包装工艺学第十章.ppt
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1、 东北林业大学 第三篇 专用包装工艺 工程技术学院包装工程专业: 王桂英 专用包装工艺 第十章 防护包装工艺 第一节 防潮包装 第二节 防水包装 第三节 防伪包装 本章重点:防潮包装、防水包装 专用包装工艺 第十章 环境防护包装工艺 v 环境防护包装: 防止环境对包装内容物的影响而采 取一定的防护措施的包装。 防潮包装: 针对自然环境因素; v 防护包装 防水包装: 针对自然环境因素; 防伪包装: 针对社会环境因素; 第一节 防潮包装 v 一、包装产品与水蒸汽的关系 v 采用防潮包装的目的:隔绝大气中的水分对被包装 产品的作用,避免其变质、发霉、受潮、生锈等。防 潮包装与包装产品的吸湿特性和包
2、装所处的外界条件 有关。 v 1、水蒸气的来源-主要来自大气。 专用包装工艺 v 相对湿度RH RH=(p/p0) 100% RH 相对湿度 p 空气中水蒸气 分压力 p0 饱和水蒸气压 力 v 由右表可以看出,在相对 湿度一定的条件下,温度, 大气中含水量;温度, 大气中水蒸气达到过饱和状 态产生水分凝结,或相对湿 度升高。 专用包装工艺 v 2、包装产品的吸湿特性 v (1) 什么样的产品要进行防潮包装? v 容易吸收水分或表面吸附水分,引起潮解、长霉 和腐蚀的产品。 v (2) 水分活性(Water Activity) 引起食品腐败的最低水分含量,也就是微生物 生长、繁殖所需要的最低水分
3、含量,称作水分活性。 Aw = P/P0 = nA/(nA+nB) P 溶液的蒸汽压,食品中的水蒸气分压; P0溶剂的蒸汽压,纯水的蒸汽压; nA 溶剂的摩尔分数; nB 溶质的摩尔分数,食品中的砂糖、盐和其它可溶性 调味品。 专用包装工艺 水分活性(Water Activity, Aw) 食品中被微生物利用的实际含水量。Aw值反映了溶 液和作用物的水分状态,每种微生物只能在一定的Aw值 范围内生长。 AW微生物生长能力 0.980.99大多数微生物生长 0.800.8512周内,霉菌等引起变质 0.70较长时间防止微生物生长 0.65 极少数微生物有生长可能,较长期不变质 专用包装工艺 二、
4、防潮包装原理 v 1、防潮包装的目的与方法 v (1) 防潮包装的概念 就是采用防潮包装材料对产品进行包装,隔绝外界湿 气对产品的影响,同时使包装内的空气保持干燥,达到被包装物 品处于临界相对湿度以下,以达到防潮目的包装。 v (2)为什么要进行防潮包装? 防止产品脱湿而变质; 防止产品受潮而发霉; 防止金属极其制品的变色和生锈; 防止易吸湿产品潮解。 v (3) 防潮包装方法 静态干燥法:采用干燥剂,适合中小包装或有限期的包 装; 动态干燥法:采用降湿机械,适合大型包装和长期储存 包装; 专用包装工艺 v (1) 包装材料的渗透率 就是在单位面积上、 单位时间内水蒸气和气体的渗 透量,对于水
5、蒸气,单位为 Qwv=g/(m224h);对于气体, 单位为Qg=cm3/(m224h),渗 透率与阻隔性成反比。 v (2)渗透机理 d 包装材料厚度; P1,P2 气体在高、低压 侧 的压强; C1,C2气体浓度,C1为高 浓度;C2为低浓 度。 2、渗透机理 专用包装工艺 根据费克第一扩散定律和亨利定律,则有: m=DS(p1-p2)/d P=DS 其中:m 单位时间,单位面积上的渗透量, 对水蒸气为:g/(scm2); 对于气体,单位为: cm3/(scm2); p1,p2包装材料两侧的压强,p1为高侧,p2为低 侧 压强,kPa; d 包装材料的厚度,cm; D 水蒸气或气体在包装材
6、料中的扩散系数, cm2/s; S 水蒸气或气体在包装材料中的溶解度系数 ,单位 为g/(cm3kPa)或cm3 /(cm3101.325kPa); 专用包装工艺 P - 水蒸气或气体透过包装材料的渗透系数, 单位 为gcm/(cm2skPa)或 cm3cm/(cm3s101.325kPa); v 3、渗透系数 在防潮包装设计中,主要考虑水蒸气的渗透 系数,也称透湿系数,以Pwv(wv: water vapor)表示 。 Pwv = Pwv40p4090K/ p 专用包装工艺 -10-100时饱和水蒸汽压强值(KPa) 专用包装工艺 各种薄膜在不同温度下的K值 专用包装工艺 包装用塑料薄膜在不
