【摘要】：本文论述了湿气对被包装产品的影响，从性能和制造工艺上分析防潮包装材料特性，如塑料及复合材料的阻湿性及其影响围素，防潮包装容器的选材及干燥剂的应用，并应用计算机辅助设计来预测其储存期。
关键词：防潮包装 包装设计 储存期 包装材料
正文：
1. 引言
防潮包装是为防止被包装物受空气中水蒸气的损害而实施的技法，所以采取具有一定阻隔水蒸气能力的材料对物品进行包装，阻隔外界湿度变化对物品的影响，同时使包装内的相对湿度满足物品的需求，保护物品的品质。目前，防潮包装的应用已相当广泛，药品、化妆品、大多数加工食品、化工产品、仪器仪表、武器装备等都要进行防潮包装。
2. 空气湿度对产品的影响
湿气可能使产品发生以下几种形式的变化：
(1)物理变化：例如面包失水后发硬、饼干吸水后不脆、皮革干燥后发硬等。
(2)物理化学变化：例如糖或盐结块，或者形成水台物等
(3)化学变化：污物在已附有湿气的裸露的金属表面上被吸附，污物起到电解质的作用，引起电化学反应，使钢铁生锈，或使其它金属腐蚀、失去光泽，粮食的褐变等。
(4)生物变化：如果湿度增加超过临界值或在包装内形成小水滴时，霉菌或细菌就要生长。湿度是细菌和霉菌生长最主要的条件，降低湿度是控制其生长的最主要手段。
因此需要进行防潮包装的产品一般分为以下三种：
（1） 吸湿后质量会下降的产品
这类产品的水含量增加到一定程度时，产品会失去使用价值．这种类型的产品应进行防潮包装，防止产品吸收外界水蒸汽。例如酥脆食品、药品、干制食品、化工产品、化肥等。
（2）脱湿后质量会下降的产品
这类产品失水到一定程度时，会失去使用价值，与3.1类产品不同，这类产品需要进行防脱湿包装，但习惯上也称防潮包装。例如面包、蛋糕、中药密丸、化妆品、水乳型产品、水分散型液体产品等。对于上述两类产品，它们吸收空气中的水分，或向空气中蒸发水分的速度随时间的增加会逐渐减慢，最后达到与外界环境水分平衡的状态。即如果外界温湿度不变，产品的平衡水分也不变，这时产品所含的水分称为该温度下产品的平衡水分。在一定温度下，空气的湿度越高，产品的平衡水分也越多，反之亦然。
（3）在潮湿环境中会与水发生化学反应的产品
这类产品既不吸湿也不脱湿，但与水发生化学反应会使产品质量下降，甚至会失去使用价值。例如，金属制品、武器装备、精密仪器等在潮湿环境下，如果有氧存在会使钢铁部件生锈或使其它金属表面失去光泽。外界湿度对腐蚀的影响大；当相对湿度低时．随湿度增加，腐蚀速度增加不太快，但当相对湿度达到临界湿度后，金属腐蚀的速度急剧增加。
因此，我们在设计防潮包装的时候，需要根据流通环境的湿度条件以及产品自身的特性，选择合适的包装材料和合理的防潮包装结构，或采取附加物来达到防潮包装的目的。
以下是防潮包装的等级表:
鉴于不同产品的不同防潮要求，防潮包装材料也不同，大体分为隔湿性材料和吸湿性材料两大类。
透湿率是材料隔潮性的标志，透湿度越小，隔潮性能越好。透湿率是指在一定的温湿度条件下，处于透湿恒定状态下的隔湿材料，在单位时间内、单位面各上透过水蒸汽的量，单位是g／㎡·24h。
玻璃、金属和足够厚度的铝箔的透湿度接近于零。复合材料及单层塑料薄膜的透湿率与薄膜的组成、分子结构、分子集聚状态、结晶度、密度以及所处环境的温湿度条件等有关。
3.干燥剂的应用
干燥剂不应与产品发生化学反应，通过物理吸附降低湿度。干燥剂应不挥发，吸水后温度不明显上升，在产品储存的温度范围内吸湿性能稳定，常用的干燥剂有吸附型和解潮型两类。吸附型干燥剂有硅胶，蒙脱石活性干燥剂，分子筛和铝凝胶等；解潮型的干燥剂主要是生石灰等。
3.1干燥剂的包装
由于干燥剂的组成不同，其适合的包装也是大有不同。硅胶或其它干燥荆不宣直接与产品接触，必须用透湿度大的材料进行包装，如用无纺布或棉布制作干燥剂包装袋。使用棉布时还需用能吸水 强度好的软纸做衬里， 防止干燥剂碎末掉出来。被包装产品如果本身不含湿，密封包装内又无含湿衬垫材料，干燥剂则不宜用塑料薄膜或其它透湿性小的材料包装，即不能用双梯度法控制湿度。许多地区一天内的温度变化较大，有的相差二十多度。如果产品包装容器内的温度变化幅度也有这么大，而干燥剂包装袋的透湿度又小，尽管包装内的绝对湿度变化不大，但相对湿度却发生了很大变化。若高温时的相对湿度是5O％，温度下降约13℃，那么湿度就会增至饱和。
3.2干燥剂的用量计算
防潮包装中，干燥剂的用量与防潮材料的透湿率，储存期，包装面积等多项因素有关。
干燥剂的用量可按下面经验公式计算
式中:W-干燥剂用量(kg)
