第五章防潮包裝理論與方法2012-3-23第五章防潮包裝理論與方法一二三四

防潮包裝材料概述包裝產(chǎn)品與水蒸氣防潮包裝設計與計算防潮包裝原理第一節(jié)、防潮包裝材料概述一、防潮包裝的作用和被包裝物的分類防潮包裝，通常保護的是那些受潮后，質量會受到影響的產(chǎn)品如藥品、酥脆食品、金屬制品、水泥等，這些產(chǎn)品受潮后會綿軟、氧化、發(fā)霉、結塊、銹蝕，嚴重的會失去使用價值。但對于那些本身含水量較高，失去水分變干后同樣會使質量受到影響的產(chǎn)品，如蛋糕、面包、牙膏等，防潮包裝同樣重要。因此，防潮包裝可把產(chǎn)品同外界隔絕起來，免受外界水蒸氣變化的影響，保證產(chǎn)品在儲存期內不致因外界水蒸氣變化而引起變質。餅干水泥需要防潮包裝的產(chǎn)品(失去水分會變質)蛋糕牙膏化妝品非吸濕性產(chǎn)品(金屬)二、防潮包裝材料不能透過或難于透過水蒸氣的包裝材料叫做防潮包裝材料。常用的防潮包裝材料有金屬、玻璃、復合材料、塑料、油脂或蠟的加工材料。

金屬玻璃金屬高阻隔復合塑料薄膜

防潮包裝材料的防潮性取決于它的透濕率，而透濕度又受溫度和材料兩側的濕度等的制約。透濕率可以定義為：在一定的溫濕度條件下，處于透濕恒定狀態(tài)的防潮材料，在單位時間內單位面積上所透過的濕氣量，單位是g/（m2.24h）。防潮材料的透濕率越小，防潮性能就越好，各種防潮材料的透濕度差別很大，防潮包裝材料的大致分類防潮材料分類

透濕率，g／(m2.24h)輕度防潮材料

100普通防潮材料

50高度防潮材料

15相當高度防潮材料

5極高度防潮材料

1真正防潮材料

0

各種包裝材料的透濕率，在設計防潮包裝時，僅可做為參考數(shù)據(jù)。

通常環(huán)境的溫濕度變化較大，材料的透濕率將有很大差別，因為溫度高，濕度梯度大，水蒸氣擴散速度增大，透濕率就會增加，反之則減少。此外，防潮材料的透濕率與其厚度成反比，即材料的厚度越大，其透濕度越低，但對有些較薄的防潮材料，如鋁箔以及某些極薄的塑料薄膜，在制造過程中會產(chǎn)生構造不均勻性及氣孔，這時濕氣就會通過這些氣孔透過，所以這些材料的防潮性能就可能較差。但如果把同樣的薄膜層合起來，則透濕率就會大大降低。三、防潮包裝材料的選擇在進行防潮包裝設計時，首先根據(jù)下面數(shù)據(jù)算出所要求的材料透濕率，然后找出符合要求的防潮包裝材料。對防潮要求不太高時，可以采用防潮能力較差的材料，如防水紙、石蠟紙、聚氯乙烯加工紙等；對防潮要求稍高時，可采用聚乙烯加工紙，聚乙烯塑料膜等；對防潮性能要求高時，可采用具有一定厚度的鋁箔及鋁箔復合材料等；對防潮要求特別高時，可采用金屬或玻璃容器。四、干燥劑

干燥劑是一種容易吸收水分的物質，它能吸收一定空間的水蒸氣，降低這一空間的相對濕度。需要使用干燥劑防潮的物品有：內裝物屬非吸濕性的金屬制品，若水氣透入包裝不易外泄，易產(chǎn)生結露現(xiàn)象，導致金屬生銹，所以在環(huán)境封存或封套式防銹包裝中要使用干燥劑；還有一些吸濕易變質的物品如藥片、某些小食品等在防潮包裝時也可加干燥劑。對一些不宜過分干燥的商品(如紙制品、針棉織品等)，不宜使用干燥劑，以免商品過分脫水而影響質量，甚至變質損壞。

