洗衣粉的防潮包装设计.doc

1 导言1.1 选题的来源与背景洗衣粉的包装源自于生产实际。现在洗衣粉市场竞争相当的激烈，市场需求在不断的发展和变化。洗衣粉是合成洗涤剂中最主要的一种，产量占合成洗涤总产量的7090%。洗衣粉的作用是吸附在各种界面上，降低水的表面张力，改变体系界面的状态，去除衣物的污渍。洗衣粉性能优良，使用方便，原料来源丰富，价格低廉，深受广大群众的喜爱。近年来，随着洗衣粉的广泛使用，洗衣粉的消费量也在逐年猛增。目前，全国每年消费的洗衣粉已达200多万吨。所以，洗衣粉的包装也随之成为了包装行业重要的内容。1.1.1 洗衣粉的特性分析洗衣粉属于固体物料，按物理形态可归为颗粒状物料，按其粘度可归为半黏性物料，流动性较差，有一定的黏附性，充填时易搭桥或起拱，充填比较困难。洗衣粉主要生产原材料及性能：烷基酚醚（Tx10）：表面活性剂，含量99；月桂酸二乙醇酰胺（6501）：表面活性剂，含量98；十二烷基苯磺酸：表面活性剂，含量98；三种物质均主要起泡沫作用。三聚磷酸钠：含量90，微毒，主要决定洗衣粉的存放时间，防止洗衣粉结团；甲基纤维素（CMC）：在洗衣粉中的作用是抗沉淀；荧光增白剂（VBL）：用于增白。总之，洗衣粉含有多种化学成分，这些成分的效能可以相互促进、相互补充，因而是性能比较完备的洗涤用品1。1.1.2 洗衣粉的制备洗衣粉的制备的主要工序：浆料的制备、干燥介质的调控、喷雾干燥、成品包装。工作过程及原理：将生产洗衣粉、肥皂粉所需的各种原料，根据工艺要求通过计量装置计量后的各种粉体原料，加入混合机内，待搅拌均匀后经提升机输送至原料粉仓，经粉体计量仪计量后进入造粒机，即被卷入强烈的环形湍流中、同时由搅拌器搅拌后的磺酸及非离子混合液，通过计量泵输入造粒机进行高压雾化，这样充分分散后，粉体便均匀地吸附在液滴上，随着掺入液体的数量增多，湿颗粒在湍流中聚集在一起，其尺寸也逐渐增大，当聚合体沿一条空间螺旋的路径经过桶体前往底部出料口的途中，造粒作用一直在连续不断进行着2。图1 洗衣粉生产示意图 资料来源: 资源网/view/3e84530ff12d2af90242e679.html.2004-8-4 10:37:06. 1.2 课题的目的及意义洗衣粉的化学成分决定了洗衣粉极易吸潮，若包装不得当，空气中的水分会使洗衣粉结块，并使一些组分，如酶、漂白剂的功能衰退，尤其是酶，洗衣粉中的游离酸会破坏酶的蛋白质结构，使其功能大大减低，一般，酶在存放半年以后，其洗涤功能会衰退15%-60%。此外，若包装不得当，洗衣粉中的香精也会快速挥发，并随时间、温度等条件的变化可能全部挥发殆尽。因此有必要对洗衣粉的防潮包装工艺进行设计，防止洗衣粉受潮变质，确保洗衣粉在仓储与流通过程中不发生品质劣变。1.3 国内外防潮包装设计的研究进展1.3.1 防潮包装的测试方法及研究成果（一）防潮包装的测试方法测试方法有杯式法3、压差法4、重量法5、红外线测量法6等。杯式法的原理为：在规定的温度、相对湿度下，式样两侧保持一定的水蒸气压差，测量通过试样的水蒸气量，计算水蒸汽量和水蒸气透过系数。压差法的原理和杯式法基本相同：在一定的温度下，试样两侧保持一定的气体压差，测量试样两侧的气体压力变化，计算透气量透气系数。除了标准的测试方法以外，人们以国家标准为指导，又发展了一些其他的测试手法。目前重量法是简单易行的一种方法，但是它受外界影响较大，精确度差且测试时间长。而红外线测量法测量结果受外界影响较小，精确度高且测试时间短7。（二）防潮包装的研究成果1、物品的吸湿、脱湿曲线方面安亚平8详细说明了温度、湿度、二氧化碳浓度、氧气浓度、洗衣浓度等因素影响包装和储藏的机理；朴秀英等9探讨了薄膜的种类和保质包装的关系。发现低密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯的各种性能良好，非常适合这方面的包装。金敖熙10自行设计了一个试验装置，对不同产地的烟草的不同部位分别进行了试验，得出了较为详细的试卷数据；胡有持11对云南的烤烟进行类似的试验，采用不同的试验温度、相对湿度以及试验装置，得出的吸湿特性曲线与金敖熙的非常相似，但由于所选用的烟草类型，实验环境的不同，两者在数值上有所不同。2、影响包装材料透湿率的因素影响包装材料透湿率的因素很多，主要有湿度、亲水性与非亲水性、化学结构、结晶度、密度、分子对称性、添加剂、增塑剂等。孙蓉芳12和韩兆让13都比较详细的叙述了透湿率与材料厚度、密度、结晶度、分子定向性、分子对称性之间的关系。