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1、11 导言1.1 选题的来源与背景洗衣粉的包装源自于生产实际。现在洗衣粉市场竞争相当的激烈，市场需求在不断的发展和变化。洗衣粉是合成洗涤剂中最主要的一种，产量占合成洗涤总产量的 7090%。洗衣粉的作用是吸附在各种界面上，降低水的表面张力，改变体系界面的状态，去除衣物的污渍。洗衣粉性能优良，使用方便，原料来源丰富，价格低廉，深受广大群众的喜爱。近年来，随着洗衣粉的广泛使用，洗衣粉的消费量也在逐年猛增。目前，全国每年消费的洗衣粉已达 200 多万吨。所以，洗衣粉的包装也随之成为了包装行业重要的内容。1.1.1 洗衣粉的特性分析洗衣粉属于固体物料，按物理形态可归为颗粒状物料，按其粘度可归为半黏性物
2、料，流动性较差，有一定的黏附性，充填时易搭桥或起拱，充填比较困难。洗衣粉主要生产原材料及性能：烷基酚醚（Tx10）：表面活性剂，含量99；月桂酸二乙醇酰胺（6501）：表面活性剂，含量 98；十二烷基苯磺酸：表面活性剂，含量 98；三种物质均主要起泡沫作用。三聚磷酸钠：含量90，微毒，主要决定洗衣粉的存放时间，防止洗衣粉结团；甲基纤维素（CMC）：在洗衣粉中的作用是抗沉淀；荧光增白剂（VBL）：用于增白。总之，洗衣粉含有多种化学成分，这些成分的效能可以相互促进、相互补充，因而是性能比较完备的洗涤用品1。1.1.2 洗衣粉的制备洗衣粉的制备的主要工序：浆料的制备、干燥介质的调控、喷雾干燥、成品包
3、装。工作过程及原理：将生产洗衣粉、肥皂粉所需的各种原料，根据工艺要求通过计量装置计量后的各种粉体原料，加入混合机内，待搅拌均匀后经提升机输送至原料粉仓，2经粉体计量仪计量后进入造粒机，即被卷入强烈的环形湍流中、同时由搅拌器搅拌后的磺酸及非离子混合液，通过计量泵输入造粒机进行高压雾化，这样充分分散后，粉体便均匀地吸附在液滴上，随着掺入液体的数量增多，湿颗粒在湍流中聚集在一起，其尺寸也逐渐增大，当聚合体沿一条空间螺旋的路径经过桶体前往底部出料口的途中，造粒作用一直在连续不断进行着2。图 1 洗衣粉生产示意图 资料来源: 资源网 http:/ .2004-8-4 10:37:06. 1.2 课题的目
4、的及意义洗衣粉的化学成分决定了洗衣粉极易吸潮，若包装不得当，空气中的水分会使洗衣粉结块，并使一些组分，如酶、漂白剂的功能衰退，尤其是酶，洗衣粉中的游离酸会破坏酶的蛋白质结构，使其功能大大减低，一般，酶在存放半年以后，其洗涤功能会衰退 15%-60%。此外，若包装不得当，洗衣粉中的香精也会快速挥发，并随时间、温度等条件的变化可能全部挥发殆尽。因此有必要对洗衣粉的防潮包装工艺进行设计，防止洗衣粉受潮变质，确保洗衣粉在仓储与流通过程中不发生品质劣变。1.3 国内外防潮包装设计的研究进展1.3.1 防潮包装的测试方法及研究成果（一）防潮包装的测试方法3测试方法有杯式法3、压差法4、重量法5、红外线测量
5、法6等。杯式法的原理为：在规定的温度、相对湿度下，式样两侧保持一定的水蒸气压差，测量通过试样的水蒸气量，计算水蒸汽量和水蒸气透过系数。压差法的原理和杯式法基本相同：在一定的温度下，试样两侧保持一定的气体压差，测量试样两侧的气体压力变化，计算透气量透气系数。除了标准的测试方法以外，人们以国家标准为指导，又发展了一些其他的测试手法。目前重量法是简单易行的一种方法，但是它受外界影响较大，精确度差且测试时间长。而红外线测量法测量结果受外界影响较小，精确度高且测试时间短7。（二）防潮包装的研究成果1、物品的吸湿、脱湿曲线方面安亚平8详细说明了温度、湿度、二氧化碳浓度、氧气浓度、洗衣浓度等因素影响包装和储
