间。
传统的电解法，需要先用吸湿剂来吸收水蒸气，再通过电极电解水蒸气，再根据电解电流来判断。
这样对水蒸气进行了二次处理过程，吸湿剂的效率、电极的损耗都会影响测试的精度，累积误差大。
而且电解槽需要定期再生，费时费力。