3、部分包装材料透湿率的参数王京海14列出了PVC、PET、PE、OPP四种材料分别在32、38、44、52时的透湿率；王文娟15列出了聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等四余种材料在不同温度下的透湿度与透湿系数；武文斌16，伍冬生17等也叙述了一些防潮包装中常用的材料的透湿率参数。4、物品的吸湿模型吸湿模型主要考虑的是物品含水量百分比m与物品水分活性An之间的关系。它们之间的关系常用物品吸湿等温曲线表示。物品吸湿等曲线与物品化学成分、组织结构及温度有关。在实践过程中，人们针对各种实际问题提出了许多等温公式见表1。表1 吸湿等温公式公式名称公式的形式Oswin公式18m=bAw1-Awc线性公式19m=bAw+c二参数公式Aw=b+mc+mKuhn公式20m=blnAw+cBET公式21m=m0CAw1-Aw1+C-1AwLangmuir公式Awm=C+Awm0Frcudich公式22m=bAwHasley公式23Aw=exp-b/mcGAB公式24m=m0CKAw1-KAw1+KC-1Aw5、包装材料的透湿透气模型这可以分两个不同的方面，一个研究透过多少水分或者气体的模型，可以称为透湿透气方程；还有一类是研究包装材料透湿透气系数的模型，可以称为透湿透气系数方程。 透湿透气方程现在人们常用的包装材料透湿方程是通过把费克第一定律和亨利定律相结合而得到的，其一般形式为25,26：dmdt=PAp0Wsl(Awe-Aw) (1)式中：m为物品稳态含水量的百分比，%（Kg/100Kg）; W为物品含水量（Kg）,Ws是物品的干重（Kg）; P为渗透系数（Kg.m/N;S）; P0为纯水在储存温度T0下的饱和水蒸气压力。 Awc和Aw分别为包装容器两侧水蒸气水分活性，即Aw为物品水分活性，Awc为储存环境的水分活性。 透湿透气系数方程建立透湿透气系数的模型比较困难，M.A.Del Nobile在2002年研究以聚酰胺为基本材料的薄膜的透湿特性时，提出了透湿系数P的一个模型，该模型中P是一个与薄膜两边的水分活性相关的变量。其形式为27： P=(aw1,aw2)=cw2(aw2)cw1(aw1)DFcwdcwp0(aw1,aw2) (2) 式中：aw1,aw2为薄膜外侧和内侧的水分活性；p0为水蒸气压力；cw1(aw1) cw2(aw2)分别为薄膜外侧和内侧的水蒸气浓度；DFcw为费克扩散系数（在一般情况下这个系数之和温度有关，但是如果包装材料亲水性的话，就和环境的水蒸气浓度相关）。1.3.2 对包装材料评价的研究包装设计必须符合科学（满足产品需求），美观经济（有吸引力且成本较低），合理（性能、环境与成本的协调），适销的原则，它本身就是设计过程的一个重要的环节，评价过程既可以是包装设计的结束又是新包装设计的开始28。现有的评价方法多是对包装容器和整体的评价，其实包装材料的设计同样也需要评价。由于包装和材料的评价具有复杂性和模糊性，所以现有的评价方法多是模糊分析法和层次分析法。姜峰（2007）运用层次分析模型通过问卷调查得到定性评价后，确定各影响因子的权重值，然后对典型包装材料的综合效益进行了分析评价29，Sural(1997)和Noriega(2003)提出了评价包装材料结构设计的阻隔性是否满足包装要求的方法30,31，Noriega还提出了以包装材料的成本为目标函数，评价其是否满足产品所需阻隔性的方法。1.3.3 对计算机辅助包装设计的研究随着包装技术的不断发展对包装研究力度的不断加大，包装基础数据的不断增加，以及理论模型的逐步完善，包装研究的领域开始扩展到包装辅助软件的开发与完善上。国内在计算机对包装研究的辅助方面做了很多工作，吉林大学的韩兆让就结合包装内氧气变化平衡方程对薄膜防氧包装效果进行了计算机模拟，反映出了包装材料氧气透过性能和包装内氧气分压的基本关系32。袁友伟论述了计算机在防潮包装和计算机中的应用，并为计算机辅助防潮包装设计的可能性和基本框架进行了描述33。陈黎敏在现有对包装复合材料渗透性计算方法的基础上编译了一个应用程序用于根据输入的单层包装材料的渗透系数、厚度、使用时的温度，来计算复合塑料包装材料气体（水蒸气和氧气）透过系数34。2 洗衣粉的小包装尽管洗衣粉的成分中含有三聚磷酸钠（含量90，微毒，主要决定洗衣粉的存放时间，防止洗衣粉结团），但洗衣粉的包装仍需进一步防潮。防潮包装是为防止因潮气侵入包装件而影响内装物质量采取一定防护措施的包装。如用防潮包装材料密封产品，或在包装容器内加适量干燥剂以吸收残存潮气和通过包装材料透入的潮气35。