包裝工藝學(xué)第4章

《包裝工藝》第四章包裝工藝的氣象環(huán)境學(xué)基礎(chǔ)

主講：吉林大學(xué)

生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院

基本內(nèi)容§1氣象因素

1.1溫度1.2濕度1.3風(fēng)力1.4雨雪1.5太陽(yáng)輻射§2環(huán)境因素

2.1氣壓2.2臭氧2.3砂塵與灰塵2.4鹽霧及其它化學(xué)氣體

§3流通環(huán)境與包裝保護(hù)

3.1環(huán)境因素的綜合效應(yīng)

3.2包裝保護(hù)

§1氣象因素1.1溫度(1)溫度與平均溫度。溫度：一般氣象臺(tái)(站)所觀測(cè)的溫度，是指離地面2m高，無(wú)陽(yáng)光直射且空氣流通處的空氣溫度。平均溫度：一般是值一段時(shí)間以內(nèi)的溫度的均值，一般有年平均溫度。（2）高溫與低溫

由于地域不同，各地的高溫情況也不一樣，在我國(guó)以年最高溫度超過(guò)30的天數(shù)來(lái)比較，長(zhǎng)江以南一般有100～150天，黃河流域約75天，東北地區(qū)僅有l(wèi)0天左右。

高溫對(duì)包裝件的運(yùn)輸及儲(chǔ)存有很大影響，特別是一些金屬包裝材料，在烈日暴曬下，表面溫度可高達(dá)60～70℃；由于高溫影響，瀝青油氈還會(huì)出現(xiàn)熔化現(xiàn)象。低溫一般出現(xiàn)在1月，東北的黑龍江省1月的平均溫度在一20～一28℃，南方則在0℃以上。低溫會(huì)使橡膠、塑料等包裝發(fā)生硬化變脆，在外力作用下破裂損壞，如聚丙烯包裝盒在-20℃下跌落時(shí)，即會(huì)發(fā)生破裂。溫差——溫差通常指一天中最高溫度和最低溫度的差。溫差以干熱帶地區(qū)最大，日出前到午后的8h內(nèi)，溫差可達(dá)30度，如非洲沙漠地區(qū)極端情況下可達(dá)40度。溫差大可能會(huì)引起封閉的包裝件內(nèi)產(chǎn)生水氣凝結(jié)現(xiàn)象，從而加速內(nèi)裝物的受潮、腐蝕。另外溫度的變化對(duì)包裝件內(nèi)產(chǎn)品的含水量同樣有著密切的關(guān)系，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的變化，在相對(duì)濕度不變的情況下，溫度的變化可以提高或降低產(chǎn)品中的含水量，同時(shí)溫度的變化還可引起某些產(chǎn)品如易溶品、易熔品、易揮發(fā)液體以及有生理機(jī)能的產(chǎn)品發(fā)生質(zhì)與量的變化，使產(chǎn)品在數(shù)量上和質(zhì)量上受到損失。1.2濕

度

濕度：指空氣中含水量的多少，有絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度兩種計(jì)量表示方法。相對(duì)濕度是在一定溫度下，空氣中實(shí)際水蒸氣壓強(qiáng)與該溫度下的飽和水蒸氣壓強(qiáng)之比，以百分率表示。地球上絕對(duì)濕度的分布隨地理緯度的增高而減小；相對(duì)濕度隨緯度的變化，由赤道到中緯度(約35°)附近是隨緯度增高而降低，由中緯度到高緯度時(shí)，由于氣溫的降低，相對(duì)濕度反隨緯度的增高而增加

濕度的破壞性：當(dāng)高濕伴隨著高溫出現(xiàn)時(shí)，會(huì)使霉菌孢子發(fā)芽生長(zhǎng)，在相對(duì)濕度80～95％、溫度為25～30℃時(shí)，將促使霉菌旺盛繁殖，結(jié)果會(huì)破壞產(chǎn)品的外觀和質(zhì)量。高濕也促使金屬加速腐蝕，一般金屬的臨界腐蝕濕度是：鐵：70％～75％、鋅：65％、鋁：60％～65％，當(dāng)濕度超過(guò)金屬的臨界腐蝕濕度時(shí)，其腐蝕速度即成倍增長(zhǎng)。對(duì)于一些有機(jī)材料，當(dāng)相對(duì)濕度提高后，其吸濕后表面發(fā)脹、變形、起泡，不但影響外觀，還使其老化，機(jī)械性能變壞。濕度低會(huì)使紙張、木材、皮革、塑料等產(chǎn)生干燥收縮、變形，甚至龜裂。

