包装工艺学.ppt

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RHRH 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 WaterActivity 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 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 WaterActivity 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 m2 24h 对于气体 单位为Qg cm3 m2 24h 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 dP DS其中 m 单位时间 单位面积上的渗透量 对水蒸气为 g s cm2 对于气体 单位为 cm3 s cm2 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 cm3 kPa 或cm3 cm3 101 325kPa P 水蒸气或气体透过包装材料的渗透系数 单位为g cm cm2 s kPa 或cm3 cm cm3 s 101 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 watervapor 表示 Pwv Pwv 40 p40 90 K 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 2 4 2 定量公式 阿仑尼乌斯方程 P wv P0exp E RT 其中 P0 指前因子E 活化能 J mol 1T 热力学温度 K 4 渗透反应动力学 R 摩尔气体常数 8 314J mol 1 K 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 m2 24h 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 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的低密度聚乙烯薄膜 透湿率为11g m2 24h 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 22Pwv 22 Pwv 40 P40 90 K P 由表10 4可知 0 03mm的PVDC 在40 和90 RH的 环境条件下 其透湿系数为 Pwv 40 0 13 10 11g cm cm2 s kPa由表10 2可知 在40 时的饱和水蒸气压强为 p40 3 6kPa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 0 165 10 2用上面的数值代入10 14a中得 Pwv 22 0 053 10 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 水蒸气的压强为p1 2 670 0 7 1 869kPab 包装内部分压p2 由产品的吸湿曲线图10 6可知 平衡含水量8 时的相对湿度为67 含水量3 时的相对湿度为20 因此 包装内的相对湿度为 67 20 2 43 5 水蒸气的分压为p2 2 670 0 435 1 161kPac 包装两侧的压差为p1 p2 0 708kPa 代入T qwv d Pwv P1 P2 A s 得 T 10 0 003 0 053 10 11 0 708 1300 T 711 795dayT 2年 2 用透湿量计算T qwv A Q40 h1 h2 K 因为Q40 2 5g m2 24h 代入上式得 T 10 0 13 2 5 70 43 5 0 165 10 2 T 703 699dayT 2年 3 加速试验的应用为判断包装材料对水蒸气的阻隔性能 要在使用环境条件下进行环境储存试验 这种试验虽然可靠 可花费时间太长 因此采用在高温 高湿条件下进行加速试验 一般是在温度为40 1 和相对湿度为 90 2 的条件下进行试验 测得被包装物含水量达到额定的数值时所需的时间 设为t40 而在任意温度 所预定的时间为t 那么 t t40 90 h2 K h1 h2 90 day t40 温度为40 时的时间 K 不同材料的值 h1 h2 包装外部和内部的相对湿度 第二节防水包装 一 防水包装的重要性1 什么是防水包装 防水包装是指防止因水浸入包装件而影响内装物质量所采取一定防护措施的包装 防水包装属于外包装 但对某些要求不高的商品包装时 可用内包装作防水处理 但防水包装和其它包装不能互相替代 2 防水包装的重要性 1 避免产品在流通过程中受到雨水的侵蚀 