2.1 包装材料的阻湿性与环境温度的关系2.1.1 空气中水蒸气的相对湿度在温度一定的条件下，相对湿度越大，空气中水蒸气的含量也越多。即RH%=（P/P0）100% （3）式中：RH%空气中水蒸气的相对湿度；P空气中水蒸气分压力；P0饱和水蒸气压力。显然环境空气中相对湿度的大小，可以反映出空气中水蒸气的含量对包装品的影响。表2 空气中饱和水蒸气的含水量温度（）含水量（g/m3）温度（）含水量（g/m3）温度（）含水量（g/m3）温度（）含水量（g/m3）25.611210.62219.13232.846.4314122421.43436.467.331613.52623.93640.288.311815.12826.63844.3资料来源:潘松年.包装工艺学M.北京:印刷工业出版社,2011.7,251.当相对湿度处于饱和状态时，在常温范围内空气的含水量如表2所示，随温度升高，空气中饱和水蒸气的含水量增多。当空气中绝对含水量不变时，若空气温度升高，相对湿度下降；若温度下降，相对湿度升高，当空气中的水蒸气含水量达到过饱和状态时，会产生水分凝结。在较高温度下进行包装作业，封入包装内的空气相对湿度处于被包装物品所允许的范围内，但当温度降低，包装内相对湿度上升，有可能超过被包装物品能承受的范围。因此，控制防潮包装在密封时的温度及封入的空气相对湿度，具有重要意义。2.1.2 包装材料的透湿率由于水蒸气的水分子能扩散透过薄膜，不能达到完全隔断水蒸气流动的目的，因此，包装容器的防潮性在很大程度上决定于所用软包装材料的透湿性，即薄膜的透湿性36。如何控制包装内的湿度环境，这就涉及到一个包装膜的透湿性问题37。水蒸气或气体对包装材料的渗透机理，从热力学观点来看，是单分子扩散过程，即气体分子在高压侧的压力作用下，首先渗入包装材料（如塑料薄膜）内表面，然后气体分子在包装材料中从高浓度向低浓度进行扩散，最后在低压侧一面向外散发。气体对包装材料的渗透过程可用图2表示。设包装材料厚度为 x ，气体在高压侧的压强为 p，在低压侧的压强为 p ，气体浓度为c，高浓度为 c1，低浓度为 c2 。图2 水蒸气渗透机理示意图命名P为渗透系数38，则 P=ml/(p1-p2), （4）式中：m水蒸气或气体在单位时间（s）、单位面积（cm2）上的渗透量。p1、p2包装材料两侧的压强，p1为高压侧压强，p2为低压侧压强，kPa;l包装材料厚度。公式（4）表明水蒸气透过包装材料的质量与包装材料的渗透系数成正比，与包装裁量两侧的压力成正比，与材料的厚度成反比。渗透系数（P）：单位时间内，单位蒸汽压差下，透过单位面积和单位厚度材料的水蒸气质量，单位为gcmcm-2 s-1 KPa-1。 透湿度（Q，透湿率）：指在一定的相对湿度差下、一定厚度的材料，1m2面积经24h所透过的水蒸气质量，单位为gm-224h-1。2.1.3 包装材料的隔湿性与环境温湿度的关系相同厚度的同种薄膜，如环境温度相同，则透湿量随高湿侧与低湿侧水蒸气压力差的增加而增加39,见表3和表4表3 相对湿度差对PE薄膜透湿量的影响相对湿度差（%）0100075032透湿量（mg）来源孙蓉芳.防潮包装的机理与应用J.包装工程.1994(04):159.表4 几种塑料薄膜在不同温湿度条件下的透湿度薄膜（0.03mm）透湿度（g/m2.24h）(低湿侧湿度均为0%)A温度40高湿侧90%B温度40高湿侧65%C温度25高湿侧90%LDPEHDPEPPPETPVDC15.09.010.017.02.50.5来源孙蓉芳.防潮包装的机理与应用J.包装工程.1994(04):159.由表3和表4的A、B两列数据可见，相对湿度差的变化对透湿量的影响是较大的。由表4和表5的A和C两行数据得知，对于相同厚度的同种薄膜，如果高、低湿侧的湿度差相同，则透湿度随温度的升高而增加。表5 某些塑料薄膜的透湿度与温度的关系薄膜（0.04mm）透湿度（g/m2.24h）A B C常温5-30LDPEHDPECPP软质PVC硬质PVCPVDCPA（吹塑）PA（片）PET7.33,04.7238.0132.010.90.0870.0150.0240.4410.4780.04022.514.60.4320.0350.005-4.1580.3960.156来源:孙蓉芳.防潮包装的机理与应用J.包装工程.1994(04):160.2.2 防潮包装方法及工艺1、采用透湿度为零或接近零的金属或非金属容器将产品包装后加以密封：不加干燥剂的包装：真空包装、充气包装等；加干燥剂的包装：干燥剂一般选用硅胶和蒙脱石。