第五章-防潮包裝.ppt

1、第五章 防潮包裝,內(nèi)容簡介： 0、防潮包裝理論基礎(chǔ) 1、潮濕空氣對產(chǎn)品包裝系統(tǒng)的影響 2、防潮包裝的種類與分級 3、防潮包裝材料與容器 4、防潮包裝設(shè)計計算 5、防霉腐包裝技術(shù),防潮包裝理論基礎(chǔ),1、水蒸氣滲透 水蒸汽阻隔包裝又叫做防潮包裝，就是采取一定的防護(hù)措施, 隔絕空氣中水蒸氣對內(nèi)裝物的侵襲, 避免其潮濕、變質(zhì)、發(fā)霉、腐爛、銹蝕等。 （1） 空氣中的水蒸氣和相對濕度 RH=(pp0)100 RH相對濕度; p 空氣中水蒸氣分壓力; p0飽和水蒸氣壓力。,（2） 包裝內(nèi)裝物的吸濕特性 在裝有食品的密閉容器內(nèi)的蒸氣壓P與同一溫度下純水的蒸氣壓P之比, 即為該食品的水分活性: Aw =p /

2、p0 = nA / (nA +nB) 式中： p 食品的蒸氣壓; p0 純水的蒸氣壓, n A 溶劑的摩爾分?jǐn)?shù); 食品中的水為溶劑; n B 溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù), 食品中的砂糖、食鹽和其它可溶性調(diào)味品等為溶質(zhì)。 不含任何物質(zhì)的純水的A W =1, 無水的食品的A W =0, 鮮肉、雞蛋、果醬分別為0.980.97、 0.97、0.79。 大腸桿菌、紅酵母、黃曲霉和白曲霉分別為0.960.935、0.89、0.80和0.75。 若把A W 值降低到0.70時，則可在較長時間內(nèi)不會變質(zhì)；當(dāng)AW值低到0.65以下時，食品可以在23年內(nèi)不變質(zhì)，,2、水蒸汽阻隔包裝的原理 （1） 滲透機(jī)理 費(fèi)克第一擴(kuò)散定律

3、,式中：m水蒸氣或氣體在單位時間s、單位面積2上的滲透量, 對于水蒸氣, 單位為g/(s2)；對于氣體, 單位為 3 / (s2)； S時間，s； p1、p2包裝材料兩側(cè)的壓強(qiáng), p1為高壓側(cè)壓強(qiáng), p2為低壓側(cè)壓強(qiáng)，kPa； l 包裝材料厚度，； D水蒸氣或氣體在包裝材料中的擴(kuò)散系數(shù)，2 / s； S水蒸氣或氣體在包裝材料中的溶解度系數(shù), 水蒸氣：g / (cm3kPa), 氣體：cm3 / (cm3101.325kPa) P水蒸氣或氣體透過包裝材料的滲透系數(shù)，水蒸氣：g / 2skPa)，氣體：cm3 / (cm2skPa),（2） 滲透系數(shù)與滲透率,式中：qwv水蒸氣滲透量，g； A-塑

4、料薄膜包裝總面積，2； t 時間，s。,式中：Q40、Q某種薄膜在溫度40、 時的透濕率，gm-2d-1； 、 某種薄膜在溫度40、 時的透濕系數(shù)， P40、P在溫度40、時的飽和水蒸氣壓強(qiáng)，kPa,3、水蒸汽阻隔包裝儲存期的設(shè)計與計算 （1） 水蒸汽阻隔包裝的類型及設(shè)計計算,（2） 加速試驗(yàn)的應(yīng)用,第一節(jié) 潮濕空氣對產(chǎn)品包裝系統(tǒng)的影響,一、金屬銹蝕 試驗(yàn)證明,當(dāng)相對濕度超過臨界值時,金屬腐蝕速度就會加快。一些金屬的腐蝕臨界濕度為:鐵60%70%,鋅65%,鋁60%65%,鎳80%。另外,當(dāng)空氣中含有鹽分、塵埃、金屬表面存在孔隙時更會使臨界濕度值降低,即更容易銹蝕。 V濕度 h 下的腐蝕速度

5、Vo飽和溫度下金屬的腐蝕速度 ho飽和濕度 h環(huán)境濕度,潮濕空氣對產(chǎn)品包裝系統(tǒng)的影響,當(dāng)計及溫度與相對濕度綜合影響時,金屬的腐蝕速度(劣化度)將更大,關(guān)系式(Brooks公式)為: 式中 A金屬腐蝕的劣化值 RH環(huán)境相對濕度 T環(huán)境溫度 例如:當(dāng)RH=70,T=5,則A=0.65,而當(dāng)RH=90,T=35,則A=15.15。,潮濕空氣對產(chǎn)品包裝系統(tǒng)的影響,二、非金屬吸濕變質(zhì) 在高的濕度,各種非金屬材料,均會吸收空氣中的水分。吸濕后,材料即會膨脹,含水率增加,易發(fā)生霉變。 通常當(dāng)RH大于60%65%時,任何物體表面均會附有一層0.00010.01m的水膜,嚴(yán)重時會出現(xiàn)凝露。一般,極性分子材料表面

