透氧、透湿测试方法介绍新

1、透氧、透湿测试方法介绍 目前国际上存在的透氧测试方法： 方方 法法标标 准准 压差法压差法 iso 15105-1:2003(e) din 53536，jis k-7126-a astm 1434-82，gb1038-1988 等压法等压法 (库仑电量法库仑电量法) (mocon专利）专利） iso 15105-2:2003(e) astm d3985 astm f-1927 din 53380 jis k-7126-b iso 14663-2 astm f-1307 packages 目前，中国gb标准的透氧测试方法 gb 1038-1988 压差，等同于iso15105-1 使用至今已近2

2、0年，在20年中并未随着iso 的变化而修订。 随着新型包装材料的发展，压差法不能适 应高阻隔的测试和研究需要。 压差法原理 样品一侧或两侧抽真空，在样品一侧输入测试气 体，从而形成压力差。测量低压室的压力增量。 压差法优点 简单 方便 可以测定多种气体 仪器设备价格较低等 压差法缺点 1 1、它需要在样品的两侧形成一个大气压的压差，在实际使用过程中，不太、它需要在样品的两侧形成一个大气压的压差，在实际使用过程中，不太 可能存在这样的一个大气压压差。这个压差会破坏材料本身的性能结构，可能存在这样的一个大气压压差。这个压差会破坏材料本身的性能结构， 如产生裂纹、针孔、材料变薄、透气面积变大。如产

3、生裂纹、针孔、材料变薄、透气面积变大。 2 2、压差法仪器的测试下限是、压差法仪器的测试下限是0.5 cc/m0.5 cc/m2 2dayday，再小的显示数据是无法保证精度，再小的显示数据是无法保证精度 的。而目前铝箔复合膜、镀铝膜等高阻隔材料的透氧率已经可以达到的。而目前铝箔复合膜、镀铝膜等高阻隔材料的透氧率已经可以达到0.1 0.1 cc/mcc/m2 2dayday左右或以下。左右或以下。 3 3、没有国际标准物质可以溯源，每个厂家只能提供各自的参考膜，每个品、没有国际标准物质可以溯源，每个厂家只能提供各自的参考膜，每个品 牌的测试数据之间没有可比性。牌的测试数据之间没有可比性。 4

4、4、压差法不能测试完整的包装件，只能测试膜材。有时，材料本身的透氧、压差法不能测试完整的包装件，只能测试膜材。有时，材料本身的透氧 率不存在问题，而包装的封边等因素还是会影响完整包装的透氧率。率不存在问题，而包装的封边等因素还是会影响完整包装的透氧率。 5 5、为了检验亲水性材料在高湿环境下的透氧率突变情况，样品需要处于湿、为了检验亲水性材料在高湿环境下的透氧率突变情况，样品需要处于湿 度环境下测试。因为有压差的存在，所以测试腔的湿度控制只能用饱和盐度环境下测试。因为有压差的存在，所以测试腔的湿度控制只能用饱和盐 溶液，不卫生、有腐蚀性，而且实际湿度不准确。溶液，不卫生、有腐蚀性，而且实际湿度

5、不准确。 6 6、重复性较差，一般样品的偏差会在、重复性较差，一般样品的偏差会在151520%20%以上。以上。 7 7、测试效率慢，高阻隔材料的抽真空时间长，厂方推荐、测试效率慢，高阻隔材料的抽真空时间长，厂方推荐1010小时以上，而且小时以上，而且 经常会发生抽真空失败。经常会发生抽真空失败。 等压法：更先进、更准确的透氧测试法 起源于astm d3985，它是等压法透氧测试 的国际标准的基础。已被iso 标准采纳作 为其中之一的测试方法( iso 15105- 2:2003(e) 要求采用库仑电量绝对值传感器。 等压法的测试原理等压法的测试原理 1）等压法-连续流动技术 利用氧气在样品两

