第3章 研 防潮包装课件.ppt

第三章 防潮包装,讲授内容 1 概述 1、水蒸气对被包装产品的损害； 2、防潮包装的定义。 2 包装内容物与水蒸气的关系 3、干燥食品的吸湿特性。 4、无机盐类的平衡湿度。 5、包装用于干燥剂的吸湿特性。 6、被包装物的局部吸湿特性。,3 防潮包装材料及透湿性 1、透湿度的概念。 2、常用防潮包装材料。 3、防潮包装的形式。 4 防潮包装的设计与计算 1、采用低透湿率防潮包装材料。 2、采用包装容器内装入一定数量的干燥剂。,1 概述 一、防潮包装的作用 1、防止吸收水分 防潮包装，通常保护的是那些受潮后，质量会受到影响的产品。 如：药品、酥脆食品、金属制品、水泥等，这些产品受潮后会绵软、氧化、发霉、结块、锈蚀，严重的会失去使用价值。 2、防止失去水分 对于那些本身含水量较高，失去水分变干后同样会使质量受到影响的产品。 如：蛋糕、面包、牙膏等，防潮包装同样重要。,二、水蒸气对被包装产品的损害 、可以使化肥、水泥、农药、药品、白糖等造成澎润、潮解、板结； 、干燥食品、药品因吸潮而变质； 、可使纤维、皮革制品发生霉变； 、金属制品生锈； 、含水分产品，脱湿后也会干涸变质。,三、防潮包装的定义 简单说： 是阻止包装物内外水蒸气交换的包装。 准确说： 采用具有一定阻隔水蒸气能力的材料，对食品进行包封，阻隔外湿度对产品的影响，同时使包装内的相对湿度满足产品的要求，保护内装产品的质量。,2 包装内容物与水蒸气的关系 一、水蒸气 1、主要来源 大气中的水蒸气。 2、表示方法 RH = P / PO100% 式中： RH相对湿度。 P 空气中的水蒸气分压。 PO饱和水蒸气压力。,3、温度对大气含水量的影响 表1 不同温度下大气中饱和水蒸气的含水量 温度（） 2 10 20 30 40 含水量（g/m3）5.61 9.40 17.0 29.6 48.6,从表上看出，在湿度相同的条件下： 、温度，大气中含水量； 、温度，大气中相对湿度，易达到饱和状态，产生水分凝结。,4、温湿度变化与防潮包装的关系 如果： 高温下，封入包装内空气的RH （相对湿度） ，是被包装产品所允许的条件。 那么： 降温时，其包装内的RH （相对湿度），会超过包装产品所允许的条件。 所以，在相同 RH （相对湿度）下： 凝结水高温时饱和水蒸汽含水量 低温时饱和水蒸汽含水量。,二、包装产品的吸湿特性 水分活性： 在装有食品的密闭容器内的蒸汽压与同一 温度下纯水的蒸汽压之比。 AW P / P0 nA / (nA +nB) 式中：AW 水分活性； P 溶液的蒸汽压； P0溶剂的蒸汽压； nA溶剂的摩尔分数； nB溶液的摩尔分数；,食品按AW分类： 、干食品 一般指 Aw 065的食品。 如：饼干；茶叶；咖啡；奶粉。 特点： 微生物无法生长和繁殖，食品可在23年内不变质。 、中等含水食品 一般指 Aw 065 085的食品。 如：果酱（0.79）。,特点： 适合白霉（075）、黄曲霉（080）等微生物生长。 、湿食品 指Aw 085的食品。 如：鲜肉（098097）， 鲜鸡蛋（097）。 特点： 适合大肠杆菌（096093）、红酵母（089）等微生物生长。,1、平衡水分 茶叶为例： 将含水量为3%的茶叶，放在相对湿度为RH=20%、40%、60%和80%的环境中。 观察： 随时间的变化，环境湿度与其含水量的变化（如图1）。,3,5,7,13,平衡水分7%,平衡水分13%（吸湿放湿）,平衡水分4.4%,平衡水分2.5%,RH 80% 环境中,RH60% 环境中,RH40% 环境中,RH20% 环境中,水分含量（%）,时间,图1 茶叶在各种湿度下的吸湿速度,茶叶质量标准：含水量 3%。 