6、水膜較厚,非極性分子表面水膜較薄。,潮濕空氣對產(chǎn)品包裝系統(tǒng)的影響,三、霉菌生長 適宜的溫度和濕度,易于引發(fā)霉菌在金屬和各種有機(jī)材料中的繁衍生長。 一般認(rèn)為,當(dāng)溫度達(dá)到2530時,相對濕度RH大于80%的霉菌生長迅速,最終會破壞產(chǎn)品外觀及表面層。當(dāng)然適宜不同的霉菌種類萌發(fā)的條件(溫度和最小相對濕度)略有不同。,第二節(jié) 防潮包裝的種類與分級,一、防潮包裝的種類 為使包裝在預(yù)期時間內(nèi)能防潮,保持內(nèi)部較低的相對濕度,可采用的措施很多。除了專門的防潮包裝方法,其他一些包裝技術(shù)形式也具有一定的防潮功能。如: 1、密封包裝 這是傳統(tǒng)的包裝方法。采用不透氣的剛性材料( 金屬、玻璃、硬塑料 )制成容器,將產(chǎn)品置

7、放其中,再將容器口部焊封或加旋蓋、扣蓋、塞蓋閉合,可有效地防止外界潮氣的進(jìn)入。,防潮包裝的種類與分級,2、真空與充氣包裝 真空包裝中由于已抽去容器內(nèi)的空氣,避免了原來殘留潮氣對產(chǎn)品的影響。充氣包裝將包裝內(nèi)的空氣連同潮氣抽出,再適量充入其他干燥氣體或惰性氣體,也減少了潮氣對產(chǎn)品的侵蝕影響。 3、貼體包裝 將產(chǎn)品本身作為模具放在底板上,上面覆蓋塑料膜片,將塑料膜片加熱軟化,抽出包裝膜與底板間的空氣(包括水氣), 塑料膜即緊貼于產(chǎn)品外形上。故貼體包裝也具防潮作用。,防潮包裝的種類與分級,三、防潮包裝等級 為使防潮包裝既安全可靠,確保產(chǎn)品在流通期間不會因防潮包裝不當(dāng)而受潮變質(zhì)、長霉或生銹,又能節(jié)省資源

8、和經(jīng)濟(jì)合理,根據(jù)貯運(yùn)期限的長短、氣候特點(diǎn)、內(nèi)裝物性質(zhì),對防潮包裝實(shí)施分級制度。 根據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn) GB5048防潮包裝,防潮包裝可分為I、II、III三個等級,具體內(nèi)容 見表19-1 。,GB5048防潮包裝等級,第三節(jié) 防潮包裝材料與容器,一、材料的透濕特性 任何一種氣體對薄膜材料的滲透,從分子熱力學(xué)觀點(diǎn)看,是單分子的擴(kuò)散過程。一般氣體都有從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散的性質(zhì)。氣體分子在高壓一側(cè)壓力下首先溶于薄膜表面,然后在薄膜中由高濃度層向低濃度層擴(kuò)散,最后從低壓一側(cè)的表面蒸發(fā)。（擴(kuò)散機(jī)理） 水蒸氣透過薄膜材料的機(jī)理與氧、氮等氣體透過材料的機(jī)理基本相同 , 唯一區(qū)別是氧、氮等是非極性物質(zhì),而水氣

9、是極性物質(zhì)。,擴(kuò)散機(jī)理,一般氣體都有從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴(kuò)散的性質(zhì)；空氣中的濕度也有從高濕度區(qū)向低濕度區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散流動的特性。 水蒸氣或氣體對包裝材料的滲透機(jī)理，從熱力學(xué)觀點(diǎn)來看，是單分子擴(kuò)散過程，即氣體分子在高壓側(cè)的壓力作用下，首先滲入于包裝材料（如塑料薄膜）內(nèi)表面，然后氣體分子在包裝材料中從高濃度向低濃度進(jìn)行擴(kuò)散，最后在低壓側(cè)一面向外散發(fā),防潮包裝材料與容器,1、包裝薄膜材料的透濕性特點(diǎn) (1)水蒸氣對極性分子薄膜和非極性分子薄膜的透過速率不一樣:如對聚酯(PET,極性分子)的透過速率大于對聚乙烯(PE,非極性分子)的透過速率。 (2)透濕性與薄膜物質(zhì)的結(jié)晶度有關(guān):如對聚氯乙烯(PVC,

