包装工艺学第十章

东北林业大学第三篇专用包装工艺工程技术学院包装工程专业:王桂英专用包装工艺第十章防护包装工艺第一节防潮包装第二节防水包装第三节防伪包装本章重点:防潮包装、防水包装专用包装工艺第十章环境防护包装工艺环境防护包装:防止环境对包装内容物的影响而采取一定的防护措施的包装。防潮包装:针对自然环境因素；防护包装防水包装:针对自然环境因素；防伪包装:针对社会环境因素；第一节防潮包装一、包装产品与水蒸汽的关系采用防潮包装的目的：隔绝大气中的水分对被包装产品的作用，避免其变质、发霉、受潮、生锈等。防潮包装与包装产品的吸湿特性和包装所处的外界条件有关。1、水蒸气的来源-主要来自大气。专用包装工艺相对湿度RHRH=(p/p0)×100%RH–相对湿度p–空气中水蒸气分压力p0–饱和水蒸气压力由右表可以看出,在相对湿度一定的条件下,温度↗,大气中含水量↗；温度↘,大气中水蒸气达到过饱和状态产生水分凝结，或相对湿度升高。专用包装工艺2、包装产品的吸湿特性(1)什么样的产品要进行防潮包装？容易吸收水分或表面吸附水分，引起潮解、长霉和腐蚀的产品。(2)水分活性(WaterActivity)引起食品腐败的最低水分含量，也就是微生物生长、繁殖所需要的最低水分含量，称作水分活性。Aw=P/P0=nA/(nA+nB)P–溶液的蒸汽压，食品中的水蒸气分压;P0–溶剂的蒸汽压，纯水的蒸汽压;nA–溶剂的摩尔分数；nB–溶质的摩尔分数，食品中的砂糖、盐和其它可溶性调味品。专用包装工艺水分活性（WaterActivity,Aw）食品中被微生物利用的实际含水量。Aw值反映了溶液和作用物的水分状态，每种微生物只能在一定的Aw值范围内生长。AW微生物生长能力0.98~0.99大多数微生物生长0.80~0.851~2周内，霉菌等引起变质0.70较长时间防止微生物生长0.65极少数微生物有生长可能，较长期不变质专用包装工艺二、防潮包装原理1、防潮包装的目的与方法(1)防潮包装的概念就是采用防潮包装材料对产品进行包装，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，达到被包装物品处于临界相对湿度以下，以达到防潮目的包装。(2)为什么要进行防潮包装？①防止产品脱湿而变质；②防止产品受潮而发霉；③防止金属极其制品的变色和生锈；④防止易吸湿产品潮解。(3)防潮包装方法①静态干燥法：采用干燥剂，适合中小包装或有限期的包装；②动态干燥法：采用降湿机械，适合大型包装和长期储存包装；专用包装工艺(1)包装材料的渗透率就是在单位面积上、单位时间内水蒸气和气体的渗透量，对于水蒸气，单位为Qwv=g/(m2·24h)；对于气体，单位为Qg=cm3/(m2·24h)，渗透率与阻隔性成反比。(2)渗透机理d–包装材料厚度；P1,P2–气体在高、低压侧的压强；C1,C2–气体浓度，C1为高浓度；C2为低浓度。2、渗透机理专用包装工艺根据费克第一扩散定律和亨利定律，则有：m=DS×(p1-p2)/dP=DS其中：m–单位时间，单位面积上的渗透量，对水蒸气为：g/(s﹒cm2)；对于气体，单位为：cm3/(s﹒cm2);p1,p2–包装材料两侧的压强，p1为高侧,p2为低侧压强,kPa；d–包装材料的厚度,cm；D–水蒸气或气体在包装材料中的扩散系数，cm2/s;S–水蒸气或气体在包装材料中的溶解度系数，单位为g/(cm3﹒kPa)或cm3/(cm3﹒101.325kPa);专用包装工艺P-水蒸气或气体透过包装材料的渗透系数，单位为g﹒cm/(cm2﹒s﹒kPa)或cm3﹒cm/(cm3﹒s﹒101.325kPa);3、渗透系数在防潮包装设计中，主要考虑水蒸气的渗透系数，也称透湿系数，以Pwv（wv:watervapor)表示。