1、第五章 防潮包装 内容简介：0、防潮包装理论基础1、潮湿空气对产品包装系统的影响2、防潮包装的种类与分级3、防潮包装材料与容器 4、防潮包装设计计算 5、防霉腐包装技术 防潮包装理论基础n1、水蒸气渗透n水蒸汽阻隔包装又叫做防潮包装，就是采取一定的防护措施, 隔绝空气中水蒸气对内装物的侵袭, 避免其潮湿、变质、发霉、腐烂、锈蚀等。（1） 空气中的水蒸气和相对湿度 RH=(pp0)100 RH相对湿度; p 空气中水蒸气分压力; p0饱和水蒸气压力。（2） 包装内装物的吸湿特性包装内装物的吸湿特性 在装有食品的密闭容器内的蒸气压P与同一温度下纯水的蒸气压P之比, 即为该食品的水分活性:Aw =p
2、 / p0 = nA / (nA +nB)式中： p 食品的蒸气压; p0 纯水的蒸气压, n A 溶剂的摩尔分数; 食品中的水为溶剂; n B 溶质的摩尔分数, 食品中的砂糖、食盐和其它可溶性调味品等为溶质。不含任何物质的纯水的A W =1, 无水的食品的A W =0, 鲜肉、鸡蛋、果酱分别为0.980.97、 0.97、0.79。 大肠杆菌、红酵母、黄曲霉和白曲霉分别为0.960.935、0.89、0.80和0.75。 若把A W 值降低到0.70时，则可在较长时间内不会变质；当AW值低到0.65以下时，食品可以在23年内不变质，n2、水蒸汽阻隔包装的原理、水蒸汽阻隔包装的原理n（1） 滲
3、透机理滲透机理n费克第一扩散定律 dxdcDmDdcmdxlccdcDdxm0212112ccDccDmllccDm21lppDSlSpSpDm212121ppmlPn式中：m水蒸气或气体在单位时间s、单位面积2上的渗透量, 对于水蒸气, 单位为g/(s2)；对于气体, 单位为 3 / (s2)；nS时间，s；np1、p2包装材料两侧的压强, p1为高压侧压强, p2为低压侧压强，kPa；nl 包装材料厚度，；nD水蒸气或气体在包装材料中的扩散系数，2 / s；nS水蒸气或气体在包装材料中的溶解度系数, 水蒸气：g / (cm3kPa), 气体：cm3 / (cm3101.325kPa)nP水
4、蒸气或气体透过包装材料的渗透系数，水蒸气：g / 2skPa)，气体：cm3 / (cm2skPa)（2） 滲透系数与渗透率滲透系数与渗透率 Atqmwv/式中：qwv水蒸气渗透量，g； A-塑料薄膜包装总面积，2； t 时间，s。tApplqPwvwv21lppPtAqwvwv2112240402140404010090/dmgflpPflppPfAtqQwvwvwvKpPpPwvwv904040hKQQ40式中：Q40、Q某种薄膜在温度40、 时的透湿率，gm-2d-1； 、 某种薄膜在温度40、 时的透湿系数，P40、P在温度40、时的饱和水蒸气压强，kPa 40wvPwvPn 3、水蒸
5、汽阻隔包装储存期的设计与、水蒸汽阻隔包装储存期的设计与计算计算n（1） 水蒸汽阻隔包装的类型及设计水蒸汽阻隔包装的类型及设计计算计算 tAppPlqwvwv)(21KhhQAqtwv2140（2） 加速试验的应用加速试验的应用 909021240hhKhtt第第一一节节 潮湿空气对产品包装系统潮湿空气对产品包装系统的影响的影响n一、金属锈蚀n 试验证明,当相对湿度超过临界值时,金属腐蚀速度就会加快。一些金属的腐蚀临界湿度为:铁60%70%,锌65%,铝60%65%,镍80%。另外,当空气中含有盐分、尘埃、金属表面存在孔隙时更会使临界湿度值降低,即更容易锈蚀。 V湿度 h 下的腐蚀速度 Vo饱和
