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1、第四章 防潮（湿）包装技术,目录,第一节 概述 第二节 防潮包装原理 第三节 透湿度及其影响因素 第四节 材料选择原则 第五节 防潮包装保存期的预测及包装设计 第六节 防潮包装中干燥剂的使用方法及用量计算,第一节 概述,一、防潮（湿）包装的定义及目的 定义：所谓防潮(湿)包装技术，就是通过采用具有一定隔绝水蒸气(水)能力的包装材料，隔绝物品与外界的联系，并施加相应的其他技术措施，稳定物品中含水量，防止因潮气或水侵入包装件内或包装件内水分逸出包装外而影响内装物品质量所采用的包装技术.,防潮与防湿的区别？,目的：,1.防止干燥物品受潮变质（化肥、水泥、农药、 火药； 2.防止含有水分的物品水变质（
2、食品、果品、化 妆品等）； 3.防止有机物品因受潮而发生霉腐变质（食品、 纤维制品、皮革等）; 4.防止金属品因湿气作用而变色或生锈.,二、湿气与物品变质的关系 1、空气湿度及蒸汽压 绝对湿度（单位：g/m3 ） 水蒸汽压（单位： Pa） 饱和水蒸汽压（单位：Pa,温度的函数） 相对湿度（ ） 平衡湿度(在某一相对湿度下，特定物质的含水量不发生任何变化，此时的相对湿度就是该特定物质的平衡(相对)湿度),二、湿气与物品变质的关系 2、含水包装产品及其性质,湿脱两性兼备的物品（平衡含水量）,在一定温度下，若湿度不变的话，物品内水分的出入在一定时间内会达到平衡，我们称此时平衡状态下的物品 含水量为平
3、衡含水量.,饼干的等温吸脱湿曲线,二、湿气与物品变质的关系 2、含水包装产品及其性质 具有平衡湿度的物品 食盐的平衡湿度75%,且不随温度发生变化 平衡湿度往往是温度T的函数 脱湿性物品（含水量60%以上） 在正常环境湿度范围内有强烈失水的趋势，使净 重减少或因失水而使质量下降.,二、湿气与物品变质的关系 3、不含水包装产品及其性质,哪些制品不含水？ 空气中的湿度如何影响其性质？,二、湿气与物品变质的关系 4、物品内水分改变与变质的关系 水分能溶解微生物所需的营养物质（含70-85%水分） 水分是仓库害虫生长和繁殖的重要条件 对于溶于水的物品：吸湿-潮解-溶化成液 （食糖、味精，含结晶水多的明
4、矾、氯化钙etc.) 某些结晶粒状或粉状易溶解物品，放湿，失水结成硬块 新鲜果蔬中的营养成分与味觉物质大多溶解于细胞汁中, 金属制品（水膜） 纸张、皮革、纤维制品 大多数非金属材料及其制品都具有吸湿性，其吸湿量在未达到饱和之前，将随着环境相对湿度增大而 增大. 临界点：允许的相对湿度 大多数霉菌在温度为20-30，相对湿度高于80% 时极易生长，相对湿度低于75%时不易生长. 为了避免金属及其制品在包装内腐蚀，有必要控制包装内的相对湿度在金属的临界腐蚀湿度以下. （铁65%，锌70，铝76%，镍70% ）,第一节 防潮包装原理,一、防潮包装的透湿机理,透湿程度影响因素： 材料的种类 内部结构
5、厚度 环境温度 材料两侧水蒸气的压力差 (或湿度差),透湿材料有哪些？,机理： 1. 金属箔、玻璃薄片、部分陶瓷：材料内部的空 穴结构引起的毛细流动所造成的. 2. 纸、纸板、塑料板、塑料膜、橡胶制品、木板材料： 纤维或主分子链之间搭接程度疏密不均造成了许多微 小的空隙，其中包括分子间空隙与分子内空隙，使活化的水分子扩散或迁移所造成的. 3. 吸湿性塑料： 活性水分子扩散 对水分子的吸附，塑料溶解，吸湿性加强,二、透湿量及其计算公式,在稳态扩散的条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积的扩散物质量（通称扩散通量）与该截面处的浓度梯度成正比。,求解过程：,对稳态：dc/dxB（常数），积分
