特种包装技术第三、四讲

包装技术的气象环境学基础4.1气象环境因素一、温度温度的变化多：一日中，一年中，不同高度，不同纬度，不同地形都有变化。参见图4-1：各纬度圈平均温度；图4-2：一年中各纬度的平均温度。二、湿度（humidity）关于湿度，有三个表示方法。1）绝对湿度（HA）：指单位体积空气中水蒸气含量。2）相对湿度（HR，humidityrelative，%）：为实际水蒸气压力与同温度下饱和水蒸气压力之比，表示空气饱和的程度。3）露点（℃）：指当气温下降到使空气刚好达到饱和时的温度。空气中水蒸气含量越高，露点越高。包装技术的气象环境学基础图4-4中曲线为相对湿度随地球纬度的变化情况。食品、药品、化学品、皮革、塑料、纸制品对湿度十分敏感。若湿度过高，材料中含水量会上升，纸类包装容器的抗压强度明显降低。若湿度过低，会使纸、塑、木、皮革等材料干燥，收缩，发脆，甚至龟裂。三、风风力有日变化、季节变化和风速风向的阵性。风加速了环境气体的流动，加剧其他因素的一向程度，干扰正常的产品包装货物的堆码固定、运输作业。四、雨雪包括降水的各种形式，雨、雪、霜、雹等。图4-5为各纬度的年平均降雨量曲线。全世界分为七个降雨区，中国占了五个（见表4-2）。包装技术的气象环境学基础1）长时间遭受雨淋水浸，会使包装材料膨胀、恶化、变质；2）暴雨极易使水渗进货物包装内部，特别在热带地区，高温下暴雨多而蒸发快，空气HR升高，水汽包围货物包装，促使产品加快腐蚀；3）雨水中常含有各种阴阳离子，在一定条件下，可转化为酸、碱、盐等，加快对物品的腐蚀。五、太阳辐射（sunlightradiation）太阳光谱中有紫外线（波长小于400nm）、可见光（波长400-760nm）、红外线（波长大于760nm），其中以紫外线对包装材料影响最大。光辐射对于包装件的影响在于：光能量使包装材料、产品的成分发生物理、化学、生化反应等，可使包装与产品的品质功能下降。包装技术的气象环境学基础总辐射能的变化取决于太阳高度、大气透明度、云量等因素的共同影响。所以，不同季节不同地区的光辐射量都有一定的变化。光照可使食品、饮料、酒等氧化、成分分解；使塑料、橡胶、纸品、纺织品等老化。红外线则可使产品与包装材料增热，温度提高，含水量减少太阳辐射能在地球各处的分布，因纬度不同而不同。六、气压以纬度45度海平面的平均大气压，作为标准大气压。在温度0℃时，正常重力加速度下，等于0.101MPa(101.325kPa)。气压随海拔高度上升而下降，如海拔每上升100m,气压下降0.8-1.07kPa。包装技术的气象环境学基础地面气压一般呈周期性变化，如一日气压变化有单峰型、双峰型、三峰型。不同地区一年气压也呈周期性变化。还有幅度较小的非周期性的气压变化，在中纬度地区较为明显。气压变化对于气密性包装容器有较大影响。如经过高原地区遇到低气压，会使包装密封性减弱，气体渗透增加，甚至容器破裂。气压下降也可使电子产品的绝缘性能下降，某些材料中成分（如填料或溶剂）挥发或蒸发，材料老化失效。七、臭氧在太阳短波辐射下，通过光化学作用，氧分子分解成氧原子后再和另外氧分子结合而形成臭氧。另外有机物的氧化和雷电作用也能形成臭氧。包装技术的气象环境学基础虽然世界大部分地区靠近地球表面大气中的臭氧浓度不大，但不要忽略它的作用，臭氧造成的化学腐蚀性要比氧化腐蚀要大200-500倍。在某些臭氧浓度（24.28mg/m3)中，可加速某些物质的腐蚀、老化，如不饱和橡胶制品的臭氧龟裂老化。八、盐雾及化学气体海岸线上或大洋中，海水拍击飞溅后在空气中形成许多氯化物颗粒（包括氯离子），称为盐雾。盐雾的存在形式或结晶或涓滴，与空气HR有关，其平衡状态的临界HR为76%。堆放在海港码头、航船甲板上的产品包装货物容易受盐雾的影响。盐雾中颗粒溶于水呈离子状态，氯离子具有很强的腐蚀作用。如破坏金属材料或镀层的表面，造成腐蚀。