1.3風(fēng)力

風(fēng)力：是風(fēng)作用于暴露物體上的力。風(fēng)力能使包裝件和被包裝物受到損壞。強(qiáng)風(fēng)能夠撕裂固定不牢的儲(chǔ)存包裝件用的防護(hù)罩；風(fēng)還能吹動(dòng)包裝容器而干擾裝卸作業(yè)，并使車(chē)輛的裝載和卸載產(chǎn)生危險(xiǎn)。若采用敞開(kāi)式運(yùn)輸工具，風(fēng)力影響就更為嚴(yán)重。風(fēng)力的計(jì)算風(fēng)對(duì)物體的實(shí)際作用力，是風(fēng)速、風(fēng)向、物體的迎風(fēng)面積和形狀的函數(shù)。

F=CNS(ρv2/2)式中：F—力，N；CN—形狀因數(shù)，無(wú)量綱；

S—垂直于風(fēng)的面積，m2；ρ—空氣密度，kg／m3；V—風(fēng)速，m／s。如果包裝件的一個(gè)面是正方形或長(zhǎng)方形，則形狀參數(shù)CN在1．16～2．0之間，如圖4—3所示，圖中a和b是垂直于風(fēng)向的邊或面的尺寸。對(duì)于形狀較復(fù)雜的物體，CN值可從有關(guān)參考書(shū)中查得。1.4雨雪全球年降雨量以熱帶海洋最多，雨量由低緯度向高緯度漸減，但雨量最豐富的地區(qū)不是在赤道上，而是在北緯5°左右。

在熱帶地區(qū)，常會(huì)發(fā)生雨水落地后很快蒸發(fā)，又回到大氣中去的現(xiàn)象，特別是午后陣雨，這是由于氣溫高，風(fēng)力大，水蒸氣蒸發(fā)量大，且云量多變，陽(yáng)光時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，因此常常在野外和公路上形成水蒸氣蒸騰的奇景。

顯然，這對(duì)運(yùn)輸包裝來(lái)說(shuō)特別是對(duì)戶外堆放的包裝件來(lái)說(shuō)是十分不利的。

雨雪的破壞性暴雨時(shí)常伴隨著出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)，因風(fēng)的影響會(huì)使雨水降落的最大傾斜角度達(dá)到60°，個(gè)別情況下，大風(fēng)會(huì)使降水幾乎成水平方向。甚至可以將落在地面上的水吹離地面，這種現(xiàn)象對(duì)戶外地面堆放的包裝件會(huì)產(chǎn)生較大的影響。風(fēng)雪環(huán)境大多發(fā)生在寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)，當(dāng)強(qiáng)風(fēng)吹雪時(shí)，雪的晶體破裂開(kāi)被磨蝕成大小大致相等的球形的或略帶棱角的顆粒，絕大多數(shù)雪粒的直徑在0．02～0．4mm之間，溫度越低，雪的顆粒越小。包裝好的物品會(huì)因這些小雪粒的積聚而受到損害，因此，在這種條件下，包裝件必須要掩蔽，以防止雪粒的滲透，此外，包裝材料還必須能抵抗這些雪粒的侵蝕，

1.5太陽(yáng)輻射太陽(yáng)的輻射能在地球表面上的分布，因地理緯度的不同而不同。由于太陽(yáng)不是終年位于赤道上空，而是往返于赤道南北緯23°37ˊ之間，因而使地面有了四季之分，這也是造成地球氣候帶的基本原因。太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度太陽(yáng)輻射是一種由太陽(yáng)發(fā)出的以電磁波形式傳到地球上的能量。這種能量進(jìn)入大氣層，經(jīng)過(guò)大氣的吸收和云層的反射及向宇宙空間漫射后，到達(dá)地面的強(qiáng)度已大為減弱，在一般溫帶和濕熱帶地區(qū)一天中太陽(yáng)最大輻射強(qiáng)度可達(dá)5．86J／cm2·min；在干熱帶及海拔1000～3000m的高原地區(qū)為6．70J／cm2·min。在海拔3000～5000m的高原地區(qū)，由于大氣透明度增加，因此太陽(yáng)輻射最強(qiáng)，其強(qiáng)度達(dá)到7．50J／cm2·min。如在我國(guó)西藏那曲地區(qū)(海拔4300m)，曾測(cè)得太陽(yáng)輻射強(qiáng)度最大值為7．66J／cm2·min。

