1、第五章 防潮包裝,內容簡介： 0、防潮包裝理論基礎 1、潮濕空氣對產品包裝系統的影響 2、防潮包裝的種類與分級 3、防潮包裝材料與容器 4、防潮包裝設計計算 5、防霉腐包裝技術,防潮包裝理論基礎,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措施, 隔絕空氣中水蒸氣對內裝物的侵襲, 避免其潮濕、變質、發霉、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） 包裝內裝物的吸濕特性 在裝有食品的密閉容器內的蒸氣壓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 溶劑的摩爾分數; 食品中的水為溶劑; n B 溶質的摩爾分數, 食品中的砂糖、食鹽和其它可溶性調味品等為溶質。 不含任何物質的純水的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，則可在較長時間內不會變質；當AW值低到0.65以下時，食品可以在23年內不變質，,2、水蒸汽阻隔包裝的原理 （1） 滲透機理 費克第一擴散定律

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包裝材料兩側的壓強, p1為高壓側壓強, p2為低壓側壓強，kPa； l 包裝材料厚度，； D水蒸氣或氣體在包裝材料中的擴散系數，2 / s； S水蒸氣或氣體在包裝材料中的溶解度系數, 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，水蒸氣：g / 2skPa)，氣體：cm3 / (cm2skPa),（2） 滲透系數與滲透率,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， P40、P在溫度40、時的飽和水蒸氣壓強，kPa,3、水蒸汽阻隔包裝儲存期的設計與計算 （1） 水蒸汽阻隔包裝的類型及設計計算,（2） 加速試驗的應用,第一節 潮濕空氣對產品包裝系統的影響,一、金屬銹蝕 試驗證明,當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環境濕度,潮濕空氣對產品包裝系統的影響,當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,關系式(Brooks公式)為: 式中 A金屬腐蝕的劣化值 RH環境相對濕度 T環境溫度 例如:當RH=70,T=5,則A=0.65,而當RH=90,T=35,則A=15.15。,潮濕空氣對產品包裝系統的影響,二、非金屬吸濕變質 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,易發生霉變。 通常當RH大于60%65%時,任何物體表面均會附有一層0.00010.01m的水膜,嚴重時會出現凝露。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。,潮濕空氣對產品包裝系統的影響,三、霉菌生長 適宜的溫度和濕度,易于引發霉菌在金屬和各種有機材料中的繁衍生長。 一般認為,當溫度達到2530時,相對濕度RH大于80%的霉菌生長迅速,最終會破壞產品外觀及表面層。當然適宜不同的霉菌種類萌發的條件(溫度和最小相對濕度)略有不同。,第二節 防潮包裝的種類與分級,一、防潮包裝的種類 為使包裝在預期時間內能防潮,保持內部較低的相對濕度,可采用的措施很多。除了專門的防潮包裝方法,其他一些包裝技術形式也具有一定的防潮功能。如: 1、密封包裝 這是傳統的包裝方法。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的空氣,避免了原來殘留潮氣對產品的影響。充氣包裝將包裝內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,也減少了潮氣對產品的侵蝕影響。 3、貼體包裝 將產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,確保產品在流通期間不會因防潮包裝不當而受潮變質、長霉或生銹,又能節省資源

8、和經濟合理,根據貯運期限的長短、氣候特點、內裝物性質,對防潮包裝實施分級制度。 根據我國國家標準 GB5048防潮包裝,防潮包裝可分為I、II、III三個等級,具體內容 見表19-1 。,GB5048防潮包裝等級,第三節 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,從分子熱力學觀點看,是單分子的擴散過程。一般氣體都有從高濃度區向低濃度區擴散的性質。氣體分子在高壓一側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散,最后從低壓一側的表面蒸發。（擴散機理） 水蒸氣透過薄膜材料的機理與氧、氮等氣體透過材料的機理基本相同 , 唯一區別是氧、氮等是非極性物質,而水氣

9、是極性物質。,擴散機理,一般氣體都有從高濃度區域向低濃度區域擴散的性質；空氣中的濕度也有從高濕度區向低濕度區進行擴散流動的特性。 水蒸氣或氣體對包裝材料的滲透機理，從熱力學觀點來看，是單分子擴散過程，即氣體分子在高壓側的壓力作用下，首先滲入于包裝材料（如塑料薄膜）內表面，然后氣體分子在包裝材料中從高濃度向低濃度進行擴散，最后在低壓側一面向外散發,防潮包裝材料與容器,1、包裝薄膜材料的透濕性特點 (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)透濕性與薄膜物質的結晶度有關:如對聚氯乙烯(PVC,

