第八章 防潮包装

第八章防潮包装一、包装产品与水蒸气包装件在储存与流通过程中均易遭受空气中水蒸气的影响，以致内装物品品质降低，甚至完全失去食用价值。防潮包装就是采取一定的防护措施，隔绝空气中水蒸气对内装物的侵袭，避免其潮湿、变质、发霉、腐烂、锈蚀等。1．空气中的水蒸气和相对湿度在温度一定的条件下，相对湿度越大，空气中水蒸气的含量也越多。即（1）式中RH%—相对湿度；—空气中水蒸气分压力；—饱和水蒸气压力。显然环境空气中相对湿度的大小，可以反映出空气中水蒸气的含量对包装品的影响。%100/%0ppRHp当相对湿度处于饱和状态时，在常温范围内空气的含水量如下表所示，随温度升高，空气中饱和水蒸气的含水量增多。当空气中绝对含水量不变时，若空气温度升高，相对湿度下降，若温度下降，相对湿度升高，当空气中的水蒸气含水量达到过饱和状态时，会产生水分凝结。在较高温度下进行包装作业，封入包装内的空气相对湿度处于被包装物品所允许的范围内，但当温度降低，包装内相对湿度上升，有可能超过被包装物品能承受的范围。因此，控制防潮包装在密封时的温度及封入的空气相对湿度，具有重要意义。2．包装内装物的吸湿特性被包装物品通常具有临界相对湿度，包装内的相对湿度高于其临界湿度，则被包装物品容易变质。如金属及其制品的表面容易吸附空气中的水分而形成水膜，水膜达到一定厚度，就会开始剧烈地腐蚀。水膜形成的湿度条件就称为金属的临界腐蚀湿度。茶叶的临界含水量为5.5%，与其相对应的平衡湿度为50%，该湿度为其临界相对湿度。若包装内相对湿度超过该值，则含水率上升，茶叶品质就急剧劣变。黑火药在包装内的相对湿度为65％时，含水率在0.7%－1.0%范围内，其使用性能变化不大，若包装内相对湿度升高，则它将吸收水分而受潮结块，造成点火困难、降低燃烧速度而影响使用。二、防潮包装的原理1．渗透机理一般气体都有从高浓度区域向低浓度区域扩散的性质；空气中的湿度也有从高湿度区向低湿度区进行扩散流动的特性；要完全阻隔这种流动在包装容器中的进行，只有采用一定厚度的金属或玻璃容器才能达到。而现在广泛应用的包装材料是塑料薄膜及其复合薄膜，不能达到完全阻隔的目的；所以包装容器的阻隔性，在很大程度上取决于所用包装材料的透湿度（率）。水蒸气或气体对包装材料的渗透机理，从热力学观点来看，是单分子扩散过程，即气体分子在高压侧的压力作用下，首先渗入包装材料（如塑料薄膜）内表面，然后气体分子在包装材料中从高浓度向低浓度进行扩散，最后在低压侧一面向外散发。气体对包装材料的渗透过程可用图10－5表示。设包装材料厚度为x，气体在高压侧的压强为p１，在低压侧的压强为p２，气体浓度为c，高浓度为c1，低浓度为c2。根据费克第一扩散定律,单位时间、单位面积的气体渗透量与浓度梯度成正比，可用下式表示：式中为浓度梯度，负号是因为从高浓度向低浓度扩散，Ｄ为扩散系数。即两端积分dxdcDmdxdcDdcmdx210ccxdcDdxm)()(2112ccDccDmxxccDm)(21根据亨利定律，在一定温度下，水蒸气或气体溶解在包装材料中的浓度，与该气体的分压力p成正比，即c=Sp式中S称溶解度系数，用单位体积中所溶解水蒸气质量或气体体积来表示。因此得式中，取P＝DS，并命名P为透湿系数则或xppDSxSpSpDm)()(2121xppPm2121ppmxPm—水蒸汽在单位时间s、单位面积cm２上的渗透量，单位g/(s·cm2)；P—即材料的透湿系数，单位时间内，单位压差（相对湿度差）下，透过单位面积和单位厚度材料的水蒸气质量，单位为g·cm/（cm２·s·kPa)；p1p2—包装材料两侧的压强，p1为高压侧压强，P2为低压侧压强，单位kPa；D—水蒸气在包装材料中的扩散系数，单位cm２／s；S—水蒸气在包装材料中的溶解度系数，单位g/（cm２·kPa）；表明水蒸气透过包装材料的质量与包装材料透湿系数成正比，与包装材料两侧的压力成正比，与材料的厚度成反比。