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包裝材料測試中溫度對滲透率的影響

更新時間:2023-11-30       點擊次數(shù):701
經(jīng)常有客戶在測試實驗室現(xiàn)場問我們:“OTR、WVTR或CO2TR測試應該用什么溫度來預估貨架期?"這個問題很難準確回答,因為溫度會直接影響滲透率的測試結(jié)果。通常會根據(jù)設置溫度條件下的薄膜或包裝件的滲透率來預估所需數(shù)值,雖然這是一個很好的方法,但僅適用在部分測試應用。






溫度對滲透率的影響有多大?


當我們在理解滲透的原理時,要知道較高的溫度會增加測試系統(tǒng)內(nèi)的“能量",使?jié)B透分子移動(或擴散)得更快。更簡單地說,滲透率隨著溫度的升高而增加。

根據(jù)經(jīng)驗,溫度每升高10°C,滲透率就會增加一倍。實際的情況會根據(jù)測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圖。

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通過繪制這種圖,我們可以估計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,使用Arrhenius公式可以計算其他溫度的OTR。Arrhenius公式(lnTR與1/Temp K)繪制數(shù)據(jù)圖就變成一個強大的預測工具。

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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,也可以使用公式計算出滲透率。

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

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

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上圖所示,當溫度低于材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時,可通過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℃下的測試完成后,在低溫下進行連續(xù)測試。

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

關鍵注意事項


當溫度超過材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時,Arrhenius圖則變得有限對于品牌商和代加工商來說,理解這一點很重要,特別是對于有高溫儲存風險的產(chǎn)品。以下建議是一個很好的參考。

對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)境溫度或熱倉庫。預計最佳貨架期由實際溫度和濕度存儲條件下的滲透率數(shù)據(jù)為準。
當所需數(shù)據(jù)超出滲透分析儀的溫度限制時,可以通過一系列連續(xù)溫度測試生成Arrhenius圖,以推算出材料在低溫或高溫下的滲透率。當在材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上時,該方法則變得不太適用。
滲透率數(shù)據(jù)是通過在相同的測試環(huán)境下對新的包裝材料與現(xiàn)有材料進行測試比對得出的。
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