Тестер кислородопроницаемости пакетов измеряет скорость проникновения кислорода в герметичную упаковку при заданных условиях. Результат обычно указывают как скорость передачи кислорода через всю упаковку, выраженную в объёме кислорода на упаковку в сутки. Он характеризует свойства готового пакета в сборе, включая материал, швы и любые компоненты, участвующие в испытании.

Это различие важно, поскольку даже пакет из плёнки с высокими барьерными свойствами может пропускать больше кислорода, чем ожидалось. Слабый шов, участок, подвергавшийся изгибу, или плохо герметизированный штуцер могут повлиять на характеристики готовой упаковки. Поэтому измеренная скорость даёт представление об упаковке как о системе в целом, а условия испытания определяют, как следует интерпретировать результат.

Что показывает указанная скорость передачи кислорода

Передача кислорода — это перемещение кислорода с одной стороны стенки упаковки на другую. При испытании по разные стороны пакета создаётся разница в концентрации кислорода или его парциальном давлении. Кислород движется в сторону с меньшей концентрацией, а прибор измеряет количество кислорода, поступающего к датчику за определённое время. Указанная скорость отражает этот поток при заданных условиях.

Результат для всего пакета часто выражают в таких единицах, как кубические сантиметры на упаковку в сутки. Следует указывать способ определения объёма и условия измерения, поскольку объём газа меняется в зависимости от температуры и давления. Более низкая скорость означает, что при данных условиях в испытанную упаковку за единицу времени проникло меньше кислорода.

Результат представляет собой скорость, а не прямое измерение количества кислорода, уже находящегося внутри пакета. Он также не показывает, какое количество кислорода может выдержать продукт. Для упаковки со стабильной скоростью передачи кислорода умножение этой скорости на период времени позволяет получить упрощённую оценку проникшего кислорода, однако реальные условия хранения и градиент концентрации кислорода могут меняться со временем.

В некоторых отчётах указывается скорость передачи кислорода, приведённая к площади открытой поверхности, например в кубических сантиметрах на квадратный метр в сутки. Это удобно для сравнения плоских плёнок. Значение для готового пакета, выраженное на упаковку, учитывает размер упаковки и её конструкцию, представленную для испытания. Деление результата для упаковки на предполагаемую площадь плёнки не обязательно даёт достоверную характеристику материала, особенно если на проникновение кислорода влияют швы или штуцеры.

Какие части пакета влияют на результат измерения?

В готовом пакете может быть несколько путей проникновения кислорода. Наибольшую площадь поверхности обычно занимают панели из плёнки, однако упаковка также включает термосварные швы, складки, углы, а в некоторых конструкциях — застёжки-молнии, носики, клапаны или другие элементы укупорки. Испытание всей упаковки учитывает вклад путей, которые открыты для испытательной атмосферы и сообщаются с измеряемым внутренним объёмом.

Сама плёнка может иметь многослойную структуру. Барьерный слой, например слой алюминиевой фольги или подходящего полимерного барьерного материала, ограничивает передачу кислорода, тогда как другие слои обеспечивают прочность, термосвариваемость или защиту. На свойства готовой структуры влияют толщина, сплошность покрытия и повреждения барьерного слоя. Например, многократный изгиб может привести к появлению дефектов в хрупком барьерном слое, даже если внешняя поверхность выглядит неповреждённой.

Швы требуют отдельного рассмотрения. В зоне шва материал сплавлен, а его характеристики зависят от способа изготовления и запечатывания пакета. Загрязнения в шве, складки поперёк шва или неполное сплавление могут создать путь проникновения, не связанный с барьерными свойствами, измеренными на гладком образце плёнки. У пакета со складчатым дном есть также складки и места соединения нескольких слоёв, поэтому его геометрия влияет на итоговый результат.