干燥劑只能應用在密封的包裝中，若使用在非密封包裝中時，干燥劑會很快吸飽水分，不能再起干燥作用，當外界濕度下降時，干燥劑又會放出水分，反而會促進被包裝產(chǎn)品的腐蝕或變質。使用干燥劑的包裝所用的包裝材料，其透濕率要小，密封性要好。被包物及內襯材必須事先干燥后再放人包裝容器內，盛放干燥劑的容器應能便于干燥劑吸收防潮包裝內的濕氣，而其粉塵又不會落到內裝物上。干燥劑應用透氣性良好的細布袋、無紡布袋包好，或放在有小孔的金屬罐內。為便于使用，可將干燥劑分裝成—定量值(或常用量值)，并按重量分別盛裝，方便使用。干燥劑小袋應均勻地分散在防潮包裝內，使包裝內所有空間都能受到干燥劑的去濕作用，或放在被包裝物需要干燥的部位或附近，但不得直接放在被包裝產(chǎn)品上。不得與金屬或油漆表面直接接觸，對于藥品等小型包裝，可將干燥劑壓成片狀，放于瓶蓋與襯墊之間。

包裝常用的干燥劑有吸附型和潮解型兩類。吸附型有硅膠、鋁凝膠、分子篩等；潮解型主要是用生石灰。硅膠干燥劑

硅膠，其表面覆蓋著羥基，所以有較強的吸濕能力。硅膠是乳白色或半透明的顆粒狀物質，無毒、無味，質地堅硬，不易破碎。硅膠的比表面積大，吸濕面積大，在防潮包裝中使用較多的是孔徑為10～20的細孔硅膠。為了能直接觀察到硅膠的吸濕程度，常將硅膠用氯化鈷溶液處理，制成變色硅膠，這種變色硅膠干燥狀態(tài)時為藍色，當吸濕度高于40％時就會變成淡紅色；也可將原色硅膠中摻入部分變色硅膠，用以指示硅膠的吸濕程度。硅膠在吸濕后可以通過加熱，使其脫濕再生，對變色硅膠可在110～120℃溫度下，烘干3～4個小時即可。也可以使用微波爐進行烘干，使用微波爐進行烘干時要注意攪拌，以使其干燥均勻。烘干結束后應冷卻至60～70℃，然后立即貯存在密封的容器內，以備應用。分子篩□

在超低濕度下(RH5%以下)仍然能大量吸收水氣；而且控濕能力強。

□

無毒無害，化學性質穩(wěn)定，有很強的機械強度；顆粒均勻；吸附孔徑均勻。因其特別的吸附性能被廣泛應用于生物制藥與IC封裝測試等高精尖領域。

潮解型干燥劑—生石灰活性陶土干燥劑原理

外觀灰色規(guī)則不光滑球型顆粒狀，凹土原礦篩選，經(jīng)磨粉—造?！邷鼗罨瑹o毒害，環(huán)保型，可自然降解，吸濕能力是硅膠的1.3倍，重金屬含量低于歐盟ROHS標準及索尼GP標準。

適用范圍：適用于電腦資訊設備業(yè)、精密機械業(yè)、光學鏡片儀器業(yè)、半導體封裝測試及各種電子產(chǎn)品之防潮除濕。

標準

符合各國標準，如美軍標準（MIL-D-3464E）、日本工業(yè)標準（JISZ0701）及德國工業(yè)標準（DIN55473）。

規(guī)格2~~1500g

蒙脫石在較低濕度（RH20%）下具有與硅膠同樣優(yōu)秀的吸濕能力。

□

天然膨潤土礦經(jīng)破碎，分篩，烘干而成；無毒無害；綠色環(huán)?？勺匀唤到?；物美價廉，有著極高的性價比；是國際干燥劑應用的趨勢。

活礦干燥劑

活礦干燥劑是利用凹凸棒粘土資源經(jīng)科學加工制成，由于凹凸棒粘土具有特殊的纖維狀、多孔結構，產(chǎn)品具有吸附活性、靜態(tài)減濕和去除異味等功能，廣泛應用于封存食品、藥品、服飾、軍工、電子、遠洋集裝箱的空氣干燥?；畹V干燥劑與硅膠干燥劑相比，具有價格低廉、吸濕速度快、制造成本低、吸附能力強、無毒無味、無環(huán)境污染等優(yōu)點，是一種健康綠色環(huán)保產(chǎn)品，是硅膠干燥劑的升級換代產(chǎn)品。活礦干燥劑活性炭活性碳材質可選：椰殼活性炭，竹炭、木質顆?；钚蕴浚砂纯蛻粢笊a(chǎn)。