10、極性分子非結(jié)晶)透濕性高于對聚酯 (PET,極性分子結(jié)晶 )的透濕性。 (3)透濕性與材料分子排列形式有關(guān):如雙向拉伸聚丙烯 (BOPP,分子定向排列)的透濕性低于普通聚丙烯 (PP,無定向排列)的透濕性。 (4) 透濕性與材料密度有關(guān):如高密度材料的透濕性要低于低密度材料的透濕性。其他影響透濕性的因素還有:溫度、濕度、薄膜厚度、折褶、表面損傷等。,防潮包裝材料與容器,2、包裝材料防潮性要求與測試 我國國家標(biāo)準(zhǔn)對防潮包裝材料與容器的透濕性能要求已作出規(guī)定,見表 19-2 。 表 19-2 防潮包裝等級與材料容器透溫度要求,防潮包裝材料與容器,薄膜材料透濕度的測定可按 GB1037塑料薄膜和片材

11、透水蒸氣性試驗(yàn)方法進(jìn)行。容器的透濕度測定按 GB6981硬包裝容器透濕度試驗(yàn)方法和 GB6982軟包裝容器透濕度試驗(yàn)方法進(jìn)行。 在日本,是按JIS（日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）-Z208,Z222,用卡普重量法求出 T=25或 40,RH=90%時的蒸汽透過量來測定材料的透濕度。 在美國按ASTM（美國材料與試驗(yàn)協(xié)會 ） E-96,D895進(jìn)行,國際標(biāo)準(zhǔn)按ISO R-1195進(jìn)行。,防潮包裝材料與容器,二、防潮材料與容器 凡具有阻隔潮氣功能的材料均可作為防潮包裝材料。最常用的是具有一定厚度的各種金 屬、玻璃、陶瓷、塑料和各種經(jīng)過處理的木材、紙、棉、麻等傳統(tǒng)材料。 現(xiàn)代防潮包裝中使用了許多的塑料薄膜,如高密度

12、聚乙烯(HDPE),低密度聚乙烯(LDPE),聚丙烯(PP),雙向拉伸聚丙烯(BOPP),聚氯乙烯(PVC),聚氨酯(PU),聚酯(PET)，聚偏二氯乙烯(PVDC),聚酰胺(PA)等。其中以PE在防潮包裝材料中應(yīng)用最廣,因?yàn)槠渫笣裥缘?易于熱封合。而PVC的使用受到限制,因?yàn)椴牧现杏杏坞x氯析出,對產(chǎn)品有腐蝕作用。,防潮包裝材料與容器,還有許多阻隔性能更佳的防潮復(fù)合材料,如鋁箔-PE,紙-PE,PP-PP,BOPP-PP,PE-鋁箔-PE,布-鋁箔-PE,PE-鋁箔-PE-布等。其中 PE- 鋁箔-PE布,被廣泛用于工業(yè)運(yùn)輸包裝和需長期封存的軍用包裝中,因?yàn)槠浞莱毙阅芎蜋C(jī)械性能俱佳。此外還有各

13、種經(jīng)特殊處理的防潮紙、防潮玻璃紙、浸蠟紙等。 用作防潮包裝的容器有發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)盒、HDPE盒、多層復(fù)合膜封套、金屬容器、鈣塑瓦楞箱、術(shù)箱、玻璃鋼箱盒、玻璃瓶罐等,防潮包裝材料與容器,三、吸濕材料 ( 干燥劑 ) 為了在商品貯存流通期間保持容器內(nèi)的低濕度(RH60%以下),還需要使用具有良好吸濕性能的干燥劑,以吸收包裝件中各種來源的潮氣。 包裝內(nèi)潮氣來源是: 產(chǎn)品構(gòu)成材料本身含有一定水分,貯存流通時會蒸發(fā)出來; 包裝材料含有的水分; 密封容器空間內(nèi)空氣中的水分; 外界大氣可滲漏過包裝阻隔層。,防潮包裝材料與容器,常用的干燥劑有: 1、硅膠干燥劑 硅膠分子式是Si02xH20,通常是用H

14、2S04處理水玻璃后膠凝而成。硅膠表面層覆蓋有許多羥基,有很好的親水吸附功能,故吸濕速度快,特別是在濕度較高時更為顯著,且還可以再生復(fù)用。 2、藍(lán)色指示劑和變色硅膠 以細(xì)孔球形或塊形硅膠為原料經(jīng)浸染氯化鈷液而制得藍(lán)色或淺藍(lán)色玻璃狀顆粒。,第四節(jié) 防潮包裝設(shè)計計算,一、設(shè)計步驟 (1) 選擇合適的防潮包裝類型和等級。在對產(chǎn)品及儲運(yùn)環(huán)境條件充分了解以后,先確定防潮包裝的等級,確定采用的防潮包裝方法與種類,并依此類型與等級選擇相應(yīng)的透濕度值的包裝材料及容器。表19-3和表19-4可供設(shè)計時參考。 表 19-3 為常用防潮包裝薄膜的透濕度與防潮度。 表 19-4 為幾種復(fù)合薄膜的透濕度和防潮度。 (2