2、采用较低透水蒸气性的柔性材料，将产品加干燥剂包装，并封口密封：单一柔性薄膜加干燥剂包装；复合薄膜加干燥剂包装；多层包装，采用不同的较低透水蒸气性材料进行包装40。2.2.1 防潮包装薄膜的计算设某种气体在0，t时间间隔内透过面积为A的薄膜的质量为q，则 m=q/At=P(p1-p2)/d (5)式中：q水蒸气渗透量，g；A塑料薄膜包装总面积，cm2；t时间，s。设包装材料的渗透率为单位面积上、单位时间内气体的渗透量Q，g/ (m224h),cm3/ (m224h) Q=fq/At=P(p1-p2)f/d (6)式中：fQ与P之间的面积与时间单位换算因子，（1 m.d=864106 cm2.s=f cm2.s）防潮包装设计的基本参数41如下：m被包装物品的质量（g）；w1被包装物品的含水量（%）w2被包装物品的允许最大含水量（%）S包装材料的有效面积（m2）t防潮包装有效期（以24h为计算单位）h1包装品贮存流通环境下的平均湿度（%）h2包装内的湿度（%）包装品贮存流通环境的平均气温（）2.2.2 防潮包装设计步骤1、允许透过包装的水蒸气量q(g) q=m.(w2-w1) (7)2、包装材料允许的透湿度Qv在保质期内，允许的被包装品最大吸湿量即为其包装材料所准许的透过量，即可求出包装材料的允许透湿度为Qv=q/st=m (w2-w1)/st g/.24h (8)3、确定包装材料在某食品贮存温、湿度条件下的实际透湿度Q，根据费克气体扩散定律可得Q= D.S.Pt (9)一般情况下材料的扩散系数D是在40,90%-0%RH的特定条件下测得的，把此特定条件测量并计算得到的包装材料的透湿度用R表示，则包装材料在某温湿度条件下的实际透湿度可由下式得到Q=R.K.h (10)式中：h包装内外的湿度差（%） R在40，90%RH条件下包装材料的透湿度（见表7） K包装放置在环境温度时的温度影响系数（见表6）4、根据被包装物品的防潮要求、包装尺寸及贮藏环境条件选择包装材料当包装材料的允许透湿度Qv和实际透湿度Q相等时，由式（8）和式（10）即可求出所要选定的包装材料的R值：R=m.(w2-w1)St.K.h (11)根据R值即可选择与此相近的包装材料。5、核算实际的防潮有效期由于计算所得的R值与实际选用的包装材料的R值有差异，因此必须根据实际选用的包装材料的透湿度R值来确定其有效期：t=m.(w2-w1)R.S.h.K (12)表6 各种包装材料在不同温度下的K值薄膜 4035302520151050PS(软)PVC(硬）PVCPETLDPEHDPEPPPVDC1.1110-21.1110-21.1110-21.1110-21.1110-21.1110-21.1110-21.1110-20.8510-20.730.800.730.700.690.690.650.6410-20.490.580.480.450.410.430.390.4810-20.310.310.310.280.2510-30.200.2710-31.261.991.291.051.000.920.741.8410-30.781.360.810.630.590.530.401.3110-30.460.500.480.360.330.290.210.9210-30.280.610.270.11资料来源;潘松年.包装工艺学M.北京:印刷工业出版社,2011.7,255.2.3 洗衣粉包装材料的选择2.3.1 包装材料设计以及常用防潮材料（一）包装材料的设计过程温度的变化会使包装材料的渗透系数发生改变，这已经得到很多专家学者的认同，且其随温度的变化规律符合阿伦尼乌斯（Arrhenius）方程，其表达式如下：Pij=Pij0.eEijR(1T-1T0) (13)式中：Pij第j层材料对i物质的渗透系数；Pij0第j层材料在参考温度下对气体i的渗透系数；T储存温度，K；T0参考温度，K；Eij第j层材料i气体的渗透活化能，J/mol；相对温度对包装材料的影响主要是对还有极性基团的极性包装材料，例如PA和EVOH薄膜由于含有极性基团，容易吸收空气中的水分，使自身的阻隔性迅速下降，经研究证明这是因为这些材料吸收水分之后，使自身的含水率增加，从而使高分子材料产生一定的溶胀作用，而且水分还起到一定增塑剂的作用，所以材料的透过性增强42。一般复合材料中还含有该类材料的结构都是将其设计在两层性能稳定或对水蒸气阻隔能力较强的材料中间，经研究证明只要包装材料的设计过程中该类材料置于结构的中间，可以忽略或避免适度的影响43。