包装技术的气象环境学基础在城市中，工业与生活排放废气中含有大量的CO、HCL、SO2、NO2、H2O等气体，扩散中与空气中水分相结合生成各种酸性物质，对产品货物（包装材料或内容物）造成腐蚀。表4-8为各种工业排放物对环境的影响。在不同大气环境中，金属材料有不同的腐蚀速率。一些包装材料中的黏合剂、密封剂、绦虫料也会挥发出某些化学活性物质，在潮湿环境中也会加速对内容物的腐蚀。九、灰沙尘指1~100μm大小的颗粒，包括了工业粉尘。用空气中浓度mg/m2，日沉积量mg/（m2，d），来表示。对包装物的损害主要是向密封不严容器的渗透和对包装或产品的污染磨损。酸性或碱性的灰沙尘易吸水潮解，加速物质的腐蚀。包装技术的气象环境学基础第二节气象环境条件下的防护包装原理在对气象环境条件做科学分析的基础上，制订合理的安全标准和制度，为产品正确设计选择包装防护措施，保证商品流通安全。一、气象环境条件1、气象环境的正确分类与定量表征首先需要对气象环境中各种条件因素做出分类，并按严酷程度分级，给出相应等级的量值范围。最值得关注的是高（低）温、高（低）湿、高（低）气压、狂风、暴雨、强辐射等极端气象条件因素，以及它们的出现概率。如表4-9列出了陆地及海面上的高温工况（58℃/51℃）。表4-10列出了陆地及海面上的低温工况（-68℃/-38℃）。2、气象环境元素的综合效应包装技术的气象环境学基础气象环境因素不是孤立存在的，如温度、湿度、气压等因素同时存在，且彼此有影响。产品质量的变化往往与多种因素相关，多种因素的综合出现会加剧对产品的危害性影响。1）温度变化与其他因素的综合效应温度变化会引起其他环境因素的变化。实际水汽不变的情况下，当温度上升时，饱和水汽压迅速增大，环境相对湿度就下降。而当温度下降时，相对湿度会上升（如水汽结成霜、冰）。当温度上升时，材料的气体渗透作用加剧。环境气压的变化影响各种材料的渗透性。辐射越强，温度越高。高温有助于加快盐雾、沙尘引起的腐蚀，增加臭氧的作用。包装技术的气象环境学基础高温将会加快生化反应，导致食品的氧化反应增强，微生物繁殖加速，果蔬呼吸速率增大，蒸发加快。2）相对湿度与其他因素的综合效应空气湿度大会增强低压效应，尤其对电子器材产品。湿度增加则气压下降，但二者的效应还要看温度因素作用。高湿高盐雾的环境将加剧对包装的腐蚀影响。高湿度条件下，臭氧易与水蒸气反应形成过氧化氢，对塑料材料产生严重损害。高湿度也引起生化反应速度加快，导致微生物繁殖、产品变质。3、流通环境的参数化与标准化为了方便包装设计，应该建立各种环境条件参数化标准体系。国际电工委员会IEC/TC75发布了国际标准，把流通环境条件分成4大类共22种参数，并有一系列相应的严酷等级。第四章包装工艺学的气象环境学基础国际上所制订的流通环境试验标准有多种，主要采用的有：ASTM4169-84《运输容器及系统性能试验》美国试验材料学会（AmericanSocietyforTestingMaterial）MIL-STD-810D《环境试验方法与工作导则》美国军用规格（MilitaryStandard）JISZ0200-1987《包装件评价试验方法通则》日本工业标准（JapaneseIndustrialStandards）国内标准有：GB4796《电工电子产品环境参数分类及其严酷等级》GB4797《电工电子产品自然环境条件》GB4798《电工电子产品应用环境条件》GB4796标准中规定了4大类（气候环境、生物化学环境、机械活性物质、机械环境）50种环境参数及其严酷等级。包装技术的气象环境学基础二、防护包装原理产品的实际质量，随着流通时间延长而发生变化的，如产品质量的变化示意图。QO为产品的初始品质，QT为保质期品质极限，QP为包装产品的品质变化曲线，QN为未包装产品的品质变化曲线，T为流通时间。