6、边的恒定浓度差作为渗透的推动力。 样品两侧压力相等，一侧通入载气，另一侧通入氧气，由于 两侧氧气的浓度差异引起渗透，载气将透过的氧气送到传感 器，由传感器将氧气数量转换成电信号。 isostatic flow-through technique 等压法等压法 -连续流动技术连续流动技术 permeant 传感器传感器 载气载气 等压法的优点 1 1。样品两侧的气压相同，更接近于包装真实使用的环境。样品两侧的气压相同，更接近于包装真实使用的环境。 2 2测试下限可达到测试下限可达到0.05 cc/m2day0.05 cc/m2day或是或是0.005 cc/m2day0.005 cc/m2day

7、，足够检测这些，足够检测这些 高阻隔材料。高阻隔材料。 3 3可以测试完整的包装件或瓶，只需要加装很小的附件。可以测试完整的包装件或瓶，只需要加装很小的附件。 4 4测试腔的湿度可以控制在测试腔的湿度可以控制在0%0%，或者，或者35%35%90%90%之间，而且湿度传感器放之间，而且湿度传感器放 置在样品旁，真实反映样品处的湿度，而且可以随时取出来进行校准。置在样品旁，真实反映样品处的湿度，而且可以随时取出来进行校准。 5 5测试重复性很好，一般只有测试重复性很好，一般只有1%1%或者或者0.05 cc/m2day0.05 cc/m2day。 6 6不需要抽真空，一般阻隔样品只需要一个白天就

8、能完成，高阻隔材料不需要抽真空，一般阻隔样品只需要一个白天就能完成，高阻隔材料 也只需要最多也只需要最多1 12 2天时间。天时间。 美国美国moconmocon公司介绍公司介绍 一、美国mocon公司介绍 美国nasdaq上市公司，资信优秀。 近40年历史渗透性测试仪器的专业生产厂，是该 领域的先驱。 世界上最先进的渗透性测试技术，拥有多种专利 和国际标准认可，astm 和iso相关标准都是以 mocon产品为基础的。 世界销量第一的渗透性测试仪器，在美国市场占 有率为98%。在全世界有3000多台的使用。 同时拥有世界最大的渗透性测试实验室对外服务。 美国mocon渗透性测试仪器 透氧仪透

9、氧仪 ox-tran 2/21 ox-tran 2/21t ox-tran 2/61 ox-tran 702 super ox-tran * 其它气体其它气体 permatran-c 4/41 permatran-c 4/41t multi-tran 400 * * services only 透湿仪透湿仪 permatran-w 3/33 permatran-w 3/61 permatran-w 101k permatran-w 700 aquatran* mocon在中国 mocon产品进入中国已有20年的历史。 近20年前的mocon产品仍在完好运行中 （上海sfda、重庆59所） mo

10、con渗透性测试仪在中国已有近150多台的销 售记录，正以每年2030台的速度增加。 国内权威检测机构已普遍接受mocon产品。 中检所、上海药包所、sfda上海、济南医疗器械、 江苏医疗器械、国家塑料制品测试中心、天津质 检、广州质检、山东质检等都已采用mocon高端 型号。 mocon的中国主要用户名单 上海市检测中心（药品包装材料测试所）上海市检测中心（药品包装材料测试所） 国家包装产品质量监督天津测试中心国家包装产品质量监督天津测试中心 国家包装产品质量监督广州测试中心国家包装产品质量监督广州测试中心 国家包装产品质量监督济南测试中心国家包装产品质量监督济南测试中心 中检所，中检所，s

11、fda 上海科研中心、济南医疗器械、江苏医疗器械上海科研中心、济南医疗器械、江苏医疗器械 安徽药检所、国家塑料制品质量检测中心安徽药检所、国家塑料制品质量检测中心 杜邦（中国）研发中心杜邦（中国）研发中心 霍尼韦尔（中国）有限公司霍尼韦尔（中国）有限公司 雀巢研发中心上海有限公司雀巢研发中心上海有限公司 法国西德乐上海公司法国西德乐上海公司 希悦尔（高明）有限公司希悦尔（高明）有限公司 双汇集团质量检测中心双汇集团质量检测中心 喜之郎食品喜之郎食品 上海紫江彩印、上海三樱、宝柏（北京、江阴、惠州）、河北宝硕、上海紫江彩印、上海三樱、宝柏（北京、江阴、惠州）、河北宝硕、 江阴申恒、大连大富、黄山

