摘要: 本文結(jié)合稱重法的測試原理以及70版、88版GB 1037標(biāo)準(zhǔn)和其參照標(biāo)準(zhǔn)ASTM E96對GB 1037進(jìn)行系統(tǒng)介紹，指出它是薄膜透濕性測試方法稱重法的綜合標(biāo)準(zhǔn)，單純地將其理解為增重法或者在討論稱重法時只說增重法而忽略減重法都是錯誤的。
關(guān)鍵詞：透濕性 透水蒸氣量 杯式法 傳感器法 增重法 減重法


一、概述：
 
     包裝是塑料薄膜（袋）的一項主要應(yīng)用領(lǐng)域，包裝材料zui主要的功能是對所包裝商品品質(zhì)的保護(hù)。在這些商品中，食品、藥品以及某些化妝品，由于其本身含有一些活性物質(zhì)而造成化學(xué)性質(zhì)的不穩(wěn)定，從而對包裝材料的阻隔性能提出特殊要求。對上述物品中的活性物質(zhì)影響zui大的，主要是氧氣及水蒸氣，因此，如今的塑料包裝企業(yè),都把提高薄膜的阻隔性（阻氧、阻水蒸汽）作為一項重要的課題進(jìn)行研究，并不斷探索新的測試方法，來驗證研究的有效性，尤其是國家質(zhì)監(jiān)總局對食品用塑料包裝材料實施市場準(zhǔn)入QS認(rèn)證的今天，對現(xiàn)有試驗方法進(jìn)行概括、分析和總結(jié)，并探尋更科學(xué)合理的試驗方法，可以為QS認(rèn)證提供更加科學(xué)合理的依據(jù)。
 
二、薄膜透水蒸氣性試驗方法
 
1、杯式法（又叫稱重法）
      杯式法（稱重法）工作原理是在規(guī)定的溫度，相對濕度條件下，試樣兩側(cè)保持一定的水蒸氣壓差，測量透過試樣的水蒸氣量，由此計算水蒸氣透過量和水蒸氣透過系數(shù)。杯式法可以分為滲透進(jìn)入透濕杯的增重法和滲透離開透濕杯的減重法兩種測試方法。而目前我國*用于測試塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗的GB 1037-1987采用的方法為增重法，即在透濕杯中加入的干燥劑（粒度及干燥處理），用密封蠟將薄膜樣品覆于上方，將整個裝置置于38℃、90%RH或23℃、90%R.H.的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中，反復(fù)稱重直到吸水性恒定。增重法的數(shù)學(xué)模型中，通常認(rèn)為透濕杯內(nèi)部,即干燥劑與樣品膜之間的相對濕度(R.H.)為0，外部的相對濕度為90%，樣品承受的是從外到內(nèi)的（90%RH）的水蒸氣壓差；而減重法中，透濕杯內(nèi)盛有蒸餾水或飽和鹽溶液，如果是蒸餾水則可認(rèn)為透濕杯內(nèi)部的100%R.H.，試驗環(huán)境為38℃、10%R.H.，同樣也是承受90%RH的由內(nèi)而外的穩(wěn)定壓差。雖然從ASTM E96標(biāo)準(zhǔn)給出試驗過程及計算公式看, 增重法和減重法的試驗數(shù)據(jù)，在理想狀態(tài)下應(yīng)是相同的，但由于國家標(biāo)準(zhǔn)乃至目前食品用包裝、容器工具QS認(rèn)證審查細(xì)則均未用該方法，因而目前國內(nèi)普遍采用的方法仍是增重法。
 
2、傳感器法
      即用濕度傳感器直接進(jìn)行擴(kuò)散腔干腔濕度測量的方法。一般來說，對于傳感器法, 保持濕腔的相對濕度可以采用直接在濕腔中保持一定量的蒸餾水或者飽和鹽溶液，也有使用飽和海綿，但是均必須保證蒸餾水或者溶液不與試樣接觸，這點與減重法相同。目前國內(nèi)尚沒有傳感器法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，傳感器法已有電解分析法、紅外檢定法等, 相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有ASTM F1249-01、ASTM E 398-03、ASTM F372-99等，通常更適用于水蒸氣透過量較小的藥用薄膜、片的測定。
 
三、試驗方法的局限性
 
1、試樣厚度的局限性：有關(guān)資料表明，杯式法及傳感器法均不適用于過厚的試樣。對于杯式法而言，過厚的樣品會導(dǎo)致邊緣密封性差，引起較大誤差。
 
2、環(huán)境變化引起誤差：傳統(tǒng)杯式法中，透濕杯需要在試驗環(huán)境和稱重環(huán)境中往復(fù)移動，使試驗無法在一個穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行，以GB 1037中試驗條件A為例，在溫度為38℃、相對濕度90%的試驗環(huán)境中，試樣承受的從外到內(nèi)的滲透壓理論值為90%，假如稱量環(huán)境為27℃、60%R.H.,則試樣承受的滲透壓變?yōu)?0%R.H.，破壞了試樣原來的滲透率平衡和擴(kuò)散平衡，且由于試樣的進(jìn)出，恒溫、恒濕箱內(nèi)部本身的溫、濕度也需一定時間才能重新穩(wěn)定在設(shè)定的條件下，從而影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。
 
