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阻隔性检测设备发展现状

阻隔性检测设备发展现状

      包装是决定食品、药品等产品保质期的最重要的一个因素,而软包装作为直接与产品接触的最后一层保护,对其材料性能的要求往往也与外层的运输包装有着很大的 不同,例如随着远距离销售的实现,软包装物的阻隔性能和密封性能就往往比其力学性能更加重要。阻隔性测试是软包装材料检测中的高端技术,当前我国自主研发 的阻隔性检测设备从检测精度和检测方法上都能够与国外设备相抗衡,但是还是有一些人对于国产设备是否已经达到世界先进水平存在怀疑,突出表现在当进口设备 与国产设备在检测数据上出现不一致情况时往往倾向于肯定进口设备的数据而否定国产设备的数据,对进口设备总是高看一眼,而一些检测机构及企业检测部门在添 置阻隔性检测设备时也首选进口设备。然而实际上进口设备就真的比国产设备优越吗?当出现数据偏差时就先否定国产设备这样做正确吗?进口设备之间是否也存在 数据偏差?为此,我所与济南兰光机电技术有限公司进行了一次全方位的阻隔性检测数据比对,以全面考察阻隔性检测设备的使用现状。       一、         阻隔性测试方法介绍以及我国的阻隔性检测现状     1. 阻隔性测试方法介绍     阻隔性功能材料是目前食品药品包装中最常用的功能性包装材料,选择具有阻隔性功能的包装材料可以使内容物获得更好的保存效果以及更长的保质期。阻隔性检测 一般分为对于常见无机气体的检测,对水蒸气的检测以及对于有机气体(有机蒸汽)的检测三部分,通常检测的是材料对于常见无机气体的阻隔性以及材料对水蒸气 的阻隔性。     透气性测试,也称作气体阻隔性测试或是气体透过性测试,主要是考察薄膜、薄片对于常见无机气体的阻隔性,一般较为常见的是氧气透过性测试。压差法和等压法 是透气性检测设备所使用的主要测试方法,它们的测试原理不同,测试条件差别较大,但在整个透气性测试领域中都占有很重要的地位。压差法理论成熟,通用性 好,可检测各种常见的无机气体;等压法目前只适用于测定试样的氧气(或二氧化碳)的透过率,但是可以实现容器、包装物的整体透氧性检测。     透湿性测试,也称作水蒸气阻隔性测试或是水蒸气透过性测试,主要考察薄膜、薄片对水蒸气的阻隔性,是包装材料防潮性能的主要指标,包括称重法和传感器法两 种。称重法(又称杯式法)是基础测试方法,具有简单、方便以及仪器设备成本较低等优点。传感器法包括红外检定法、电解分析法、动态相对湿度测定法以及使用 其它类型水蒸气传感器的测试方法。所有传感器法设备在试验之前都需要使用标准膜标定设备,并确定设备的标定系数。称重法和传感器法都可以用于检测包装物整 体的透湿性能,但是对于称重法测试时间长、精度低,利用红外检定法或者电解分析法进行容器的检测要更加精确、方便。     可先,对于透气性测试或者透湿性测试都有不止一种检测方法,然而不同测试方法间的测试数据是否完全一致目前还没有定论,因此由不同测试方法所检测得到的数 据之间就可能存在差异。     2. 我国的阻隔性检测现状     我国的包装工业起步较晚,在包装设备、生产设备、性能检测设备等方面都借鉴了国外的制造经验,从引进、研究到开发,逐步实现了自行生产以及研制。上世纪 90年代起我国的包装工业得到了快速发展,相应地,检测行业也逐步向专业化、规范化方向发展,但是自行研发的检测设备主要集中在材料的常见物理性能、热性 能、光学性能、以及化学性能的检测上,对于阻隔性检测的研究和探索是很少的。至2003年由济南兰光机电技术有限公司自行研制生产出我国第一台透气性测试 设备,并在之后的3年内迅速完善了其阻隔性测试设备系列,这样我国自行研发的阻隔性检测设备就已经覆盖ISO与ASTM标准中的全部阻隔性测试方法。国产 检测设备性能与国际同类产品不相上下,但是价格更加合理,更适合我国的经济情况。但是当国产设备的测试数据与进口设备的测试数据出现差异时,人们对国产设 备的信任度却不高,更倾向于采纳进口设备的数据。     二、         比对试验介绍     为了全面、准确地了解我国自主研发的阻隔性检测设备在测试数据准确性以及检测精度上与国际同类产品的差异,2008年夏我所与济南兰光机电技术有限公司进 行了一次全方位的数据比对,涉及国内外全部阻隔性设备品牌生产的阻隔性检测设备,主要针对中高阻隔性材料的测试,采用具有广泛应用基础的PET薄膜以及镀 铝薄膜作为本次设备比对的试样。其中我所采用MOCON 2/21、TOYOSEIKI BT-3、BRUGGER透气仪进行试样的透气性检测,采用MOCON 3/33、BRUGGER透湿仪、杯式法(手工)检测试样的透湿性能。兰光则采用自行研发的Labthink VAC-V2以及TOY-C1参加本次比对的透气性检测,同时采用Labthink TSY-T3以及TSY-W33参加本次比对的透湿性检测。测试数据可见表1和表2。表1. 氧气透过率检测数据   MOCON 2/21 TOYOSEIKI BT-3 BRUGGER透气仪 Labthink VAC-V2 Labthink TOY-C1
PET 70um 22.07 20.6 20.6 14.709 15.21
21.88 21 19.7 14.540 15.45
22.02 20.7 19.3 14.807 15.28
AL 70um 0.07 / 0.20 0.055 0.13
0.19 / 0.40 0.084 0.18
0.15 / 0.22 0.053 0.15
注:单位:cm3/m2•24h•0.1MPa、ml/m2•d。表2. 水蒸气透过率检测数据   MOCON 3/33 BRUGGER透湿仪 杯式法(手工) Labthink TSY-T3 Labthink TSY-W3/3
PET 70um 6.61 5.16 6.90 4.857 4.812
6.36 5.52 7.31 4.677 4.391