保存期内，最大含水量应 55%，否则变 质加快。 由上图可知： 湿度越高，水分含量增加越快。 如：湿度为80%的环境下，同样时间，水分 增加速度最快（与60%；40%；20%相比）。 随着水分的增加，吸湿和放湿速度降低。 如：温度在80%的情况下，当其含水量达到 13%时，吸湿速度为零。,平衡水分： 将吸湿速度为零时的包装内容物的含水量，称为在相对温度下的平衡水分。 也可以讲： 处在一定湿度环境下的被包装物，其吸湿速度为零时的含水量，称其为平衡水分或为平衡吸湿率。 、平衡水分与湿度的关系 以茶叶吸湿特性为例：如下图；,2.5,5.5,7,13,20,50,80,1,C1（初始水分值）,C2（临界平衡水分值）,相对湿度（%）,平衡水分（%）,图2 茶叶的吸湿特性曲线,60,说明： 、任何产品吸湿特性曲线由试验得出（也可以查表）。 、根据得出曲线，已知含水量，可求出对应的湿度值。 如： 已知初始平衡水分含量C1，允许的临界水分为C2，可求出对应湿度值（分别为2.5%；5.5%）。 从上图可知：只有将包装内的湿度控制在50%以下，才能使茶叶的含水量5.5%。,3.防潮包装材料及透湿性 一、透湿度的概念 也称：透湿率 是防潮包装材料的重要参数，是选用包装材料，确定保存期限，计算干燥剂用量的重要依据。 透湿度：在一定温度和湿度的条件下，单位面积的包装材料在单位时间内透过的水蒸气量（g/24h）。 渗透机理：,渗透机理： 设： d - 厚度材料； C1 - 水蒸气高浓度； C2 - 水蒸气低浓度； P1 - 水蒸气高侧压； P2 - 水蒸气低侧压； A - 防潮材料的表面积；,图3 水蒸气渗透机理示意图,溶解,扩散,脱附,吸附,根据气体扩散定律： （费克定律，Fick） 单位时间、 单位面积的水蒸汽渗透量与浓度梯度成正比。 公式表示：,式中： m 水蒸气在单位时间，单位面积透过包装材料 的质量；（g / 2s） D 水蒸气在包装材料中的扩散系数；（2/s）。 表示扩散方向上的浓度梯度 ；（g/cm4）。 负号： 表示扩散沿物质浓度降低的方向进行。,上式分离变量积分： mdx = - Ddc m md = - D（C2- C1）= D（C1- C2） m =,根据气体溶解定律：（亨利定律） 气体浓度等于气体溶解系数与气体分压的乘积。 C SP 式中：C 气体摩尔浓度； S 气体溶解系数（亨利系数）； P 气体分压； 将 式代入 式得：,式中： D 水蒸气在包装材料中的扩散系数； S 水蒸气在包装材料中的溶解度系数；（g/cmKpa） P1 包装材料高压侧的压强；（Kpa） P2 包装材料低压侧的压强；（Kpa） d 材料厚度；（cm） 取：Pwv DS Pwv 为水蒸气透过包装材料的透湿系数；（gcm/cmsKpa）,上式说明： 水蒸气在材料中的透湿性，与其扩散力和溶解力有关。 将式代入式得： 根据透湿度的定义： 可得：,m Qwv At,让： 简化： 式表明： 单位时间、单位面积透过包装材料的水蒸气质量与 a、材料两侧水蒸气压力差成正比； b、材料的透湿系数成正比； c、材料的厚度成反比；,标准情况下的透湿度： 根据国家标准GB-1037-87规定： 在环境温度为38，塑料包装容器内外湿度差为（900）%条件下，单位时间、单位面积透过材料的水蒸汽量为标准透湿度，用Q38表示。 由式得： Q38= =,（m224h） ,式中： f 表示Q与Pwv的面积与时间换算系数 ； （cm2；s24h）。 P38 饱和水蒸气压。 