活性碳脫臭劑技術指標

（1）吸濕率高，吸附速度快，比表面積大.

（2）除吸濕外，還可吸附其它有害氣體（如甲醛、苯）和異味（如氨氣）.

（3）無毒、無害、無腐蝕、無污染、無放射性，

（4）吸附持續(xù)時間長。

（5）純物理吸附，無二次污染。

活性碳干燥除味劑主要用途

1、食品：甜點（煎餅、米雪、小甜餅），海苔，香菇，調味劑等。

2、醫(yī)藥品：PTP包裝的膠囊，鎮(zhèn)定劑等。

3、保健品：維他命，鈣片等。

4、家用：室內、車內空氣凈化、冰箱、衣柜，被褥，包，鞋，家具除異味等。

5、其他：照相機（防止透鏡發(fā)霉），膠卷，磁帶，樂器，精密儀器等。

6、各類產(chǎn)品包裝箱內除味、脫臭、防潮，特別是有害、有毒氣體超標等。

7、適用于醫(yī)藥、食品、遠洋運輸、電子、精密儀器、皮革、圖書檔案、中空玻璃、潮濕地區(qū)防濕、庫房等一切因受潮而發(fā)霉、變質、腐爛物品的防霉，防潮。

活性碳除味劑產(chǎn)品特點：

1）大小、尺寸、形狀可自由取定（5g，10g，20g，30g，50g,100g)。

2）可利用片狀干燥劑表面印刷商品說明書、廣告或做成商品墊。

3）利用商品的包裝空間安放，不特別占用空間。

4）有高效、持續(xù)的吸濕力。

5）具有保鮮物質、除濕、防霉、殺菌等功效。

5）能由容量的大小來控制干燥脫臭能力的大小。

在密封防潮包裝中，干燥劑的用量與防潮材料的透濕度、儲存期、防潮包裝的總表面積等多種因素有關，干燥劑的用量按GB公式計算，或者參照包裝工藝課程內容．一．空氣中的水蒸氣和相對濕度1、相對濕度在溫度一定的條件下，相對濕度越大，空氣中水蒸氣的含量也越多。即（1）式中RH%—相對濕度；

—空氣中水蒸氣分壓力；

—飽和水蒸氣壓力。顯然環(huán)境空氣中相對濕度的大小，可以反映出空氣中水蒸氣的含量對包裝品的影響。

第二節(jié)包裝產(chǎn)品與水蒸氣

當相對濕度處于飽和狀態(tài)時，在常溫范圍內空氣的含水量如下表所示，隨溫度升高，空氣中飽和水蒸氣的含水量增多。當空氣中絕對含水量不變時，若空氣溫度升高，相對濕度下降，若溫度下降，相對濕度升高，當空氣中的水蒸氣含水量達到過飽和狀態(tài)時，會產(chǎn)生水分凝結。在較高溫度下進行包裝作業(yè)，封入包裝內的空氣相對濕度處于被包裝物品所允許的范圍內，但當溫度降低，包裝內相對濕度上升，有可能超過被包裝物品能承受的范圍。因此，控制防潮包裝在密封時的溫度及封入的空氣相對濕度，具有重要意義。二．包裝內裝物的吸濕特性被包裝物品通常具有臨界相對濕度，包裝內的相對濕度高于其臨界濕度，則被包裝物品容易變質。如金屬及其制品的表面容易吸附空氣中的水分而形成水膜，水膜達到一定厚度，就會開始劇烈地腐蝕。水膜形成的濕度條件就稱為金屬的臨界腐蝕濕度。