7、同温度下的透湿率与透湿系数 专用包装工艺 v 借助于物理化学中化学反应动力 学的理论,研究在渗透中各个因素 (温度、湿度、浓度、压力、材料 等等)对渗透速度的影响。以温度 对反应速度影响为例。 v (1)经验公式 范特霍夫规则 PT+10/PT=24 v (2)定量公式(阿仑尼乌斯方程 ) Pwv=P0exp(-E/(RT) 其中:P0 - 指前因子 E 活化能, Jmol- 1 T 热力学温度,K 4、渗透反应动力学 R 摩尔气体常数,8.314Jmol-1K-1 专用包装工艺 结论: (1)在一定温度条件下,渗透系数是一个常数; (2)从阿伦尼乌斯方程可知,温度对渗透系数有显著影响; (3
8、)活化能越高,渗透系数越小,渗透反应速度就越慢;反之亦然。在 选择包装材料时,应选择活化能较高,渗透系数较小的材料。 专用包装工艺 (4)活化能较大,温度对渗透系数的影响越显著;活化能较 小,温度对渗透系数的影响也较小; (5)指前因子P0与活化分子发生渗透反应的速度有关。 v 三、防潮包装的设计与计算 防潮包装的分类 v 1、第一类防潮包装的设计与计算 采用干燥剂和透湿率低的防潮包装材料。 保护产品质量,防止 产品增加水分,加入 干燥剂 防止被包装物品吸 收或排除水分,采 用低透湿率的防潮 包装材料 专用包装工艺 v 常用干燥剂类型:吸附型(硅胶、泡沸石 Al2O3+SiO2、分子筛和铝凝胶
9、活性氧化铝)和潮解 型(生石灰)。 专用包装工艺 各种干燥剂 专用包装工艺 v (1) 采用较低透湿率材料包装时,干燥剂用量计算 v =(K1ARM+K2D)/K0 其中: -干燥剂用量,kg; A -防潮包装总面积,m2; R -防潮包装材料的透湿率,g/(m224h); M -包装储运的最长保护期限,月; D -衬垫材料的质量,kg; K0 干燥剂的吸湿率关系系数( K0 = Kb / Ka, Ka为细孔硅胶在25、相对湿度为60%时的 吸湿率,为30%; Kb为其它干燥剂在同样温 度、同样条件下的吸湿率 ); K1 储运地区气候的温、湿度关系系数; K2 衬垫材料吸湿率关系系数。 专用包
10、装工艺 专用包装工艺 v (2) 采用较透湿率为零的材料作包装时,干燥剂用 量 计算 =(eV/950+K2D)/K0 其中:-干燥剂用量,kg; e-包装场所绝对湿度,kPa; V-包装件的容积,m3; K0 干燥剂的吸湿率关系系数( K0 = Kb / Ka, Ka为细孔硅胶在25、相对湿度为60% 时的 吸湿率,为30%; Kb为其它干燥剂在同 样温 度、同样条件下的吸湿率 ); K2 衬垫材料吸湿率关系系数。 专用包装工艺 v 当包装场所的绝对湿度单位用g/m3时,可用下式计 算 =(aV/70+K2D)/K0 其中:-干燥剂用量,kg; a -包装场所绝对湿度,g/m3。 对小批生产
11、的小容器,可用下式计算: =V/(2K0) v (3)干燥剂用量计算实例 例10-1: 采用厚度为0.08mm的低密度聚乙烯薄膜 ,(透湿率为11g/m224h)包装一台仪器,包装的全表面 积为1m2,储运时间为5个月,其中在温带地区(平均温度 为20,平均相对湿度为75%),储运3个月,在热带地区( 平均温度为30,平均相对湿度为90%),储运2个月,内 装物品带有瓦楞纸箱吸湿性衬垫材料1kg,问需要多少 干燥剂? 专用包装工艺 2、第二类防潮包装设计与计算 v (1) 根据被包装产品的性质、防潮要求、储存期限 、形体特征和使用特点来合理选用防潮包装,设计包装 容器和包装方法。 v (2)根
12、据给定的包装材料,按照被包装产品的条件, 验算是否能满足储存期限的要求。 v 用透湿系数Pwv.表示的储存期公式: T=qwv.d/Pwv.(P1-P2) A(s) v 用透湿率Q40表示的储存期公式: T=qwv./A Q40(h1-h2)K (天) 专用包装工艺 例10-1: 某种湿敏感性产品,干燥时重为200g, 装入厚度为0.03mm的聚偏二氯乙烯(PVDC)塑料袋中, 包装的全表面积为1300cm2;该产品干燥时含水量为3% ,允许最大含水量为8%;如果储存在平均温度为22 和相对湿度为70%的环境中,计算储存期是多少天? 用两种方法计算 (1)用透湿系数计算 T=qwv.d/Pwv
13、.(P1-P2) A(s) 10-14a 确定在22时的透湿系数Pwv.22 Pwv22 = Pwv40P4090K/ P 由表10-4可知,0.03mm的PVDC,在40 和 90%RH的 专用包装工艺 环境条件下,其透湿系数为: Pwv40=0.1310-11g.cm/cm2.s.kPa 由表10-2可知,在40时的饱和水蒸气压强为: p40=.36kPa 用插值法求得22时的饱和水蒸气压强为 p22=2.670kPa 由表10-3插值法求得在22时的K值为: K=0.16510-2 用上面的数值代入10-14a中得: Pwv22=0.05310-11g.cm/cm2.s.kPa 专用包装
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