Pwv﹒θ=Pwv﹒40×p40×90×K/pθ专用包装工艺-10-100℃时饱和水蒸汽压强值（KPa)专用包装工艺各种薄膜在不同温度下的K值专用包装工艺包装用塑料薄膜在不同温度下的透湿率与透湿系数专用包装工艺借助于物理化学中化学反应动力学的理论，研究在渗透中各个因素（温度、湿度、浓度、压力、材料等等）对渗透速度的影响。以温度对反应速度影响为例。(1)经验公式范特霍夫规则PT+10/PT=2～4(2)定量公式（阿仑尼乌斯方程）P’wv=P0exp(-E/(RT))其中：P0-指前因子E–活化能,J﹒mol-1T–热力学温度，K4、渗透反应动力学R–摩尔气体常数，8.314J﹒mol-1﹒K-1专用包装工艺结论：(1)在一定温度条件下，渗透系数是一个常数；(2)从阿伦尼乌斯方程可知，温度对渗透系数有显著影响；(3)活化能越高，渗透系数越小，渗透反应速度就越慢；反之亦然。在选择包装材料时，应选择活化能较高，渗透系数较小的材料。专用包装工艺(4)活化能较大，温度对渗透系数的影响越显著；活化能较小，温度对渗透系数的影响也较小；(5)指前因子P0与活化分子发生渗透反应的速度有关。三、防潮包装的设计与计算防潮包装的分类1、第一类防潮包装的设计与计算采用干燥剂和透湿率低的防潮包装材料。保护产品质量，防止产品增加水分，加入干燥剂防止被包装物品吸收或排除水分，采用低透湿率的防潮包装材料专用包装工艺常用干燥剂类型：吸附型（硅胶、泡沸石[Al2O3+SiO2]、分子筛和铝凝胶[活性氧化铝]）和潮解型（生石灰）。专用包装工艺各种干燥剂专用包装工艺(1)采用较低透湿率材料包装时，干燥剂用量计算ω=（K1ARM+K2D)/K0其中：ω-干燥剂用量，kg;A-防潮包装总面积，m2;R-防潮包装材料的透湿率，g/(m2﹒24h)；M-包装储运的最长保护期限，月；D-衬垫材料的质量，kg;K0–干燥剂的吸湿率关系系数（K0=Kb/Ka，Ka为细孔硅胶在25℃、相对湿度为60%时的吸湿率，为30%；Kb为其它干燥剂在同样温度、同样条件下的吸湿率)；K1–储运地区气候的温、湿度关系系数；K2–衬垫材料吸湿率关系系数。专用包装工艺专用包装工艺(2)采用较透湿率为零的材料作包装时，干燥剂用量ω计算ω=（eV/950+K2D)/K0其中：ω-干燥剂用量，kg;e-包装场所绝对湿度，kPa;V-包装件的容积，m3；K0–干燥剂的吸湿率关系系数（K0=Kb/Ka，Ka为细孔硅胶在25℃、相对湿度为60%时的吸湿率，为30%；Kb为其它干燥剂在同样温度、同样条件下的吸湿率)；K2–衬垫材料吸湿率关系系数。专用包装工艺当包装场所的绝对湿度单位用g/m3时，可用下式计算ω=（aV/70+K2D)/K0其中：ω-干燥剂用量，kg;a-包装场所绝对湿度，g/m3。对小批生产的小容器，可用下式计算：ω=V/（2K0）(3)干燥剂用量计算实例例10-1:采用厚度为0.08mm的低密度聚乙烯薄膜,(透湿率为11g/m2·24h)包装一台仪器,包装的全表面积为1m2,储运时间为5个月,其中在温带地区(平均温度为20℃,平均相对湿度为75%),储运3个月,在热带地区(平均温度为30℃,平均相对湿度为90%),储运2个月,内装物品带有瓦楞纸箱吸湿性衬垫材料1kg,问需要多少干燥剂?专用包装工艺2、第二类防潮包装设计与计算(1)根据被包装产品的性质、防潮要求、储存期限、形体特征和使用特点来合理选用防潮包装，设计包装容器和包装方法。(2)根据给定的包装材料,按照被包装产品的条件，验算是否能满足储存期限的要求。用透湿系数Pwv.θ表示的储存期公式：Tθ=qwv.θ·d/[Pwv.θ(P1θ-P2θ)·A](s)用透湿率Q40表示的储存期公式：Tθ=qwv.θ/[A·Q40(h1-h2)K](天）专用包装工艺例10-1:某种湿敏感性产品，干燥时重为200g，装入厚度为0.03mm的聚偏二氯乙烯（PVDC)塑料袋中,包装的全表面积为1300cm2；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,计算储存期是多少天？