薄膜的透濕性測(cè)試方法可分為稱重法和傳感器法兩大類。目前，國內(nèi)的薄膜透濕性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)僅有稱重法一種，過于單一，不利于貿(mào)易間對(duì)于貨品的評(píng)定。此外，一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)采用了電解傳感器法（例如，藥包材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），可是卻沒有相應(yīng)國標(biāo)支持，也不利于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的推廣。由于傳感器法的測(cè)試特點(diǎn)相對(duì)稱重法互有優(yōu)勢(shì)，更能滿足當(dāng)前對(duì)高阻隔性包裝材料的檢測(cè)要求，因此制訂電解傳感器法薄膜透濕性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是非常必要而且急迫的。2007年初，該法的國家標(biāo)準(zhǔn)制訂工作正式啟動(dòng)，目前已經(jīng)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批階段。

 

1. 電解傳感器法薄膜透濕性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)制訂介紹

 

      根據(jù)全國包裝標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)“關(guān)于下達(dá)制、修訂國家標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的通知”要求，確定由中國包裝科研測(cè)試中心承擔(dān)《塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測(cè)定——電解傳感器法》國家標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，中國包裝科研測(cè)試中心特邀國家包裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（濟(jì)南）、濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司共同起草該標(biāo)準(zhǔn)。三家單位抽調(diào)技術(shù)力量成立了標(biāo)準(zhǔn)制訂小組。標(biāo)準(zhǔn)制訂小組對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的意義及可行性、采用和*標(biāo)準(zhǔn)以及社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了調(diào)研、分析和論證，起草了《塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測(cè)定——電解傳感器法》推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目建議書上報(bào)全國包裝標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)。標(biāo)準(zhǔn)制訂小組修改采用ISO15106-3:2003《塑料  薄膜和薄片  水蒸氣透過率試驗(yàn)方法  第3部分  電解傳感器檢測(cè)法》，并結(jié)合蘭光豐富的阻隔性檢測(cè)技術(shù)研究經(jīng)驗(yàn)起草了*符合塑料包裝行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿，在廣泛征求國內(nèi)企業(yè)、學(xué)校以及行業(yè)專家意見的基礎(chǔ)上多次修改征求意見稿中的內(nèi)容，zui后于2007年7月24日召開專題論證會(huì)確定了標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿的內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿已經(jīng)提交審查，標(biāo)準(zhǔn)將于近日正式發(fā)布。

 

      電解傳感器法基本測(cè)試原理如下：電解傳感器法使用電解池作為濕度傳感器，設(shè)備的滲透腔被測(cè)試薄膜或薄片分成一個(gè)干腔和一個(gè)濕度可控的濕腔，水蒸氣從濕腔滲透通過試樣進(jìn)入干腔后會(huì)被載氣氣流攜帶至電解池中，由電解池測(cè)量載氣的濕度并輸出電信號(hào)，然后計(jì)算可得試樣的水蒸氣透過率。

 

2. 電解傳感器法的標(biāo)定

 

     電解傳感器法是透濕性檢測(cè)傳感器法中的一種，此外傳感器法還包括動(dòng)態(tài)相對(duì)濕度測(cè)定法和紅外檢定法。這一類測(cè)試方法自1970年之后才陸續(xù)推出，該類方法的試驗(yàn)環(huán)境與減重法*一致，測(cè)試速度快，測(cè)試過程穩(wěn)定，分辨率高，影響因素少，因此這類測(cè)試方法更適用于快速測(cè)定高阻隔性塑料薄膜、薄片以及含有塑料的多層結(jié)構(gòu)材料的水蒸氣透過性能。

 

     然而這類測(cè)試方法由于傳感器損耗問題或者測(cè)試準(zhǔn)確性問題，需要定期使用稱重法測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，在相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中都對(duì)標(biāo)定問題做了詳細(xì)的介紹。使用標(biāo)準(zhǔn)膜作為標(biāo)定手段，而標(biāo)準(zhǔn)膜的數(shù)據(jù)是按照稱重法測(cè)試確定的。例如ASTM E 398-03中有如下描述：“Standard Films, which have been calibration by gravimetric means……A standard, calibration film whose WVTR has been gravimetrically determined…….”（參考膜由稱重法校準(zhǔn)。…用于設(shè)備標(biāo)定的參考膜，由稱重法確定其WVTR數(shù)據(jù)…）。

 

    電解傳感器是消耗型元器件，所以電解傳感器法自身無法持久保持穩(wěn)定的測(cè)試數(shù)據(jù)，必須定期進(jìn)行標(biāo)定，因此標(biāo)定是測(cè)試方法的重點(diǎn)內(nèi)容。在本次標(biāo)準(zhǔn)制訂過程中對(duì)于電解傳感器法的標(biāo)定問題進(jìn)行了詳細(xì)論證，專家們認(rèn)為為使電解傳感器法的測(cè)試數(shù)據(jù)與其他試驗(yàn)方法的測(cè)試數(shù)據(jù)具有可比性，標(biāo)準(zhǔn)中有必要增加試驗(yàn)數(shù)據(jù)的溯源性要求。因此，在本標(biāo)準(zhǔn)“儀器”章節(jié)增加了“采用標(biāo)準(zhǔn)膜來校準(zhǔn)設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)膜可以是已知水蒸氣透過率的薄膜或是由重量法測(cè)試得到水蒸氣透過率的薄膜” 。此要求與ISO 15106-1:2003、ISO 15106-2:2003標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的溯源要求是一致的。經(jīng)過標(biāo)定可以保證按照電解傳感器法測(cè)得的薄膜透濕性測(cè)試數(shù)據(jù)與稱重法測(cè)試數(shù)據(jù)是一致的。