所以在设计时需通过材料的不同组成和不同位置来避免湿度影响因素。（二）常用的防潮包装材料（1）金属或玻璃包装容器玻璃、陶瓷和金属包装材料的透视度可视为零，是最好的防潮包装材料。防潮的薄弱环节是封口及接缝卷边处。（2）单层塑料薄膜袋PVDC、CPP、HDPE有非常好的湿气阻隔性；其次是MDPE、PP、LLDPE、PET、离子型聚合物；PVC和EVA也有一定的湿气阻隔性；尼龙、聚苯乙烯、丙烯晴共聚物、聚乙烯醇等的阻湿性是不好的。（3）复合薄膜袋如果单从防潮的目的出发，PP、PE等单层膜已具备很好的水蒸气阻隔性。但在包装设计时常需将阻湿性与氧气、二氧化碳、香气的阻隔性，对油脂和溶剂的抗耐性及机械强度等综合考虑，即根据产品对防护性的要求和成本等选用内封层、阻气层、阻湿层、结构层等，当然各层的作用并不是单一的。虽然PE、PP、PVDC、PET等材料阻湿性较好，热封性也较好，可单独用于要求不高的防潮包装。但复合薄膜比单一薄膜材料有更优越的防潮性能和综合包装性能，能满足各种包装的防潮和高阻隔要求。表7所列为几种常用的防潮复合薄膜的透湿度。表7 几种常用的防潮复合薄膜的透湿度（40,90%RH）序号复合薄膜组成透湿度/( gm-224h-1)1玻璃纸（30g/）/聚乙烯（20-60m）12-35.32防潮玻璃纸/聚乙烯10.5-18.63拉伸聚丙烯（18-20m）/聚乙烯（10-70m）4.3-9.04聚酯（12m）/聚乙烯（50m）5.0-9.05聚碳酸酯（20m）/聚乙烯（27m）16.56玻璃纸（30g/）/纸（70g/）/聚偏二氯乙烯（20g/）2.07玻璃纸(30g/)/铝箔(7m)/聚乙烯(20m)1.0资料来源:熊慧珊.食品包装大全M.北京:中国轻工业出版社,2000.3,373.根据洗衣粉的化学特性分析，可知洗衣粉的包装材料需要有良好的防潮性和良好的气密性，洗衣粉的包装一般采用塑料包装，由表7可知，拉伸聚丙烯（18-20 m）/聚乙烯（10-70m）复合薄膜的透湿率较低，但这两种材料的气密性均较差，用来做洗衣粉的包装有不足之处。为了保证洗衣粉的质量，综合各种塑料的物理化学性能及价格的原因，及前面的知识可知，应选用透湿率低且气密性良好的复合薄膜制作洗衣粉的包装袋较为合理。同时，为确保复合材料袋的封缄可靠，应选择热封性能良好塑料作为洗衣粉包装袋的材料，例如，PVA、PE、PP、EVA、PVC、离子型聚合物等。2.3.2 洗衣粉的内层包装材料根据表4和表5可知，PVDC具有良好的阻隔性能，但是PVDC是高科技新产品，技术含量高、难度大，需要有很大投入。CPP的透湿率低，CPP是通过流延法加工而得的PP薄膜，故选择PP作为洗衣粉的内层包装材料。PP是由丙烯单体聚合而成的聚合物44，其分子式结构为PP的热性能：具有良好的耐热性，制品能在100以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150也不变形。PP的化学稳定性：聚丙烯的化学稳定性很好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定。PP的耐候性：聚丙烯对紫外线敏感，加入氧化锌、硫代二丙酸二月桂酯、碳黑或类似的乳白填料等可以改善其耐老化性能。2.3.3 洗衣粉的外层包装材料洗衣粉的外层包装材料选择聚乙烯醇（PVA）较为恰当。因其具有以下特点。PVA由聚醋酸乙烯酯水解制的，其分子结构式为：PVA是极性高分子化合物，对气体、有机气体、有机化学试剂蒸汽的透过率极低，具有优良的气密性，在干燥状态下，也是一种高阻隔性塑料材料。此外，聚乙烯醇还具有较好的机械强度优良的耐应力开裂性、耐化学药品性，且可以热封合。2.4 洗衣粉包装材料的灭菌与干燥2.4.1 洗衣粉包装材料的灭菌包装品的灭菌通常有化学灭菌和物理灭菌两类方法。化学方法包括过氧化氢灭菌和环氧乙烷灭菌，物理灭菌主要有紫外线灭菌和辐射灭菌。采用过氧化氢灭菌处理后的包装材料需要再经热空气烘烤以使包材表面残余的过氧化氢散失；采用环氧乙烷灭菌后需采取升温或减压的方法来加速附着在包装材料表面的环氧乙烷的散失。紫外线的灭菌机理是由于紫外线照射后微生物细胞内的核酸产生化学变化，引起新陈代谢障碍，因而失去生殖能力。紫外线杀菌的效果除了由微生物所接受的照射剂量决定，也由紫外线的输出能量、灯的类型、光强和使用时间有关。辐射灭菌可在室温进行，能有效地控制微生物的生长，但有些酵母和过滤性病毒不会被辐射能量杀死。综合考虑应采用紫外线和低浓度双氧水结合杀菌法。