6、温度下金属的腐蚀速度 ho饱和湿度 h环境湿度潮湿空气对产品包装系统的影响潮湿空气对产品包装系统的影响n当计及温度与相对湿度综合影响时,金属的腐蚀速度(劣化度)将更大,关系式(Brooks公式)为:n式中nA金属腐蚀的劣化值nRH环境相对湿度nT环境温度n例如:当RH=70,T=5,则A=0.65,而当RH=90,T=35,则A=15.15。潮湿空气对产品包装系统的影响潮湿空气对产品包装系统的影响n二、非金属吸湿变质 n 在高的湿度,各种非金属材料,均会吸收空气中的水分。吸湿后,材料即会膨胀,含水率增加,易发生霉变。n 通常当RH大于60%65%时,任何物体表面均会附有一层0.00010.01
7、m的水膜,严重时会出现凝露。一般,极性分子材料表面水膜较厚,非极性分子表面水膜较薄。潮湿空气对产品包装系统的影响潮湿空气对产品包装系统的影响n三、霉菌生长n 适宜的温度和湿度,易于引发霉菌在金属和各种有机材料中的繁衍生长。n 一般认为,当温度达到2530时,相对湿度RH大于80%的霉菌生长迅速,最终会破坏产品外观及表面层。当然适宜不同的霉菌种类萌发的条件(温度和最小相对湿度)略有不同。第第二二节节 防潮包装的种类与分级防潮包装的种类与分级n一、防潮包装的种类n 为使包装在预期时间内能防潮,保持内部较低的相对湿度,可采用的措施很多。除了专门的防潮包装方法,其他一些包装技术形式也具有一定的防潮功能
8、。如:n1、密封包装n 这是传统的包装方法。采用不透气的刚性材料( 金属、玻璃、硬塑料 )制成容器,将产品置放其中,再将容器口部焊封或加旋盖、扣盖、塞盖闭合,可有效地防止外界潮气的进入。 防潮包装的种类与分级防潮包装的种类与分级n2、真空与充气包装n真空包装中由于已抽去容器内的空气,避免了原来残留潮气对产品的影响。充气包装将包装内的空气连同潮气抽出,再适量充入其他干燥气体或惰性气体,也减少了潮气对产品的侵蚀影响。n3、贴体包装n将产品本身作为模具放在底板上,上面覆盖塑料膜片,将塑料膜片加热软化,抽出包装膜与底板间的空气(包括水气), 塑料膜即紧贴于产品外形上。故贴体包装也具防潮作用。防潮包装的
9、种类与分级防潮包装的种类与分级n三、防潮包装等级n为使防潮包装既安全可靠,确保产品在流通期间不会因防潮包装不当而受潮变质、长霉或生锈,又能节省资源和经济合理,根据贮运期限的长短、气候特点、内装物性质,对防潮包装实施分级制度。n根据我国国家标准 GB5048防潮包装,防潮包装可分为I、II、III三个等级,具体内容 见表19-1 。GB5048防潮包装等级等级包装与储运条件储运期限气候特征内装物性质I一年以上二年以下A(高温高湿)t30,RH 90%贵重精密产品,对湿度敏感,易锈,易长霉,易变质产品半年以上一年以下B(中等温温度)t=2030,RH=70%90%较贵重,较精密产品,对湿度轻度敏感
10、的产品半年以下C(常温常湿)t 20,RH70%对湿度不甚敏感的产品第第三三节节 防潮包装材料与容器防潮包装材料与容器 n一、材料的透湿特性n任何一种气体对薄膜材料的渗透,从分子热力学观点看,是单分子的扩散过程。一般气体都有从高浓度区向低浓度区扩散的性质。气体分子在高压一侧压力下首先溶于薄膜表面,然后在薄膜中由高浓度层向低浓度层扩散,最后从低压一侧的表面蒸发。（扩散机理）n水蒸气透过薄膜材料的机理与氧、氮等气体透过材料的机理基本相同 , 唯一区别是氧、氮等是非极性物质,而水气是极性物质。 扩散机理n一般气体都有从高浓度区域向低浓度区域扩散的性质；空气中的湿度也有从高湿度区向低湿度区进行扩散流动
11、的特性。n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，首先渗入于包装材料（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防潮包装材料与容器防潮包装材料与容器n1、包装薄膜材料的透湿性特点n(1)水蒸气对极性分子薄膜和非极性分子薄膜的透过速率不一样:如对聚酯(PET,极性分子)的透过速率大于对聚乙烯(PE,非极性分子)的透过速率。n(2)透湿性与薄膜物质的结晶度有关:如对聚氯乙烯(PVC,极性分子非结晶)透湿性高于对聚酯 (PET,极性分子结晶 )的透湿性。n(3)透湿性与材料分子排列形式有