6、藏的机理；朴秀英等9探讨了薄膜的种类和保质包装的关系。发现低密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯的各种性能良好，非常适合这方面的包装。金敖熙10自行设计了一个试验装置，对不同产地的烟草的不同部位分别进行了试验，得出了较为详细的试卷数据；胡有持11对云南的烤烟进行类似的试验，采用不同的试验温度、相对湿度以及试验装置，得出的吸湿特性曲线与金敖熙的非常相似，但由于所选用的烟草类型，实验环境的不同，两者在数值上有所不同。2、影响包装材料透湿率的因素影响包装材料透湿率的因素很多，主要有湿度、亲水性与非亲水性、化学结构、结晶度、密度、分子对称性、添加剂、增塑剂等。孙蓉芳12和韩兆让13都比较详细的叙述了透湿率与材
7、料厚度、密度、结晶度、分子定向性、分子对称性之间的关系。3、部分包装材料透湿率的参数王京海14列出了 PVC、PET、PE、OPP 四种材料分别在 32、38、44、52时的透湿率；王文娟15列出了聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等四余种材料在不同温度下的透湿度与透湿系数；武文斌16，伍冬生17等也叙述了一些防潮包装中常用的材料的透湿率参数。44、物品的吸湿模型吸湿模型主要考虑的是物品含水量百分比 m 与物品水分活性 An 之间的关系。它们之间的关系常用物品吸湿等温曲线表示。物品吸湿等曲线与物品化学成分、组织结构及温度有关。在实践过程中，人们针对各种实际问题提出了许多等温公式见表 1。表 1 吸湿等
8、温公式5、包装材料的透湿透气模型这可以分两个不同的方面，一个研究透过多少水分或者气体的模型，可以称为透湿透气方程；还有一类是研究包装材料透湿透气系数的模型，可以称为透湿透气系数方程。 透湿透气方程现在人们常用的包装材料透湿方程是通过把费克第一定律和亨利定律相结公式名称公式的形式Oswin 公式18m=bc 1 线性公式19m=bAw+c二参数公式 Aw= + + Kuhn 公式20 m= + BET 公式21m= 0 (1 )1 + ( 1)Langmuir 公式 = + 0Frcudich 公式22m=bAwHasley 公式23Aw=exp-b/mcGAB 公式24m= 0 (1 )1 +
9、 ( 1)5合而得到的，其一般形式为25,26：(1) =0( )式中：m 为物品稳态含水量的百分比，%（Kg/100Kg）;W 为物品含水量（Kg）,Ws 是物品的干重（Kg）;P 为渗透系数（Kg.m/N;S）;P0为纯水在储存温度 T0下的饱和水蒸气压力。Awc和 Aw分别为包装容器两侧水蒸气水分活性，即 Aw为物品水分活性，Awc为储存环境的水分活性。 透湿透气系数方程建立透湿透气系数的模型比较困难，M.A.Del Nobile 在 2002 年研究以聚酰胺为基本材料的薄膜的透湿特性时，提出了透湿系数 P 的一个模型，该模型中P 是一个与薄膜两边的水分活性相关的变量。其形式为27：)=
10、 (2) = (1,2 1(1 )2(2 )()0(1,2 )式中：为薄膜外侧和内侧的水分活性；1,2 为水蒸气压力；0分别为薄膜外侧和内侧的水蒸气浓度；1(1 ) 2 (2 )为费克扩散系数（在一般情况下这个系数之和温度有关，但()是如果包装材料亲水性的话，就和环境的水蒸气浓度相关） 。1.3.2 对包装材料评价的研究包装设计必须符合科学（满足产品需求） ，美观经济（有吸引力且成本较低），合理（性能、环境与成本的协调） ，适销的原则，它本身就是设计过程的一个重要的环节，评价过程既可以是包装设计的结束又是新包装设计的开始28。现有的评价方法多是对包装容器和整体的评价，其实包装材料的设计同样也需