怎样求任意条件下的透湿度： 如果已知Q38（标准状态下），求任意条件下的Q，它们之间的关系为：,令： 则： 即：,（10）,上式中： K 影响系数；（可查表）。 Pwv38 某种薄膜在温度38时的透湿系数；（g/cmskpa）。 Pwv 某种薄膜在温度时的透湿系数；（g /cmskpa）。 P38；P分别为38、时的饱和水蒸气压强（kpa，查表）。 （90 0）%；h% 分别为38、时薄膜两侧的相对湿度差。 P3890%；Ph% 分别为38、时薄膜两侧水蒸气压力差（kpa）。,二常用防潮包装材料,1、防潮材料分类 、绝对防潮包装材料 也称：真正防潮材料 是指透湿度为零的材料。 透湿度 0 （gm224h）。 如：金属、玻璃、陶瓷、厚壁塑料等。,、非绝对防潮包装材料 是指透湿度不为零的材料。 、轻度防潮材料 ：100（gm224h）； 、普通防潮材料： 50 （gm224h）； 、高度防潮材料 ：15 （gm224h）； 、相当高度防潮材料：5 （gm224h）； 、极高度防潮材料：1 （gm224h）；,各种包装材料的透湿度，在设计防潮包装时，仅可做为参考数据。 例如： PE（20m）薄膜，是包装干面包的有效包装材料。但是，用来包装保质期为几个月的真空冷冻干燥的新鲜脱水果片，其透湿度就会过大。 2、常用防潮包装材料 、单层塑料薄膜材料 常用：PE、PP、PVDC、PET；,、复合材料 表2 几种常用防潮复合薄膜的透湿度（38 ；90%RH）,复合薄膜的透湿度Q的倒数，等于复合层每层透湿度Qn的倒数的和。 透湿度计算公式： 式中： Q 总透湿度； Q1Q2Qn 各薄膜透湿度。,三、防潮包装的形式 1、绝对密封包装 指刚性容器（金，玻，陶，塑）包装层，再采取一次或二次可靠封口。 2、真空包装 避免容器内残留湿气对产品的影响。 3、充气包装 抽空后，充入惰性气体。防止湿气对产品的影响。,4、体贴包装 降低包装内部的空气量。 5、热收缩包装 收缩后，薄膜紧裹产品，使包装内部的空气压力稍高于外部空气，减缓外空气向包装内部的渗透。 6、泡罩包装 减缓空气向内部的渗透。 7、泡塑包装 就地发泡，充满空间，阻止空气渗透。,8、油封包装 隔绝空气与金属直接接触。 9、多层包装 形成多次拦截，减缓水蒸气透入。 10、使用干燥剂包装 吸收原有及透入包装内部的湿气。,4、防潮包装的设计与计算 防潮包装设计： 是指根据包装产品的性质、防潮要求、形状和使用特点，合理选用防潮包装材料，设计包装容器和包装方法，并对防潮性进行必要的检测。 1、防潮包装两种方法： 、选用低透湿度的防潮包装材料； 、采用装入一定的数量的干燥剂。,2、注意几个问题 、包装容器各处的物料吸湿不同 设计时，应着眼于器壁处的物料，不过度吸湿。 、恰当确定容器内、外的环境温度 环境温度高，水蒸气含量高，反之低，高温时包装，低温储运，容器内RH会超标。 、恰当设计包装容器的结构与外形 、包装容器以球形为最佳。,、非球形容器，应着眼于物料少，面积大的地方吸湿量。 精确计算： Q总 整个容器的吸湿量；g /At。 Q1、Q2Qn 容器分为n个部分的吸湿量。,、恰当选择包装材料 对于透湿度不为零的材料，经透湿计算后，了解产品特性，综合考虑选材，是防潮包装设计的关键。 如：产品性质，价值，形状，体积，重量，储运条件，保存时间等。,一、采用低透湿率防潮包装材料进行包装的设计与计算 1、具备的基本参数 、W 被包装产品的净重；g。 、 C1 被包装产品的含水量C；%。 、 C2 被包装产品允许的最大含水量；%。 、 A 包装材料的表面积；。 、 t 防潮包装的保质期；（天，24h计）。 、 储存环境的平均气温；。 、 h1 储存环境的平均湿度；%。 