薄膜的透濕性測試方法可分為稱(chēng)重法和傳感器法兩大類(lèi)。目前，國內的薄膜透濕性測試標準僅有稱(chēng)重法一種，過(guò)于單一，不利于貿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(méi)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(diǎn)相對稱(chēng)重法互有優(yōu)勢，更能滿(mǎn)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(dòng)，目前已經(jīng)進(jìn)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

 

      根據全國包裝標準化委員會(huì )“關(guān)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(guò)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(zhì)量監督檢驗中心（濟南）、濟南蘭光機電技術(shù)有限公司共同起草該標準。三家單位抽調技術(shù)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(huì )和經(jīng)濟效益進(jìn)行了調研、分析和論證，起草了《塑料薄膜和薄片水蒸氣透過(guò)率的測定——電解傳感器法》推薦性國家標準項目建議書(shū)上報全國包裝標準化委員會(huì )。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(guò)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(shù)研究經(jīng)驗起草了*符合塑料包裝行業(yè)應用特點(diǎn)的標準征求意見(jiàn)稿，在廣泛征求國內企業(yè)、學(xué)校以及行業(yè)專(zhuān)家意見(jiàn)的基礎上多次修改征求意見(jiàn)稿中的內容，zui后于2007年7月24日召開(kāi)專(zhuān)題論證會(huì )確定了標準報批稿的內容。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(gè)干腔和一個(gè)濕度可控的濕腔，水蒸氣從濕腔滲透通過(guò)試樣進(jìn)入干腔后會(huì )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(guò)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(dòng)態(tài)相對濕度測定法和紅外檢定法。這一類(lèi)測試方法自1970年之后才陸續推出，該類(lèi)方法的試驗環(huán)境與減重法*一致，測試速度快，測試過(guò)程穩定，分辨率高，影響因素少，因此這類(lèi)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(guò)性能。

 

     然而這類(lèi)測試方法由于傳感器損耗問(wèn)題或者測試準確性問(wèn)題，需要定期使用稱(chēng)重法測試數據進(jìn)行標定，在相關(guān)測試標準中都對標定問(wèn)題做了詳細的介紹。使用標準膜作為標定手段，而標準膜的數據是按照稱(chēng)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(chēng)重法校準。…用于設備標定的參考膜，由稱(chēng)重法確定其WVTR數據…）。

 

    電解傳感器是消耗型元器件，所以電解傳感器法自身無(wú)法持久保持穩定的測試數據，必須定期進(jìn)行標定，因此標定是測試方法的重點(diǎn)內容。在本次標準制訂過(guò)程中對于電解傳感器法的標定問(wèn)題進(jìn)行了詳細論證，專(zhuān)家們認為為使電解傳感器法的測試數據與其他試驗方法的測試數據具有可比性，標準中有必要增加試驗數據的溯源性要求。因此，在本標準“儀器”章節增加了“采用標準膜來(lái)校準設備，標準膜可以是已知水蒸氣透過(guò)率的薄膜或是由重量法測試得到水蒸氣透過(guò)率的薄膜” 。此要求與ISO 15106-1:2003、ISO 15106-2:2003標準對試驗數據的溯源要求是一致的。經(jīng)過(guò)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據與稱(chēng)重法測試數據是一致的。

 

    現在，按照透濕性測試標準的要求，幾種傳感器法的測試數據都需要使用稱(chēng)重法的測試數據進(jìn)行校準，從而保證與稱(chēng)重法數據的一致性。同時(shí)由于稱(chēng)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據，這樣電解傳感器法的實(shí)際測試數據就可以與的透濕性測試數據保持很好的一致性。

 

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(shí)現的方法。在ISO 15106-3:2003標準中僅提供了通過(guò)硫酸溶液實(shí)現相對濕度的方法，然而在實(shí)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(shí)在原先標準內容的基礎上，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(guò)率的測定  電解法》增加了使用飽和鹽溶液輕松實(shí)現相對濕度的方法。

 

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(méi)有做規定，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(shí)，為使本標準具有廣泛的實(shí)用性，標準中不但沒(méi)有對試驗儀器的結構及其元件作出詳細、具體的規定，而且增加了選用材料的種類(lèi)。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(shù)發(fā)展做好了鋪墊。

 

3. 增加了滲透穩定的判斷條件。我們知道，水蒸氣對于薄膜的滲透過(guò)程需要經(jīng)歷一個(gè)非平衡態(tài)（滲透不穩定）再到達平衡態(tài)（滲透穩定），而測定材料的透濕性能參數一定要在平衡態(tài)下進(jìn)行，否則數據就是錯誤的。然而對于不同材質(zhì)的薄膜，水蒸氣的滲透過(guò)程從非平衡態(tài)到達平衡態(tài)所需要的時(shí)間是不一樣的，而對于電解傳感器法而言，進(jìn)入滲透過(guò)程后只要單位時(shí)間內進(jìn)入傳感器的水蒸氣含量不超過(guò)傳感器的測量上限檢測就可以無(wú)限期延長(cháng)直到傳感器消耗殆盡，所以按照試驗時(shí)間的長(cháng)短判定試驗能否結束是非常不可取的。如果只通過(guò)操作人員的觀(guān)察來(lái)判斷滲透過(guò)程是否達到穩定，則會(huì )致使測試數據準確性降低以及測試數據重復性變差?？梢?jiàn)，像稱(chēng)重法那樣設定滲透穩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定的相關(guān)描述如下：“按一定的時(shí)間間隔定時(shí)測量電解電流的變化量，當相鄰3次電流采樣值波動(dòng)幅度不大于5%時(shí)，可視為電流已保持恒定，水蒸氣滲透達到穩定狀態(tài)。”經(jīng)過(guò)Labthink的實(shí)際應用證明，按照該方法判定滲透穩定并出具試驗數據將大大提高設備測試數據的重復性和穩定性，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據溯源性的要求，在標準制訂的過(guò)程中參照ISO、ASTM相關(guān)標準的標定方法引入了標準膜的概念，要求“采用標準膜來(lái)校準設備”。標準膜的使用使得標定方法更加清晰、簡(jiǎn)便，同時(shí)可以確保電解傳感器法的測試數據與其他試驗方法的測試數據具有可比性。

 

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(guò)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(lèi)，同時(shí)更能滿(mǎn)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(huì )更適合我國的實(shí)際應用需求。