Результат для всей упаковки автоматически не показывает, через какой участок проник кислород. Если скорость для пакета выше ожидаемой, определить причину помогут проверка швов и компонентов, сравнение с данными для плоской плёнки или испытание отдельно подготовленных образцов. Первоначальное значение остаётся совокупным результатом измерения испытанной упаковки.

Как в ходе испытания измеряют проникновение кислорода

При одном из распространённых методов герметичный пакет помещают в атмосферу с контролируемой концентрацией кислорода, а через его внутреннюю часть пропускают газ-носитель, направляемый к датчику кислорода. Кислород, прошедший через упаковку, переносится к датчику, а прибор рассчитывает скорость передачи кислорода на основе измеренного содержания кислорода и расхода газа. В других конструкциях приборов и конфигурациях упаковки применяются иные схемы, поэтому результат следует рассматривать вместе с указанным методом испытания.

Чтобы подключить пакет к измерительной системе, присоединяют трубку или испытательный порт, не допуская нежелательного проникновения наружного воздуха к датчику. Соединение должно быть достаточно герметичным и подходить для данной упаковки. Если оно негерметично, кислород, поступающий через оснастку, может быть учтён как кислородопроницаемость упаковки, из-за чего её барьерные свойства будут казаться хуже.

Упаковку кондиционируют и испытывают при заданных температуре и влажности. Показания регистрируют до достижения критериев метода для стабильного или подлежащего отчётной фиксации результата. Для структур с высокими барьерными свойствами измерение может занять больше времени, поскольку к датчику поступает мало кислорода; ранние показания могут отражать остаточный кислород или реакцию испытательной установки.

В зависимости от метода и цели измерения пакет испытывают пустым или в заданном подготовленном состоянии. Необходимо описать способ закрытия, степень заполнения, внутреннюю опору и любую предварительную обработку. Эти детали важны, поскольку при растяжении, складывании или иной поддержке пакета могут измениться открытые для испытательной атмосферы участки и нагрузки на швы.

Условия, влияющие на результат

Температура и влажность

Температура влияет на перемещение кислорода через упаковочные материалы. Результат, полученный при одной температуре, нельзя считать взаимозаменяемым со значением, полученным при другой. Температура также влияет на саму упаковку: изменения гибкости и размеров могут повлиять на состояние швов и участков, испытывающих нагрузку.

Особое внимание следует уделять влажности в структурах с барьерными материалами, чувствительными к влаге. Плёнка, хорошо показывающая себя в сухом состоянии, при воздействии влаги может пропускать больше кислорода. Важна влажность с обеих сторон пакета, поэтому отчёт, в котором указано только одно значение влажности, может не полностью описывать условия испытания. Для сравнения двух значений необходимо знать, как контролировалась влажность и с какой стороны она воздействовала.

Концентрация кислорода и давление

Движущая сила переноса кислорода — разница парциальных давлений кислорода по разные стороны упаковки. Испытание с высокой концентрацией кислорода снаружи пакета может дать результат, отличающийся от испытания с окружающим воздухом. Необходимо также учитывать внешнее и внутреннее давление: непреднамеренная разница давлений может деформировать гибкий пакет или способствовать потоку газа через дефект.

Поэтому результаты, полученные при разных условиях по кислороду, следует сравнивать только при наличии соответствующего метода или способа пересчёта. Простая пропорциональная корректировка предполагает поведение, которое может быть неприменимо к некоторым материалам или пакету с утечкой.

Размер и конструкция упаковки

У двух пакетов из одной и той же плёнки могут быть разные скорости передачи кислорода в расчёте на упаковку, поскольку площадь материала, открытая для воздействия, различается. Также могут отличаться длина швов и количество мест соединения. Более высокая скорость для упаковки в целом не обязательно означает, что материал крупного пакета обладает худшими барьерными свойствами.

Изменения конструкции также могут повлиять на результат, даже если основная плёнка остаётся прежней. Новый профиль застёжки-молнии, другая схема расположения швов или добавление носика создают новые поверхности и места соединения. Для корректного сравнения эти детали следует учитывать, а не считать, что одного наименования материала пакета достаточно для полного описания.