使用低浓度双氧水液（1），加上高强度的紫外线，只须在常温下施行，就能产生立即生效的杀菌力，比两者单独使用（即使在高温下用高浓度的双氧水液），效果要大上百倍（图3）。紫外线和即使浓度低到01的双氧水结合使用，也有相当大的杀菌效率45。 图3 紫外线和过氧化氢结合灭菌的效果资料来源:潘松年.包装工艺学M.北京:印刷工业出版社,2011.7:226.由于这种方法过氧化氢的浓度很低，对于残留的过氧化氢也无需采取措施，解决了单用双氧水进行消毒灭菌产生的许多麻烦问题，诸如费用、高温、时间长等。同时也解决了单用紫外线得消耗高能量且灭菌不彻底的弊端。2.4.2 洗衣粉包装材料的干燥洗衣粉包装材料的干燥效果将直接影响洗衣粉的最后质量。袋材的干燥主要有以下几种方式：1、红外线干燥。利用红外线辐射作为热源，向湿物料供热。这种干燥法的优点是安全、卫生、干燥速度快，但耗电量较大。 2、微波干燥。在微波电磁场的作用下，使物料内部的极性分子(例如水)产生振动，振动能量使待干燥物料发热，从而达到水分气化除去的目的。这种干燥方法具有设备简单、便于自动化、热能利用高、干燥时间短、产品质量高等优点。3、冷冻升华干燥。将物料冷冻至冰点以下，使水分结冰，然后在较高的真空度下，使冰直接升华为水蒸气而除去。由于在低温下干燥，故可保存被干燥物料原有特性，但操作费用较高。综合考虑，洗衣粉包装袋材的干燥可选用微波干燥。2.5 洗衣粉包装袋的尺寸设定以及袋成型工艺2.5.1 洗衣粉包装袋的尺寸设定洗衣粉的按用途分可分为家庭装、普通装、旅行装。其中旅行装洗衣粉的规格有20g 、40g、78g等，下面详细描述78g的洗衣粉包装工艺。（一）洗衣粉的包装袋成型前设计的尺寸如下图所示：图4 洗衣粉袋展开尺寸（二）洗衣粉包装袋成型后的尺寸如下图所示：图5 包装袋成型后的尺寸图（三）包装袋填充洗衣粉后的尺寸包装袋里填充洗衣粉之后有了一定的高度，体积变为120mm95mm15mm。2.5.2 洗衣粉袋的包装工艺洗衣粉的包装袋大多为采用枕形袋，具体为纵缝搭接和侧边有褶枕形平袋。枕形袋包装工艺过程如下图所示：图6 枕形袋垂直包装工艺过程示意图1- 送料管；2-翻领成型器；3-卷筒包装材料；4-纵封器； 5-送进皮带；6-横封器；7-裁切刀；8-包装件资料来源:潘松年.包装工艺学M.北京:印刷工业出版社,2011.7:71.卷筒包装材料经翻领成型器2和纵封器4搭接成圆筒状，由送料管1供料并由送进皮带5利用摩擦力向下牵引，用纵封器6从两边封口并用裁切刀7分切，从图中清楚的看到横封器的热封面上带有锯齿波纹，波纹应相互啮合已获得良好的封合效果，裁切刀7在横封器6的中部，它将封口一分为二，一只袋的袋顶封和一只袋的袋底封合，从而形成纵缝搭接两端封口的枕型包装件8。机器可安装不同的输料计量装置以供应不同形态的物料，其送料管的直径可变，以获得不同尺寸的枕形袋。2.6 洗衣粉的填充工艺2.6.1 洗衣粉充填工艺的选择充填是包装过程的中间工序，在此之前是容器成型或容器准备工序，在此之后是密封、封口、贴标、打印等辅助工序。所谓充填，是指将产品（待装物品）按要求的数量放到包装容器内。物料填充的方法有很多种，但可归为液体物料的填充和固体物料的填充两大类。液体物料的填充不在此做详细讲述。表8 三种固体物料填充方法的比较序号充填方法计量方法适合充填的物料容器类型特点1净重充填称重非黏性的粉末状、颗粒状、片状及大块状物料；要求精度高及贵重物料；包装容器尺寸、质量变化较大的尺寸1、充填精度最高，不受容器皮重变化的影响；2、设备复杂，操作要求高，价格最高；3、充填速度低2毛重充填称重非黏性、半黏性、黏性的粉末状、颗粒状物料；易碎的物料；特别适合粘滞性、易结块的物料1、充填精度比较高，低于净重充填；2、充填精度受容器皮重变化的影响；3、设备复杂，操作要求较高，价格较高；4、充填速度较低，但高于净重充填3螺杆充填定容积非黏性、半黏性、黏性的粉末状、颗粒状物料；不适合易碎的片状、块状物料和视密度变化较大的物料1、充填速度快；2、设备成本较低，操作较简单；3充填精度比较高；4、物料飞扬小注：硬质容器：玻璃、陶瓷、金属瓶、罐等；半硬质容器：薄塑料瓶、杯等；软质容器：纸、塑料、复合材料袋等。固体物料的充填的方法可分为三类。第一类是称重充填法，称重充填的精度主要取决于称量装置系统，与物料的密度变化无关，故充填精度高。称重式充填分为净重充填和毛重充填。第二类是容积充填法，容积充填法设备结构简单、生产率高、成本低，但计量精度低。容积充填分为五类：量杯充量、螺杆充填、真空充填、定时充填、倾注式充填。