第一章防潮包装

第一章防潮包装一、包装产品与水蒸气二、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►包装产品易遭受水蒸气的损害变质、发霉、腐烂、受潮、生锈等►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损坏作用1.水蒸气与外部环境►产品包装所遇的水蒸气，主要是大气中的水蒸气，一般用相对湿度表示空气中水蒸气的含量►相对湿度RH=（P/P0）×100%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;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10-1所示大气中饱和水蒸气的含水量温度(℃)含水量(g/m3)温度(℃)含水量(g/m3)温度(℃)含水量(g/m3)温度(℃)含水量(g/m3)25.611210.62219.13232.846.4314122421.43436.467.331613.52623.93640.288.311815.12826.63844.3相对湿度饱和时，若温度升高，绝对湿度增高；若温度下降时，绝对湿度增高降低若温度下降，可以使原来相对湿度的不饱和变为过饱和（相对湿度升高），导致水蒸气凝结温度、湿度变化与防潮包装有很大关系在较高的温度下封入包装内的空气封入包装件内的空气相对湿度过高表10-12.包装产品的吸湿特性—临界湿度►食品的水分活性引起食品腐败的最低水分含量，也就是微生物生长繁殖所需的最低水分含量。►金属制品的临界腐蚀湿度金属制品吸收大气中水分形成水膜。空气中的湿度增加时，水膜厚度增加，而水膜的厚度达到一定程度时，金属表面开始剧烈腐蚀，这时空气中的相对湿度称为临界腐蚀湿度。►茶叶、黑火药概念：平衡含水量►一些产品（比如茶叶，黑火药），处于相对湿度固定的环境条件中，产品中的含水量在一段时间后达到一个稳定的值，我们说产品的含水量达到了平衡，我们称这个含水量为这一产品的平衡含水量。图10-1，茶叶的相对湿度与平衡含水量的关系——即茶叶的吸湿特性曲线。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（以上），以达到防潮（防干燥）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.包装薄膜透湿机理►一般气体都有从高浓度区域向低浓度区域扩散的性质水蒸气也是这样►包装薄膜材料不能完全阻隔气体分子的扩散作用薄膜材料的阻隔性质可以量化为渗透率Q来表达。薄膜的渗透率：单位面积上、单位时间内气体的渗透量Q，单位：g/(m2·24h)，cm3/(m2·24h)水蒸气的渗透率又称透湿率，透湿率越大，阻隔性越小，透湿率越小、阻隔性越大。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。气体分子在高压侧(p1)的压力作用下，首先溶解于包装材料（如塑料膜）内表面c1，然后水蒸气在包装材料中由高浓度向低浓度进行扩散(c1c2)，最后在低压侧(p2)一面向外挥发。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。4.Fick扩散原理Henry溶解定律1）Fick第一扩散原理►一维扩散比值形式微分形式2121ccmDxxFick第一定律认为：单位时间内通过单位横截面积的粒子通量m，与粒子浓度c的梯度成正比。dxdcDm2）渗透系数►扩散气体在薄膜表面的浓度与它在环境中的分压成正比（Henry溶解定律）►上式代入扩散方程中就称为渗透系数渗透系数是衡量薄膜阻隔性能的度量cSpdppPdppDSm2121SDP3）防潮包装薄膜的计算公式►设某种气体在[0,t]时间间隔内透过面积为A的薄膜的质量为q►包装材料的渗透率为单位面积上、单位时间内气体的渗透量Q，g/(m2·24h)，cm3/(m2·24h)12ppqmPAtd12%phppqQfPfPfAtdd4）K值►在40℃，相对湿度差为（90-0）%的条件下，可以得到某种包装薄膜的透湿率►对于在温度为℃，相对湿度差为的这种薄膜的透湿率和透湿系数满足：40404040900%wvwvwvpqQfPfAtd40404090wvwvwvwvQPphKhQPp表10-2表10-3表10-4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求保质期的公式查表10-3得到℃的K值，利用40℃，相对湿度差为（90-0）%的透湿系数（表10-4中），根据可以求得求得℃，相对湿度差为h%时的透湿系数Pwv·或者透湿率Qwv·%wvwvqdtAPph40404090wvwvwvwvQPphKhQPp3．算例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该产品容许水蒸气渗透量为：qwv=200×（8%-3%）=10（g）②求包装材料两侧的水蒸气分压差:A．求包装外部水蒸气分压储存环境温度为22℃。从表10-2中插值求得饱和蒸气压强为2.670Kpa相对湿度70%时，水蒸气分压为0.70×2.670=1.869KpaB．求包装内部水蒸气分压先根据图10-6，求得平衡含水量8%时的相对湿度为67%，3%时为20%。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。p1-p2=1.869-1.161=0.708Kpa③由表10-4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=0.13×10-11g·cm·cm-2·s-1·Kpa-1④求PWV·22，(公式PWV·22·p22/PWV·40·p40·90=K)查表10-2，p40=7.53Kpa插值得p22=2.67Kpa查表10-3，插值得K=0.166×10-2PWV·22=K·PWV·40·p40·90/p22=0.053×10-11g·cm/cm²·s·Kpa⑤求得储存期t为：t=qwv·22·d/(Pwv·22·(p1-p2)·A)=(10g·0.003cm)/(0.053×10-11g·cm/cm²·s·Kpa)/(0.708Kpa)/(1300cm²)=6.1499102×107s=711天►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量为30%~80%，对应的相对湿度为50%~85%。现在该产品的干燥含水量为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：这是一个防止水分挥发的计算，即保湿计算1）首先求得包装外部水蒸气的分压力p1从表10-3插值可得24℃的饱和水蒸气压力p3.001kPa，那么在相对湿度为40%的条件下p1p×40%=1.201kPa2）求包装内部的分压力p2包装内部从相对湿度70%变化到50%的平均湿度为60%，包装内部在24℃时的平均分压力为p2p×60%=1.801kPa3）包装内外压差为p2p10.6kPa4）求得最大允许排水量qwv·100g的产品从含水量50%变为最小含水量30%，包装中的最大允许排水量qwv·100×(0.5-0.3)=20g5）求得24℃时的透视系数：根据公式Pwv·0.306×10-11g·cm·cm-2·s-1·kPa-16）求得在40℃，相对湿度差为(0~90)%的Pwv·40.根据K值的定义可求得Pwv·40·K=0.00138×10-11g·cm·cm-2·s-1·kPa-1我们可以通过插值表10-3中的材料分别得到不同材料在24℃的K值，然后根据不同的K值，通过计算Pwv·40，选取透视系数相近的包装材料12ppqmPAtd404090wvwvPpKPp例如对于高密度聚乙烯，通过插值得到24℃的K=0.25×10-2，计算得到Pwv·40=0.55×10-110.47×10-11，大于表10-4中查到的高密度聚乙烯的透湿系数，可以选用在例如对于未拉伸聚炳烯，通过插值得到24℃的K=0.25×10-2，于是Pwv·40=0.59×10-110.52×10-11，大于表10-4中查到的未拉伸聚炳烯的透湿系数，可以选用习题►第十章思考题6、7（P196）