包装工艺学第十章.ppt
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1、第三篇 专用包装工艺,工程技术学院包装工程专业: 王桂英,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,第十章 环境防护包装工艺,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; 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 一、包装产品与水蒸汽的关系 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装所处的外界条件有关。 1、水蒸气的来源-主要来自大气。,相对湿度
2、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 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。,2、包装产品的吸湿特性 (1) 什么样的产品要进行防潮包装? 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。 (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;
3、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。,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。,二、防潮包装原理,1、防潮包装的目的与方法 (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。 (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。 (3) 防潮
4、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;,(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。 (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,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
5、); 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);,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); 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 = Pwv40p409
6、0K/ p,-10-100时饱和水蒸汽压强值(KPa),各种薄膜在不同温度下的K值,包装用塑料薄膜在不同温度下的透湿率与透湿系数,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。 (1)经验公式 范特霍夫规则 PT+10/PT=24 (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,结论: 在一定温度条件下,渗透系数是一个常数; 从阿伦尼乌斯方程
7、可知,温度对渗透系数有显著影响; 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。,(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。 三、防潮包装的设计与计算 防潮包装的分类 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,常用干燥剂类型:吸附型(硅胶、泡沸石Al2O3+SiO2、分子筛和铝凝胶活性氧化铝)和潮解型(生
8、石灰)。,各种干燥剂,(1) 采用较低透湿率材料包装时,干燥剂用量计算 =(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。,(2) 采用较透湿率为零的材料作包装时,干燥剂用量 计算 =(eV/
9、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。,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。 对小批生产的小容器,可用下式计算: =V/(2K0) (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
10、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?,2、第二类防潮包装设计与计算,(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。 (2)根据给定的包装材料,按照被包装产品的条件,验算是否能满足储存期限的要求。 用透湿系数Pwv.表示的储存期公式: T=qwv.d/Pwv.(P1-P2) A(s) 用
11、透湿率Q40表示的储存期公式: T=qwv./A Q40(h1-h2)K (天),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.(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,环境
12、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, 该产品的容许透湿量量为: qwv.22=200(8%-3%)=10g 求包装材料两侧水蒸汽分压差: a.包装外侧分压差p1。由表10-2可知,22饱和水蒸气的压强为p22=2.670kPa,相对湿度为70%时,水蒸气
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- 包装 工艺学 第十
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