Что измеряет испытание на кислородопроницаемость

Прибор для измерения кислородопроницаемости бумаги с покрытием определяет, какое количество кислорода проходит через заданную площадь материала в контролируемых условиях. Результат помогает производителям оценить, способна ли структура бумаги с покрытием защищать чувствительное к кислороду содержимое во время хранения и транспортировки. Типичные образцы — бумага с полимерным, дисперсионным или многослойным барьерным покрытием, предназначенная для упаковки.

Наиболее часто указываемый результат — скорость передачи кислорода, или OTR: объем кислорода, проходящий через единицу площади за заданное время. В отчетах обычно используются единицы см³/(м²·сут), а рядом со значением указываются температура испытания, относительная влажность, условия давления и состав газа. Значение OTR без этих условий трудно сопоставить с другим результатом.

Кислородопроницаемость и скорость передачи кислорода — связанные, но разные понятия. OTR описывает характеристики испытанной структуры при ее фактической толщине; коэффициент проницаемости учитывает толщину при определенных допущениях. Бумага с покрытием часто имеет неоднородную структуру, а ее слои бумаги и покрытия могут по-разному реагировать на влагу. Поэтому преобразование OTR в единый коэффициент материала требует особой осторожности.

Испытание плоского листа также не позволяет установить барьерные свойства готового пакета или картонной упаковки. Складки, швы, застежки и повреждения при обращении могут создавать дополнительные пути проникновения кислорода. Покупателям следует рассматривать испытание листа как часть более широкой оценки упаковки и выбирать испытания готовой упаковки, если коммерческий риск зависит от собранной упаковки.

Принцип измерения

Образец зажимают между двумя камерами и герметизируют по периметру известной испытательной площади. Одна сторона подвергается воздействию испытательного газа, содержащего кислород, а на другой поддерживается более низкое парциальное давление кислорода. Возникающий градиент заставляет кислород проходить через образец. Прибор отслеживает количество кислорода, поступающего на принимающую сторону, и рассчитывает скорость передачи по измеренному потоку или изменению концентрации.

Во многих полимерных покрытиях кислород растворяется в материале, диффундирует через него и выходит с противоположной поверхности. Через бумагу с покрытием газ также может проходить через поры, дефекты покрытия, микропроколы или недостаточно покрытые волокна. Из-за таких путей даже состав покрытия с высокими барьерными свойствами может показать слабый результат при испытании листа, если покрытие нанесено неравномерно или его целостность нарушена.

Температура и относительная влажность могут существенно влиять на результат. Влага способна изменять структуру бумаги и свойства чувствительных к влаге барьерных слоев, а температура влияет на движение газа через многие материалы. Поэтому образец следует кондиционировать и испытывать в условиях, соответствующих предполагаемому применению, и выдерживать достаточно долго, чтобы измерение достигло конечной точки, установленной выбранным методом.

Надежная герметизация крайне важна: утечку кислорода вокруг образца можно ошибочно принять за его прохождение через материал. Операторам следует содержать испытательную зону в чистоте, проверять прокладки и выполнять предусмотренные для прибора проверки на утечки и фоновые показатели. Повторные измерения в разных местах листа помогают выявить неоднородность покрытия, однако количество измерений и критерии приемки необходимо определить в плане испытаний.

Методы испытаний и применимые стандарты

В кулонометрических методах с датчиком измеряется количество кислорода, прошедшего через образец и поступившего на детектор с принимающей стороны. ASTM D3985 описывает метод определения скорости передачи кислорода через пластиковую пленку и листовой материал с использованием кулонометрического датчика; ISO 15105-2 устанавливает метод определения скорости передачи газа при равном давлении. Прежде чем указывать любой из этих методов для структуры бумаги с покрытием, проверьте актуальную редакцию, область применения и применимость стандарта.

В манометрических методах скорость передачи газа определяют по изменению давления в заданных условиях. ISO 15105-1 описывает метод с перепадом давления для пластиковой пленки и листового материала. Выбранный прибор должен подходить для ожидаемого диапазона передачи и образца, способного выдерживать условия давления, предусмотренные методом. Перед испытанием пористого или механически непрочного листа с покрытием может потребоваться дополнительная оценка.

Само по себе название метода не гарантирует сопоставимость результатов. На указанное значение могут влиять состав газа, градиент давления, контроль влажности, кондиционирование, площадь испытания, предел обнаружения и критерии конечной точки. При сравнении поставщиков или лабораторий запрашивайте полное описание метода и условия испытания, а не сопоставляйте отдельные значения OTR. Любое отступление от требований стандарта к образцу или процедуре необходимо документировать.

Для более широкого процесса испытаний упаковки paratronix указывает среди предлагаемого оборудования приборы для измерения паропроницаемости, воздухопроницаемости, а также утечек и прочности швов. Эти категории предназначены для оценки разных свойств: воздухопроницаемость не заменяет напрямую измерение передачи кислорода, а передача водяного пара характеризует другой барьер. Наличие и характеристики решения, предназначенного для измерения кислородопроницаемости, следует уточнить непосредственно у paratronix.