12、关:如双向拉伸聚丙烯 (BOPP,分子定向排列)的透湿性低于普通聚丙烯 (PP,无定向排列)的透湿性。n(4) 透湿性与材料密度有关:如高密度材料的透湿性要低于低密度材料的透湿性。其他影响透湿性的因素还有:温度、湿度、薄膜厚度、折褶、表面损伤等。 防潮包装材料与容器防潮包装材料与容器n2、包装材料防潮性要求与测试 n我国国家标准对防潮包装材料与容器的透湿性能要求已作出规定,见表 19-2 。n表 19-2 防潮包装等级与材料容器透温度要求 防潮包装等级对薄膜g/(m224h)对容器g/(m224h)I 2 5 5 120 15 450防潮包装材料与容器防潮包装材料与容器n 薄膜材料透湿度的测定
13、可按 GB1037塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法进行。容器的透湿度测定按 GB6981硬包装容器透湿度试验方法和 GB6982软包装容器透湿度试验方法进行。n 在日本,是按JIS（日本工业标准）-Z208,Z222,用卡普重量法求出 T=25或 40,RH=90%时的蒸汽透过量来测定材料的透湿度。n 在美国按ASTM（美国材料与试验协会 ） E-96,D895进行,国际标准按ISO R-1195进行。防潮包装材料与容器防潮包装材料与容器n二、防潮材料与容器n凡具有阻隔潮气功能的材料均可作为防潮包装材料。最常用的是具有一定厚度的各种金 属、玻璃、陶瓷、塑料和各种经过处理的木材、纸、棉、麻等传统
14、材料。n现代防潮包装中使用了许多的塑料薄膜,如高密度聚乙烯(HDPE),低密度聚乙烯(LDPE),聚丙烯(PP),双向拉伸聚丙烯(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在防潮包装材料中应用最广,因为其透湿性低,易于热封合。而PVC的使用受到限制,因为材料中有游离氯析出,对产品有腐蚀作用。防潮包装材料与容器防潮包装材料与容器n还有许多阻隔性能更佳的防潮复合材料,如铝箔-PE,纸-PE,PP-PP,BOPP-PP,PE-铝箔-PE,布-铝箔-PE,PE-铝箔-PE-布等。其中 PE- 铝箔-PE布,被广泛用于工业运输包
15、装和需长期封存的军用包装中,因为其防潮性能和机械性能俱佳。此外还有各种经特殊处理的防潮纸、防潮玻璃纸、浸蜡纸等。n用作防潮包装的容器有发泡聚苯乙烯(EPS)盒、HDPE盒、多层复合膜封套、金属容器、钙塑瓦楞箱、术箱、玻璃钢箱盒、玻璃瓶罐等 防潮包装材料与容器防潮包装材料与容器n三、吸湿材料 ( 干燥剂 )n为了在商品贮存流通期间保持容器内的低湿度(RH60%以下),还需要使用具有良好吸湿性能的干燥剂,以吸收包装件中各种来源的潮气。n包装内潮气来源是:n产品构成材料本身含有一定水分,贮存流通时会蒸发出来;n包装材料含有的水分;n密封容器空间内空气中的水分;n外界大气可渗漏过包装阻隔层。防潮包装材
16、料与容器防潮包装材料与容器n常用的干燥剂有:n1、硅胶干燥剂n硅胶分子式是Si02xH20,通常是用H2S04处理水玻璃后胶凝而成。硅胶表面层覆盖有许多羟基,有很好的亲水吸附功能,故吸湿速度快,特别是在湿度较高时更为显著,且还可以再生复用。n2、蓝色指示剂和变色硅胶n以细孔球形或块形硅胶为原料经浸染氯化钴液而制得蓝色或浅蓝色玻璃状颗粒。第第四四节节 防潮包装设计计算防潮包装设计计算n一、设计步骤n(1) 选择合适的防潮包装类型和等级。在对产品及储运环境条件充分了解以后,先确定防潮包装的等级,确定采用的防潮包装方法与种类,并依此类型与等级选择相应的透湿度值的包装材料及容器。表19-3和表19-4
