防潮包裝概念原理

防潮包裝一、包裝產(chǎn)品與水蒸氣包裝件在儲存與流通過程中均易遭受空氣中水蒸氣的影響，以致內(nèi)裝物品品質(zhì)降低，甚至完全失去食用價值。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(nèi)裝物的侵襲，避免其潮濕、變質(zhì)、發(fā)霉、腐爛、銹蝕等。1．空氣中的水蒸氣和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。

當相對濕度處于飽和狀態(tài)時，在常溫范圍內(nèi)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(jié)。在較高溫度下進行包裝作業(yè)，封入包裝內(nèi)的空氣相對濕度處于被包裝物品所允許的范圍內(nèi)，但當溫度降低，包裝內(nèi)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。

2．包裝內(nèi)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(nèi)的相對濕度高于其臨界濕度，則被包裝物品容易變質(zhì)。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(nèi)相對濕度超過該值，則含水率上升，茶葉品質(zhì)就急劇劣變。黑火藥在包裝內(nèi)的相對濕度為65％時，含水率在0.7%－1.0%范圍內(nèi)，其使用性能變化不大，若包裝內(nèi)相對濕度升高，則它將吸收水分而受潮結(jié)塊，造成點火困難、降低燃燒速度而影響使用。二、防潮包裝的原理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(zhì)；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度（率）。

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(cè)的壓力作用下，首先滲入包裝材料（如塑料薄膜）內(nèi)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(cè)一面向外散發(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(cè)的壓強為p１，在低壓側(cè)的壓強為p２，氣體濃度為c，高濃度為c1，低濃度為c2

。

根據(jù)費克第一擴散定律,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)亨利定律，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(zhì)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(nèi)，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(zhì)量，單位為g·cm/（cm２·s·kPa)；p1p2—

包裝材料兩側(cè)的壓強，p1為高壓側(cè)壓強，P2為低壓側(cè)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/（cm3·kPa）；(2)表明水蒸氣透過包裝材料的質(zhì)量與包裝材料透濕系數(shù)成正比，與包裝材料兩側(cè)的壓力成正比，與材料的厚度成反比。2．水蒸汽的透濕度（率）與透濕系數(shù)透濕系數(shù)（P）：單位時間內(nèi)，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(zhì)量，單位為g·cm·cm-2

·s-1

·KPa-1。透濕度（Q，透濕率）：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(zhì)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(nèi)透過包裝材料的水蒸氣量，即該材料的透濕度（率）（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(3)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通過式（2）(3)可求得

可得到溫度為40℃條件下的透濕度（率）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(cè)的濕度差進行換算（5）三、防潮包裝設計與計算

1．防潮包裝的類型第一類是為了防止被包裝物品吸收或排出水分，保證物品品質(zhì)穩(wěn)定而采用的防潮包裝方法，即用阻隔性能良好的材料進行包裝，以防止被包裝物品的水分增加或丟失。典型被包裝品為食品、纖維制品、皮革等有機物品。第二類是包裝內(nèi)部采取一定的干燥方法，吸收包裝內(nèi)部的水分和從包裝外部滲透進來的水分，以減緩包裝內(nèi)部濕度上升的速度。2.第一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(zhì)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(nèi)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；

玻璃、陶瓷和金屬包裝材料的透濕度可視為零，是最好的防潮包裝材料。塑料包裝材料中適宜用于防潮包裝的單一材料有：PE、PP、防潮玻璃紙等，這些材料阻濕性及熱封性能較好，可單獨用于要求不高的防潮包裝。但在防潮包裝上大量使用的還是復合薄膜，能滿足各種包裝的防潮要求，復合材料的防潮性能，是各層薄膜防潮性能的總和。當各層材料的透濕度分別為Q1，Q2，……，Qn時，復合薄膜的透濕度為1/Q=1/Q1+1/Q2+……+1/Qn，對用同一種塑料薄膜層合的多層薄膜，其透濕度與疊合的層數(shù)成反比。

例1：濕敏性食品烤饃片，干燥時重100g，裝入厚度為0.003cm的聚丙烯(CPP)薄膜袋中，包裝面積650cm2

；該食品干燥時含水率為2%，不會變質(zhì)的允許最大含水率為5.5%，圖10-7是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(huán)境中，計算其儲存期是多少天？解：

W=100g，c1=2%，c2=5.5%，

A=650cm2=0.065m2

查表10-7，得0.003cm厚度的CPP，在40℃和（90-0）%RH的環(huán)境條件下，其透濕度（率）Q40=10g.m-2.(24h)-1

查表10-6，插值求得CPP在22℃時的K=0.196×10-2

根據(jù)圖10-7，烤饃片的含水率為2%時平衡相對濕度為8%，5.5%時相對濕度為43%。為使儲存期的估算更為準確，包裝內(nèi)濕度取初使和允許最大相對濕度的平均值，即（8%+43%）/2=25.5%，h2=25.5；包裝件貯存流通環(huán)境的平均相對濕度為70%，h1=70。將上述數(shù)據(jù)代入式（8）

W=100g，c1=50%，c2=30%，A=700cm2=0.07m2h1=40,h2=(70+50)/2=60,tθ=18×30=540d將上述數(shù)據(jù)代入式（8）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)品允許干燥含水率為30%-80%，對應的相對濕度為50%-85%?，F(xiàn)該產(chǎn)品干燥含水率為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：查表10-6，溫度24℃，插值，當K=0.250×10-2，則Q40=10.6＞表10-7中9.0，可選用HDPE；當K=0.232×10-2，則Q40=11.4＞表10-7中10.0，可選用CPP；