薄膜的透濕性測試方法可分為稱重法和傳感器法兩大類。目前，國內(nèi)的薄膜透濕性測試標(biāo)準(zhǔn)僅有稱重法一種，過于單一，不利于貿(mào)易間對于貨品的評定。此外，一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)采用了電解傳感器法（例如，藥包材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），可是卻沒有相應(yīng)國標(biāo)支持，也不利于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的推廣。由于傳感器法的測試特點相對稱重法互有優(yōu)勢，更能滿足當(dāng)前對高阻隔性包裝材料的檢測要求，因此制訂電解傳感器法薄膜透濕性測試標(biāo)準(zhǔn)是非常必要而且急迫的。2007年初，該法的國家標(biāo)準(zhǔn)制訂工作正式啟動，目前已經(jīng)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)報批階段。

 

1. 電解傳感器法薄膜透濕性測試標(biāo)準(zhǔn)制訂介紹

 

      根據(jù)全國包裝標(biāo)準(zhǔn)化委員會“關(guān)于下達(dá)制、修訂國家標(biāo)準(zhǔn)項目的通知”要求，確定由中國包裝科研測試中心承擔(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)的制定工作，中國包裝科研測試中心特邀國家包裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（濟(jì)南）、濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司共同起草該標(biāo)準(zhǔn)。三家單位抽調(diào)技術(shù)力量成立了標(biāo)準(zhǔn)制訂小組。標(biāo)準(zhǔn)制訂小組對標(biāo)準(zhǔn)的意義及可行性、采用和*標(biāo)準(zhǔn)以及社會和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了調(diào)研、分析和論證，起草了《塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測定——電解傳感器法》推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)項目建議書上報全國包裝標(biāo)準(zhǔn)化委員會。標(biāo)準(zhǔn)制訂小組修改采用ISO15106-3:2003《塑料  薄膜和薄片  水蒸氣透過率試驗方法  第3部分  電解傳感器檢測法》，并結(jié)合蘭光豐富的阻隔性檢測技術(shù)研究經(jīng)驗起草了*符合塑料包裝行業(yè)應(yīng)用特點的標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿，在廣泛征求國內(nèi)企業(yè)、學(xué)校以及行業(yè)專家意見的基礎(chǔ)上多次修改征求意見稿中的內(nèi)容，zui后于2007年7月24日召開專題論證會確定了標(biāo)準(zhǔn)報批稿的內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)報批稿已經(jīng)提交審查，標(biāo)準(zhǔn)將于近日正式發(fā)布。

 

      電解傳感器法基本測試原理如下：電解傳感器法使用電解池作為濕度傳感器，設(shè)備的滲透腔被測試薄膜或薄片分成一個干腔和一個濕度可控的濕腔，水蒸氣從濕腔滲透通過試樣進(jìn)入干腔后會被載氣氣流攜帶至電解池中，由電解池測量載氣的濕度并輸出電信號，然后計算可得試樣的水蒸氣透過率。

 

2. 電解傳感器法的標(biāo)定

 

     電解傳感器法是透濕性檢測傳感器法中的一種，此外傳感器法還包括動態(tài)相對濕度測定法和紅外檢定法。這一類測試方法自1970年之后才陸續(xù)推出，該類方法的試驗環(huán)境與減重法*一致，測試速度快，測試過程穩(wěn)定，分辨率高，影響因素少，因此這類測試方法更適用于快速測定高阻隔性塑料薄膜、薄片以及含有塑料的多層結(jié)構(gòu)材料的水蒸氣透過性能。

 

     然而這類測試方法由于傳感器損耗問題或者測試準(zhǔn)確性問題，需要定期使用稱重法測試數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，在相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)中都對標(biāo)定問題做了詳細(xì)的介紹。使用標(biāo)準(zhǔn)膜作為標(biāo)定手段，而標(biāo)準(zhǔn)膜的數(shù)據(jù)是按照稱重法測試確定的。例如ASTM E 398-03中有如下描述：“Standard Films, which have been calibration by gravimetric means……A standard, calibration film whose WVTR has been gravimetrically determined…….”（參考膜由稱重法校準(zhǔn)。…用于設(shè)備標(biāo)定的參考膜，由稱重法確定其WVTR數(shù)據(jù)…）。

 

    電解傳感器是消耗型元器件，所以電解傳感器法自身無法持久保持穩(wěn)定的測試數(shù)據(jù)，必須定期進(jìn)行標(biāo)定，因此標(biāo)定是測試方法的重點內(nèi)容。在本次標(biāo)準(zhǔn)制訂過程中對于電解傳感器法的標(biāo)定問題進(jìn)行了詳細(xì)論證，專家們認(rèn)為為使電解傳感器法的測試數(shù)據(jù)與其他試驗方法的測試數(shù)據(jù)具有可比性，標(biāo)準(zhǔn)中有必要增加試驗數(shù)據(jù)的溯源性要求。因此，在本標(biāo)準(zhǔn)“儀器”章節(jié)增加了“采用標(biāo)準(zhǔn)膜來校準(zhǔn)設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)膜可以是已知水蒸氣透過率的薄膜或是由重量法測試得到水蒸氣透過率的薄膜” 。此要求與ISO 15106-1:2003、ISO 15106-2:2003標(biāo)準(zhǔn)對試驗數(shù)據(jù)的溯源要求是一致的。經(jīng)過標(biāo)定可以保證按照電解傳感器法測得的薄膜透濕性測試數(shù)據(jù)與稱重法測試數(shù)據(jù)是一致的。

