第一章 防潮包装

包装工艺学第一章防潮包装第二章真空充气包装第三章防锈包装第一章防潮包装一、包装产品与水蒸气的二、防潮包装原理三、防潮包装设计与计算一、包装产品与水蒸气的关系包装产品均易遭受水蒸气的影响而造成损害，降低产品的性能，甚至完全失去使用价值。采用防潮包装就是为了隔绝大气中的水分对被包装产品的作用，避免其变质、发霉、腐烂、受潮、生锈等。但每种产品的吸湿特性不同，对水分的敏感程度也不一样，包装产品在流通过程中，接触到的空气水分含量也经常处于变化之中，对防潮包装的防潮性能要求也有所不同。为了正确地选择防潮包装工艺及其材料，就应充分考虑被包装产品的吸湿特性和包装所处得外界条件。产品包装所遇的水蒸气产品包装所遇的水蒸气，主要是大气中的水蒸气，一般以相对湿度来表示水分的多少。即RH=（P/P0）×100%(13-1)式中RH——相对湿度；P——空气中水蒸气分压力;P0——饱和水蒸气压力;显然环境大气中相对湿度的大小，可以反映出水蒸气对包装的影响。当相对湿度处于饱和状态时，在常温范围内大气的含水量如表13-1所示。大气中饱和水蒸气的含水量温度(℃)含水量(g/m2)温度(℃)含水量(g/m2)温度(℃)含水量(g/m2)温度(℃)含水量(g/m2)25.611210.62219.13232.846.4314122421.43436.467.331613.52623.93640.288.311815.12826.63844.3从表13-1可以看出，在相同的相对湿度条件下，温度升高，大气中含水量增多；若温度下降时，极易使大气中的水蒸气含量达到过饱和状态，而产生水分凝结，或相对湿度升高。这种温湿度变化与防潮包装有很大关系，如在较高的温度下封入包装内空气的相对湿度，是被包装产品所允许范围，若温度降低到一定程度，包装内相对湿度会发生变化，超过被包装产品所允许的条件。所以根据包装产品的使用环境条件控制防潮包装在密封时封入空气的湿度大小，具有重要意义，若封入包装容器内的空气相对湿度过高，也会失去防潮包装的意义，因为尽管包装外的相对湿度不高，还是被包装产品处于包装内的高湿条件之下，会引起产品变质。二、防潮包装原理防潮包装：就是采用有隔绝能力的防潮材料、防潮技术，对产品进行包封，隔绝外界湿气对产品的影响，同时使包装内的空气保持干燥，达到被包装物品的临界相对湿度以下，以达到防潮的目的的一种包装方法1、防潮包装的目的①防止含有水分的食品、果品等因脱湿（干燥）而发生变质；（防干燥，广义防潮）②防止食品、纤维制品、皮革等有机材料因受潮而促进霉菌的生成；③防止金属及其制品的变色和生锈；④防止易吸湿产品，如肥料、水泥、农药、医药、火药等，潮解变质。（所以防潮包装是防干燥、防霉、防锈包装的基础）2、防潮包装的方法①静态干燥法：静态干燥法是用装入包装内一定数量的干燥剂，吸去内部的水分来防止被包装物受潮，其防潮能力决定与包装材料的透湿性、干燥剂的性质和数量、包装内空间的大小等等。一般适合于小型包装和有限期的防潮包装。②动态干燥法：采用降湿机械，把经过干燥除湿的空气输入包装内，将包装内潮湿的空气换出，达到控制包装内的相对湿度，使包装物保持干燥状态，这种方法适合于大型包装和长期储存包装。3、膜透湿机理包装材料的透湿性能取决于所用材料的种类、加工方法和材料的厚度，为了判断防潮包装材料的透湿性能，一般是测定其透湿率，它是防潮包装材料的一个重要参数，是选用包装材料，确定防潮期限，计算干燥剂用量的主要依据。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，首先溶解于包装材料（如塑料膜）内表面，然后水蒸气在包装材料中由高浓度向低浓度进行扩散，最后在低压侧一面向外蒸发。