Проницаемость и утечка — разные механизмы

Проницаемость — это молекулярный перенос через материал. Утечка — это движение газа через непредусмотренное отверстие, например канал в шве или прокол. Оба механизма могут увеличить количество кислорода, обнаруживаемого при испытании упаковки, однако указывают на разные причины и могут потребовать разных дополнительных измерений.

Упаковка из сплошной плёнки с низкими барьерными свойствами может демонстрировать высокую скорость передачи кислорода без наличия отдельного отверстия. И наоборот, высокий результат может быть вызван очень небольшим дефектом шва даже у пакета из плёнки с превосходными барьерными свойствами. Одного визуального осмотра недостаточно, чтобы надёжно различить эти ситуации.

Испытание на передачу кислорода не является автоматической заменой специальному испытанию на утечку. Чувствительность к конкретному дефекту зависит от схемы испытания, условий давления, диапазона измерений и продолжительности испытания. Испытание на утечку предназначено для оценки целостности упаковки в своих условиях, а измерение передачи кислорода характеризует проникновение кислорода при заданном испытании барьерных свойств. Если упаковка ведёт себя неожиданно, результаты обоих испытаний могут взаимно дополнять друг друга.

Связь результатов измерений с защитой продукта

Чувствительность продуктов к кислороду различается. Закуска, теряющая вкус из-за окисления, состав с чувствительным к кислороду ингредиентом и компонент, склонный к изменению цвета, требуют разных допустимых скоростей передачи кислорода через пакет. Значение измеренной скорости зависит от чувствительности продукта, количества остаточного кислорода после упаковки и предполагаемого срока хранения.

Газовое пространство особенно легко упустить из виду. Низкая скорость передачи кислорода ограничивает его дальнейшее проникновение, но результат испытания не учитывает кислород, уже оставшийся внутри пакета после запечатывания. Кроме того, кислород, содержащийся в продукте или выделяющийся из компонентов упаковки, не обязательно учитывается при испытании на передачу кислорода через пустой пакет.

Условия хранения вносят ещё один фактор в интерпретацию. Температура и влажность при дистрибуции могут отличаться от условий испытания, а после выхода с упаковочной линии пакет может смяться или истереться. Испытание образцов до и после заданной обработки, включающей обращение или изгиб, может показать, изменяются ли барьерные свойства при такой обработке. Результат относится к фактически проведённой обработке и сам по себе не воспроизводит все условия транспортировки.

Поэтому при оценке срока хранения результаты измерения для пакета являются лишь одним из исходных данных наряду с испытаниями продукта и сведениями о состоянии упакованного продукта. Одна только скорость передачи кислорода не позволяет обосновать заявленный срок хранения.

Как читать отчёт об испытании пакета

В отчёте следует указывать конструкцию и размеры пакета, входящие в состав упаковки элементы закрытия и штуцеры, количество образцов и единицу измерения результата. Также указываются температура, влажность, условия воздействия кислорода, кондиционирование и метод измерения. Если образцы изгибали или подвергали другой обработке, эти сведения должны сопровождать результат.

Если испытано несколько пакетов, полезно рассматривать результаты для каждого из них. Одно необычно высокое значение может указывать на локальный дефект или проблему с соединением испытательной установки; стабильно высокие значения могут свидетельствовать о влиянии материала, конструкции или условий испытания. Ни одна из этих картин сама по себе не определяет причину, однако разброс результатов помогает решить, что проверять дальше.

Наконец, диапазон измерения прибора и предел отчётности позволяют правильно интерпретировать очень низкие значения. Результат ниже предела обнаружения или количественного определения следует понимать как значение с оговоркой о соответствующем пределе, а не как доказательство полного отсутствия проникновения кислорода. Сравнивать конструкции пакетов наиболее корректно, когда указанные значения, условия испытаний и подготовка образцов непосредственно сопоставимы.