壓差法和等壓法薄膜透氧性測(cè)試數(shù)據(jù)比較

包裝材料的氧氣阻隔性能可以直接影響內(nèi)容物的保存質(zhì)量和保存時(shí)間，是zui受關(guān)注的材料性能之一。透氣性測(cè)試設(shè)備所使用的檢測(cè)方法大都可歸為壓差法和等壓法兩類，它們的測(cè)試原理不同，測(cè)試條件差別較大，但在阻隔性測(cè)試領(lǐng)域中都占有很重要的地位。

1、透氣性測(cè)試概述

    壓差法和等壓法的概念是從標(biāo)準(zhǔn)ISO 15105中得來的，即標(biāo)準(zhǔn)中的Differential-pressure method和Equal-pressure method，相互對(duì)應(yīng)，使得整個(gè)透氣性測(cè)試領(lǐng)域的方法分類更加條理。兩種試驗(yàn)結(jié)果的單位不同，壓差法的單位是cm³/m²·24h·0.1MPa，而等壓法的單位是ml/m²·day。

    真空法是壓差法中代表性的一種測(cè)試方法：利用試樣將滲透腔隔成兩個(gè)獨(dú)立的空間，先將試樣兩側(cè)都抽成真空，然后向其中一側(cè)（高壓側(cè)）充入0.1MPa（絕壓）的測(cè)試氣體，而另一側(cè)（低壓側(cè)）保持真空狀態(tài)，使試樣兩側(cè)形成0.1MPa的測(cè)試氣體壓差。測(cè)試氣體滲透通過薄膜進(jìn)入低壓側(cè)并引起低壓側(cè)壓力的變化，利用高精度真空規(guī)來測(cè)量這個(gè)壓力變化量就可計(jì)算出測(cè)試氣體對(duì)試樣的氣體透過量。真空法采用負(fù)壓差法來實(shí)現(xiàn)試樣兩側(cè)0.1MPa的壓差，當(dāng)然也可以通過正壓差法來實(shí)現(xiàn)，zui常用的正壓差法是體積法。

    傳感器法測(cè)試原理是：利用試樣將滲透腔隔成兩個(gè)獨(dú)立的氣流系統(tǒng)，一側(cè)為流動(dòng)的測(cè)試氣體（可以是純氧氣或是含氧氣的混合氣體），另一側(cè)為流動(dòng)的干燥氮?dú)?，試樣兩邊的壓力相等，但氧氣分壓不同。在氧濃度差的作用下，氧氣透過薄膜并被氮?dú)饬鲾y帶至傳感器中，由傳感器測(cè)量出氮?dú)饬髦械难鯕饬浚瑥亩?jì)算出材料的氧氣透過率。

2、進(jìn)行測(cè)試方法間數(shù)據(jù)比較的需要

    由于膜技術(shù)理論的支持，壓差法在透氣性測(cè)試中一直作為基礎(chǔ)方法使用，科研檢測(cè)機(jī)構(gòu)多采用這種方法。它的突出優(yōu)點(diǎn)是對(duì)測(cè)試氣體沒有選擇性，對(duì)不同氣體的檢測(cè)通用性非常好。傳感器法是隨著氧探測(cè)器技術(shù)的不斷成熟而出現(xiàn)的，常用于包裝行業(yè)的商貿(mào)檢測(cè)。

    壓差法透氣性檢測(cè)設(shè)備和等壓法透氧性檢測(cè)設(shè)備的使用情況在世界范圍內(nèi)來看表現(xiàn)出了一定的地域性特點(diǎn)，這一方面是由于各國測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范存在差異，另一方面是世界商貿(mào)的需要?；旧希袊?、日本等亞洲國家以使用壓差法設(shè)備為主，歐洲多數(shù)國家也主要使用壓差法設(shè)備（如英國、德國等），美國以及與它商貿(mào)往來緊密的一些南美洲、東南亞、西亞等國家傾向于使用等壓法設(shè)備。如今貿(mào)易化速度的加快，使測(cè)試方法的不同凸現(xiàn)成為薄膜材料貿(mào)易的瓶頸，一方面在部分國家舊有設(shè)備的使用及制造*符合所在地的國家標(biāo)準(zhǔn)，更換設(shè)備會(huì)給國內(nèi)貿(mào)易試樣的檢測(cè)帶來不便，另一方面更換設(shè)備需要一定的資金支持。