(2)2．水蒸汽的透湿度（率）与透湿系数透湿系数（P）：单位时间内，单位蒸气压差下，透过单位面积和单位厚度材料的水蒸气质量，单位为g·cm·cm-2·s-1·KPa-1。透湿度（Q，透湿率）：指在一定的相对湿度差下、一定厚度的材料，1m2面积经24h所透过的水蒸气质量，单位为g·m-2·24h-1。我国目前参照日本TLS-Z-0208的标准操作，即有效面积1m2的包装材料在40℃条件下、一面保持相对湿度90%RH，另一面用无水氯化钙将空气完全干燥，然后用仪器测定24h内透过包装材料的水蒸气量，即该材料的透湿度（率）（该标准条件下的透湿度用Q40或R表示）。塑料薄膜在不同温度、湿度条件下其透湿度有很大差别，当温度高、湿度梯度大时，水蒸气扩散速度会增大，反之则降低。由于包装材料处于经常变化的流通条件下，受储存环境温度和湿度的影响很大，在不同的温度、湿度条件下，水蒸气在单位时间和单位面积上透过包装材料的渗透量有很大的差异，温度高，湿度梯度大，水蒸气的渗透速度就会增大；反之就会降低。关于它所表现的动力学行为，在下面还要作进一步讨论。水蒸气渗透量qwv与m之间的关系为：m=qwv/At式中m―水蒸汽在单位时间s、单位面积cm２上的渗透量，单位g/(s·cm2)qwv―水蒸气渗透量，gA―塑料薄膜包装总面积，cm2t―时间，s（3）通过式（2）(3)可求得xppPtAqwv21可得到温度为40℃条件下的透湿度（率）为：1224040214040402410090hmgfxpPfxppPfAtqQwvwvwv式中―Q(g﹒m-2﹒24h-1)与P(g﹒cm﹒cm-2﹒s-1﹒kPa-1)之间的面积与时间单位换算因子（1m2﹒24h=864×106cm2﹒s=fcm2﹒s)（4）f如果在温度40℃条件下测得的薄膜透湿率为Q40，在任意温度θ℃条件下测得的薄膜透湿率为Qθ，则它们之间的关系可写为：%090%404040pPhpPQQwvwvKpPpPwvwv0904040hKQQ40式中Q40、Qθ—某种薄膜在温度40℃、θ℃条件下的透湿度（率），g﹒m-2﹒24h-1Pwv.40、Pwv.θ—某种薄膜在温度40℃θ℃条件下的透湿系数，g﹒cm﹒cm-2﹒s-1﹒kPa-1P40、Pθ—在温度为40℃、θ℃时饱和水蒸气压强，kPaK—薄膜在θ℃条件下的系数令：则：表明同一薄膜，在不同温度下的透湿度，可通过系数K及薄膜两侧的湿度差进行换算（5）三、防潮包装设计与计算1．防潮包装的类型第一类是为了防止被包装物品吸收或排出水分，保证物品品质稳定而采用的防潮包装方法，即用阻隔性能良好的材料进行包装，以防止被包装物品的水分增加或丢失。典型被包装品为食品、纤维制品、皮革等有机物品。第二类是包装内部采取一定的干燥方法，吸收包装内部的水分和从包装外部渗透进来的水分，以减缓包装内部湿度上升的速度。2.