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準僅有稱重法一種，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)標準中已經(jīng)采用了電解傳感器法（例如，藥包材行業(yè)標準），可是卻沒有相應國標支持，也不利于行業(yè)標準的推廣。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準是非常必要而且急迫的。2007年初，該法的國家標準制訂工作正式啟動，目前已經(jīng)進入標準報批階段。

 

1. 電解傳感器法薄膜透濕性測試標準制訂介紹

 

      根據(jù)全國包裝標準化委員會“關于下達制、修訂國家標準項目的通知”要求，確定由中國包裝科研測試中心承擔《塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測定——電解傳感器法》國家標準的制定工作，中國包裝科研測試中心特邀國家包裝產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心（濟南）、濟南蘭光機電技術有限公司共同起草該標準。三家單位抽調技術力量成立了標準制訂小組。標準制訂小組對標準的意義及可行性、采用和*標準以及社會和經(jīng)濟效益進行了調研、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》推薦性國家標準項目建議書上報全國包裝標準化委員會。標準制訂小組修改采用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》，并結合蘭光豐富的阻隔性檢測技術研究經(jīng)驗起草了*符合塑料包裝行業(yè)應用特點的標準征求意見稿，在廣泛征求國內(nèi)企業(yè)、學校以及行業(yè)專家意見的基礎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準報批稿的內(nèi)容。標準報批稿已經(jīng)提交審查，標準將于近日正式發(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構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確性問題，需要定期使用稱重法測試數(shù)據(jù)進行標定，在相關測試標準中都對標定問題做了詳細的介紹。使用標準膜作為標定手段，而標準膜的數(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。…用于設備標定的參考膜，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)，必須定期進行標定，因此標定是測試方法的重點內(nèi)容。在本次標準制訂過程中對于電解傳感器法的標定問題進行了詳細論證，專家們認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，標準中有必要增加試驗數(shù)據(jù)的溯源性要求。因此，在本標準“儀器”章節(jié)增加了“采用標準膜來校準設備，標準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標準對試驗數(shù)據(jù)的溯源要求是一致的。經(jīng)過標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，按照透濕性測試標準的要求，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)進行校準，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. 該標準的應用優(yōu)勢

 

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

 

1. 增加了濕度實現(xiàn)的方法。在ISO 15106-3:2003標準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，因此國標制訂時在原先標準內(nèi)容的基礎上，結合ASTM E 104-02《使用水溶液保持恒定相對濕度的標準方法》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. 降低了標準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準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，為使本標準具有廣泛的實用性，標準中不但沒有對試驗儀器的結構及其元件作出詳細、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計在檢測設備中的應用，為該標準適應今后的技術發(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)下進行，否則數(shù)據(jù)就是錯誤的。然而對于不同材質的薄膜，水蒸氣的滲透過程從非平衡態(tài)到達平衡態(tài)所需要的時間是不一樣的，而對于電解傳感器法而言，進入滲透過程后只要單位時間內(nèi)進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能否結束是非常不可取的。如果只通過操作人員的觀察來判斷滲透過程是否達到穩(wěn)定，則會致使測試數(shù)據(jù)準確性降低以及測試數(shù)據(jù)重復性變差?？梢?，像稱重法那樣設定滲透穩(wěn)定的判斷條件是非常必要的，因此本標準中增加判定滲透穩(wěn)定的相關描述如下：“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，水蒸氣滲透達到穩(wěn)定狀態(tài)。”經(jīng)過Labthink的實際應用證明，按照該方法判定滲透穩(wěn)定并出具試驗數(shù)據(jù)將大大提高設備測試數(shù)據(jù)的重復性和穩(wěn)定性，避免判斷失誤。

 

4. 引入了標準膜的概念。本標準增加了對試驗數(shù)據(jù)溯源性的要求，在標準制訂的過程中參照ISO、ASTM相關標準的標定方法引入了標準膜的概念，要求“采用標準膜來校準設備”。標準膜的使用使得標定方法更加清晰、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. 該標準的應用優(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構材料的水蒸氣透過性能。該方法國家標準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，同時更能滿足當前對高阻隔性包裝材料的檢測要求。該方法的國家標準是在ISO 15106-3:2003的基礎上結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用需求。