6、后，有 ，其 中，CH和CL分别为透湿材料内两边界面的水分子浓度。则,积分得到透湿量：,即：,(D为扩散系数t为测试时间),实际包装中tT 由享利定律 可得：,滞后时间T,测试时，透湿量须修复为：,：水蒸汽在薄膜中的溶解度 系数 : 蒸汽压,三、透湿系数及其计算公式,定义透湿系数：,那么,透湿系数真实地反应了包装材料的透湿能力，是衡量薄膜透湿性的一个重要参数。单位：,将：水蒸汽压力-相对湿度（ ）,其中,第三节 透湿度及其影响因素,一、透湿度 定义：在规定温度和材料两侧湿度的条件下，单 位时间内，透过单位面积材料的湿气量，即,透湿度与透湿系数的关系？,（温度和湿度的函数）,测定的透湿度 R 与
7、透湿系数 P 可用 公式有机地联系在一起：,透湿度的测试方法：重量法、压力法和电子湿度计测定法。,分别规定出温度和材料两面的湿度，在稳定状态下，测定出在单位时间内单位面积薄膜材料透过的湿气量，这个湿气量即为该种薄膜材料的透湿度.,优缺点？适用范围？,其中：,将Q值代入下式：,即可求得透湿度R。,现在世界上尚未有统一的测定透湿度的方法和标准. 日本JIS-Z-0208 方法规定:当温度为40，材料高湿度面一侧的相对湿度为90%，低湿度面一侧的相对湿度为0%，材料的表面积为lm2时，24 小时内所透过的水蒸气量(g)，即为该材料的透湿度 R 的值. 我国在国家标准(GB1037-85)中详细规定了
8、塑料薄膜的透湿试验方法. 该方法规定的条件是:温度38士1 ，相对湿度为一侧放置干燥剂(用硅胶或无水氯化钙吸收水)，另一侧为100% 的饱和水蒸气. R可以直接测量，也可以通过透湿系数P计算出来。,二、温度与湿度对透湿度R的影响 1.温度的影响,其中,所以,则,两边取对数得：,二、温度与湿度对透湿度R的影响 2.湿度对透湿度的影响 材料本身所含的水分对透湿的影响主要取决于S0项，S0与温 度无关，但湿度对其有直接的影响，当材料内含湿度时，水 分子中的羟基作用，使吸附的水分含量增大，从而会使S0的 值升高。,二、温度与湿度对透湿度R的影响 3.材料本身性能对透湿度的影响 聚合物的化学结构是决定材
9、料特性的主要因素 结晶度内部空隙透湿度 密度透湿度 分子定向结构能减小分子间空隙，透湿度 分子对称性（DD0e-（Ed+H）/RT中的D0）D0D透湿度 分子极性（ DD0e-（Ed+H）/RT中的中的Ed ）EdD透湿度（非亲水膜） 分子极性 S（氢键对H 的贡献远大于Ed ）P 透湿度 （亲水膜） 添加剂、增塑剂等聚合物单体，促进水蒸气在聚合物内的凝结，空隙透湿度,三、复合薄膜透湿度的计算,对非亲水膜：,Li(i=1,2,3)为各膜的厚度； Pi(i=1,2,3)为各膜的透湿系数。,由P与R之间的关系,可将上式化简为：,上式中R均为,四、不同条件下透湿度的换算关系,若厂方所提供透湿度数据的
10、标准为：当温度为40，材料高湿度面一侧的相对湿度为90%，低湿度面一侧的相对湿度为0%.,由于,因此，,经化简得任意条件下的透湿度为：,其中,例题：厚度为0.03mm的聚丙稀薄膜在温度为40, 材料高湿度面一侧的相对湿度为90%，低湿度面 一侧的相对湿度为0%时的透湿度为10.0g/m2d , 求该材料在同等湿度环境下，温度分别为25 、 5 时的透湿度。若材料两侧的相对温度分别变 为100%和50%呢？,第四节 材料选择原则,透湿R越小，防潮性能越好 R100g/(m2d) 轻度防潮材料; R15g/(m2d) 较好防潮材料; R5g/(m2d) 高度防潮材料; 一般来说，R100g/(m2
11、d)的材料，防潮性能就相当好。 若达到完全防潮，难度较大，相应的包装费用也很高。 其防潮性能R的好坏依次为:金属板、金属箔、塑、;塑料板、复合膜、单层膜、 ;复合纸、单层纸。,对于塑料材料的防潮性能选择应遵循: 先非极性分子塑料，后极性分子塑料； (2)先结晶性塑料，后非结晶性塑料; (3)先高密度塑料，后低密度塑料; (4)先经拉伸或双轴取向的塑料，后无定向塑料.,第五节 防潮包装保存期的预测及包装设计,防潮包装保存期预测模型（吸湿等温方程，经验参数） 意义： 选择合适的包装系统 估计所选包装系统对储运环境的适应性 预测各种环境条件下内装食品的保存期 涉及： 包装系统或材料的透湿性能 物品的