第一类防潮包装设计与计算（1）基本参数如下：W—被包装物品的质量（g）；C1—被包装物品的含水量（%）；C2—被包装物品的允许最大含水量（%）；A—包装材料的有效面积（m2）；tθ—防潮包装的有效期（以24h为计算单位）；h1—包装件贮存流通环境的平均相对湿度（%）；h2—包装内的平均相对湿度（%）；K—不同环境温度下的包装材料透湿度的换算系数；Qθ—温度为θ℃，相对湿度差为(h1-h2)%条件下的薄膜透湿度Q40—在温度为40℃，相对湿度差为（90-0）%的特定条件下测定的薄膜透湿度；21wvwvqqtAQqwv1%)%(122CCWqwv被包装物品所允许的最大吸湿量当时,需要的时间即防潮包装有效期即%)%(12CCWtAQhKQQ40（2）防潮包装设计步骤透过包装的水蒸气量通过式（5）可得%)%(1240CCWtAhKQ（6）将（7）代入式（6）（7）防潮包装的有效期为AhhKQCCWt)(%)%(21401221hhh因（8）例1：湿敏性食品烤馍片，干燥时重100g，装入厚度为0.003cm的聚丙烯(CPP)薄膜袋中，包装面积650cm2；该食品干燥时含水率为2%，不会变质的允许最大含水率为5.5%，图10-7是该食品的等温平衡吸湿特性曲线。如果储存在平均温度22℃和相对湿度70%的环境中，计算其储存期是多少天？解：W=100g，c1=2%，c2=5.5%，A=650cm2=0.065m2查表10-7，得0.003cm厚度的CPP，在40℃和（90-0）%RH的环境条件下，其透湿度（率）Q40=10g.m-2.(24h)-1查表10-6，插值求得CPP在22℃时的K=0.196×10-2根据图10-7，烤馍片的含水率为2%时平衡相对湿度为8%，5.5%时相对湿度为43%。为使储存期的估算更为准确，包装内湿度取初使和允许最大相对湿度的平均值，即（8%+43%）/2=25.5%，h2=25.5；包装件贮存流通环境的平均相对湿度为70%，h1=70。将上述数据代入式（8）dmhmggAhhKQCCWt61065.0)5.2570(10196.0)24(10%)2%5.5(100)(%)%(2212214012122211240)24(0265.007.0)6040(540%)50%30(100)(%)%(hmgmdgAhhtCCWKQW=100g，c1=50%，c2=30%，A=700cm2=0.07m2h1=40,h2=(70+50)/2=60,tθ=18×30=540d将上述数据代入式（8）例2:某种湿敏性产品，干燥时重100g，装入厚度为0.03mm的塑料袋中，包装面积为700cm2，该产品允许干燥含水率为30%-80%，对应的相对湿度为50%-85%。现该产品干燥含水率为50%，相对湿度为70%，如果储存在平均温度24℃，相对湿度40%的环境中18个月，请选择适宜的包装材料。解：查表10-6，温度24℃，插值，当K=0.250×10-2，则Q40=10.6＞表10-7中9.0，可选用HDPE；当K=0.232×10-2，则Q40=11.4＞表10-7中10.0，可选用CPP；玻璃、陶瓷和金属包装材料的透湿度可视为零，是最好的防潮包装材料。塑料包装材料中适宜用于防潮包装的单一材料有：PE、PP、防潮玻璃纸等，这些材料阻湿性及热封性能较好，可单独用于要求不高的防潮包装。但在防潮包装上大量使用的还是复合薄膜，能满足各种包装的防潮要求，复合材料的防潮性能，是各层薄膜防潮性能的总和。当各层材料的透湿度分别为Q1，Q2，……，Qn时，复合薄膜的透湿度为1/Q=1/Q1+1/Q2+……+1/Qn，对用同一种塑料薄膜层合的多层薄膜，其透湿度与叠合的层数成反比。四、实施防潮包装的注意事项①了解被包装物的吸湿特性及临界含水量；②控制包装环境空气温度和湿度，防止在高温、高湿条件下包装；③选用高阻湿性包装材料实施包装；④注意包装件贮藏环境的温度和相对湿度条件，在阴凉干燥处贮藏，防止温度大幅度波动。本章重点防潮包装保质期计算实施防潮包装的注意事项