水蒸气对包装材料的渗透过程可用右图表示。设包装材料厚度为d，水蒸气在高压侧的压强为P1，在低压侧的压强为P2，C为水蒸气的浓度，C1为高浓度，C2为低浓度。防潮包装保质期计算公式推导根据气体扩散定律，单位时间、单位面积的水蒸气渗透量与浓度梯度成正比，得出：m=Pwv(P1-P2)/d………………1m——水蒸气在单位时间、单位面积透过包装材料的质量，g;P1、P2——包装材料两侧的压强，kpa;Pwv——水蒸气透过包装材料的渗透系数也称透湿系数，g·cm/cm²·s·Kpa.由此式可知，水蒸气透过包装材料的质量与包装材料两侧的压差成正比，与渗透系数成正比，与材料厚度成反比。由于包装材料是在温度、湿度变化很大的环境条件下使用的，受储存环境温湿度的影响很大，在不同的温湿度条件下，水蒸气在单位时间和单位面积透过包装材料的量有很大差别。这是因为温度高，湿度梯度大，水蒸气扩散速度就会增大；温度低，湿度梯度小，扩散速度就会降低。水蒸气渗透量qwv与m之间的关系为：m=qwv/A·t………………2（单位面积、时间的透湿量）式中A——薄膜包装总面积，㎝²；t——时间，s;由1、2两式得出:qwv=Pwv×(P1-P2)·A·t/d（g）(13-6)可以得到温度为40℃条件下的透湿率：Q40=Pwv·40×(P1-P2)/d·f(g/㎡·24h)式中f为Q与Pwv的面积与时间单位换算系数。Q-透湿率（g.m2.24h）Pwv-透湿系数(g.cm/cm2.s.kpa)Q40-表示标准条件（40℃，90~0%RH）下的透湿率如果在温度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，它们关系为：Qθ/Q40=（Pwvθ·Pθ·Δh%）/[Pwv·40·P40·（90－0）%]K=（Pwvθ·Pθ）/（Pwv·40·P40·90）Qθ=Q40.k.△h（13-7）式中：Pwv·40、Pwv·θ——某种薄膜在温度40℃、θ℃的透湿系数，g·cm/cm²·s·Kpa；P40、Pθ——在温度为40℃、θ℃时薄膜两侧饱和水蒸气压强Kpa见表13-9（90-0）%、Δh%——在温度为40℃、θ℃时薄膜两侧的相对湿度差；绝对湿度的气压差P40·90%、Pθ·Δh%——在温度为40℃（高湿为90%RH，低湿为0%RH）差为90、θ℃时薄膜两侧水蒸气压差Kpa；K——系数，参见表13-2表13-3为各种包装用塑料薄膜在不同温度下的透湿率与透湿系数。注：③P40、P25、P5改为PWV·40、PWV·25、PWV·5，分别表示40℃、25℃、5℃时的透湿系数，以免与对应温度下的饱和水蒸气压强混淆。三、防潮包装设计与计算1、防潮包装方法分为两类第一类为保护物品质量，防止被包装物品增加水分而采用的包装方法，即在包装容器内装入一定数量的干燥剂，吸收包装内的水分和吸收从包装外渗透进来的水分，以减缓包装内湿度上升的速度，延长防潮包装的储存期。第二类是为了防止被包装物体吸收或排出水分，保证产品的性能稳定而采用的防潮包装方法，即用低透湿率的防潮包装材料进行包装，以防止被包装物品内水分丢失。这里我们只介绍第二类防潮包装设计与计算.2、防潮包装设计计算的公式及参数防止被包装物品吸收或排出水分的防潮包装在进行设计计算时，需根据被包装产品的性质、防潮要求、形状和使用特点来合理地选用防潮包装材料、设计包装容器和包装方法，并对防潮性进行必要的检测。