、 h2 包装内的湿度；%。,2、设计、计算步骤 、必要的防潮性计算 、允许透入包装内的水蒸气 qwv = W（C2 C1）10-2 式中： qwv 允许渗透入包装内的水蒸气量；g。 、允许包材的透湿度,式中： 温度为，湿度差为（h1h2）条件下的透湿度（g / 24h）。 、包材的实际透湿度 式中： Q38 在381，90%2%RH（GB1037-87）标准条件下，包材的透湿度（查表）。 K 环境温度为时的影响系数（查表）。 h 包装内外的湿度差。,、防潮包装材料的选择 、基本条件 最大允许值（极限值）： 即： 化简：,、材料选择 根据Q38值，查表选择包材。 表3 常用防潮包装材料的透湿度（38、 90%RH）,、防潮包装保值期的计算公式 、采用透湿系数法 、采用透湿度法,例题： 有一种湿敏性食品，干燥时其重量为200g，含水量为3%，该产品允许的最大含水量（临界水分值）为8%，包装面积为1300。在环境温度为22，相对湿度为70%的环境中储存，如果储存期达到370天，应选择多厚的PVDC塑料薄膜？ 已知： W =200g；C1=3%；C2 =8%； A =0.13； t =370d； h1 =70%；=22。,求：PVDC薄膜的厚度 解： 分析：根据透湿度法公式 如果求出h2 （h = h1h2） 、K值（其它已知），就可得到Q38值，然后依据Q38值，查表选择包材。 、求h2 通过试验，作出该食品的平衡吸湿特性曲线，确定h2（含水量为3%时的内部相对湿度）。,试验曲线：,2,4,6,8,10,20,30,40,50,60,70,3,0,图4、平衡吸湿特性曲线,相对湿度（%）,平衡含水量（%）,（说明：绘制曲线时，应多选n个RH点，如果找不到3%点，可用插值法近似求出）。 根据试验曲线，求的h2= 20%RH。 、求k（影响系数） 查表： 各种薄膜在不同温度下的k值（10-2）,表4 各种薄膜在不同温度下的k值（10-2）,由表可知： 不能直接查到k22的值，但可以找到左、右接近值： K20=0.1310-2 和 K25=0.2210-2。 需利用线性插值法求K22，也就是由一条直线近似的取代一条曲线。 第一步： 以为横坐标，K为纵坐标绘图。,K（影响系数）,K250.22102,K200.13102,K220.166102,20,22,25,k（）,0,（环境温度）,图5、利用线性插值法求K22,第二步：（如图） 求斜率的值： lg= = 0.01810-2 第三步： 求K22的值： K22 = lg（2220） 0.1310-2 = 0.01810-22 0.1310-2 = 0.16610-2,、计算Q38的值 = 2.5（g/m2 24h）,根据计算值，选择PVDC的厚度。 查表得：PVDC的厚度应为003mm为宜。 反过来，如果已知Q38，可计算出t（保质期），也就是说： 如果已知材料的品种、厚度，就可得出（测出）该材料在标准温度（38）情况下的透湿度（Q38） ，也就可以计算出保质期（t ）。,二、采用在包装容器内装入一定数量的干燥剂的设计与计算 1、包装对象 、非吸湿性金属制品（产品） 透入的水蒸气，冷却结露，表面锈蚀，应采用干燥剂包装。 、允许少量水分增加的制品（产品） 为延长保质期，可采用吸湿量大的干燥剂为宜。,、需要完全阻断水蒸气透入的制品（产品） 此时，干燥剂会将（封口时）进入包装内的水蒸气吸收。 2、干燥原理 将固体干燥剂与产品同时放入密闭的容器中，干燥剂可以从湿物质中夺取水分，储存于自身内，降低湿度或减少被包装产品的水分。 