6.47 5.71 7.31 4.681 4.472
AL 70um 0.02 0.082 / 0.044 0.105
0.02 0.083 / 0.033 0.072
0.006 0.076 / 0.055 0.000
注: 单位:g/m2•24h。       三、测试数据统计     1. 统计依据     本次测试数据统计根据CNAS-GL02《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》进行,采用稳健(Robust)统计方法评价本次参与数据比对的各测试 设备的检测能力,实验室能力评价的主要参数是Z比分数,评价结果包含十种综合的统计量——结果数、平均值、标准偏差(SD)、相对标准偏差(RSD)、中 位值、标准四分位数间距(IQR)、稳健的变异系数(CV)、最小值、最大值和极差。依据Z比分数评定各测试设备的检测能力,Z绝对值大于等于3的结果为 离群值,2< <3的结果为可疑值。     在本次数据比对中,样品总数为2种,但是有些材料超出参加比对的设备的测试限(或者测量值已经超过了设备所具有的测试精度使得测试结果不可信),而且本次 数据比对主要考察对象为检测设备,并未将考察实验室检测能力作为比对目的,因此进行数据统计时我们按照材料统计每个测试设备的数据(采用3次实测数据的平 均值为统计数据),对氧气透过率和水蒸气透过率的数据统计都分为2次,比较单一样品的单个结果。       2. 统计数据表表3. 氧气透过率统计表   PET 70 AL 70
平均值 Z 平均值 Z
MOCON 2/21 21.99 0.5135 0.14 -0.0625
TOYOSEIKI BT-3 20.8 0.2211 / /
BRUGGER透气仪 19.9 0 0.27 1.5625
Labthink VAC-V2 14.685 -1.2813 0.064 -1.0125
Labthink TOY-C1 15.31 -1.1278 0.15 0.0625
结果数 5   4  
平均值 18.537   0.156  
标准偏差 3.3224   0.0852  
RSD 17.92%   54.62%  
中位值 19.9   0.145  
标准IQR 4.070   0.080  
稳健CV% 20.45   55.17  
最小值 14.685   0.064  
最大值 21.99   0.27  
极差 7.305   0.206  
注:1. 加§号的数值为离群值,即 ≥3;加*号的数值为可疑值,即2< <3。     2. 单位:cm3/m2•24h•0.1MPa、ml/m2•d。表4. 水蒸气透过率统计表   PET 70 AL 70
平均值 Z 平均值 Z
MOCON 3/33 6.48 0.7901 0.015 -1.2290
BRUGGER透湿仪 5.46 0 0.080 0.9596
杯式法(手工) 7.17 1.3246 / /
Labthink TSY-T3 4.738 -0.5593 0.044 -0.2525
Labthink TSY-W3/3 4.558 -0.6987 0.059 0.2525
结果数 5   4  
平均值 5.681   0.0495  
标准偏差 1.1241   0.0273  
RSD 19.79%   55.21%  
中位值 5.46   0.0515  
标准IQR 1.291   0.0297  
稳健CV% 23.64   57.58  
最小值 4.558   0.015  
最大值 7.17   0.080  
极差 2.612   0.065  
注:1. 加§号的数值为离群值,即 ≥3;加*号的数值为可疑值,即2< <3。     2. 单位:g/m2•24h。       3. 数据图标图1. PET70氧气透过率的统计图标 图2. AL70氧气透过率的统计图标 图3. PET70水蒸气透过率的统计图标 图4. AL70水蒸气透过率的统计图标     4. 统计结论     MOCON 2/21、TOYOSEIKI BT-3、BRUGGER透气仪、Labthink VAC-V2、Labthink TOY-C1设备在进行PET(70um)、AL(70um)试样的氧气透过率检测时(由于超出设备的检测量程,TOYOSEIKI BT-3未参与AL试样的比对试验),检测数据全部为满意结果。 MOCON 3/33、BRUGGER透湿仪、杯式法(手工)、Labthink TSY-T3、Labthink TSY-W3/3设备在进行PET(70um)、AL(70um)试样的水蒸气透过率检测时(由于超出设备的检测量程,手工杯式法未参与AL试样的比对试 验),检测数据全部为满意结果。       四、总结     由于阻隔性检测的特殊性,由不同检测设备检测同一试样出现数据差异的情况并不罕见,而且有时进口设备所出具的测试数据间存在的差距更大,例如在本次数据比 对中,BRUGGER透湿仪检测PET70试样时给出的测试数据平均值是5.46 g/m2•24h,Labthink TSY-T3的测试平均值是4.738 g/m2•24h,与BRUGGER透湿仪的测试数据相差0.722,而MOCON 3/33的测试平均值是6.48 g/m2•24h,与BRUGGER透湿仪的测试数据相差1.02。通过本次数据比对可以看出,国产阻隔性检测设备在测试数据准确性、数据稳定性以及检测 精度上与国际同类产品已经达到了同一水平,排除操作问题,当前普遍使用的阻隔性检测设备所出具的测试数据差异都是可以接受的。本次数据比对只是我所与济南 兰光机电技术有限公司进行的第一轮数据比对,后续数据比对工作还将继续开展,而且在即将开展的第二轮比对活动中还将包含容器透气、透湿检测项目。
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