Измерение кислородопроницаемости упаковочных материалов

СЕН142016

Непрерывный рост требований к качеству пищевой продукции приводит к тому, что традиционные упаковочные материалы типа фольги и целлофана все больше заменяются современными материалами с улучшенными характеристиками. Лидирующую позицию в настоящее время занимает биаксиально-ориентированная полипропиленовая пленка (BOPP-пленка), которую используют также для упаковывания фармацевтической, парфюмерной, косметической продукции.

BOPP-пленку отличают высокие физико-механические, термостатические, а также барьерные свойства. Последнее означает, что такой материал способен пропускать кислород в ничтожно малых количествах, в результате чего срок хранения упакованных материалов существенно возрастает. Оценить количественно барьерные свойства пленки можно, измерив кислородопроницаемость материала.

В данном примере были взяты образцы ламинированной трехслойной пленки следующего состава: ВОРР 20 мкм, ПЭТФ металлизированный 12 мкм, (PE/EVOH/PE) 50 мкм. Толщина образцов 85 мкм.

Кислородопроницаемость тонких пленок определяли на анализаторе газо- и паропроницаемости TotalPerm ExtraSolution S.r.l. в соответствии с ASTM F 2622-08.

Принцип работы устройства

Образец устанавливается в диффузионную ячейку, таким образом, чтобы создать герметичный барьер между полукамерами. Во время начальной фазы, так называемого кондиционирования, управляемый электронным способом поток безводного азота циркулирует в верхней и нижней полукамерах, после чего будет производиться фактическое измерение проницаемости для удаления остатков кислорода, паров воды и/или диоксида углерода, которые остались после процесса загрузки и во внутренней части образца.

После того как уровень проникающего вещества стабилизируется на постоянном значении, поток азота в нижней полукамере, носитель, снижается до рабочего значения. Происходит ожидание увеличения концентрации, которое продолжается до поучения нового стабильного значения.

После обнаружения и достижения стационарного, то есть нулевого значения, для выполнения дифференциального измерения поток проникающего газа направляется через верхнюю камеру. Этот поток, проходящий через разделительную перегородку (образец) подхватывается носителем и определяется датчиком.

Все описанные выше процедуры выполняются с поддержанием постоянной температуры в камере. Кроме того, выполняется постоянный мониторинг относительной влажности, потоков и всех переменных, которые могут повлиять на проникновение анализируемого объекта.

Определения проницаемости молекул кислорода

Скорость переноса кислорода (OTR) выражается в см³/(м²×сут×бар^-1). Для определения количества кислорода, прошедшего через образец (OTRF), используется хемометрический датчик. Площадь проникновения кислорода через образец составляет 50 см².

Скорость переноса кислорода через образец рассчитывается по следующей формуле:

где, А_ts – площадь поверхности тестируемого образца в м².

Условия кондиционирования:

• Температура 23 ^оС
• Время 12 ч (образец 2), 22 ч (образец 3), 24 ч (образец 1)

Условия проведения эксперимента:

• Температура 23 ^оС
• Относительная влажность 65 %

В ходе проведения экспериментальных исследований определяли скорость проникновения молекул кислорода через образец (OTR).

Результаты измерений кислородопроницаемости

Образец 1

Образец 2

Образец 3

Кривые проницаемости кислорода на образцах 1-3 имеют отрицательный наклон. При этом для каждого образца наблюдается участок с положительным наклоном кривой, из которого возможно рассчитать максимальную скорость проникновения кислорода. Рассчитанные результаты представлены в таблице ниже:

Заключение

Измеренное значение скорости проникновения кислорода для изученных образцов находится в диапазоне 0,15 – 0,24 см³/(м²×сут) при толщине 85 мкм. Полученные данные (скорость кислородопроницаемости образцов 1 – 3 ниже 0,24 см³/(м²×сут)) указывают но то, что исследуемые материалы характеризуются высокими барьерными свойствами по отношению к кислороду.

Подробные характеристики анализатора проницаемости TotalPerm