3、干燥剂应具备的特性 、吸湿能力强，量大；,、无毒，无味，不挥发（物理稳定性）； 、吸湿后不产生化学变化（化学稳定性）； 、常温下，温度对吸湿能力无显著影响； 、干燥处理后可再生，重复使用。 4、常用干燥剂 、硅胶（吸附型） 是硅酸凝胶脱水后得到的硅酸干胶，即硅胶（xSiO2yH2O）。,橙色硅胶与蓝色硅胶都是指示硅胶；吸收水后蓝胶变粉红色，橙胶变绿色。其特性与普通硅胶相同。 蓝色硅胶含氯化钴，应用广泛。 橙色硅胶为新一代指示硅胶，不含重金属，但价格较昂贵，可以按一定比例与普通硅胶混合后使用以节约成本。,特点： 、变色 硅胶是一种半透明白色固体，变色硅胶其内部含有氯化钴（CoCl2），无水时呈蓝色。含水时 Co（H2O）6 呈粉红色。 、表面积大，吸附能力强 表面积可达：800900/g。吸收水分重量达自身重量的40%，而且在小于25以下时，吸湿效果最佳（高温时，放出潮气）。 、无毒，无污染，适用范围广 广泛用于食品，药品和精密仪器的干燥剂，同时可作吸附剂，催化剂的载体。,、分子筛（吸附型） 是一种天然人造的硅酸盐或铅酸盐。 其中： 天然分子筛（泡沸石）： Na2OAL2O32SIO2nH2O 人造分子筛（人造沸石）： Na12（ALO2）12xH2O 特点： 、表面积大，吸附能力强 表面积达：700800/g，为晶体多孔均匀结构。,在超低湿度（RH5%以下）仍然能大量吸收水气；而且控湿能力强。 无毒无害，化学性质稳定，有很强的机械强度；颗粒均匀；吸附孔径均匀。 因其特别的吸附性能被广泛应用于生物制药与IC封装测试等高精尖领域。,、适应温度性能强 当温度升高时（100内），分子筛不象硅胶会放出潮气。 、用途广，价格高 可以作板性吸附剂，干燥剂，催化剂，也用作某些气体和液体的分离。 如： 5A分子筛：可以分离空气中的O2和N2。 X型分子筛：可以分离苯和甲苯。,、铝凝胶（吸附型） 是一种活性氧化铝； 是Al2O3的一种变体，为- Al2O3，又称活性氧化铝。 特点： 表面积大，吸附能力较强 表面积约：200600/g. 用途： 干燥剂，催化剂载体。,、高岭土（吸附型） 分子式：Al2O32SiO22H2O 是一种天然硅酸盐。 特点： 、受温度的影响 常温下，吸湿效果较好 低温时，可重复使用不变质 高温时，将吸收气体放出 、价格低廉,、氧化钙（潮解型） 又名：生石灰（CaO） 特点： 、吸潮能力强 吸潮重量达到自身重量的28.5%。 、适应环境好 无论环境温度高或低，都能吸收比其他干燥剂更多的潮气。 、主要用于食品的一次性脱水包装，价格低廉。,潮解型干燥剂生石灰,、硫酸钙（潮解型） 又名：石膏（CaSO4） 特点： 、化学稳定性好 不分解，无毒，无腐蚀。 、只能吸收自重的10%的潮气。,另外还有：活矿干燥剂,结构功能：是利用凹凸棒粘土资源经科学加工制成，凹凸棒粘土具有特殊的纤维状、多孔结构，产品具有吸附活性、静态减湿和去除异味等功能。 特点：活矿干燥剂与硅胶干燥剂相比，具有价格低廉、吸湿速度快、制造成本低、吸附能力强、无毒无味、无环境污染等优点，是一种健康绿色环保产品，是硅胶干燥剂的升级换代产品。 应用：广泛用于封存食品、药品、服饰、军工、电子、远洋集装箱的空气干燥。,活矿干燥剂,活性碳脱臭剂 技术指标： （1）吸湿率高，吸附速度快，比表面积大。 （2）除吸湿外，还可吸附其它有害气体（如甲醛、苯）和异味（如氨气）。 （3）无毒、无害、无腐蚀、无污染、无放射性。 （4）吸附持续时间长。 （5）纯物理吸附，无二次污染。,活性碳干燥除味剂主要用途1、食品：甜点（煎饼、米雪、小甜饼），海苔，香菇，调味剂等。2、医药品：PTP包装的胶囊，镇定剂等。3、保健品：维他命，钙片等。