用两种方法计算(1)用透湿系数计算Tθ=qwv.θ·d/[Pwv.θ(P1θ-P2θ)·A](s)[10-14a]①确定在22℃时的透湿系数Pwv.22Pwv﹒22=Pwv﹒40×P40×90×K/Pθ由表10-4可知，0.03mm的PVDC,在40℃和90%RH的专用包装工艺环境条件下，其透湿系数为：Pwv﹒40=0.13×10-11g.cm/cm2.s.kPa由表10-2可知，在40℃时的饱和水蒸气压强为：p40=７.3７6kPa用插值法求得22℃时的饱和水蒸气压强为p22=2.670kPa由表10-3插值法求得在22℃时的K值为：K=0.165×10-2用上面的数值代入10-14a中得：Pwv﹒22=0.053×10-11g.cm/cm2.s.kPa专用包装工艺②该产品的容许透湿量量为：qwv.22=200×（8%-3%）=10g③求包装材料两侧水蒸汽分压差：a.包装外侧分压差p1θ。由表10-2可知，22℃饱和水蒸气的压强为p22=2.670kPa，相对湿度为70%时，水蒸气的压强为p1θ=2.670×0.7=1.869kPab.包装内部分压p2θ。由产品的吸湿曲线图10-6可知，平衡含水量8%时的相对湿度为67%，含水量3%时的相对湿度为20%，因此，包装内的相对湿度为（67+20）%/2=43.5%,水蒸气的分压为p2θ=2.670×0.435=1.161kPac.包装两侧的压差为p1θ-p2θ=0.708kPa专用包装工艺④代入Tθ=qwv.θ·d/[Pwv.θ(P1θ-P2θ)·A](s)得：Tθ=10×0.003/(0.053×10-11×0.708×1300)Tθ=711.795dayTθ≈2年(2)用透湿量计算Tθ=qwv.θ/[A·Q40(h1-h2)K]因为Q40=2.5g/m2.24h,代入上式得：Tθ=10/[0.13×2.5×(70-43.5)×0.165×10-2]Tθ=703.699dayTθ≈2年专用包装工艺3、加速试验的应用为判断包装材料对水蒸气的阻隔性能，要在使用环境条件下进行环境储存试验，这种试验虽然可靠，可花费时间太长。因此采用在高温、高湿条件下进行加速试验。一般是在温度为40±1℃和相对湿度为（90±2）%的条件下进行试验，测得被包装物含水量达到额定的数值时所需的时间，设为t40,而在任意温度θ℃所预定的时间为tθ，那么：tθ=t40（90-h2)/[K×(h1-h2)×90](day)t40–温度为40℃时的时间；K–不同材料的值；h1%、h2%-包装外部和内部的相对湿度。专用包装工艺第二节防水包装一、防水包装的重要性1、什么是防水包装？防水包装是指防止因水浸入包装件而影响内装物质量所采取一定防护措施的包装。防水包装属于外包装，但对某些要求不高的商品包装时，可用内包装作防水处理。但防水包装和其它包装不能互相替代。2、防水包装的重要性(1)避免产品在流通过程中受到雨水的侵蚀；(2)保护产品的性能和使用价值。二、防水包装方法1、防水包装材料：外壳框架壁板材料、内衬防水材料、密封材料、防水涂料和外覆盖材料等。专用包装工艺专用包装工艺(1)包装的外壳壁板材料：确保包装的强度。①木材：各种木材、胶合板和硬质纤维板。②金属板：低碳钢板、铝或铝合金材料等。③瓦楞纸箱：表面经过防水处理。(2)内衬材料：确保防水性能。①纸类：石油沥青纸、防潮级柏油纸、蜡剂浸渍纸、石蜡纸。②塑料类：各种塑料薄膜以及涂布的、复合的薄膜等，如，LDPE、HDPE、PVC、PS、PU、PVA、CPP和塑料瓦楞板和泡沫板等。③复合材料：铝塑复合膜、纸塑复合、布塑复合等复合材料。专用包装工艺(3)密封材料：压敏胶带、防水胶黏带、防水黏结剂、密封用橡胶等。(4)防水涂料：石蜡、清漆等。(5)外覆盖材料：防水蓬布等。2、防水包装方法(1)防水等级：根据包装储运的环境条件和耐受浸水或喷水实验的等级来划分的。专用包装工艺(2)防水包装的一般方法：根据包装储运的环境条件和耐受浸水或喷水实验的等级来划