太陽(yáng)輻射的破壞性太陽(yáng)中的紫外線對(duì)微生物有殺傷作用，大多數(shù)細(xì)菌只要日光照射1～2h就可死亡，其它微生物光照1～4h大多數(shù)也會(huì)死亡。紅外線有增熱作用，可以使包裝件的溫度升高，可增加產(chǎn)品的溫度，降低產(chǎn)品的含水量。光照會(huì)對(duì)一些產(chǎn)品產(chǎn)生劇烈或緩慢的破壞作用，如酒類(lèi)在光照下和空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)而變渾濁；油脂會(huì)加速酸?。幌鹉z、塑料、紡織品、紙張?jiān)谔?yáng)光的作用下會(huì)加速老化。若產(chǎn)品的成分中含有不飽和的化學(xué)鍵，在日光的作用下，很容易發(fā)生聚合反應(yīng)，例如丙烯腈、福爾馬林(甲醛)、桐油等在光的作用下會(huì)發(fā)生結(jié)塊沉淀現(xiàn)象。太陽(yáng)輻射的破壞性還有些產(chǎn)品如油布、油紙?jiān)谔?yáng)照射下會(huì)氧化放熱，若不及時(shí)散熱，不僅會(huì)加速這些產(chǎn)品的氧化，而且還可能自燃而引起火災(zāi)。所以，一般情況下光照會(huì)加速被包裝產(chǎn)品或外包裝材料的物理化學(xué)變化，使包裝件或內(nèi)裝物受到損害?！?環(huán)境因素商品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存等流通過(guò)程中，不僅會(huì)碰到不同的氣象條件，還會(huì)受到不同環(huán)境因素的影響，特別是氣壓的變化，環(huán)境中的臭氧、砂塵、鹽霧等有害氣體都會(huì)對(duì)包裝件產(chǎn)生不利影響，使產(chǎn)品的質(zhì)量下降，甚至報(bào)廢。

2.1氣壓氣壓是指大氣的壓強(qiáng)，通常取緯度45處海平面的平均大氣壓作為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，在溫度0℃時(shí)，正常的重力加速度下，它等于101．33kPa。

在海平面以上，氣壓隨海拔高度的增加而降低，在海拔1000～5000m之間，海拔每增高100m，氣壓大約降低0.8～1.07kPa。

設(shè)計(jì)時(shí)的考慮包裝件在高原地區(qū)或航空運(yùn)輸時(shí)，要考慮低氣壓的影響。對(duì)氣密性物質(zhì)包裝用的包裝容器應(yīng)考慮能承受內(nèi)外壓差所造成的危害和影響。2.2臭氧臭氧(O3)是氧分子的一種形態(tài)，只要向氧分子輸入高能量，就能產(chǎn)生臭氧O3。

由于臭氧會(huì)對(duì)天然橡膠和聚合物產(chǎn)生有害的影響，因而它也是影響包裝的一個(gè)因素。

2.3砂塵與灰塵

城市中充滿著大量的灰塵、煤渣和煙粒。灰塵包括工業(yè)粉塵，是指直徑為1～150μm范圍內(nèi)的顆粒，通常以空氣中含有的濃度(mg／m3)或沉積量(mg／m2·d)來(lái)表示。砂塵是指直徑為100～1000μm范圍內(nèi)的石英質(zhì)顆粒，除用濃度和沉積量來(lái)表示外，還可用砂暴日數(shù)，即在距離1000m的范圍內(nèi)，由于空氣中的風(fēng)砂現(xiàn)象而影響水平能見(jiàn)度的天數(shù)來(lái)表示。

灰塵和砂塵的破壞性灰塵和砂塵沉積于包裝件上，首先影響外觀，侵入包裝件內(nèi)，則沉積于內(nèi)裝產(chǎn)品上，若拆箱時(shí)不予清除干凈，將會(huì)引起機(jī)械零部件的磨損。一些酸性或堿性灰塵還會(huì)吸收空氣中的水氣而潮解，加速包裝物的腐蝕。這些灰塵沉積在包裝材料表面，還能侵蝕包裝材料，促使其老化或降解。2.4鹽霧及其它化學(xué)氣體

鹽霧是由于海浪沖擊巖石時(shí)，飛濺的海水成為霧狀而進(jìn)入空氣中形成的氯化物微粒(包括氯離子)，通常稱(chēng)為鹽霧。一般以單位體積空氣中氯化物的含量來(lái)表示(mg／m3)。鹽霧的沉降量，通常是以一晝夜中物體單位面積上所沉積的氯化物含量(mg／m2·d)來(lái)表示。

鹽霧的破壞性堆放于海船甲板上及沿海港口碼頭露天的包裝件，將會(huì)受到鹽霧的影響。干燥的鹽粒影響極微，當(dāng)空氣潮濕、大霧或久旱后降下毛毛細(xì)雨時(shí)，鹽粒會(huì)被溶解于水中呈離子狀態(tài)，此時(shí)直徑較小的氯離子，易被受潮的金屬表面所吸附，破壞金屬或其表面鍍層的鈍化膜而導(dǎo)致金屬腐蝕。其它化學(xué)氣體