第三类是计数充填法，这一类通常用于集合包装，是以块状、颗粒状的固体物料的数量或包装单件的数量来计量的方法。综上所述，形状不规则的块状或松散粉粒状物料通常用容积充填法和称重称量法。综合洗衣粉的特性（半黏性物料，流动性较差，有一定的黏附性，充填比较困难）及上述充填方法的比较，洗衣粉的充填采用螺杆充填较为适宜。在现实生活中，常采用螺杆充填46。2.6.2 洗衣粉的填充工艺图7 螺杆充填1-料斗；2-螺杆；3-搅拌器；4-包装容器；5-传送带资料来源:潘松年.包装工艺学M.北京:印刷工业出版社,2011.7:147.螺杆充填是控制螺杆旋转的圈数或时间量取物料，并将其充填到包装容器中。充填时，物料先在搅拌器作用下进入导管，再在螺杆旋转的作用下通过阀门充填到包装容器内。螺杆可由定时器或计数器控制旋转圈数，从而控制充填容量。螺杆充填过程如图7所示，料斗1中装有旋转的螺杆2和搅拌器3,。当包装容器4到位后，传感器发出信号使电磁离合器合上，带动螺杆转动，搅拌器将物料拌匀，螺旋面将物料挤实到要求的密度，在螺旋的推动下沿导管向下移动，直到出料口排出，装入包装容器内；达到规定的充填容量后，离合器脱开，制动器使螺杆停止转动，充填结束。螺杆每转一圈，就能输出一个螺旋空间容积的物料，精确的控制螺杆旋转的圈数，就能保证每个容器充填规定容量的物料。下图为洗衣粉的填充机械： 图8 称量式螺杆填充包装机资料来源：中国化工机械网/sample/pro2190331.html表9 称量式螺杆充填包装机技术参数计量方式称量式螺杆双速充填包装重量包装精度充填速度电源整机功率压缩空气用量整机重量整机体积100g 10kg100-1000g,2g; 1kg,0.1-0.2%5-30次/分三相380V 50Hz2.2 KW6千克/平方厘米 0.2立方米/分钟350千克10008502300毫米2.7 洗衣粉包装袋结构表达与打印2.7.1 洗衣粉的包装袋的结构表达包装袋的选材 包装袋材的灭菌 包装袋材的干燥 包装袋展开尺寸的设计 包装袋成型尺寸的设计 包装袋型的选择包装袋的生产 2.7.2 洗衣粉的包装袋的打印包装件上有一些信息资料需要经常变动，例如产品出厂日期、代码、标志、产品保鲜期、有效期、价格、成分、颜色、质量、尺寸等，这些内容对于产品仓储运输、销售和消费者购买都很重要，由于要经常变动，因此，在印刷包装袋、包装箱和标签都不能印刷，必要时只印出空白框格，在包装后在进行打印。产品的信息资料除了使用文字表达以外，还广泛使用条形码。3 洗衣粉的中包装3.1 纸盒的类型与选用3.1.1 纸盒的类型按纸盒的结构分类，可分为折叠纸盒和固定纸盒。（一）折叠纸盒：折叠纸盒的特点：结构形式多样。折叠纸盒可进行盒内间壁、摇盖延伸、曲线压痕、开窗、展销等多种新颖处理，使其具有良好的展示效果。贮运费用较低。由于折叠纸盒可折成平板状，在流通过程中占用空间小，运输仓储等费用较低。适用于大中批量生产。折叠纸盒在包装机械上易实现自动粘合、充填、折盖、封口、集装和堆码等包装工序，可实现批量生产，因此生产效率高。常用的折叠纸盒形式有扣盖式、黏结式、手提式、开窗式等。（二）固定纸盒固定纸盒是用贴面材料将基材纸板表盒而成的纸盒，强度和刚性较折叠纸盒高。固定纸盒挺度好，易于开启，货架陈列方便，但制作较麻烦，占据空间大，自身成本和储运费用较高。盒脚可以采用涂胶纸袋加固、订合等方式进行固定。常用固定纸盒有套盖式、桶盖式、摇盖式、抽屉式、开窗式等。3.1.2 纸盒的选用一般来说，在选择纸盒时应遵循下列原则：1、普通块状物料。经过一次包装后的块状产品，若易于从纸盒的端面放入或取出，一般可选用插入式；若不易从纸盒的端面放入或取出，应选用盘式折叠纸盒2、颗粒状、粉状物料。由于需要一定的密封性，通常可选用黏结式封口的折叠纸盒或采用纸板/塑料复合纸盒以进行热封合。3、液体物料。因其对阻隔性、密封性要求高，通常选用纸板/塑料或纸板/塑料/铝箔复合折叠纸盒，或采用带有衬袋的纸盒，并实施热封合。4、大批量生产的普通产品包装，折叠式纸盒是首选，小批量生产的特殊要求产品，可采用固定纸盒，同时可增强其展示型与装饰性。袋装洗衣粉是经过一次包装后的产品，可从盒口装入和拿出，而且可大批量生产，根据纸盒的类型以及纸盒的选用原则，包装洗衣粉的纸盒宜选用插入式折叠纸盒较为合理。3.2 洗衣粉装盒工艺3.2.1 纸盒的尺寸（一）纸盒的成型尺寸设计一个纸盒装8袋洗衣粉，洗衣粉装袋成型后的尺寸为LBH= 1209515mm，装盒方式为222=8袋，一盒洗衣粉的重量w=78g8=624g；根据计算设计纸盒的成型尺寸为LBH= 240.5190.531mm。