茶葉的臨界含水量為5.5%，與其相對應的平衡濕度為50%，該濕度為其臨界相對濕度。若包裝內相對濕度超過該值，則含水率上升，茶葉品質就急劇劣變。

黑火藥在包裝內的相對濕度為65％時，含水率在0.7%－1.0%范圍內，其使用性能變化不大，若包裝內相對濕度升高，則它將吸收水分而受潮結塊，造成點火困難、降低燃燒速度而影響使用。概念：平衡含水量一些產(chǎn)品（比如茶葉，黑火藥），處于相對濕度固定的環(huán)境條件中，產(chǎn)品中的含水量在一段時間后達到一個穩(wěn)定的值，我們說產(chǎn)品的含水量達到了平衡，我們稱這個含水量為這一產(chǎn)品的平衡含水量。第三節(jié)防潮包裝原理

防潮包裝：就是采用有隔絕能力的防潮材料、防潮技術，對產(chǎn)品進行包封，隔絕外界濕氣對產(chǎn)品的影響，同時使包裝內的空氣保持干燥，達到被包裝物品的臨界相對濕度以下（以上），以達到防潮（防干燥）目的的一種包裝方法。一.防潮包裝的目的①防止含有水分的食品、果品等因脫濕（干燥）而發(fā)生變質；（防干燥，廣義防潮）②防止食品、纖維制品、皮革等有機材料因受潮而促進霉菌的生成；③防止金屬及其制品的變色和生銹；④防止易吸濕產(chǎn)品，如肥料、水泥、農(nóng)藥、醫(yī)藥、火藥等，潮解變質。（所以防潮包裝是防干燥、防霉、防銹包裝的基礎）二.防潮包裝的方法①

靜態(tài)干燥法靜態(tài)干燥法是用裝入包裝內一定數(shù)量的干燥劑，吸去內部的水分來防止被包裝物受潮，其防潮能力決定與包裝材料的透濕性、干燥劑的性質和數(shù)量、包裝內空間的大小等等。一般適合于小型包裝和有限期的防潮包裝。②

動態(tài)干燥法采用降濕機械，把經(jīng)過干燥除濕的空氣輸入包裝內，將包裝內潮濕的空氣換出，達到控制包裝內的相對濕度，使包裝物保持干燥狀態(tài)，這種方法適合于大型包裝和長期儲存包裝。三、防潮包裝透濕機理1．滲透機理

一般氣體都有從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴散的性質；空氣中的濕度也有從高濕度區(qū)向低濕度區(qū)進行擴散流動的特性；要完全阻隔這種流動在包裝容器中的進行，只有采用一定厚度的金屬或玻璃容器才能達到。而現(xiàn)在廣泛應用的包裝材料是塑料薄膜及其復合薄膜，不能達到完全阻隔的目的；所以包裝容器的阻隔性，在很大程度上取決于所用包裝材料的透濕率（度）。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，首先溶解于包裝材料（如塑料膜）內表面c1，然后水蒸氣在包裝材料中由高濃度向低濃度進行擴散(c1>c2)，最后在低壓側(p2)一面向外揮發(fā)。氣體對包裝材料的滲透過程可用圖10－5表示。設包裝材料厚度為x，氣體在高壓側的壓強為p１，在低壓側的壓強為p２，氣體濃度為c，高濃度為c1，低濃度為c2

。根據(jù)Fick第一擴散定律,單位時間、單位面積的氣體滲透量與濃度梯度成正比，可用下式表示：式中為濃度梯度，負號是因為從高濃度向低濃度擴散，Ｄ為擴散系數(shù)。即兩端積分根據(jù)Henry溶解定律，在一定溫度下，水蒸氣或氣體溶解在包裝材料中的濃度，與該氣體的分壓力p成正比，即c=Sp式中S稱溶解度系數(shù)，用單位體積中所溶解水蒸氣質量或氣體體積來表示。因此得式中，取P＝DS，并命名P為透濕系數(shù)則或m—水蒸汽在單位時間s、單位面積cm２上的滲透量，單位g/(s·cm2)；P—即材料的透濕系數(shù)，單位時間內，單位壓差（相對濕度差）下，透過單位面積和單位厚度材料的水蒸氣質量，單位為g·cm/（cm２·s·kPa)；p1p2—包裝材料兩側的壓強，p1為高壓側壓強，P2為低壓側壓強，單位kPa；D—水蒸氣在包裝材料中的擴散系數(shù)，單位cm２／s；S—水蒸氣在包裝材料中的溶解度系數(shù)，單位g/（cm２·kPa）；表明水蒸氣透過包裝材料的質量與包裝材料透濕系數(shù)成正比，與包裝材料兩側的壓力成正比，與材料的厚度成反比。(2)2．水蒸汽的透濕率（度）與透濕系數(shù)

