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包裝材料測(cè)試中溫度對(duì)滲透率的影響

更新時(shí)間:2023-11-30       點(diǎn)擊次數(shù):982
經(jīng)常有客戶(hù)在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)我們:“OTR、WVTR或CO2TR測(cè)試應(yīng)該用什么溫度來(lái)預(yù)估貨架期?"這個(gè)問(wèn)題很難準(zhǔn)確回答,因?yàn)闇囟葧?huì)直接影響滲透率的測(cè)試結(jié)果。通常會(huì)根據(jù)設(shè)置溫度條件下的薄膜或包裝件的滲透率來(lái)預(yù)估所需數(shù)值,雖然這是一個(gè)很好的方法,但僅適用在部分測(cè)試應(yīng)用。






溫度對(duì)滲透率的影響有多大?


當(dāng)我們?cè)诶斫鉂B透的原理時(shí),要知道較高的溫度會(huì)增加測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)的“能量",使?jié)B透分子移動(dòng)(或擴(kuò)散)得更快。更簡(jiǎn)單地說(shuō),滲透率隨著溫度的升高而增加。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn),溫度每升高10°C,滲透率就會(huì)增加一倍。實(shí)際的情況會(huì)根據(jù)測(cè)試材料的不同而略有變化。下面是在從20°C到80°C溫度變化下材料的滲透率曲線(xiàn)圖。

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通過(guò)繪制這種圖,我們可以估計(jì)各種溫度條件下的滲透率。這種溫度和滲透率數(shù)據(jù)遵循Arrhenius公式。如果數(shù)據(jù)顯示為直線(xiàn),使用Arrhenius公式可以計(jì)算其他溫度的OTR。Arrhenius公式(lnTR與1/Temp K)繪制數(shù)據(jù)圖就變成一個(gè)強(qiáng)大的預(yù)測(cè)工具。

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Arrhenius圖可以很好地用于確定研究數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的滲透率值。在推斷較低(冷凍或干冰)溫度條件時(shí),也可以使用公式計(jì)算出滲透率。

如果是更高的溫度,則必須考慮材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,它會(huì)改變氣體的滲透率及其Arrhenius關(guān)系。下圖顯示了同一材料的更高溫度OTR結(jié)果,最高可達(dá)120°C。

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圖示表明,材料的滲透率/溫度關(guān)系確實(shí)發(fā)生了變化,高溫范圍內(nèi)的曲線(xiàn)表明了這一點(diǎn)。

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上圖所示,當(dāng)溫度低于材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí),可通過(guò)Arrhenius公式推算材料滲透率。

考慮到樣品的阻隔性能是否受到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上溫度升高的影響。120℃下的測(cè)試完成后,在低溫下進(jìn)行連續(xù)測(cè)試。

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結(jié)果表明,測(cè)試材料的OTR阻隔性能確實(shí)會(huì)隨著玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的變化而改變。然而變化并不劇烈,材料恢復(fù)得很好。

關(guān)鍵注意事項(xiàng)


當(dāng)溫度超過(guò)材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí),Arrhenius圖則變得有限對(duì)于品牌商和代加工商來(lái)說(shuō),理解這一點(diǎn)很重要,特別是對(duì)于有高溫儲(chǔ)存風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)品。以下建議是一個(gè)很好的參考。

對(duì)氧氣和濕度敏感的產(chǎn)品,根據(jù)產(chǎn)品的用途,可能是冷藏、環(huán)境溫度或熱倉(cāng)庫(kù)。預(yù)計(jì)最佳貨架期由實(shí)際溫度和濕度存儲(chǔ)條件下的滲透率數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。
當(dāng)所需數(shù)據(jù)超出滲透分析儀的溫度限制時(shí),可以通過(guò)一系列連續(xù)溫度測(cè)試生成Arrhenius圖,以推算出材料在低溫或高溫下的滲透率。當(dāng)在材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí),該方法則變得不太適用。
滲透率數(shù)據(jù)是通過(guò)在相同的測(cè)試環(huán)境下對(duì)新的包裝材料與現(xiàn)有材料進(jìn)行測(cè)試比對(duì)得出的。
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