如图9所示：图9 纸盒成型尺寸图（二）纸盒的展开尺寸 图10 纸箱尺寸展开图3.2.2 盒坯与卷材的供应洗衣粉的盒坯为预制盒，委托专业制盒厂加工，其纸盒质量有保障，可大量节省设备投资。3.2.3 装盒工艺洗衣粉的装盒工艺采用开盒成型-充填-封口装盒工艺中的多件产品装盒。采用预制盒包装，基本的工艺流程为 产品供送（插页供送）取盒坯（打印） 盒张开成型 封底 充填 封盖 成品多件产品的横向装盒工艺过程如图11所示：图11 多件开盒成型-充填-封口横向装盒工艺过程示意图1-盒坯；2-撑开；3-被包装物；4-封合资料来源:潘松年.包装工艺学M.北京:印刷工业出版社,2011.7将盒坯从盒库中取出、撑开成桶状，待被包装物品排列整理后，由装填装置推入盒中，再由封合装置封合得到成品。图12 ZH100装盒机资料来源：/inc/products_view.asp?id=196表10 ZH100装盒机技术参数电源Ac380v三相四线50HZ总功率：1.5KW生产能力主机运行速度50-100盒/分折纸机运行速度50-100盒/分耗气量20m3/h(压力0.5-0.7mpa)包装材料纸盒质量250-300g/m2(看纸盒大小定)规格最大尺寸(LxWxH)250x170x60mm 最小尺寸：(LxWxH)50x20x15mm外形尺寸3300x1350x1650mm重量约1.2吨3.3 纸盒黏合工艺采用粘合剂将包装品封合称粘合工艺。其优点是工艺简单，生产率高，黏合强度大，应力分布均匀，密封性好，适应范围广，并可增加绝热与绝缘性能。在包装工艺中广泛用于纸张、布料、木材、塑料、金属等各种材料的黏合，在封口、复合材料的制造、封箱、贴条、贴标签等过程中，起着重要的作用。粘合剂产生粘合的基本条件：1、 必须有良好的流动性；2、 必须能充分浸润被黏物表面；3、 与被黏物之间必须有足够的作用力粘合剂选择：淀粉黏合剂。涂胶方法：喷嘴涂胶法。喷嘴与纸盒不接触，而且胶液在压力下喷出，因此涂布速度较快且均匀。4 洗衣粉的大包装4.1 瓦楞纸箱的设计及生产工艺瓦楞纸箱可加工性极好，成本低廉，使用方便，符合可持续发展要求。瓦楞纸箱的设计要严格根据相应国标来设计。瓦楞纸板由面纸和瓦楞（也称芯纸或楞芯）组成。生产瓦楞纸板的原料纸称为原纸；用作面纸的原纸称为箱板纸；用作芯纸的原纸称为瓦楞原纸。4.1.1 瓦楞纸箱的设计（一）瓦楞纸板层数的选择单瓦楞纸板主要用于包装较轻的产品；双瓦楞主要用于包装重量大的易损产品，三瓦楞纸板主要用于包装超重型产品。所以洗衣粉的运输包装选用单瓦楞纸箱，代号为S。（二）瓦楞纸板的选用表11 瓦楞纸板的选用种类内装物最大重量Kg最大综合尺寸mm代号纸板结构一类：贵重出口二类：内销产品三类：短途廉价单瓦楞纸箱5102030407001000140017502000单瓦楞纸S-1.1S-1.2S-1.3S-1.4S-1.5S-2.1S-2.2S-2.3S-2.4S-2.5S-3.1S-3.2S-3.3S-3.4S-3.5资料来源:GB/T 6543-86瓦楞纸板的选用S表12 瓦楞纸板技术指标瓦楞纸板代号耐破强度边压强度戳穿强度含水率S-3.10.440300S-3.20.650450102S-3.30.860600来源:GB/T 6544-86瓦楞纸板技术指标S所设计的洗衣粉属于短途廉价产品，瓦楞纸箱内的洗衣粉的综合最大尺寸估算为1200mm（后面有详细计算），洗衣粉的质量=62424=14976g，洗衣粉外包装按要求采用单瓦楞纸箱，综合选取瓦楞纸板的型号为S-3.3，其性能指标查表可知：耐破强度0.8MPa,边压强度60N/cm,戳穿强度600N.cm，含水率102%。（三）原纸的选配A级箱板纸常用于制造精细、贵重和冷藏物品的出口包装箱；B级适宜制造一般出口包装箱；C级适宜制造较大型物品用包装箱；D级适宜制造一般物品包装箱；E级适宜制造轻型物品包装箱。洗衣粉属于一般物品，选用D级箱板纸。（四）芯纸选配选用D等瓦楞芯纸，定量取160。（五）瓦楞纸板的耐破强度（六）瓦楞纸板的定量瓦楞纸板的定量=内外面纸、中间垫纸定量之和+（瓦楞芯纸定量*瓦楞展开系数）+粘合剂定量。其中粘合剂定量100，A型瓦楞展开系数1.5，此瓦楞纸板厚度为0.55cm。（七）瓦楞箱型的选取小盒洗衣粉在纸箱内堆码6层，每层4盒。洗衣粉盒型为长方形，盒体规则，对瓦楞纸箱无特殊要求，因此采用0201型瓦楞纸箱。02型箱特点：开槽箱。上下摇盖与箱面连