透濕系數(shù)（P）：單位時間內，單位蒸氣壓差下，透過單位面積和單位厚度材料的水蒸氣質量，單位為g·cm·cm-2·s-1·KPa-1。

透濕率（Q，透濕度）：指在一定的相對濕度差下、一定厚度的材料，1m2面積經(jīng)24h所透過的水蒸氣質量，單位為g·m-2·24h-1。我國目前參照日本TLS-Z-0208的標準操作，即有效面積1m2的包裝材料在40℃條件下、一面保持相對濕度90%RH，另一面用無水氯化鈣將空氣完全干燥，然后用儀器測定24h內透過包裝材料的水蒸氣量，即該材料的透濕率（度）

（該標準條件下的透濕度用Q40或R表示）。塑料薄膜在不同溫度、濕度條件下其透濕度有很大差別，當溫度高、濕度梯度大時，水蒸氣擴散速度會增大，反之則降低。

由于包裝材料處于經(jīng)常變化的流通條件下，受儲存環(huán)境溫度和濕度的影響很大，在不同的溫度、濕度條件下，水蒸氣在單位時間和單位面積上透過包裝材料的滲透量有很大的差異，溫度高，濕度梯度大，水蒸氣的滲透速度就會增大；反之就會降低。關于它所表現(xiàn)的動力學行為，在下面還要作進一步討論。

水蒸氣滲透量qwv

與m之間的關系為：

m=qwv/At式中

m―水蒸汽在單位時間s、單位面積cm２上的滲透量，單位g/(s·cm2)qwv―水蒸氣滲透量，gA―塑料薄膜包裝總面積，cm2

t―時間，s（3）通過式（2）(3)可求得

可得到溫度為40℃條件下的透濕率（度）為：式中―Q(g﹒m-2﹒24h-1

)與P(g﹒cm﹒cm-2﹒s-1﹒kPa-1)之間的面積與時間單位換算因子（1m2﹒24h=864×106cm2﹒s=fcm2﹒s)

（4）如果在溫度40℃條件下測得的薄膜透濕率為Q40

，在任意溫度θ℃條件下測得的薄膜透濕率為Qθ，則它們之間的關系可寫為：式中Q40

、Qθ—某種薄膜在溫度40℃、θ℃條件下的透濕度（率），g﹒m-2﹒24h-1

Pwv.40、Pwv.θ—某種薄膜在溫度40℃θ℃條件下的透濕系數(shù)，g﹒cm﹒cm-2﹒s-1﹒kPa-1P40、Pθ—在溫度為40℃、θ℃時飽和水蒸氣壓強，kPaK—薄膜在θ℃條件下的系數(shù)令：則：表明同一薄膜，在不同溫度下的透濕度，可通過系數(shù)K及薄膜兩側的濕度差進行換算（5）第四節(jié)防潮包裝設計與計算一、防潮包裝方法分為兩類第一類為保護物品質量，防止被包裝物品增加水分而采用的包裝方法，即在包裝容器內裝入一定數(shù)量的干燥劑，吸收包裝內的水分和吸收從包裝外滲透進來的水分，以減緩包裝內濕度上升的速度，延長防潮包裝的儲存期。第二類是為了防止被包裝物體吸收或排出水分，保證產(chǎn)品的性能穩(wěn)定而采用的防潮包裝方法，即用低透濕率的防潮包裝材料進行包裝，以防止被包裝物品內水分丟失。這里我們只介紹第二類防潮包裝設計與計算.二.第二類防潮包裝設計與計算1、基本參數(shù)如下：W—被包裝物品的質量（g）；C1—被包裝物品的含水量（%）；C2—被包裝物品的允許最大含水量（%）；A—包裝材料的有效面積（m2）；tθ—防潮包裝的有效期（以24h為計算單位）；h1—包裝件貯存流通環(huán)境的平均相對濕度（%）；h2—包裝內的平均相對濕度（%）；K—不同環(huán)境溫度下的包裝材料透濕度的換算系數(shù)；Qθ