17、可供设计时参考。n表 19-3 为常用防潮包装薄膜的透湿度与防潮度。n表 19-4 为几种复合薄膜的透湿度和防潮度。n(2)若需用干燥剂,应确定干燥剂的种类,计算出干燥剂使用量。n(3)根据选用的包装材料,合理确定防潮包装及其密封方法。常用防潮包装薄膜的透温度和防潮度 材料名称薄膜厚度(mm)透湿度g/(m2.24h)防潮度(%)聚乙烯(PE)0.0340.0450.066.70.08119.10.106.216.10.154.223.80.202.245.50.25250聚氯乙烯(PVC)0.1523.94.20.2521.04.8铝箔0.0080.010200.0100.015400.01
18、50.02066.70.0200.0250极好聚偏二氯乙烯(PVDC) 0.0381012.510复合薄膜的透温度和防潮度 复合薄膜名称透湿度g/(.24h)防潮度(%)防潮玻璃纸/聚乙烯拉伸聚丙烯(1822m)/聚乙烯(1070m)聚酯(12m)/聚乙烯(50m)聚碳酸酯(20m)/聚乙烯(27m)玻璃纸(30g/)/纸(40g/)/聚乙烯(20m)玻璃纸(30/g/)/纸(70g/)/聚偏二氯乙烯(20g/)玻璃纸(30/g/)/铝箔(47m)/聚乙烯(20m)聚乙烯/铝箔/纤维细布聚乙烯/铝箔/涤纶聚乙烯/铝箔/亚麻布10.518.64.39.05.09.016.512.42.01.00
19、009.55.423.311.12011.16.18.150100极好极好极好防潮包装材料与容器防潮包装材料与容器n二、干燥剂用量计算n(1) 采用低透湿度材料时 , 干燥剂用量为 :n式中nW干燥剂用量,kgnA防潮包装总表面积,nR防潮包装材料的透湿度,g/(,24h)nM储运最长期限,月nD衬垫材料的重量,kgnk干燥剂种类的吸湿率系数,细孔硅胶K=1nk1储运条件的温湿度系数nk2防潮包装内吸湿性衬垫材料系数防潮包装设计计算防潮包装设计计算n(2) 采用高透湿度材料时,干燥剂用量为:n式中ne包装场所的绝对湿度,用Pa表示:n包装场所的绝对湿度,用 g/m3 表示;nV包装内容积,m3
20、;nK1,K2的意义与低透湿度材料公式中的相同。储运地区温温度关系系数K1值 (10-2) 气候等级RH(%)ABCT()T()T()403530252015105958.25.63.52.21.40.80O.490.29907.95.1322.O130.750.450.26857.24.62.91.91.10.680.410.24806.54.22.61.71.O0.620.370.22755.8372.31.5O910.550.330.19705.13.22.O1.30.800.480.290.17654.32.71.71.10.690.420.250.14603.62.31.50.93O
21、57O340.200.12气候等级 A B C衬垫材料透湿性相关系数k2值 材料名称k2材料名称k2毛织物、皮革制品棉、麻、刨花、木、植物纤维0.350.3各种纸、纸板泡沫塑料、橡胶0.20.02防潮包装设计计算防潮包装设计计算n三、包装吸湿性产品的防潮性计算n有些干燥产品本身具有吸湿性,可不用干燥剂吸湿。包装时采用低透湿性的薄膜进行包装。n其防潮性计算方法如下:n(1)以保证产品安全为条件,确定允许外界透入包装体内的水分含量nq=W(C2-C1)10-2n式中nW产品本身和包装吸湿性材料的重量,gnC1包装材料含水率,%nC2储运期间允许临界湿度的极限含水率,%防潮包装设计计算防潮包装设计计
22、算n(2)根据包装表面积A(m2)和储运时间T(day),计算包装材料的允许透湿度nQ0=q/ATn(3)将外界透入包装内的水气量q代人 n(4) 考虑到透湿性还与容器内外两侧湿度差及实际储运环境温度有关,计入湿度差 nRH(或RH1-RH2)和各种材料透湿度的温度()关系系数km(表19-7),得到该包装件确保储运安全时薄膜允许的最大透湿度值各种薄膜材料在不同温度下的 km 值 (10-2) 薄膜温度()403530252015105O聚苯乙烯1.110.85O.640.48O.350.257O.1840.1310.092聚氯乙烯,软质1.11O.730.490.31O.20O.126O.O
