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包装材料测试中温度对渗透率的影响

更新时间:2023-11-30       点击次数:315
经常有客户在测试实验室现场问我们:“OTR、WVTR或CO2TR测试应该用什么温度来预估货架期?"这个问题很难准确回答,因为温度会直接影响渗透率的测试结果。通常会根据设置温度条件下的薄膜或包装件的渗透率来预估所需数值,虽然这是一个很好的方法,但仅适用在部分测试应用。






温度对渗透率的影响有多大?


当我们在理解渗透的原理时,要知道较高的温度会增加测试系统内的“能量",使渗透分子移动(或扩散)得更快。更简单地说,渗透率随着温度的升高而增加。

根据经验,温度每升高10°C,渗透率就会增加一倍。实际的情况会根据测试材料的不同而略有变化。下面是在从20°C到80°C温度变化下材料的渗透率曲线图。

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通过绘制这种图,我们可以估计各种温度条件下的渗透率。这种温度和渗透率数据遵循Arrhenius公式如果数据显示为直线,使用Arrhenius公式可以计算其他温度的OTR。Arrhenius公式(lnTR与1/Temp K)绘制数据图就变成一个强大的预测工具。

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Arrhenius图可以很好地用于确定研究数据范围内的渗透率值。在推断较低(冷冻或干冰)温度条件时,也可以使用公式计算出渗透率。

如果是更高的温度,则必须考虑材料的玻璃化转变温度,它会改变气体的渗透率及其Arrhenius关系。下图显示了同一材料的更高温度OTR结果,最高可达120°C。

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图示表明,材料的渗透率/温度关系确实发生了变化,高温范围内的曲线表明了这一点。

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上图所示,当温度低于材料玻璃化转变温度时,可通过Arrhenius公式推算材料渗透率。

考虑到样品的阻隔性能是否受到玻璃化转变温度以上温度升高的影响。120℃下的测试完成后,在低温下进行连续测试。

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结果表明,测试材料的OTR阻隔性能确实会随着玻璃化转变温度的变化而改变。然而变化并不剧烈,材料恢复得很好。

关键注意事项


当温度超过材料的玻璃化转变温度时,Arrhenius图则变得有限对于品牌商和代加工商来说,理解这一点很重要,特别是对于有高温储存风险的产品。以下建议是一个很好的参考。

对氧气和湿度敏感的产品,根据产品的用途,可能是冷藏、环境温度或热仓库。预计最佳货架期由实际温度和湿度存储条件下的渗透率数据为准。
当所需数据超出渗透分析仪的温度限制时,可以通过一系列连续温度测试生成Arrhenius图,以推算出材料在低温或高温下的渗透率。当在材料的玻璃化转变温度以上时,该方法则变得不太适用。
渗透率数据是通过在相同的测试环境下对新的包装材料与现有材料进行测试比对得出的。
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