12、永新、苏州嘉合、昆山彩华等。江阴申恒、大连大富、黄山永新、苏州嘉合、昆山彩华等。 moconmocon和中国标准和中国标准 moconmocon的库仑电量法透氧测试方法已列入的库仑电量法透氧测试方法已列入ybbybb标准。标准。 moconmocon的红外法透湿测试方法已列入国家食品药品监督的红外法透湿测试方法已列入国家食品药品监督 管理局药品注册司管理局药品注册司20062006年计划制定的标准。年计划制定的标准。 moconmocon品牌的透氧和透湿仪已被列入国家食品药品监督品牌的透氧和透湿仪已被列入国家食品药品监督 管理局药品注册司管理局药品注册司20062006年计划制定的药包材测试仪

13、器年计划制定的药包材测试仪器 操作规范之一。操作规范之一。 moconmocon的透氧和透湿测试方法已被国家塑料标准化委员的透氧和透湿测试方法已被国家塑料标准化委员 会计划修订入国家标准。会计划修订入国家标准。 相信以上这些权威部门都是通过长期全面的调查研究相信以上这些权威部门都是通过长期全面的调查研究 才把国际上更先进的测试方法及仪器引入国内标准的，才把国际上更先进的测试方法及仪器引入国内标准的， 透氧标准在现行压差法的基础上增加了库仑法，透湿透氧标准在现行压差法的基础上增加了库仑法，透湿 标准在现行电解法的基础上增加了红外法，先进性不标准在现行电解法的基础上增加了红外法，先进性不 言而喻。

14、言而喻。 如果选用如果选用moconmocon产品产品 就意味着您相信和利用了国外就意味着您相信和利用了国外astm、iso标标 准体系的悠久历史以及国内这么多部门的集准体系的悠久历史以及国内这么多部门的集 中智慧，并且加入到这个标准体系中去。中智慧，并且加入到这个标准体系中去。 mocon仪器的绝对市场占有率，让您的测仪器的绝对市场占有率，让您的测 试结果与国内外众多实验室达到更好的一致试结果与国内外众多实验室达到更好的一致 性。性。 能让用户在测试行业保持权威性和前瞻性。能让用户在测试行业保持权威性和前瞻性。 danbell和mocon的合作 丹贝尔公司是丹贝尔公司是moconmocon在

15、中国的独家代理。在中国的独家代理。 丹贝尔公司丹贝尔公司是众多世界著名仪器制造商在中国是众多世界著名仪器制造商在中国 和香港等地区的独家代理商，我们提供的专业和香港等地区的独家代理商，我们提供的专业 包装印刷质量检测仪器已经广泛应用于食品、包装印刷质量检测仪器已经广泛应用于食品、 医药（包括隐形眼镜等）、饮料、烟酒、日化、医药（包括隐形眼镜等）、饮料、烟酒、日化、 石化、和电子产品等行业，并已成为这些行业石化、和电子产品等行业，并已成为这些行业 测试设备的典范测试设备的典范 。 丹贝尔公司北京总部、上海办事处（维修中丹贝尔公司北京总部、上海办事处（维修中 心）、广州特约维修中心、香港国际贸易公

16、司心）、广州特约维修中心、香港国际贸易公司 二、渗透性原理 材料的渗透性可用来描述气体分子 从物体的高浓度的一侧到另一侧的 流动速率 渗透量 x 样品厚度 / (面积 x 时间 x 压力差) pascm cmpakcm 2 53 10013. 1 ;15.273 标准大气压下气体体积材料厚度 面积时间 压力下降，驱动力 常用单位 渗透系数常用单位 渗透率常用单位 atmdaym milcc 2 daym cc 2 溶解-扩散机理 气体在其高浓度的一侧吸附于薄膜表 面，在高分子薄膜体内扩散, 最后于其低浓 度的薄膜一侧脱附而挥发。 溶解-扩散机理 质量的传递速率与薄 膜中渗透物的浓度梯 度成正比