2 保护产品的性能和使用价值 二 防水包装方法1 防水包装材料 外壳框架壁板材料 内衬防水材料 密封材料 防水涂料和外覆盖材料等 1 包装的外壳壁板材料 确保包装的强度 木材 各种木材 胶合板和硬质纤维板 金属板 低碳钢板 铝或铝合金材料等 瓦楞纸箱 表面经过防水处理 2 内衬材料 确保防水性能 纸类 石油沥青纸 防潮级柏油纸 蜡剂浸渍纸 石蜡纸 塑料类 各种塑料薄膜以及涂布的 复合的薄膜等 如 LDPE HDPE PVC PS PU PVA CPP和塑料瓦楞板和泡沫板等 复合材料 铝塑复合膜 纸塑复合 布塑复合等复合材料 3 密封材料 压敏胶带 防水胶黏带 防水黏结剂 密封用橡胶等 4 防水涂料 石蜡 清漆等 5 外覆盖材料 防水蓬布等 2 防水包装方法 1 防水等级 根据包装储运的环境条件和耐受浸水或喷水实验的等级来划分的 2 防水包装的一般方法 根据包装储运的环境条件和耐受浸水或喷水实验的等级来划分的 级防水包装 金属材料 硬质塑料容器或玻璃容器 级防浸水及防喷淋包装 封闭木箱或花格箱 内壁衬防水阻隔材料 防凝露的防水包装 3 防水包装的特殊密封工艺 金属容器的密封 蜡封防水密封结构 防伪和显示偷换物包装都是为了防止伪造 假冒 盗窃商品的包装 主要分为以下几类 1 激光全息防伪技术 利用激光进行全息照相的技术 第二节防伪包装技术 防伪商标图片 激光防伪商标图片 2 特种油墨防伪技术 1 可逆变油墨防伪技术 当视角改变60 时 可以看到原来的图案的颜色发生了改变 2 无色 隐形 荧光与磷光油墨防伪技术 印品在紫外线的照射下 可显现发光的暗记 隐蔽性极好 3 有色荧光与磷光油墨防伪技术 印品中的某一颜色在紫外线的照射下 磷光效应明显 隐蔽性强 不易仿制 4 热变 热敏 油墨防伪技术 有可逆和不可逆的两种 加热后 会变成红色 绿色或黑色3种 5 金属油墨防伪技术 用特制的有色或无色的金属油墨印在特定位置上 鉴别时用含铅 铜等的金属制品轻划 就可显出划痕以辩真伪 6 塑料凹印荧光防伪技术 塑凹荧印油墨在日常光线下不显色 在紫外灯下可发光 隐蔽性强 不影响装潢的整体画面设计 是唯一用于纸张以外的防伪 3 金属隐形防伪技术适用于金属或硬质包装的防伪商标 在阳光或聚光照射下能将图纹暗记反映出来 防伪性能好并具有装饰美化商品的效果 广泛用于名酒的金属瓶盖上 4 制版与印刷防伪技术 印版防伪 雕刻凹版 特殊印版等 图文防伪 精密细致的底纹 缩微文字 隐型文字 印刷防伪 彩虹印刷 补色印刷 对印 叠印 多色接线印刷等 5 综合防伪技术将上面的防伪技术结合起来使用的一种防伪技术 6 条形码防伪技术有不变的条形码和可变条形码两种 7 激光编码防伪技术也称激光 烧字 用于包装的生产日期 产品批号等的印刷 被印物通常是塑料 玻璃及有镀层的金属 酒类最新防伪技术大观 1 每瓶酒都有一个指纹 纹理防伪标签 即在白色纸浆中按比例掺进有色纤维 经过特殊方法制造成肉眼可见的 纹理图案清晰的纹理纸 然后通过特殊技术把纹理纸印制成防伪标签 每一枚标签印制成后 企业防伪中心运用图像采集系统将自然纹理拍摄登记 编号建档 并存储到计算机识别系统数据库中 供需求者查询真伪 由于每个标签的自然纹理都是独一无二的 在这一点上和人类的指纹类似 所以纹理防伪标签也可以看作酒包装的 指纹 剑南春酒就在采用这一防伪技术 2 商标上的万花筒 激光全息图象标签 目前最新的成果是从全息图上呈现隐藏图像 3 名酒也发身份证 电话电码标签电码电话防伪属我国首创 它采用的是密码防伪的办法 即在防伪标志上隐藏一组密码 消费者撕开 或刮开 防伪标志 就可看到这组密码 然后拨通查询电话 键入密码 瞬间即可与全国联网的防网数码中心检索核对 同一组密码第二次输入 电脑即答复已被查询 密码作废 这样每一件产品针对一组密码 既不相同也无顺序 这就如同给每一件产品发了一个身份证 要识别真假 只需通过电话核对一下即可 水井坊酒就在采用此项防伪技术 4 受伤总是这么轻易 易碎纸标签易碎标签是用非常容易被撕碎的材料制成的 撕掉后 该标签不可能用另外一个标签替换 若要撕掉标签 只会使标签被撕碎 产品授权使用者由此很容易就知道标签是否被窃启过 客户也可购买不带连续编号的标签 然后自己给标签编码 对于客户需要标上条形码的产品 条形码标签也可用作易碎标签 5 核子时代的商标 重离子微孔 核径迹 防伪技术重离子微孔 核径迹 技术是原子能科学技术与其他学科应用技术相结合而产生的高新防伪技术 其基本原理是 利用反应堆产生的热中子轰击特定的铀靶 使铀发生裂变 用其裂变碎片穿透PET塑料薄膜 或者用加速器加速的重离子照射塑料薄膜 在塑料薄膜中裂变碎片 或重离子 通过的路径上 造成电离损伤 留下痕迹 这些痕迹通过化学处理 可以形成微孔 微孔很小 通常为5微米 为一根头发丝的百分之一左右 每平方厘米可以有几百万个 然后用微孔制成商标图案 利用光通过微孔时产生的折射和散射作用 有微孔处为乳白色 无微孔的地方透明 可以制