    壓差法和等壓法的測(cè)試結(jié)果之間的差異究竟會(huì)有多大？這一直是薄膜阻隔性檢測(cè)領(lǐng)域非常關(guān)心的一個(gè)問題。當(dāng)然，測(cè)試條件及結(jié)果單位的不同是無法改變的，不過僅在數(shù)據(jù)數(shù)值一項(xiàng)上還是能夠進(jìn)行比較的。

    Labthink蘭光于2005年初同時(shí)向市場(chǎng)推出了嚴(yán)格執(zhí)行壓差法標(biāo)準(zhǔn)的VAC-V1氣體滲透儀以及遵照ASTM標(biāo)準(zhǔn)的TOY-C1容器/薄膜透氧儀，通過一年的試驗(yàn)運(yùn)行，對(duì)這兩款設(shè)備進(jìn)行了測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)，部分比對(duì)結(jié)果如下：

表1. VAC-V1與TOY-C1的測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)表

 注：VAC-V1的單位是cm³/m²·24h·0.1MPa，TOY-C1的單位是ml/m²·day。

    從表1中數(shù)據(jù)可以看出，在測(cè)試材料透氧量的增長趨勢(shì)上，兩款設(shè)備的測(cè)試結(jié)果表現(xiàn)出了很好的一致性，即如果材料的阻氧性差，則兩款設(shè)備的測(cè)試結(jié)果均大，如果材料的阻氧性優(yōu)，則測(cè)試結(jié)果均小。盡管兩款設(shè)備各自都表現(xiàn)出了較理想的數(shù)據(jù)重復(fù)性，但是設(shè)備之間的測(cè)試數(shù)據(jù)還是存在差異的。如對(duì)于阻氧性優(yōu)的材料（測(cè)試數(shù)據(jù)在5以內(nèi)），TOY-C1的測(cè)試結(jié)果較VAC-V1小一點(diǎn)；對(duì)于阻氧性一般的材料（測(cè)試數(shù)據(jù)在5～50之內(nèi)），TOY-C1的測(cè)試數(shù)據(jù)較大；但對(duì)阻氧性再差一些材料，TOY-C1的測(cè)試數(shù)據(jù)又較VAC-V1小了一些，而且隨著試樣透氧量的增大，設(shè)備間的測(cè)試數(shù)據(jù)相差也越大。

    需要聲明的是在獲得表1中測(cè)試數(shù)據(jù)時(shí)兩款設(shè)備的測(cè)試環(huán)境可能會(huì)存在差異，一是因?yàn)?SPAN lang=EN-US>VAC-V1具有自控溫功能，而TOY-C1不具有控溫功能（具有控溫功能的TOY-C1升級(jí)型設(shè)備TOY-C2透氧儀將于2006年初投放市場(chǎng)）；其次，部分比對(duì)試驗(yàn)不是同步進(jìn)行的，因此測(cè)試環(huán)境也有所變化。*，試驗(yàn)溫度的變化會(huì)給試驗(yàn)數(shù)據(jù)帶來明顯的影響，因此，考慮到兩款設(shè)備在試驗(yàn)時(shí)可能存在的溫度差異，除表中第10項(xiàng)數(shù)據(jù)外其他比對(duì)數(shù)據(jù)還是比較接近的。另外，以上比對(duì)試驗(yàn)都是在TOY-C1設(shè)備按標(biāo)準(zhǔn)氣體校驗(yàn)而未經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)膜校驗(yàn)之前進(jìn)行的（為TOY-C1的原始數(shù)據(jù)），如果按照ASTM以及ISO的等壓法薄膜透氧檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中的要求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)膜標(biāo)定，無疑會(huì)得到更加理想的比對(duì)數(shù)據(jù)。

    以上數(shù)據(jù)分析僅是依據(jù)蘭光實(shí)驗(yàn)室2005年的比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果所得出的。蘭光實(shí)驗(yàn)室在2006年中仍將進(jìn)行大量的比對(duì)工作，比對(duì)數(shù)據(jù)將更加豐富。

3、總結(jié)

    需要特別聲明的是，由于測(cè)試原理以及結(jié)果單位的不同，這兩類測(cè)試方法是不應(yīng)該直接進(jìn)行比對(duì)的，單比對(duì)測(cè)試結(jié)果數(shù)值不具有任何意義。從蘭光實(shí)驗(yàn)室的比對(duì)情況來看，這兩種測(cè)試方法的測(cè)試結(jié)果值還是具有較好的一致性的。進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)的前提是測(cè)試環(huán)境必須一致，如果環(huán)境溫濕度相差較大，測(cè)試結(jié)果存在顯著差異*是正常的情況。