17、,并与渗透 物在薄膜两侧的压力 差成正比。 ca cb ca1 pb1 pa1 cb1 cb2 pa2 pb2 三、影响材料渗透性的因素 材料自身的影响 外部因素的影响 材料自身的影响 高分子的立体结构 结晶度 链取向 亲水性 表面性能 添加物 厚度 多层结构 外部因素的影响 环境温度 相对湿度 浓度（渗透物的推动力） 温度的影响 温度每升高温度每升高1 1o oc, c, 渗透率增加渗透率增加 5 - 7%5 - 7% temperature (c) permeation rate (g/m2-day) 相对湿度的影响 相对湿度影响含氢 键的极性高分子, 故对相对湿度的产 生和测定应给予重

18、视！ 0.0010.001 0.010.01 0.10.1 1 1 1010 0 05050100100 rh (%) otr (cc/100 in2-day) nylon 6 selar nylon mxd6 30% evoh selar oh plus 44% evoh 渗透物的推动力（浓度）的影响 渗透率与渗透物浓度成正比(fickian材料)； 渗透率与渗透物浓度关系非线性 (non-fickian材 料）； 外部因素对渗透率影响的小结 温度每升高1c, 渗透率增加 5 - 7% 湿度影响evoh, nylon等non-fickian材 料的透气气率 渗透率与渗透物浓度成正比(fick

19、ian材料) 渗透率与渗透物浓度关系非线性(non- fickian材料） 结晶度,分子间吸引力,添加剂,等等 渗透率与样品厚度成反比 四、mocon透氧测试仪 1、测试原理、测试原理 2、技术特点、技术特点 3、符合的国际标准、符合的国际标准 4、和其它产品的比较、和其它产品的比较 1、测试原理、测试原理 1）等压法-连续流动技术 利用氧气在样品两边的恒定浓度差作为渗透的推动力。 样品两侧压力相等，一侧通入载气，另一侧通入氧气，由于 两侧氧气的浓度差异引起渗透，载气将透过的氧气送到传感 器，由传感器将氧气数量转换成电信号。 isostatic flow-through technique 等

20、压法等压法 -连续流动技术连续流动技术 permeant 传感器传感器 载气载气 1、测试原理： 2)2)传感器：真正传感器：真正couloxcoulox 库仑电量法的氧气库仑电量法的氧气 传感器传感器 根据法拉第定律，库仑电量传感器被定义 为绝对值传感器，检测效率高达95% - 98%。 当传感器中每进入一个氧气分子时，传感 器就会释放出4个电子。 根据电流大小，就能准确地判断渗透的氧 气数量和速率。 其它厂家的氧气传感器（相对值传感器） (uses only a portion of the stream) 红色部分是包覆在传感器外的覆膜，红色部分是包覆在传感器外的覆膜， 这层膜的存在形成

21、了二次透过，这层膜的存在形成了二次透过， 使传感器成为一个需要校准的相对值传感器，使传感器成为一个需要校准的相对值传感器， 准确性会受到这层膜自身透过率的严重影响，准确性会受到这层膜自身透过率的严重影响， 不能符合库仑电量法标准的要求！不能符合库仑电量法标准的要求！ mocon couloxmocon coulox 绝对值绝对值传感器传感器 (100% efficient)(100% efficient) o2 + n2 o2 + n2 n2 n2 o2 + n2 sensor types sensor sensoro2 4 e-o2 4 e- 2、mocon透氧仪的技术特点 - 只测试氧气，

22、排除干扰，精度非常高 0.005cc*2000 cc/m2/24h.1atm，灵敏度是传统仪器的近百倍。 - 真正的绝对值传感器，无需校准真正的绝对值传感器，无需校准 - 精确控制测试条件（温度、相对湿度、时间等） - 不改变材料本身性能（材料两侧气压相等） - 可检测薄膜和包装件 除薄膜外，还可以测量瓶子，袋子等 - 重复性好 *2/21ml可达到0.005cc/m2 24h 透氧测试腔的温湿度控制： 温度精度：+/-0.5度 湿度精度：+/-3%rh 温度和湿度传感器均处于样品位置附近，能反 映最真实的样品温湿度。 湿度传感器能被取出，然后放置在干燥剂和饱 和盐溶液的湿度环境中，通过内部校

