食品包装用塑料薄膜氧气透过性测试方法(压差法)中真空压差法与正压差法的比较
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【摘 要】本文主要探讨了目前我国采用的用于测试食品包装用塑料薄膜氧气阻隔性能的检测方法――压差法中高压室保压，低压室抽真空的真空压差法试验仪与高压室增压，低压室保持常压的正压差法试验仪测试结果的比较与分析。
【关键词】食品包装用塑料薄膜 阻隔性 氧气透过量 食品保质期
引言
食品包装是食品产品的组成部分，它保护食品在从工厂到消费者的过程中，免于外界污染和破坏。质量良好、符合设计要求的食品包装不仅可以保护食品在运输储存过程中不被外力破坏，还可以有效延长食品产品的货架周期，保证食品的安全卫生。塑料薄膜及其制品是主要的食品包装产品之一，因其价格低廉，产品功能多样，易于加工成型而被广泛地用于包装各种食品产品。
食品包装用塑料薄膜主要的物理性能指标包括拉伸强度、断裂伸长率、热合强度、耐压性能、耐跌落性能、氧气透过量及水蒸气透过量等。其中前五项性能主要表征包装膜袋的机械强度，在受到外力时包装是否易破损，以及是否能有效保护食品产品免于破坏。氧气透过量及水蒸气透过量则显示了包装产品的对氧气和水蒸气的阻隔性。如果包装材料的阻隔性较差，那么氧气或水蒸气会在较短的时间内渗透入包装中，导致食品的氧化或腐败变质，危害消费者的健康安全。而阻隔性较好的包装材料则可以有效地延长食品的保质期，保证食品的新鲜度 [1-2] 。
目前我国主要用以研究食品包装用塑料薄膜氧气透过量的测试方法是《GB/T 1038-2000 塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法 压差法》。该标准试验方法的原理是：塑料薄膜或薄片将低压室和高压室分开，高压室充有约105P a的气体，低压室的体积已知。试样密封后用真空泵将低压室内空气抽到接近零值。用测压计测量低压室内的压力增量P，可测得试验气体由高压室透过膜（片）到低压室的以时间为函数的气体量，即为真空压差法。
目前国产试验仪中，使用与标准方法有偏离的正压差法的试验仪也占到相当比例。正压差与真空压差法区别在于：试验仪低压室保持常压，高压室充入2×105P a的氧气。形成105P a的压差。试验过程与测量压力增量的方法与真空压差法一致。
正压差法相比真空压差法的优点在于：整个试验过程中无需抽真空，试验腔仅需用试验气体（如氧气）进行数小时吹扫，排净空气后保压。使试验仪器结构大为简化，试验设备价格低廉，且试验过程的能耗大大降低。同时，因为无需考虑抽真空设备长时间运转过热的问题，对试验室环境要求低，连续试验的可靠性也较高。但正压差为标准试验方法的一种偏离，虽然理论上压力差与标准方法保持一致，实际测试结果是否一致仍不明确。所以，本文主要目的在于研究比较同一种包装薄膜使用正压差与真空压差法的不同仪器之间测试结果的差异，检验两种方法的结果一致性。
1 设备与试验方法
1.1 测试仪器与材料
BTY-B1型透气性测试仪（济南兰光机电技术有限公司生产），GDP-C型气体渗透性测试仪（德国BRUGGER公司生产），中阻隔氧气透过率测试标准膜（企业提供）。
1.2 测试方法与计算公式
1.2.1 试验步骤
（1）每组试样3个，共两组。在GB/T 2918中规定的23℃±2℃环境下，将试祥放在干燥器中进行48h以上状态调节。
（2）将两组试样分别按试验仪要求，在BTY-B1型透气性测试仪（正压差法）和GDP-C型气体渗透性测试仪（真空压差法）中进行测试。试验气体为氧气。
（3）记录试验数据和试验曲线图谱，进行比较分析。
1.2.2 结果计算公式：
氧气透过量Qg按式（1）进行计算：
Qg=
式中：Qg―材料的气体透过量，cm3/（m2×d×Pa）；/ ―在稳定透过时，单位时间内低压室气体压力变化的算术平均值Pa/h；V―低压室体积，cm3；S―试样的试验面积，m2；T―试验温度，K；―试样两侧的压差，Pa；，―标准状态下的温度（273.15K）和压力（1.0133X105Pa ）。 [3]
2 结果与分析
2.1 真空压差法、正压差法的数据结果比较
真空压差法结果平均值：677.3cm3/（m2×d×P）；正压差法结果平均值：723.0 g/（m2×24h）。
2.2 结果分析
真空压差法三个平行试样之间最大相对误差为0.79%，标准偏差为：5.03。仪器法三个平行试样之间最大相对误差为2.77%，标准偏差为19.08。真空压差法与称量法的结果之间的相对误差为6.74%。综上所述，对于中阻隔性能的薄膜测试来说，偏离的正压差法与标准试验方法真空压差存在一定的正误差（相对误差小于10%），而且国产试验仪的试验结果标准偏差相比德国试验仪也较大，数据一致性较差。
结语
通过同一种材质的标准膜对两个试验方法的比较结果可知：目前被国内实验室采用较多国产正压差法气体透过率测试仪因为在试验原理上对国标所规定的方法有一定的偏离，虽然理论上气体压力差保持了一致，但最终的测试结果仍与标准方法有一定的误差（相对误差小于10%，且均为正误差），且数据一致性也较差。试验中采用的标准膜为中等阻隔氧气透过性能的薄膜样品，两种方法在高阻隔和低阻隔区间的相对误差仍有待通过更多进一步的测试来比较分析。
随着国产真空压差法试验仪的普及，这种简易的偏离方法的试验仪正逐步被标准方法的试验仪取代。然而也应该看到，两种方法的误差仍在可接受范围，同时正压差法试验仪具有价格低廉，结构简单，试验环境要求低，能耗低等优点。对于试验精度要求低，主要用于定性测试的小型实验室，仍有相当的实用价值。
参考文献
[1]承民联等.阻隔性能测试方法[J].江苏石油化工学院学报，1997，9（4）：28-30.
[2]陈黎敏等.包装复合薄膜渗透性的模拟分析[J].包装工程，2006，27（204）：31-35.