STANOVENÍ PROPUSTNOSTI OBALOVÝCH MATERIÁLŮ PRO VODNÍ PÁRU

Transkript

1 STANOVENÍ PROPUSTNOSTI OBALOVÝCH MATERIÁLŮ PRO VODNÍ PÁRU Úvod Obecná teorie propustnosti polymerních obalových materiálů je zmíněna v návodu pro stanovení propustnosti pro kyslík. Na tomto místě je třeba připomenout, že kromě koeficientu propustnosti P a propustnosti Px se používá i třetí způsob vyjádření bariérových vlastností obalových materiálů, a to jako hustota toku, která je definována vztahem: J = Q P p =, A t x kde J = hustota (hmotnostního, molárního nebo objemového) toku permeantu, Q = množství permeantu (v kg, mol nebo ml), A = plocha, t = čas, P = koeficient propustnosti, Δp = gradient parciálních tlaků permeantu přes obalový materiál a x = tloušťka obalové fólie. Tohoto způsobu se v praxi používá často pro stanovení propustnosti pro vlhkost nebo páry organických látek, zejména při použití gravimetrických metod. V anglické terminologii se pro tuto veličinu používá termín transmission rate (TR). J zahrnuje ve svém rozměru nejen tloušťku fólie jako Px, ale i tlakový rozdíl nebo rozdíl koncentrace. Ty musí být při prezentaci výsledků uvedeny. J není pro daný polymer skutečnou konstantou, používá se především pro porovnání bariérových vlastností obalových materiálů za stejných podmínek. Cíl úlohy Cílem úlohy je stanovit propustnost obalového materiálu pro vodní páru a tu vyjádřit jako hustotu toku. Principem metody je stanovení množství vodní páry, která projde vzorkem stanovené plochy za danou dobu při stejné teplotě a vlhkosti vzduchu a je absorbována vhodným vysoušedlem o dostatečné kapacitě. Množství absorbované vody se stanoví gravimetricky. Pracovní postup Metoda stanovení propustnosti obalových materiálů pro vlhkost patří mezi gravimetrické metody, které jsou pro svou jednoduchost a instrumentální nenáročnost v praxi velmi rozšířené. Přes některé výhrady spočívající zejména v nemožnosti kontroly skutečné vlhkosti v nádobce

2 s vysoušedlem (resp. rozvrstvení vlhkostí v prostoru rozpouštědla), poskytuje tato metoda výsledky dostatečně přesné pro popis obalových materiálů určených k balení potravin. Dále uvedená metoda odpovídá požadavkům ČSN Stanovení tenkých plošných materiálů pro vodní páru gravimetrickou metodou. Vzorky obalů připravené do speciálních testovacích nádobek s vysoušedlem (suchý silikagel nebo chlorid vápenatý) umístěným na dně nádobky se zváží a přemístí do klimatizační komory s ustálenými podmínkami, tj. teplotou a relativní vlhkostí, za kterých má zkouška probíhat. Ve stanovených časových intervalech (standardně 24 h, pro materiály s vysokou propustností pro vodní páru lze časový interval zkrátit až na 1 h), se vzorky vyjímají z klimatizační komory, ochlazují se na teplotu místnosti a váží se s přesností na desetiny mg. Při standardním postupu se stanovení přírůstku hmotnosti opakuje pětkrát, tj. pět po sobě jdoucích dnů. Celkovou dobu trvání zkoušky lze však upravit podle charakteru testovaného materiálu především dle jeho předpokládané propustnosti pro vodní páru. Doba zkoušky by neměla trvat déle, než dojde ke snížení sorpční schopnosti vysoušedla, k čemuž může u vysoce propustných materiálů dojít i po 2 dnech. Hmotnosti misek se zaznamenávají do tabulek uvedených na konci tohoto návodu. Výsledky zkoušky se zaznamenávají graficky jako změna hmotnosti v miligramech v závislosti na čase zkoušky v hodinách. Zkouška se považuje za ukončenou, když tři po sobě následující body grafu tvoří přímku. Pro samotný výpočet se bere v úvahu pouze přímková lineární část grafu. Výpočty Propustnost vyjádřená jako hustota toku vody testovaným materiálem q v g m -2 den -1 vychází ze vzorce: q = 240 m S t kde Δm je zvýšení hmotnosti nádobky v mg, za dobu Δt v h, S je plocha vzorku vyjádřená v cm 2 (ve standardním uspořádání 50,2 cm 2, je-li plocha vzorku jiná, nebude konstanta 4,78, ale bude jiná). Pro výpočet výsledků propustnosti se použije následujícího zjednodušení předešlého vzorce q = 4,78 α,,

3 kde α je směrnice závislosti hmotnosti misky s testovaným vzorkem (mg) na době zkoušky (h). Hodnota směrnice α se získá sestavením grafu závislosti přírůstku hmotnosti (mg) na čase (h) pro jednotlivé misky a proložením bodů lineární regresní křivkou, z rovnice lineární regrese se následně odečtou hodnoty α. Vyjádření výsledků Za výsledek zkoušky se považuje aritmetický průměr všech souběžných stanovení. Jestliže se jedna z pěti paralelně stanovených hodnot od tohoto aritmetického průměru odchýlí o více než 10 %, pak se tato hodnota z výpočtu vyloučí a aritmetický průměr se vypočte ze zbývajících hodnot. Výsledek se vyjádří ve tvaru průměr ± směrodatná odchylka. Jestliže se více jak jedna stanovená hodnota odlišuje od průměru o více než 10 % nebo jestliže se neustaví oblast rovnoměrného průchodu vodní páry vzorkem, pak se propustnost pro vodní páru nevyjadřuje jako průměr a v protokolu se uvedou výsledky všech jednotlivých měření. Hodnoty propustnosti vyjádřené jako hustota toku pro vodní páru se zaokrouhlují na celá čísla pro q > 100 g m -2 den-1 a na desetiny pro q < 100 g m -2 den-1. Výsledky zkoušky musí být uváděny vždy společně s údaji o podmínkách měření, tj. teplotou a vlhkostí prostředí. Do laboratorního protokolu se zapisují všechny údaje nezbytné pro posouzení průběhu zkoušky, tj. číslo vzorku, počet prováděných paralelních měření, čísla testovacích nádobek, datum a čas měření, hodnoty hmotností pro každé vážení. Dále jsou uvedeny výsledky pro každé paralelní měření. Zmíněny musí být i všechny odchylky od standardního průběhu testu.

4 Vzorek Teplota ( C): Relativní vlhkost (%): Počáteční datum a čas: Plocha vzorku (cm 2 ) 50,2 Stanovení propustnosti hmotnosti misek s vysoušedly: Miska číslo: Miska číslo: Miska číslo: Miska číslo: Miska číslo: Datum a čas vážení Hmotnost misky (g) Hmotnost misky (g) Hmotnost misky (g) Hmotnost misky (g) Hmotnost misky (g)

5 Vzorek Teplota ( C): Relativní vlhkost (%): Počáteční datum a čas: Plocha vzorku (cm 2 ) 50,2 Stanovení propustnosti hmotnosti misek s vysoušedly: Miska číslo: Miska číslo: Miska číslo: Miska číslo: Miska číslo: Datum a čas vážení Hmotnost misky (g) Hmotnost misky (g) Hmotnost misky (g) Hmotnost misky (g) Hmotnost misky (g)