23、准程序进 行修正，以保证传感器回路的正确状态。 透氧试验中的载气要求： 根据iso 15105-2:2003(e)，库仑电量法透氧 仪的载气气源应当是干燥氮气与0.5%至3%的氢 气的混合气体，这样做是为了利用化学反应， 除去载气中残留的氧气，以进一步提高测试结 果的精度。 astm d3985 film sample otr testing 符合符合astm d3985的薄膜样品测试的薄膜样品测试 使用面罩使用面罩 -用于较差阻隔材料用于较差阻隔材料, ,可延伸测试上限可延伸测试上限 一次性面罩永久性面罩 改装后符合改装后符合astm f1307的包装件的包装件otr测试测试 astm f1

24、307 -mounting packages wvtr and o2 empty bottles bags trays etc. co2 empaty packages pre-filed bottles 3、透氧测试最新国际标准方法、透氧测试最新国际标准方法 氧气透过率测试方法氧气透过率测试方法 注释注释 astm - d- 3985 films -当前当前 美国美国mocon透氧率测试方法透氧率测试方法 mocon 是唯一被列出的供应商是唯一被列出的供应商 . astm - f- 1307 packages -当前当前 美国美国mocon透氧率测试方法透氧率测试方法 mocon 是唯一被列

25、出的供应商是唯一被列出的供应商 astm - f - 1927 o2tr films with rh-当前当前 美国美国mocon透氧率测试方法透氧率测试方法 mocon 是唯一被列出的供应商是唯一被列出的供应商 jis - k-7126 (japan) films -当前当前 美国美国mocon部分设备使用此标准部分设备使用此标准 din - 53380 (germany) films -当前当前 美国美国mocon部分设备使用此标准部分设备使用此标准 iso 14663-2 -determination of steady-state rate of transmission of oxy

26、gen gas through ethylene/vinyl alcohol copolymer in the form of film using a coulometric sensor. astm d3985标准的广泛应用 它是等压法透氧测试的国际标准的基础。已 被iso 标准采纳作为其中之一的测试方法 ( iso 15105-2:2003(e) 。 该标准中明确要求使用库仑电量传感器。 目前只有mocon才是唯一符合该标准的仪 器。 astm d3985标准的最新动态 2004年中，在该标准的更新会议上（每5年一次），有其它品 牌的设备供应商要求将标准中的“库仑电量传感器”的条款删 除

27、，因为这样它们的设备才可能符合3985标准。 基于这个请求，该委员会决定进行大量的实验室数据对比，如 果库仑和非库仑传感器的数据之间没有偏差的话，那这个请求 就是合理的。 2004年10月，大量的实验数据表明，这两种传感器的数据无 法吻合，尤其在测试1cc/m2day以下时会产生较大的误差。 最后委员会通过投票决定，保留d3985中的库仑电量传感器的 要求。并建议非库仑电量法传感器的设备商可另行创建一个新 的astm标准。 4、与其它产品的比较 1）与其它等压法产品的比较： mocon是真正的库仑电量绝对传感器，对透过的氧气进行 100%的检测，符合astm标准要求。 - 其它产品的传感器外围

28、还有一层覆膜，透过的氧气中只有部 分才能到达传感器检测，它只是相对值传感器，它的实际 测量值还需要标定，对于高阻隔材料测试更不准确，所以 不能符合astm标准要求。（有些产品的最大测试范围据 称能到40多万cc/m2day，由于电量传感器是消耗型的，按 照这么大的测试量，传感器的使用寿命会非常短。） 水蒸汽透过率检测的方法回顾 1. 方方 法法标标 准准 杯式法杯式法/ /重量法重量法 astm e-96 tappi t-464 jis z-0208，gb1037（中国） 传感器法传感器法 湿度传感器法湿度传感器法iso 15106-1:2003(e) 红外传感器法红外传感器法 (mocon专