11、要评价。6由于包装和材料的评价具有复杂性和模糊性，所以现有的评价方法多是模糊分析法和层次分析法。姜峰（2007）运用层次分析模型通过问卷调查得到定性评价后，确定各影响因子的权重值，然后对典型包装材料的综合效益进行了分析评价29，Sural(1997)和 Noriega(2003)提出了评价包装材料结构设计的阻隔性是否满足包装要求的方法30,31，Noriega 还提出了以包装材料的成本为目标函数，评价其是否满足产品所需阻隔性的方法。1.3.3 对计算机辅助包装设计的研究随着包装技术的不断发展对包装研究力度的不断加大，包装基础数据的不断增加，以及理论模型的逐步完善，包装研究的领域开始扩展到包装辅
12、助软件的开发与完善上。国内在计算机对包装研究的辅助方面做了很多工作，吉林大学的韩兆让就结合包装内氧气变化平衡方程对薄膜防氧包装效果进行了计算机模拟，反映出了包装材料氧气透过性能和包装内氧气分压的基本关系32。袁友伟论述了计算机在防潮包装和计算机中的应用，并为计算机辅助防潮包装设计的可能性和基本框架进行了描述33。陈黎敏在现有对包装复合材料渗透性计算方法的基础上编译了一个应用程序用于根据输入的单层包装材料的渗透系数、厚度、使用时的温度，来计算复合塑料包装材料气体（水蒸气和氧气）透过系数34。72 洗衣粉的小包装尽管洗衣粉的成分中含有三聚磷酸钠（含量 90，微毒，主要决定洗衣粉的存放时间，防止洗衣
13、粉结团） ，但洗衣粉的包装仍需进一步防潮。防潮包装是为防止因潮气侵入包装件而影响内装物质量采取一定防护措施的包装。如用防潮包装材料密封产品，或在包装容器内加适量干燥剂以吸收残存潮气和通过包装材料透入的潮气35。2.1 包装材料的阻湿性与环境温度的关系2.1.1 空气中水蒸气的相对湿度在温度一定的条件下，相对湿度越大，空气中水蒸气的含量也越多。即RH%=（P/P0）100% （3）式中：RH%空气中水蒸气的相对湿度；P空气中水蒸气分压力；P0饱和水蒸气压力。显然环境空气中相对湿度的大小，可以反映出空气中水蒸气的含量对包装品的影响。表 2 空气中饱和水蒸气的含水量温度 （）含水量 （g/m3）温度
14、 （）含水量 （g/m3）温度 （）含水量 （g/m3）温度 （）含水量 （g/m3）25.611210.62219.13232.8 46.4314122421.43436.4 67.331613.52623.93640.2 88.311815.12826.63844.3资料来源:潘松年.包装工艺学M.北京:印刷工业出版社,2011.7,251.当相对湿度处于饱和状态时，在常温范围内空气的含水量如表 2 所示，随温度升高，空气中饱和水蒸气的含水量增多。当空气中绝对含水量不变时，若空气温度升高，相对湿度下降；若温度下降，相对湿度升高，当空气中的水蒸气含水量达到过饱和状态时，会产生水分凝结。在较高
15、温度下进行包装作业，8封入包装内的空气相对湿度处于被包装物品所允许的范围内，但当温度降低，包装内相对湿度上升，有可能超过被包装物品能承受的范围。因此，控制防潮包装在密封时的温度及封入的空气相对湿度，具有重要意义。2.1.2 包装材料的透湿率由于水蒸气的水分子能扩散透过薄膜，不能达到完全隔断水蒸气流动的目的，因此，包装容器的防潮性在很大程度上决定于所用软包装材料的透湿性，即薄膜的透湿性36。如何控制包装内的湿度环境，这就涉及到一个包装膜的透湿性问题37。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，即气体分子在高压侧的压力作用下，首先渗入包装材料（如塑料薄膜）内表面，然后气体分子在包装材料中从高浓度向低浓度进行扩散，最后在低压侧一面向外散发。气体对包装材料的渗透过程可用图 2 表示。设包装材料厚度为 x ，气