—溫度為θ℃，相對濕度差為(h1-h2)%條件下的薄膜透濕度Q40—在溫度為40℃，相對濕度差為（90-0）%的特定條件下測定的薄膜透濕度；被包裝物品所允許的最大吸濕量當時,需要的時間即防潮包裝有效期即二、防潮包裝設計步驟透過包裝的水蒸氣量通過式（5）可得（6）將（7）代入式（6）（7）防潮包裝的有效期為因（8）三．算例其計算方法通過下面實例說明：例1：某種濕敏性產(chǎn)品，干燥時重200g，裝入厚度為0.03㎜的聚偏二氯乙烯（PVDC）塑料袋中，包裝面積為1300㎝2；該產(chǎn)品干燥時含水量為3%，允許最大含水量為8%；如果儲存在平均溫度為22℃和相對濕度為70%的環(huán)境中，問儲存期是多少天？解：（1）按照透濕系數(shù)計算：①

該產(chǎn)品容許水蒸氣滲透量為：

qwv=200×（8%-3%）=10（g）

②求包裝材料兩側的水蒸氣分壓差:A．求包裝外部水蒸氣分壓儲存環(huán)境溫度為22℃。從表10-2中插值求得飽和蒸氣壓強為

2.670Kpa

相對濕度70%時，水蒸氣分壓為

0.70×2.670=1.869KpaB．求包裝內部水蒸氣分壓先根據(jù)圖10-6，求得平衡含水量8%時的相對濕度為67%，3%時為20%。包裝內部平均相對濕度為:（67+20）×10-2/2=43.5%。包裝內部水蒸氣分壓為:

0.435×2.670=1.161KpaC．包裝材料兩側水蒸氣分壓差。

p1-p2=1.869-1.161=0.708Kpa③由表10-4查出，0.03㎜厚度的PVDC，在40℃和(90-0)%RH的環(huán)境條件下，其滲透系數(shù):

PWV·40=0.13×10-11g·cm·cm-2·s-1·Kpa-1④求PWV·22，(公式PWV·22·p22/PWV·40·p40·90=K)查表10-2，p40=7.53Kpa插值得p22=2.67Kpa查表10-3，插值得K=0.166×10-2PWV·22=K·PWV·40·p40·90/p22=0.053×10-11g·cm/cm2·s·Kpa⑤

求得儲存期t為：t=qwv·22·d/(Pwv·22

·(p1-p2)·A)=(10g·0.003cm)/(0.053×10-11g·cm/cm2·s·Kpa)/(0.708Kpa)/(1300cm2)=6.1499102×107s=711天例2某種濕敏性產(chǎn)品，干燥時重100g，裝入厚度為0.03mm的塑料袋中，包裝面積為700cm2，該產(chǎn)品允許干燥含水量為30%~80%，對應的相對濕度為50%~85%?，F(xiàn)在該產(chǎn)品的干燥含水量為50%，相對濕度為70%，如果儲存在平均溫度24℃，相對濕度40%的環(huán)境中18個月，請選擇適宜的包裝材料。解：這是一個防止水分揮發(fā)的計算，即保濕計算1）首先求得包裝外部水蒸氣的分壓力p1q

從表10-3插值可得24℃的飽和水蒸氣壓力pq=3.001kPa，那么在相對濕度為40%的條件下p1q=pq×40%=1.201kPa2）求包裝內部的分壓力p2q包裝內部從相對濕度70%變化到50%的平均濕度為60%，包裝內部在24℃時的平均分壓力為p2q=pq×60%=1.