3、難以長時間地保持穩(wěn)定的水蒸氣壓差，尤其是對吸濕量較大的試樣。原因有兩方面: *, 由于操作者的個人習(xí)慣，如稱量動作不夠迅速、振動干燥劑不夠充分；第二, 雖然GB 1037規(guī)定了干燥劑吸濕總量不得超過10%，但增量達(dá)7～9%時，干燥劑的吸濕率是否降低，尚無資料進(jìn)行證明；上述兩種原因都有可能造成實際滲透壓與90%偏差較大，影響結(jié)果準(zhǔn)確性。
 
4、透濕杯密封可靠性差。密封蠟的組成及其質(zhì)量對試驗結(jié)果有較大影響，同時，在密封樣品的過程中，經(jīng)高溫烘制過的干燥劑有一個直接裸露在空氣中的過程，此時干燥劑吸濕能力較強(qiáng)，如果封蠟動作不迅速會降低干燥劑的有效吸濕量。另外，對于較厚的試樣，如果密封時對試樣邊緣處理不好，也會成為試樣誤差的一個來源。
 
5、結(jié)果重復(fù)性差。不同的取樣位置（印刷圖案、膜的厚度）、恒溫恒濕內(nèi)腔的溫濕度均勻性都是影響測試結(jié)果的重要因素。
 
6、試驗周期長。根據(jù)我們?nèi)粘z驗的一般規(guī)律而言，使用增重法測水蒸氣透過量（WVT ），對于WVT≤2g/24h·m2試樣，如鍍鋁膜、三層阻隔膜等，試驗周期一般在7-10天，且試樣個體的相對單膜重復(fù)性較差，即使是普通的單層膜，如PE、BOPP膜等，一般檢驗周期也在3天以上。由于復(fù)合膜已成為當(dāng)前產(chǎn)品包裝的主流，特別是在所有食品用塑料包裝容器工具生產(chǎn)企業(yè)均要通過QS認(rèn)證的今天，這樣的檢驗周期，顯然無法滿足生產(chǎn)企業(yè)及檢驗機(jī)構(gòu)快速、準(zhǔn)確、的要求。改良檢驗方法，提高檢驗效率勢在必行。
 
四、改良建議
 
     改增重法為減重法。由于增重法需要操作者在試驗過程中，每隔一段時間輕微振動干燥劑，以保持干燥劑的吸濕能力，所以增重法很難實現(xiàn)全自動檢測，而減重法不僅可采用全自動稱重，還可避免許多人為因素干擾，同時使用蒸餾水或飽和鹽溶液提供穩(wěn)定溫度，另一側(cè)（測試腔環(huán)境）通過外界控制手段保持干燥，測試環(huán)境效果穩(wěn)定可靠、能夠持久保持試樣兩側(cè)穩(wěn)定的水蒸氣壓差，避免了增重法中環(huán)境變化及人為操作習(xí)慣影響造成的檢測結(jié)果差異。因此，采用減重法測試包裝材料的水蒸汽透過量不失為一個好的方法。不久前，一些檢驗機(jī)構(gòu)之間的WVT比對結(jié)果表明，增重法與減重法測試結(jié)果極其接近，且由于增重法影響因素較多，哪一種方法更接近真值，還有待進(jìn)一步論證。目前，國家實驗室認(rèn)可委員會（CNSA）再次組織了材料阻隔性能（水蒸氣透過量、氧氣透過量）實驗室比對，可見對材料阻隔性測試準(zhǔn)確性的重視。
 
    目前已有檢測設(shè)備制造公司制造了減重法全自動稱重法測試儀，如濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司推出的十二腔全自動透濕性測試儀TSY-T3，不但有效解決了增重法中測試結(jié)果人為因素的影響，同時很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)杯式法測試效率低的不足。
 
    現(xiàn)在，我國水蒸氣透濕測試標(biāo)準(zhǔn)僅有GB1037，與標(biāo)準(zhǔn)如ISO標(biāo)準(zhǔn)、ASTM標(biāo)準(zhǔn)相比，所涉及方法較少，急需制定新的、更適應(yīng)市場快速、準(zhǔn)確檢測要求的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，使試驗方法更具實用性、準(zhǔn)確性和性，真正達(dá)到及時、準(zhǔn)確、反映產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
目前，國家質(zhì)監(jiān)總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會已委托國家包裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（濟(jì)南）、中國包裝科研測試中心、濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司共同承擔(dān)《塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測定——電解傳感器法》國家標(biāo)準(zhǔn)制定任務(wù)，該標(biāo)準(zhǔn)將參照ISO15106-3：2003，并結(jié)合我國實際情況而制定。基本原理是將試樣裝夾到滲透腔內(nèi)后，試樣將滲透腔分成干腔（水蒸氣濃度低）和濕腔（水蒸汽濃度高），在干腔中有干燥的載氣流通過，在電解池中將從濕腔透過試樣的水蒸氣制成氫氣和氧氣，由電解電流的數(shù)值，計算試樣的水蒸氣透過量。
 
    電解傳感器法可以測定水蒸氣透過量，并大大提高檢測效率和水平，能夠適應(yīng)自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)需要。讓我們拭目以待該標(biāo)準(zhǔn)的問世。