12、吸湿等温方程 环境的温、湿度 临界质变水分值或允许水分值,一、包装系统的透湿性能与保存期预测的关系 常用防潮包装材料：聚合物单层膜、复合膜、纸塑复合膜、玻璃瓶、塑料瓶、焊封金属灌等。,金属、玻璃、塑料包装材料 整体透湿系数 ，透湿状态公式为：,其中：,水分活度和含水量,水分活度表示食品中水分可以被微生物利用的程度 水分活度越低，食物稳定性越高,聚合物膜、复合膜等材料做成的软包装,疏水膜的包装透湿状态公式,式中：P是包装材料的透湿系数( ),亲水膜的包装透湿状态公式,式中：Pk是与亲水膜内部增塑参数值及聚合物本体特性有关的常数( ),（最常用）,二、食物的吸湿等湿方程,三、储存环境温湿度与时间的
13、关系式 环境温湿度变化与时间的关系式,由 可得,四、简易的防潮包装设计及保存期估算 防潮：避免水分通过包装发生内外渗透。 1、包装件本身透湿度的估算 被包装物品净重W(g);物品装入包装时的水分含量C1%,维持商品价值的界限 水分为C2%；包装本身的表面积A(m2),从包装到开封时间t(d),在保存期间， 包装件场所平均温度(),保存包装件场所的平均h2%；被包装物品或包装 内所表现的湿度分别为h1%, 那么包装本身的透湿度为：,K值是由包装期间平均气温与所使用的包装材料的和种类决定的系数。,？,对对：已包装好并存放一定时期的测试件？,2、包装保存期的估算 用透湿度R40,(0-90%)的防潮
14、包装材料包装物品时， 包装有效期为：,为了在短时间内得到其包装有效期的预测值，采用高温高湿加速实验。条件：温度40,湿度(0-90%)，若加速T(d)时，产品开始偏离规定要求，那么只要知道该产品将要贮存的，以及贮存环境的内外相对湿度h2和h1, 那么此产品在实际环境中的防潮期t为：,如何得出的呢？,例题：某产品用厚度0.03mm的PP塑料薄膜包装，包 装内相对湿度为25%，经过高温高湿加速试验，21天 达到了产品最大限度允许的含水量，现实储存环境平 均温度为20,相对湿度为70%，其存储期为多久？,五、塑料薄膜的防潮包装设计 对于干燥的防潮包装设计，令,其中,利用,得,如何导出的呢？,对上式进
15、行积分,包装内的水分活度与包装内物品的百分含水量成函数关系，且与温度有关,即当与ae为常数，且物品的初含水量c1、包装薄膜材料的扩散活化能E，以及当物品中的百分含量达到临界值c2时产品所应保存的期限已知的话，那么防潮包装薄膜材料或包装的外尺寸可由下式决定：,对非恒温恒湿的储运场合,饱和水蒸汽压及环境的水分活动均为温度变化,代入上式可得,已知c1，c2,的情况下，利用计算机通过逼近积分法求得,六、防潮包装中干燥剂的使用方法与用量计算 常用干燥剂：硅胶、活性炭、分子筛、无水氯化钙等。 干燥剂的包装： 袋装：透气性好的细布袋或纤维纸（无纺布）； 容器装：带小孔的金属或塑料罐、瓶、盒等； 复合薄膜的夹
16、层：复合薄膜内层为透气性好的聚乙稀，外层阻隔性好的单膜或复合膜。,1、硅胶用量计算（日本JISZ-0301）(RH保持在50%以下),包装容器或材料的透湿度R为 包装面积A（m2） 包装内吸湿性材料的量D(kg) 包装的贮存或运输时间M(月),硅胶用量(kg):,Specially: 当R0；D0时， W0.5V，V为包装件容积。,2、干燥剂用量计算（GB5048-85）(RH保持在60%以下),（1）,K为干燥剂吸湿率关系系数，K=ka/kb，Ka为细孔硅胶在温度为25、相对湿度为60%时的吸湿率（为30%）,k2为其他干燥剂（如分子筛、氧化铝、粘土）在同样环境下的吸湿率。 K1储运、保存区域气温、湿度关系系数； K2防潮包装内吸湿性衬垫材料