10、極性分子非結晶)透濕性高于對聚酯 (PET,極性分子結晶 )的透濕性。 (3)透濕性與材料分子排列形式有關: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: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 我國國家標準對防潮包裝材料與容器的透濕性能要求已作出規定,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、透水蒸氣性試驗方法進行。容器的透濕度測定按 GB6981硬包裝容器透濕度試驗方法和 GB6982軟包裝容器透濕度試驗方法進行。 在日本,是按JIS（日本工業標準）-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（美國材料與試驗協會 ） E-96,D895進行,國際標準按ISO R-1195進行。,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、塑料和各種經過處理的木材、紙、棉、麻等傳統材料。 現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用最廣,因為其透濕性低,易于熱封合。而PVC的使用受到限制,因為材料中有游離氯析出,對產品有腐蝕作用。,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,被廣泛用于工業運輸包裝和需長期封存的軍用包裝中,因為其防潮性能和機械性能俱佳。此外還有各

13、種經特殊處理的防潮紙、防潮玻璃紙、浸蠟紙等。 用作防潮包裝的容器有發泡聚苯乙烯(EPS)盒、HDPE盒、多層復合膜封套、金屬容器、鈣塑瓦楞箱、術箱、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。 包裝內潮氣來源是: 產品構成材料本身含有一定水分,貯存流通時會蒸發出來; 包裝材料含有的水分; 密封容器空間內空氣中的水分; 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,且還可以再生復用。 2、藍色指示劑和變色硅膠 以細孔球形或塊形硅膠為原料經浸染氯化鈷液而制得藍色或淺藍色玻璃狀顆粒。,第四節 防潮包裝設計計算,一、設計步驟 (1) 選擇合適的防潮包裝類型和等級。在對產品及儲運環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的透濕度值的包裝材料及容器。表19-3和表19-4可供設計時參考。 表 19-3 為常用防潮包裝薄膜的透濕度與防潮度。 表 19-4 為幾種復合薄膜的透濕度和防潮度。 (2

15、)若需用干燥劑,應確定干燥劑的種類,計算出干燥劑使用量。 (3)根據選用的包裝材料,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,細孔硅膠K=1 k1儲運條件的溫濕度系數 k2防潮包裝內吸濕性襯墊材料系數,防潮包裝設計計算,(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包裝內容積,m3; K1,K2的意義與低透濕度材料公式中的相同。,儲運地區溫溫度關系系數K1值 (10-2),襯墊材料透濕性相關系數k2值,防潮包裝設計計算,三、包裝吸濕性產品的防潮性計算 有些干燥產品本身具有吸濕性,可不用干燥劑吸濕。包裝時采用低透濕性的薄膜進行包裝。 其防潮性計算方法如下: (1)以保證產品安全為條件,確定允許外界透入包裝體內的水分含量 q=W(C2-C1)10-2 式中 W產品本身和包裝吸濕性材料的重量,g C1包裝材料含水率,% C2儲運期間允許臨界濕度的極限含水率,%,防潮包裝設計計算,(2)根據包裝表面積A(m2)和

17、儲運時間T(day),計算包裝材料的允許透濕度 Q0=q/AT (3)將外界透入包裝內的水氣量q代人 (4) 考慮到透濕性還與容器內外兩側濕度差及實際儲運環境溫度有關,計入濕度差 RH(或RH1-RH2)和各種材料透濕度的溫度()關系系數km(表19-7),得到該包裝件確保儲運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),防潮包裝設計計算,(5)若知道吸濕性產品重量W,防潮包裝薄膜的透濕度R,儲運地區平均溫度,平均相對濕度RH1%及包裝產品允許臨界濕度為 RH2%,則我們可以計算出此包裝產品最大儲運時限(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的環境下的透濕系數PWV=0.5210-11gcm/(cm2skPa)，40和22時的飽和水蒸氣壓強分別為p40=7.376kPa，p=2.670kPa,22時系數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