[科普中国]-透湿度

透湿度的概述

透湿度就是包装材料透过水蒸汽的能力。包装容器透湿度是在规定的湿热试验大气条件下，单位时间内，单位表面积透过的水蒸气量，可用下式来表示：RC=ΔQ/At；式中：RC为包装容器透湿度；A为包装容器的表面积；t为试验测试时间；ΔQ为透入包装容器的水汽量。

包装薄膜的透湿度对于其包装产品有至关重要的作用。例如在自然条件下对于金属来说，只有在氧和水的共同作用下才会发生氧化反应；而对于延长农产品的保鲜时间就必须使其处于合适的湿度空间(湿度并不是很高或者很低就好)。就包装薄膜的透湿度问题，一方面对于大多数食品或药品我们必须阻止水蒸汽进人包装内部，从而有效防止食品或药品酶化变质；另一方面，在很多有生命的食品中，如活鲜食品、非加工食品等，我们需要维持食品保存空间一定的湿度，以利于其最基本的生理机能。合适的湿度空间是保证食品在包装与储藏中使其保质、保量、延长寿命的必备条件。

容器透湿度测试方法现状对于包装容器的透湿度测试方法，不管是GB/T6981-2003硬包装容器透湿度试验方法，GB/T6982-2003软包装容器透湿度试验方法，还是国军标GJB1444-1992弹药包装通用规范中规定的试验与测试方法都没有大的发展，多年来，一直沿用传统的吸湿剂称重法，虽然操作简单，但是很有可能会出现以下几个问题：(1)吸湿剂在装取和称量过程中，很容易造成人为误差，造成测试值不准确；(2)这种测试方法是“盲目”的，不能明确的了解整个透湿过程，对于试验过程中的误操作需要等到试验结束时才能发现，这就很容易造成时间和资源的浪费；(3)这种方法都要求连续进行30d的湿热试验，试验周期过长，对试验设备和辅助条件提出了较高的要求；(4)对于透湿度较大的包装容器很容易造成试验未结束，而吸湿剂已饱和的情况，从而得到错误的测试结果。

随着电子技术的飞速发展，温湿度传感器的测试精度已大大提高，国外高精度、小体积温湿度传感器在我国也十分容易获得，设计制作能用于实时监测军用包装容器内部温湿度变化的测试仪器已成为可能，也使利用传感器技术测定包装容器透湿度的方法变得可行。利用传感技术来测定包装容器的透湿度，既可以克服传统方法的人为误差，还可以使包装容器透湿过程可视化，获得军用包装容器的透湿规律，同时还能有效缩短试验周期，及时剔除无效试验。

容器透湿度测试方法原理当密封包装容器处于比其内部水蒸气压高(即容器内部湿度低于外部环境湿度)的环境中时，水汽分子会从高湿度的环境中逐渐向容器内部扩散。首先高湿度环境中的水分子吸附于包装容器表面，通过包装材料的分子间隙，由高水蒸气压一侧向低水蒸气压一侧扩散、传输，最后从低湿度一侧蒸发，实现了水蒸气向包装容器内部的透过。包装容器透湿度是在规定的湿热试验大气条件下，单位时间内，单位表面积透过的水蒸气量，可用式(1)来表示1：

RC=ΔQ/At(1)

式中：RC为包装容器透湿度；A为包装容器的表面积；t为试验测试时间；ΔQ为透入包装容器的水汽量。

由于一定温度下大气的相对湿度就是该温度下单位体积大气中的含水量与饱和湿度的百分比。因此，当温度一定时，式(1)可用式(2)来代替：

RC=(HR2-HR1)RSV/At(2)

式中：HR1为透湿前包装容器内的相对湿度；HR2为透湿后包装容器内的相对湿度；RS为一定温度下空气中的饱和湿度；V为包装容器的容积。

从式中可以看出，要测试包装容器的透湿度，RS可以通过查表获得，V和A可以通过尺寸测量计算，因此只需要测量试验前后包装容器内部的相对湿度，并记录试验时间就可以获得包装容器的透湿度值。基于传感技术的包装容器透湿度测试方法，就是通过测试一定温度下包装容器内部相对湿度的变化，计算透入包装容器内部水汽质量，从而获得密封包装容器透湿度的一种方法。

试验设计试验条件的选择

在GJB1444-1992附录A中，给出了透湿度试验的条件，为了测试结果能与现行标准有可比性，因此本方法选择相同的试验条件：温度(40±1)℃，相对湿度90%±2%。

样品预处理

对于密封包装容器，在恒定温度下引起内部相对湿度变化的主要水分来源一般包括：装配密封时滞留在容器空间内水分；容器内各零部件在装配前和装配过程中自由表面吸附的水分；装配前和装配过程中渗入或溶解于有机材料中的水分；外部环境气氛通过容器表面及密封界面泄漏或渗透进入容器内的水分。在这4项影响包装容器内部相对湿度的水分来源中，第1和第4种是可以通过测试计算获得的，另外2种的影响必须通过预处理尽量减小，预处理方法通常选择在温度30℃、相对湿度40%的环境中放置24h2。

确定有效试验周期

从式(2)中可以看出，试验测试时间即有效的试验周期，与透湿度密切相关，要准确计算密封包装容器的透湿度，必须确定出有效的试验周期。从热力学观点来看，水蒸气分子的透过过程是单分子扩散过程，符合气体扩散定律，即单位时间、单位面积的水蒸气渗透量与浓度梯度(相对湿度差)成正比。而水蒸气的浓度(相对湿度)又与温度密切相关，单位体积内，同质量的水蒸气，温度越高相对湿度示值越低。因此，为了剔出温度引起的相对湿度梯度误差，要选择包装容器内外温度达到平衡时的时间作为透湿度试验的开始时间。包装容器内部的相对湿度变化与透湿试验时间并不成线形关系，而是成一定的对数关系，前期变化快，后期变化慢。随着时间的增加，包装容器内部相对湿度逐渐趋于外部环境湿度，因此选择包装容器内外相对湿度达到平衡时的时间作为试验结束时间，可以更加准确的反映包装容器平均透湿度。研究表明，当包装容器内部相对湿度达到外部环境相对湿度的95%即认为达到平衡，根据试验条件，包装箱体内部相对湿度达到85%时，即可作为试验结束时间。开始到结束的这一个时间段就是有效试验周期。