4、家用：室内、车内空气净化、冰箱、衣柜，被褥，包，鞋，家具除异味等。5、其他：照相机（防止透镜发霉），胶卷，磁带，乐器，精密仪器等。 6、各类产品包装箱内除味、脱臭、防潮，特别是有害、有毒气体超标等。7、适用于医药、食品、远洋运输、电子、精密仪器、皮革、图书档案、 中空玻璃、潮湿地区防湿、库房等 一切因受潮而发霉、变质、腐烂物品的防霉，防潮。,1,2,3,4,5,6,7,时间（h）,10,20,30,40,50,吸收克重100,图6、5种干燥剂在25、75%RH下，不同时间内的吸水能力,硅胶,高岭土,分子筛,CaSO4,CaO,图中看出：硅胶吸潮速度最快，CaO最慢。,5、几种干燥剂的吸水能力及其吸水量的比较,10,20,30,40,50,60,70,RH（%）,10,20,30,40,50,吸收克重100,硅胶,高岭土,分子筛,CaSO4,CaO,图7、5种干燥剂在25、不同湿度下的吸水量,图中看出：硅胶吸湿量最大，CaSO4最小。,6、设计与计算 在防潮包装中，干燥剂的用量与防潮材料的透湿度（率）、储存期、包装面积等因素有关。 干燥剂用量的计算： 、采用较低透湿度的包装材料 计算公式： 式中：,W 干燥剂用量，Kg；A 防潮包装材料的总表面积，；Q38 防潮包装材料的透湿度，g/24h；M 最长储运保护期，月；D 衬垫材料的质量，Kg；K 干燥剂的吸湿率关系系数，K=Kb / Ka；Ka细孔硅胶在25，60%RH时的吸湿率， （Ka=30%、实验取得）。Kb其他干燥剂在同样温、湿度时的吸湿率（实验取得）。,K1 储运地区的温、湿度系数（可查表）。 K2 防潮包装内吸湿性衬垫材料关系系数， （可查表）。 例题二 采用厚度为0.08mm的LDPE薄膜，包装一台仪器，透湿率为11g/24h，全表面积为1。储运时间为5个月。其中在温带地区（平均温度20，平均相对湿度75%）储运3个月，在热带地区（平均温度30，平均相对湿度为90%）储运2个月，内装物带有瓦楞纸盒等吸湿性衬垫1Kg，求需用干燥剂（细、粗孔硅胶）多少公斤？,解： 已知：A = 1、 Q = 11g/24h M = 5个月 D = 1Kg 第一步：查表，确定K1值。 查表得： 温带地区 K1 = 0.0091； 热带地区 K1 = 0.032。 第二步：查表，确定K2值， 查表得： K2 = 0.2,表5 储运地区温、湿度关系系数K1值（10-2）,表6 衬垫材料系数K2值,表7 储运环境气候类别,（温湿度条件指平均值）,第三步：确定K值，可选定一种计算 如果选定细孔硅胶作干燥剂：Kb=Ka=30%。 那么： 如果选定粗孔硅胶作干燥剂：Kb=12.82%，Ka=30% 那么：,第四步 计算干燥剂用量 如果用细孔硅胶： 如果用粗孔硅胶：,、采用透湿度为零的包装材料 干燥剂用量计算公式： 式中： e 包装场所的绝对湿度，KPa； V包装件的容积，M； K 干燥剂吸湿率关系系数； k2 衬垫材料吸湿率关系系数； D 衬垫材料的质量，Kg；,如果包装场所的绝对湿度单位用g/m时，其干燥剂计算公式为： 式中： A 包装场所的绝对湿度，g/m； V包装件的容积，M； K 干燥剂吸湿率关系系数； k2 衬垫材料吸湿率关系系数； D 衬垫材料的质量，Kg；,例题三 用容积为0.4m的金属罐包装一种精密仪器，内用0.25kg的泡沫塑料防震垫衬，包装场所的空气绝对湿度为11g/m。问需用细孔硅胶多少？ 已知 ： k=1；A=11g/m； V=0.4m； K2=0.02；D=0.25Kg； 求：细孔硅胶量 解： 透湿度为零（Q=0），绝对湿度单位为g/m；, 选用公式： 即：需要使用细孔硅胶70g。,