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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:95
經常有客戶在測試實驗室現場問我們:“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果。通常會根據設置溫度條件下的薄膜或包裝件的滲透率來預估所需數值,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內的“能量",使滲透分子移動(或擴散)得更快。更簡單地說,滲透率隨著溫度的升高而增加。

根據經驗,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據遵循Arrhenius公式。如果數據顯示為直線,使用Arrhenius公式可以計算其他溫度的OTR。Arrhenius公式(lnTR與1/Temp K)繪制數據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據范圍內的滲透率值。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/溫度關系確實發生了變化,高溫范圍內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,在低溫下進行連續測試。

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結果表明,測試材料的OTR阻隔性能確實會隨著玻璃化轉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品。以下建議是一個很好的參考。

對氧氣和濕度敏感的產品,根據產品的用途,可能是冷藏、環境溫度或熱倉庫。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據為準。
當所需數據超出滲透分析儀的溫度限制時,可以通過一系列連續溫度測試生成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變溫度以上時,該方法則變得不太適用。
滲透率數據是通過在相同的測試環境下對新的包裝材料與現有材料進行測試比對得出的。
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