SO2(二氧化硫)、H2S(硫化氫)、NO2(二氧化氮)等氣體。這些氣體對(duì)產(chǎn)品及包裝容器的金屬構(gòu)件及表面油漆均會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用。在空氣污染嚴(yán)重的地方，空氣中還含有Cl2(氯氣)、HCI(氯化氫)、NH3(氨氣)。一些包裝材料，如塑料、木材及密封用的橡膠、粘合劑、密封膠等，也會(huì)揮發(fā)出一些化學(xué)活性物質(zhì)，如木材能揮發(fā)出SO2、HCl、NH3等氣體，這些氣體有可能影響內(nèi)裝物，在潮濕環(huán)境下引起內(nèi)裝物加速腐蝕?！?流通環(huán)境與包裝保護(hù)

流通環(huán)境對(duì)包裝的防護(hù)具有重要作用，根據(jù)流通環(huán)境的變化，可以適當(dāng)選擇包裝保護(hù)的措施。3.1環(huán)境因素的綜合效應(yīng)

討論了各種環(huán)境、氣候因素，但自然環(huán)境因素并不是單獨(dú)存在的，大氣的固有特性，如溫度、濕度和氣壓是始終存在的，它們彼此間相互影響，還可能與存在的其它環(huán)境因素相互作用。為了分析環(huán)境因素的實(shí)際綜合作用

綜合因素：(1)高溫與潮濕。

(2)高溫與低氣壓。

(3)高溫和鹽霧。(4)高溫和太陽(yáng)輻射。

(5)高溫和霉菌。

(6)高溫和砂塵。(7)低溫和濕度。

綜合因素：(8)低溫和低氣壓。

(9)低溫和鹽霧。

(10)低溫和太陽(yáng)輻射。

(11)低溫和砂塵。

(12)低溫和霉菌。

(13)低溫和臭氧。

(14)濕度和低氣壓。

綜合因素：(15)濕度和鹽霧。

(16)濕度和霉菌。(17)濕度和砂塵。(18)濕度和太陽(yáng)輻射。(19)濕度和臭氧。(20)太陽(yáng)輻射與低氣壓。(21)太陽(yáng)輻射和霉菌。(22)太陽(yáng)輻射與臭氧。(23)霉菌與臭氧。3.2包裝保護(hù)

包裝保護(hù)是為了防止產(chǎn)品在流通領(lǐng)域發(fā)生損失而采取的適當(dāng)?shù)陌b技術(shù)方法。針對(duì)產(chǎn)品在一定的流通環(huán)境中可能遇到的危險(xiǎn)都要確定相應(yīng)的包裝保護(hù)方法。包裝對(duì)流通環(huán)境的適用性，就構(gòu)成了包裝的保護(hù)性能。1．流通環(huán)境條件的參數(shù)化。

現(xiàn)代流通觀點(diǎn)，把流通分為“商流”和“物流”兩部分。商流指商品所有權(quán)與使用權(quán)的轉(zhuǎn)移；物流指商品在空間的實(shí)物轉(zhuǎn)移，包括包裝、運(yùn)輸、裝卸、搬運(yùn)和儲(chǔ)存等。商品從生產(chǎn)者轉(zhuǎn)移到消費(fèi)者，要經(jīng)過(guò)多次運(yùn)輸、搬運(yùn)和停留，即物流過(guò)程，因此，物流是商品流通必然產(chǎn)生的一種形態(tài)。1．流通環(huán)境條件的參數(shù)化。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）將流通環(huán)境按條件、性質(zhì)的不同分為氣候條件、生物條件、化學(xué)活性物質(zhì)、機(jī)械活性顆粒和機(jī)械條件等5類(lèi)，并將這5類(lèi)條件分為45種參數(shù)，每種參數(shù)又按嚴(yán)酷程度分為若干級(jí)，這就使流通環(huán)境中作定量描述的物流科學(xué)大大前進(jìn)了。另外，由于物流作業(yè)過(guò)程很復(fù)雜，這種參數(shù)不可能完全反映出環(huán)境嚴(yán)酷程度的量值，在使用參數(shù)時(shí)還需進(jìn)一步研究與配套。例如，汽車(chē)運(yùn)輸就要區(qū)分路面平整度級(jí)別、運(yùn)輸區(qū)域類(lèi)型與汽車(chē)類(lèi)型等，以制定配套的、細(xì)分的環(huán)境參數(shù)條件，并根據(jù)條件參數(shù)與商品自身特性參數(shù)，采取適當(dāng)?shù)陌b保護(hù)技術(shù)。3.2包裝保護(hù)基本原理及包裝措施

流通過(guò)程中商品的受損，不外乎內(nèi)在因素(內(nèi)因)與外界條件(外因)兩方面的原因。

內(nèi)因主要指產(chǎn)品的化學(xué)成分和性質(zhì)，如產(chǎn)品本身允許承受