29、利） iso 15106-2:2003(e) astm f-1249 tappi t-557 jis k-7129 电解传感器法电解传感器法iso 15106-3:2003(e) 杯式法/重量法 原理 比较吸湿材料在 测试前后的重量，通过重 量差计算出透湿率。 优点 操作简单、实验 成本低、硬件要求 低、仪器设备价格低廉 缺点 操作人员因素（密封性）、灵敏度低（天平的 精度和吸湿材料效率）、可靠性差（温度和相对湿度 控制）、测量时间长（有时长达1、2个月） 适用范围 透湿率2g/m2day的低阻隔材料(中国药包 材ybb标准规定) iso国际标准已经淘汰这个方法. 电解法的缺点 1 1需要先用

30、吸湿剂来吸收水蒸气，再通过电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。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剂的效率、电极的损耗都会影响测试的精 度，累积误差大。度，累积误差大。 2 2电解槽需要定期再生，可能还需要寄回原电解槽需要定期再生，可能还需要寄回原 厂，费时费力。厂，费时费力。 五、mocon透湿测试仪 1、测试原理、测试原理 2、技术特点、技术特点 3、符合的国际标准、符合的国际标准 4、和其它产品的比较、和其它产品的比较 1、测试原理 1)

31、1)同样的同样的等压法-连续流动技术 利用水蒸气在样品两边的恒定浓度差作为渗透的推动力。 样品两侧压力相等，一侧通入干燥的载气，另一侧通入制 造的湿度空气，水汽分子从高湿度一端渗透到低湿度一侧， 载气将透过的水汽分子送到传感器，由传感器产生电信号。 1 1。测试原理。测试原理 2 2）传感器传感器 它采用它采用压力调控红外传感器压力调控红外传感器，可测量红外光谱中对水汽敏感，可测量红外光谱中对水汽敏感 的波长部分并输出电信号，其数值与水汽的浓度成正比的波长部分并输出电信号，其数值与水汽的浓度成正比. . 红外检测器是种相对值检测器，需要做定量线性标定红外检测器是种相对值检测器，需要做定量线性标

32、定. . 信号信号 与已知与已知wvtrwvtr的标定膜对照后可得到样品的的标定膜对照后可得到样品的wvtrwvtr结果结果. . 最大测试范围：最大测试范围： 0.005g/m0.005g/m2 2dayday1000g/m1000g/m2 2dayday moconmocon提供标准标定膜和追溯提供标准标定膜和追溯nistnist标定膜标定膜. . 2、mocon透湿仪的技术特点 - 所采用的红外传感器,被公认为世界上最精确 的透湿测试方法. 因为在测试过程中，只是检测红外能量的损 失，水蒸气不经过任何处理，不存在其它误 差因素的干扰。 - 精确控制温度和相对湿度（同透氧仪） - 双压力法

33、生成相对湿度条件，安全无腐蚀性 - 测试时间比杯式法更短 - 精度高，0.005 1000 g/m2/day - 可靠性高 3、透湿测试最新国际标准方法、透湿测试最新国际标准方法 astm - f- 1249 wvtr -当前当前 美国美国mocon透湿率测试方法透湿率测试方法 mocon 是唯一被列出的供应商是唯一被列出的供应商 astm d 6701 wvtr - 当前当前 mocon permatran-w101k 使用方法，使用方法，mocon 是唯一被列出的供应商是唯一被列出的供应商 astm - e 398 - 通过动力计量来检测片材通过动力计量来检测片材 美国美国mocon在在2003年底提供了年底提供了 permatran- w e398测试仪测试仪 jis k-7129 wvtr -当前当前 美国美国mocon透湿率测试方法透湿率测试方法 iso 15106-2 -塑料薄膜和片材，塑料薄膜和片材，iso的第二部分的第二部分 规定了红外传感器法规定了红外传感器法 tappi t-557-红外传感器法红外传感器法 4、与其它产品的区别 测量方法：mocon使用红外传感器法，适用于 高阻隔性材料