合理的防护包装应该满足不等式：Q|t=T≥QT在流通环境条件下的防护包装设计可归纳为如下的设计流程图：包装技术的气象环境学基础防护包装设计流程产品品质变化机理分析产品原始信息流通环境参数产品包装指标保质期要求包装工艺研究材料选择防护包装设计方案产品包装试验与评价合格判别结果输出否是包装技术发展的相关理论P12（自学、讨论）包装工程专业理论包装动力学理论运输包装设计原理与方法商品脆值与破损边界理论包装的货架寿命（保质期）理论及模型包装生命周期评价理论包装物阻隔性理论等包装工程专门技术缓冲防振包装防潮/防锈/防蚀包装防辐射/防静电包装无菌包装真空包装/气体控制（调节）包装喷雾等压力式包装智能化包装等研究解决的问题A包装新材料的开发应用B包装结构物的设计与制造的技术方法C商品包装装潢与商业化设计D各种商品的包装技术方法及设备E包装标准法规与包装测试F包装发展与社会协调性管理G与包装相关的其他问题一、包装动力学P12包装动力学主要研究内容为:(1)商品流通环境条件及对产品破损的影响。流通环境包括运输、贮存、搬运、销售等环节,对产品破损有影响的因素包括物理因素、机械因素、化学因素和气候因素等。(2)包装产品的脆值(fragility)和破损边界曲线(damageboundarycurve)理论。为研究各种产品的动力学特性及其对外界激励的敏感性,引人脆值和破损边界曲线的概念。脆值是指产品在破损失效之前所能承受的最大冲击加速度(一般用重力加速度的倍值表示)。破损边界曲线则是一种进一步的假说性理论。它指出,造成产品破损除了最大加速度因素之外,还有产品冲击过程中速度的变化量(AV)因素。(3)缓冲包装材料的力学特性及产品一缓冲件一容器系统对外部激励的振动响应。包括各种缓冲材料的弹性系数、缓冲系数、阻尼、回弹性。线性弹性体缓冲系统、非线性弹性体缓冲系统、缓冲系统阻尼、单自由度缓冲系统及二自由度缓冲系统的受迫振动。(4)缓冲包装结构实用设计方法。包括缓冲包装设计基本方法与步骤,静态与动态缓冲材料特性曲线应用、缓冲衬垫的校核等。(5)防振包装结构设计。包括非线性系统固有频率、包装系统振动传递率及防振结构设计方法。二、货架寿命理论货架寿命(shelf-life),又称保质期，或称包装有效期,它是对商品流通期内质量功效的保证与承诺。1、包装有效期的决定因素（如图为货架寿命影响因素相互关系图）包装材料对气体、水气的渗透性能包装内部结构产品初始质量修改或重新确定包装形式与包装材料包装内部气体的相互反应外部空气条件包装内部的空气环境条件产品质量允许值货架寿命保存期限包装成本2、货架寿命的预测方法A：运输试验法运输是流通环节中的一个方面。运输试验法作为确定包装有效期合格品指标所作的各项试验中的辅助性试验,可用来检验产品是否经受得起运输过程中冲击振动及其他因素的考验。B：贮存试验法在静止条件下保存产品,并评估其质量随时间而变化的情况。贮存条件分为可控制型(如可调节温度、湿度的仓库,可人为地控制试验的速度)和非可控制型。典型的外界环境条件为:温度23℃,相对湿度(RH)50%。加速试验的条件为:温度35℃,相对湿度(RH)80%。C：计算机模拟试验法先对产品变质模型中影响因素的变化情况进行分析,再就包装材料对上述影响因素的阻隔性能作分析,最后利用计算机就包装材料对敏感产品所起的保护作用进行综合。3、延长货架寿命的方法A：改进加工、包装和贮藏方法B：正确选择和发展优良阻隔性能包装材料C：改善包装生产体系和流通管理三、生命周期分析生命周期分析(LCAlifecycleanalysis)或生命周期评价(LCA--lifecycleassessment)1、LCA的定义与应用P172、LCA的主要工作内容与步骤3、LCA的作用四、渗透与迁移1、高聚物材料的渗透机理及影响因素A渗透机理B影响气体渗透性的因素C影响水蒸气透过率的因素2、有机物渗透性3、迁移与转移迁移是指包装材料中物质向包装内容物的转移，迁移物包括残留单体、催化剂、溶剂、抗氧化剂以及其他高聚物中的添加剂。五、实用微生物学（略）六食品卫生学（自学）