Кто и где использует результаты

Бумажные фабрики и поставщики покрытий используют данные о передаче кислорода для сравнения базовых видов бумаги, массы покрытия, рецептур и производственных параметров. Производители упаковки применяют их для приемки поступающих рулонов и изучения изменений после печати, переработки или ламинирования. Владельцы брендов и независимые лаборатории могут использовать те же измерения для установления спецификаций и принятия решений об упаковке продукции, чувствительной к кислороду.

При разработке пищевой упаковки кислородный барьер помогает контролировать условия, способствующие окислению и ухудшению качества. Требуемое значение OTR зависит от продукта, свободного объема упаковки, ее геометрии, условий хранения и целевого срока годности. Его следует устанавливать на основе надлежащей оценки упаковки и срока годности: низкое значение OTR листа само по себе не гарантирует стабильность продукта.

При квалификации поставщика заранее согласуйте ориентацию образца, условия кондиционирования и испытания, а также единицы отчетности. Установите допустимый диапазон с учетом требований к материалу и соответствующих производственных данных, а затем определите порядок действий при пограничных результатах. Если результаты двух лабораторий расходятся, прежде чем заключать, что материал изменился, сопоставьте статус калибровки, места отбора образцов, условия окружающей среды и методы испытаний.

Прибор для измерения кислородопроницаемости бумаги с покрытием полезен при разработке материала, первоначальной квалификации, регулярном контроле производства и расследовании жалоб или изменений процесса. Проводите испытания после изменения состава покрытия, базовой бумаги, условий сушки или процесса переработки, если это изменение может повлиять на барьерные свойства. Частота регулярных испытаний должна соответствовать изменчивости процесса, требованиям заказчика и последствиям отказа.

Выбор прибора и проведение испытаний

Начните с ожидаемого диапазона OTR и условий, в которых необходимо испытывать материал. Запросите у поставщиков подтвержденный диапазон измерений прибора, разрешение, площадь образца, возможности контроля температуры и влажности, а также поддерживаемые методы. Подходящий диапазон должен охватывать как целевые продукты, так и образцы с потенциально более высокой скоростью передачи, встречающиеся при разработке или устранении неполадок.

Оцените испытательную ячейку с учетом фактической конструкции бумаги. Толщина образца, шероховатость поверхности, жесткость и наличие скрученного или неровного покрытия могут влиять на зажим и герметизацию. Предоставьте репрезентативные образцы для оценки возможности испытания и уточните, как поставщик проверяет утечки по краям, защищает деликатные поверхности и работает с образцами, которые не лежат ровно.

Практический порядок работы начинается с отбора образцов по ширине рулона или листа, определения стороны с покрытием и кондиционирования образцов согласно согласованному методу. Вырезайте образцы, не повреждая испытательную зону, устанавливайте их одинаковым способом, проверяйте герметичность и проводите измерение до установленной конечной точки. Записывайте идентификатор образца, ориентацию, условия испытания, результат и любые отклонения, чтобы результат можно было проследить.

Перед покупкой изучите требования к установке, подаче газа, обучению операторов, процедурам калибровки или проверки, сервисной поддержке и экспорту данных. Уточните, какие эталонные материалы и проверки рекомендуются для предполагаемого диапазона и как часто их следует использовать. Соблюдайте график технического обслуживания производителя и выясняйте причины дрейфа показаний, необычных фоновых значений или неудачных проверок на утечки до выдачи результатов.

Совокупная стоимость и будущие тенденции испытаний

Цена покупки — лишь одна составляющая совокупной стоимости владения. Предусмотрите расходы на установку, газы, эталонные материалы, прокладки и другие расходные материалы, калибровку или проверку, техническое обслуживание, программное обеспечение, обучение и простой. Важна и производительность: длительность испытания и количество ячеек определяют, сколько производственных образцов лаборатория сможет обработать имеющимся персоналом.

Чтобы оценить окупаемость инвестиций, рассчитайте текущие расходы на внешние испытания, доставку, ожидание и задержку производственных решений. Сравните эту базовую сумму с ежегодными затратами на испытания внутри компании и количеством решений, которые они позволят поддержать. Используйте реалистичные предположения о загрузке и обслуживании; потенциальную экономию за счет уменьшения количества забракованных партий следует подтверждать собственными данными покупателя о качестве и производстве.

Спрос на упаковку на основе волокнистых материалов и изменение конструкций барьерных покрытий повышают потребность в оценке влияния влажности, переработки и неоднородности материала на характеристики передачи кислорода. Лаборатории также могут придавать большее значение прослеживаемым цифровым записям и воспроизводимым рабочим процессам. Поэтому при выборе оборудования и процедур полезно учитывать условия и требования к документации будущих проектов.

Для обсуждения закупки с paratronix подготовьте репрезентативные образцы и сообщите ожидаемый диапазон OTR, целевые значения температуры и влажности, предпочтительный метод, ежедневный объем образцов и требования к отчетности. Запросите письменное предложение с указанием подходящего оборудования, требований к эксплуатации, условий обслуживания и возможных ограничений метода. В предоставленной лицензии на ведение бизнеса компания идентифицирована единым социальным кредитным кодом 91370105689842696E.