 

    現(xiàn)在，按照透濕性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的要求，幾種傳感器法的測(cè)試數(shù)據(jù)都需要使用稱重法的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，從而保證與稱重法數(shù)據(jù)的一致性。同時(shí)由于稱重法是透濕性測(cè)試的基本方法，可以保證按照同一試驗(yàn)環(huán)境檢測(cè)同一種薄膜能獲得同樣的測(cè)試數(shù)據(jù)，這樣電解傳感器法的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)就可以與的透濕性測(cè)試數(shù)據(jù)保持很好的一致性。

 

3. 該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

 

    與ISO 15106-3:2003相比，這次制訂的電解傳感器法國標(biāo)在以下方面存在應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：

 

1. 增加了濕度實(shí)現(xiàn)的方法。在ISO 15106-3:2003標(biāo)準(zhǔn)中僅提供了通過硫酸溶液實(shí)現(xiàn)相對(duì)濕度的方法，然而在實(shí)際操作中，對(duì)于硫酸溶液的使用安全性值得重視，因此國標(biāo)制訂時(shí)在原先標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合ASTM E 104-02《使用水溶液保持恒定相對(duì)濕度的標(biāo)準(zhǔn)方法》和DIN 53122.2（1982）《測(cè)試塑料薄膜、橡膠、紙張、紙板以及其他片材  水蒸氣透過率的測(cè)定  電解法》增加了使用飽和鹽溶液輕松實(shí)現(xiàn)相對(duì)濕度的方法。

 

2. 降低了標(biāo)準(zhǔn)中一些限制性條件的使用。例如本次制定的電解傳感器法標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于電解傳感器的工作電壓沒有做規(guī)定，在流速選擇范圍以及滲透面積的選擇上都放寬了要求。同時(shí)，為使本標(biāo)準(zhǔn)具有廣泛的實(shí)用性，標(biāo)準(zhǔn)中不但沒有對(duì)試驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)及其元件作出詳細(xì)、具體的規(guī)定，而且增加了選用材料的種類。這些舉措有助于新型材料以及新型設(shè)計(jì)在檢測(cè)設(shè)備中的應(yīng)用，為該標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)今后的技術(shù)發(fā)展做好了鋪墊。

 

3. 增加了滲透穩(wěn)定的判斷條件。我們知道，水蒸氣對(duì)于薄膜的滲透過程需要經(jīng)歷一個(gè)非平衡態(tài)（滲透不穩(wěn)定）再到達(dá)平衡態(tài)（滲透穩(wěn)定），而測(cè)定材料的透濕性能參數(shù)一定要在平衡態(tài)下進(jìn)行，否則數(shù)據(jù)就是錯(cuò)誤的。然而對(duì)于不同材質(zhì)的薄膜，水蒸氣的滲透過程從非平衡態(tài)到達(dá)平衡態(tài)所需要的時(shí)間是不一樣的，而對(duì)于電解傳感器法而言，進(jìn)入滲透過程后只要單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入傳感器的水蒸氣含量不超過傳感器的測(cè)量上限檢測(cè)就可以無限期延長直到傳感器消耗殆盡，所以按照試驗(yàn)時(shí)間的長短判定試驗(yàn)?zāi)芊窠Y(jié)束是非常不可取的。如果只通過操作人員的觀察來判斷滲透過程是否達(dá)到穩(wěn)定，則會(huì)致使測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性降低以及測(cè)試數(shù)據(jù)重復(fù)性變差。可見，像稱重法那樣設(shè)定滲透穩(wěn)定的判斷條件是非常必要的，因此本標(biāo)準(zhǔn)中增加判定滲透穩(wěn)定的相關(guān)描述如下：“按一定的時(shí)間間隔定時(shí)測(cè)量電解電流的變化量，當(dāng)相鄰3次電流采樣值波動(dòng)幅度不大于5%時(shí)，可視為電流已保持恒定，水蒸氣滲透達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。”經(jīng)過Labthink的實(shí)際應(yīng)用證明，按照該方法判定滲透穩(wěn)定并出具試驗(yàn)數(shù)據(jù)將大大提高設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)的重復(fù)性和穩(wěn)定性，避免判斷失誤。

 

4. 引入了標(biāo)準(zhǔn)膜的概念。本標(biāo)準(zhǔn)增加了對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)溯源性的要求，在標(biāo)準(zhǔn)制訂的過程中參照ISO、ASTM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定方法引入了標(biāo)準(zhǔn)膜的概念，要求“采用標(biāo)準(zhǔn)膜來校準(zhǔn)設(shè)備”。標(biāo)準(zhǔn)膜的使用使得標(biāo)定方法更加清晰、簡(jiǎn)便，同時(shí)可以確保電解傳感器法的測(cè)試數(shù)據(jù)與其他試驗(yàn)方法的測(cè)試數(shù)據(jù)具有可比性。

 

4. 該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

 

       電解傳感器法適用于快速測(cè)定塑料薄膜、薄片以及含有塑料的多層結(jié)構(gòu)材料的水蒸氣透過性能。該方法國家標(biāo)準(zhǔn)的制訂不但可以豐富我國包裝材料阻隔性能檢測(cè)方法的種類，同時(shí)更能滿足當(dāng)前對(duì)高阻隔性包裝材料的檢測(cè)要求。該方法的國家標(biāo)準(zhǔn)是在ISO 15106-3:2003的基礎(chǔ)上結(jié)合豐富的阻隔性檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)制訂的，相信會(huì)更適合我國的實(shí)際應(yīng)用需求。