 

    現(xiàn)在，按照透濕性測試標(biāo)準(zhǔn)的要求，幾種傳感器法的測試數(shù)據(jù)都需要使用稱重法的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，從而保證與稱重法數(shù)據(jù)的一致性。同時由于稱重法是透濕性測試的基本方法，可以保證按照同一試驗環(huán)境檢測同一種薄膜能獲得同樣的測試數(shù)據(jù)，這樣電解傳感器法的實際測試數(shù)據(jù)就可以與的透濕性測試數(shù)據(jù)保持很好的一致性。

 

3. 該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用優(yōu)勢

 

    與ISO 15106-3:2003相比，這次制訂的電解傳感器法國標(biāo)在以下方面存在應(yīng)用優(yōu)勢：

 

1. 增加了濕度實現(xiàn)的方法。在ISO 15106-3:2003標(biāo)準(zhǔn)中僅提供了通過硫酸溶液實現(xiàn)相對濕度的方法，然而在實際操作中，對于硫酸溶液的使用安全性值得重視，因此國標(biāo)制訂時在原先標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合ASTM E 104-02《使用水溶液保持恒定相對濕度的標(biāo)準(zhǔn)方法》和DIN 53122.2（1982）《測試塑料薄膜、橡膠、紙張、紙板以及其他片材  水蒸氣透過率的測定  電解法》增加了使用飽和鹽溶液輕松實現(xiàn)相對濕度的方法。

 

2. 降低了標(biāo)準(zhǔn)中一些限制性條件的使用。例如本次制定的電解傳感器法標(biāo)準(zhǔn)對于電解傳感器的工作電壓沒有做規(guī)定，在流速選擇范圍以及滲透面積的選擇上都放寬了要求。同時，為使本標(biāo)準(zhǔn)具有廣泛的實用性，標(biāo)準(zhǔn)中不但沒有對試驗儀器的結(jié)構(gòu)及其元件作出詳細(xì)、具體的規(guī)定，而且增加了選用材料的種類。這些舉措有助于新型材料以及新型設(shè)計在檢測設(shè)備中的應(yīng)用，為該標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)今后的技術(shù)發(fā)展做好了鋪墊。

 

3. 增加了滲透穩(wěn)定的判斷條件。我們知道，水蒸氣對于薄膜的滲透過程需要經(jīng)歷一個非平衡態(tài)（滲透不穩(wěn)定）再到達(dá)平衡態(tài)（滲透穩(wěn)定），而測定材料的透濕性能參數(shù)一定要在平衡態(tài)下進(jìn)行，否則數(shù)據(jù)就是錯誤的。然而對于不同材質(zhì)的薄膜，水蒸氣的滲透過程從非平衡態(tài)到達(dá)平衡態(tài)所需要的時間是不一樣的，而對于電解傳感器法而言，進(jìn)入滲透過程后只要單位時間內(nèi)進(jìn)入傳感器的水蒸氣含量不超過傳感器的測量上限檢測就可以無限期延長直到傳感器消耗殆盡，所以按照試驗時間的長短判定試驗?zāi)芊窠Y(jié)束是非常不可取的。如果只通過操作人員的觀察來判斷滲透過程是否達(dá)到穩(wěn)定，則會致使測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性降低以及測試數(shù)據(jù)重復(fù)性變差?？梢姡穹Q重法那樣設(shè)定滲透穩(wěn)定的判斷條件是非常必要的，因此本標(biāo)準(zhǔn)中增加判定滲透穩(wěn)定的相關(guān)描述如下：“按一定的時間間隔定時測量電解電流的變化量，當(dāng)相鄰3次電流采樣值波動幅度不大于5%時，可視為電流已保持恒定，水蒸氣滲透達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。”經(jīng)過Labthink的實際應(yīng)用證明，按照該方法判定滲透穩(wěn)定并出具試驗數(shù)據(jù)將大大提高設(shè)備測試數(shù)據(jù)的重復(fù)性和穩(wěn)定性，避免判斷失誤。

 

4. 引入了標(biāo)準(zhǔn)膜的概念。本標(biāo)準(zhǔn)增加了對試驗數(shù)據(jù)溯源性的要求，在標(biāo)準(zhǔn)制訂的過程中參照ISO、ASTM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定方法引入了標(biāo)準(zhǔn)膜的概念，要求“采用標(biāo)準(zhǔn)膜來校準(zhǔn)設(shè)備”。標(biāo)準(zhǔn)膜的使用使得標(biāo)定方法更加清晰、簡便，同時可以確保電解傳感器法的測試數(shù)據(jù)與其他試驗方法的測試數(shù)據(jù)具有可比性。

 

4. 該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用優(yōu)勢

 

       電解傳感器法適用于快速測定塑料薄膜、薄片以及含有塑料的多層結(jié)構(gòu)材料的水蒸氣透過性能。該方法國家標(biāo)準(zhǔn)的制訂不但可以豐富我國包裝材料阻隔性能檢測方法的種類，同時更能滿足當(dāng)前對高阻隔性包裝材料的檢測要求。該方法的國家標(biāo)準(zhǔn)是在ISO 15106-3:2003的基礎(chǔ)上結(jié)合豐富的阻隔性檢測經(jīng)驗制訂的，相信會更適合我國的實際應(yīng)用需求。