15、)若需用干燥劑,應(yīng)確定干燥劑的種類,計算出干燥劑使用量。 (3)根據(jù)選用的包裝材料,合理確定防潮包裝及其密封方法。,常用防潮包裝薄膜的透溫度和防潮度,復(fù)合薄膜的透溫度和防潮度,防潮包裝材料與容器,二、干燥劑用量計算 (1) 采用低透濕度材料時 , 干燥劑用量為 : 式中 W干燥劑用量,kg A防潮包裝總表面積, R防潮包裝材料的透濕度,g/(,24h) M儲運(yùn)最長期限,月 D襯墊材料的重量,kg k干燥劑種類的吸濕率系數(shù),細(xì)孔硅膠K=1 k1儲運(yùn)條件的溫濕度系數(shù) k2防潮包裝內(nèi)吸濕性襯墊材料系數(shù),防潮包裝設(shè)計計算,(2) 采用高透濕度材料時,干燥劑用量為: 式中 e包裝場所的絕對濕度,用Pa表

16、示: 包裝場所的絕對濕度,用 g/m3 表示; V包裝內(nèi)容積,m3; K1,K2的意義與低透濕度材料公式中的相同。,儲運(yùn)地區(qū)溫溫度關(guān)系系數(shù)K1值 (10-2),襯墊材料透濕性相關(guān)系數(shù)k2值,防潮包裝設(shè)計計算,三、包裝吸濕性產(chǎn)品的防潮性計算 有些干燥產(chǎn)品本身具有吸濕性,可不用干燥劑吸濕。包裝時采用低透濕性的薄膜進(jìn)行包裝。 其防潮性計算方法如下: (1)以保證產(chǎn)品安全為條件,確定允許外界透入包裝體內(nèi)的水分含量 q=W(C2-C1)10-2 式中 W產(chǎn)品本身和包裝吸濕性材料的重量,g C1包裝材料含水率,% C2儲運(yùn)期間允許臨界濕度的極限含水率,%,防潮包裝設(shè)計計算,(2)根據(jù)包裝表面積A(m2)和

17、儲運(yùn)時間T(day),計算包裝材料的允許透濕度 Q0=q/AT (3)將外界透入包裝內(nèi)的水氣量q代人 (4) 考慮到透濕性還與容器內(nèi)外兩側(cè)濕度差及實(shí)際儲運(yùn)環(huán)境溫度有關(guān),計入濕度差 RH(或RH1-RH2)和各種材料透濕度的溫度()關(guān)系系數(shù)km(表19-7),得到該包裝件確保儲運(yùn)安全時薄膜允許的最大透濕度值,各種薄膜材料在不同溫度下的 km 值 (10-2),防潮包裝設(shè)計計算,(5)若知道吸濕性產(chǎn)品重量W,防潮包裝薄膜的透濕度R,儲運(yùn)地區(qū)平均溫度,平均相對濕度RH1%及包裝產(chǎn)品允許臨界濕度為 RH2%,則我們可以計算出此包裝產(chǎn)品最大儲運(yùn)時限(天) (6)濕熱條件下的考核計算。,例題：,濕敏性食品

18、烤饃片，干燥時重200g，裝入厚度為0.003cm的聚丙烯（CPP）薄膜袋中，包裝全面積800cm2；該食品干燥時含水率為2%，不會變質(zhì)的允許最大含水率為5.5%，下圖為該食品的等溫平衡吸濕特性曲線。如果儲存在平均溫度22和相對濕度70%的環(huán)境中，計算其儲存期為多少天？（已知該聚丙烯薄膜40和（90-0）%RH的環(huán)境下的透濕系數(shù)PWV=0.5210-11gcm/(cm2skPa)，40和22時的飽和水蒸氣壓強(qiáng)分別為p40=7.376kPa，p=2.670kPa,22時系數(shù)K=0.19610-2，40和（90-0）%RH下透濕率為Q40=10g/(m224h)）,解：（1）按照透濕系數(shù)計算（方法一） 求PWV PWV22= PWV40p4090K/ p=0.5210-11gcm/(cm2skPa)7.376kPa900.196102/2.670kPa=0.2510-11gcm/(cm2skPa) 該食品允許的含水量為：qwv=200g（0.055-0.02）=7g 包裝材料兩側(cè)