23、780.0460.028聚氯乙烯,硬质1.110.80O.58O.410.29O.199O.136O.0900.061聚酯1.110.730.490.31O.20O.129O.0810.0480.029聚乙烯,低密度1,110.70O.45O.28O.18O.105O.063O.0360.021聚乙烯,高密度1.11O.69O.44O.270.17O.1000.0690.0330.019聚丙烯1.11O.680.430.25O.16O.092O.053O.029O.017聚偏氯乙烯1.11O.65O.39O.220.130.0740.0400.0210.011防潮包装设计计算防潮包装设计计算n
24、(5)若知道吸湿性产品重量W,防潮包装薄膜的透湿度R,储运地区平均温度,平均相对湿度RH1%及包装产品允许临界湿度为 RH2%,则我们可以计算出此包装产品最大储运时限(天)n(6)湿热条件下的考核计算。例题：n湿敏性食品烤馍片，干燥时重200g，装入厚度为0.003cm的聚丙烯（CPP）薄膜袋中，包装全面积800cm2；该食品干燥时含水率为2%，不会变质的允许最大含水率为5.5%，下图为该食品的等温平衡吸湿特性曲线。如果储存在平均温度22和相对湿度70%的环境中，计算其储存期为多少天？（已知该聚丙烯薄膜40和（90-0）%RH的环境下的透湿系数PWV=0.5210-11gcm/(cm2skPa
25、)，40和22时的饱和水蒸气压强分别为p40=7.376kPa，p=2.670kPa,22时系数K=0.19610-2，40和（90-0）%RH下透湿率为Q40=10g/(m224h)） n解：（1）按照透湿系数计算（方法一）n求PWVnPWV22= PWV40p4090K/ p=0.5210-11gcm/(cm2skPa)7.376kPa900.196102/2.670kPa=0.2510-11gcm/(cm2skPa)n该食品允许的含水量为：qwv=200g（0.055-0.02）=7gn包装材料两侧的水蒸气分压差：np=p1-p2=0.702.670 kPa-（0.43+0.08）0.5
26、2.670 kPa=1.869 kPa -0.681 kPa=1.188 kPatAppPxqwvwv)(21cmgkPascm1121025. 02800188. 1003. 07cmkPacmg=101天第五节第五节 防霉腐包装技术防霉腐包装技术n 在运输包装内装运食品和其它碳水化合物品，甚至机电产品、玻璃制品时，货物表面可能生长霉菌，影响产品外观与质量。在流通过程中如遇潮湿，霉菌生长繁殖极快，甚至延伸至货物内部，使其腐烂、变质，因此要采取特别防护措施。 n防霉烂变质的包装措施，通常是采用冷冻包装、真空包装或高温灭菌方法。冷冻包装的原理是减慢细菌活动和化学变化的过程，以延长储存期，但不能完
27、全消除食品的变质；高温杀菌法可消灭引起食品腐烂的微生物，在包装过程中用高温处理以防霉。有些经干燥处理的食品包装，应防止水汽浸入，可选择防水汽和气密性好的包装材料，采取真空和充气包装。 防霉腐包装技术防霉腐包装技术n 真空包装法也称减压或排气包装法。这种包装可阻挡外界的水汽进入包装容器内，也可防止在密闭包装内部存有潮湿空气，在气温下降时结露。采用真空包装法，要注意避免过高的真空度，以防损伤包装材料。 n 防止运输包装内货物发霉，还可使用防霉剂，防霉剂的种类甚多，用于食品必须选用无毒防霉剂。n 机电产品的大型封闭箱，可酌情开设通风孔或通风窗等相应的防霉措施。思考题：n1、什么叫材料的透湿性?薄膜透湿性与哪些因素相关?n2、如何进行产品的防潮包装设计?n3、简述干燥剂用量计算方法与程序。