因此在设计与计算时，必须具有以下各项参数：（1）被包装产品的净重W，g;（2）被包装产品的含水量C1，%；（3）被包装产品的允许最大含水量C2%；（4）包装材料的表面积A，㎡；（5）防潮包装保证储存期限t,天；（6）包装储存环境的平均温度θ，℃；（7）包装储存环境的平均湿度h1，%；（8）包装内的湿度h2，%。设包装条件如上所列，为了使包装内的相对湿度限制在包装物所允许的数值内，允许渗透到包装内的水蒸气量应有一个限度，其透湿量可按下式计算：qwv=W×(C2-C1)×10-2（13-11）式中：qwv——允许渗透到包装内的水蒸气量g从包装储存期t和总透湿面积A，可求得包装材料的透湿率Qθ(g/㎡·24h)：Qθ=qwv/（A·t）=（W×(C2-C1)×10-2）/（A·t）（13-12）按式13-12求出的透湿率Qθ是保证不超过被包装产品允许的最大含水量C2%，达到防潮包装目的而允许的最大透湿率，这个透湿率是包装在温度为θ℃和湿度差（h1-h2）条件下的透湿率，若用一般规定的温度40℃，湿度差为90-0%条件表示透湿率，则有公式：R（Q40）=（W×(C2-C1)×10-2）/（A·t）·（h1-h2）·K（13-13）Q40=Qθ/K·△h（13-7）式中：R（Q40）——在40℃时测得的包装材料的透湿率，(g/㎡·24h)；K——不同包装储运环境温度下的材料系数，其值见表13-2。通过上述计算，可选透湿率比Q40小的包装材料（同时选顶包装材料的厚度）来作该产品的防潮包装材料。3．防潮包装储存期的计算对吸湿性产品进行防潮包装后，需计算防潮包装使用的有效储存期，计算方法有两种，即：①用透湿系数计算：t=（qwv×d）/（Pwv×(P1-P2)×A）（13-14）②用透湿率计算：t=（W×(C2-C1)×10-2）/（A·Q40）·（h1-h2）·K（13-15）上式中：A、t的单位分别是㎝²、S和㎡、24h。4．防潮程度的考虑其计算方法通过下面实例说明：例1：某种湿敏性产品，干燥时重200g，装入厚度为0.03㎜的聚偏二氯乙烯（PVDC）塑料袋中，包装面积为1300㎝²；该产品干燥时含水量为3%，允许最大含水量为8%；如果储存在平均温度为22℃和相对湿度为70%的环境中，问储存期是多少天？解：（1）按照透湿系数计算：①由表13-3查出，0.03㎜厚度的PVDC，在40℃和90-0%RH的环境条件下，其渗透系数:PWV·40=0.71×10-11g·cm/cm2·s·Kpa②该产品容许水蒸气渗透量为：qwv=200×（8%-3%）=10（g）③求包装材料两侧的水蒸气分压差:A．储存环境温度为22℃。从表13-9中插值求得饱和蒸气压强为2.670Kpa在相对湿度70%时，水蒸气压强为0.70×2.670=1.869Kpa，此即包装外部水蒸气分压。B．求包装内部分压。先根据该产品的吸湿特性曲线如图13-5所示，求得平衡含水量8%时的相对湿度为67%，3%说的相对湿度为20%，因此，包装内部平均相对湿度为:（67+20）×10-2/2=43.5%。包装内部水蒸气分压为:0.435×2.670=1.161KpaC．包装材料两侧水蒸气分压差。1.869-1.161=0.708Kpa④求PWV·22，用公式PWV·θ·Pθ/PWV·40·P40·90=K查表13-9，插值得P22=2.67Kpa查表13-2，插值得K=0.166×10-2PWV·22=K·PWV·40·P40·90/Pθ=0.29×10-11g·cm/cm²·s·Kpa⑤将以上有关数据代入式13-14中，求得储存期t为：t=qwv×d/Pwv×(P1-P2)×A=（cm²·s·Kpa）/（0.29×10-11g·cm）×10g·0.003㎝/0.708Kpa·1300cm²=1.12394×107s=130（天）课堂习题5、6