R-包装材料的平均透湿度(g／㎡·24h)
M-包装期限(月)
D-包装内吸湿性缓冲材料的质量(kg)
K-包装环境的气候条件系数。
20℃ RH≤70 时，K为60
4.防潮包装材料的选择
常用的防潮包装材料有纸材，塑料，金属，玻璃，陶瓷以及复合材料等。
4.1金属或玻璃包装容器
金属或玻璃包装材料本身的透湿度接近于零，防潮的薄弱环节是封口及接缝卷边处。例如，为确保玻璃瓶盖的密封，可在盖外再封一层纤维素薄膜、涂蜡或用热收缩薄膜封包。也可以在瓶口先用直插式塑料空心塞或软木塞，再封外盖。金属罐盖或玻璃瓶的四旋盖等可施涂液体高分子密封腔，使在封台处形成弹性膜，以提高密封度。
4.2单层塑料薄膜袋
PVDC、PP、HDPE有非常好的湿气阻隔性；其次是MDPE、LDPE、LLDPE(线性低密度聚乙烯)、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、丙烯腈共聚物、聚乙烯醇等的阻湿性是不好的。理论和实验结果都证明：用两层厚度均为d的PE袋包装的隔潮效果比用一层厚度为的PE袋包装的隔潮效果好。此结论也适用于其它塑料袋。
4.3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汽阻隔性。但在包装设计时常需将阻湿性与对氧气、二氧化碳、香气的阻隔性，对油脂和溶荆的抗耐性及机械强度等综合考虑，即根据产品对保护性的不同要求采用多功能的复合材料。在设计复合材料时，应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。如果在复合材料的组成中选用了PVA、EVOH(乙烯一乙烯醇共聚物)、尼龙等．它们虽然都有极佳的气体阻隔，但它们的阻气性随环境湿度的增加而明显降低。所以用上述塑料作复合材料的阻隔层时，如果它们所处的环境(大气或包装袋内)湿度较大时，应将它们夹在高阻湿层之间．或用高阻湿层与高湿环境隔开。为确保复合材料袋的封缄可靠，应选择热封性能良好的内层，例如，PE、离子型聚合物、PP、EVA、PVC等。其中离子型聚合物在袋口稍有污染的情况下仍能密封。
4.4绿色防潮纸基材料
绿色包装材料已成为当今世界环境保护的焦点。而绿色纸基材料更是人们竞相研究的趋势。
绿色防潮纸基材料生产过程涉及纤维原料的选择、主要化学助剂的添加工艺以及目标产品的再生回收工艺等问题。现介绍几种防潮纸材的性能及应用范围。
4.4.1防潮玻璃纸
玻璃纸又称“赛璐玢”，也称透明纸，它像玻璃一样透明、光亮，是一种装饰性的高级包装用纸。自1908年问世以来，以独特的无毒无味、抗静电等特殊性能广泛应用于食品、医药、卫生包装装潢领域。玻璃纸是以木浆、棉浆等天然纤维为原料，用胶粘法制成薄膜。它挺括、透明、无毒、无味。其分子链存在着一种奇妙的微透气性，可以让商品像鸡蛋透过蛋皮上的微孔一样进行“呼吸”，这对商品的保鲜和保存活性十分有利；对油性、碱性和有机溶剂有强劲的阻力；不产生静电，不自吸灰尘，适应于机械高速包装和制袋。防潮玻璃纸是在造纸过程中添加具有防潮性能的化学药品，如聚乙烯、聚偏二氯乙烯(K型涂覆)、醋酸乙烯共聚物(MST型涂覆)等制成，在原有材料性能的基础上添加了一定的防潮性能、适合于食品、肉类及机械工具的包装。
由于防潮玻璃纸源十天然纤维，故在垃圾中能吸水而被分解，不至于造成环境污染。用聚乙烯和K型涂覆的防潮玻璃纸加工工艺不仅污染少、易操作，而且很经济。鉴于用塑料作食品包装存在着潜在危害，传统的塑料食品包装在许多发达国家正面临着被逐步淘汰的命运，取而代之的新型包装—— 防潮玻璃纸将显示出其强大的生命力。
4.4.2聚乙烯加工纸
聚乙烯加工纸是由牛皮纸和高密度聚乙烯或低密度聚乙烯复合而成。它具有牛皮纸的坚韧结实的特性，同时又有聚乙烯材料的优越的介电性、耐潮性，良好的机械强度和抗冲击性，在低温时仍能保持柔软及化学稳定性，能抵抗一定浓度及温度的酸类、碱类、盐类溶液及各种有机溶剂的腐蚀作用。聚乙烯加工纸特别是高密度聚乙烯加工纸是一种优良的高级防潮包装材料，其防潮性能比聚氯乙烯加工纸和沥表纸都要好。对于复合防潮材料来说，因为湿度对各层材料的透湿系数影响的程度有差别，即各层材料的透湿系数的湿度依赖性有差别，所以在这样的材料进行防潮包装时，还应注意把透湿系数对湿度依赖性大的材料放在低湿侧，把透湿系数对湿度依赖小的材料放在高湿侧。例如对于聚乙烯加工纸来说，就应该将聚乙烯薄膜层放在高湿度一侧。聚乙烯加工纸原料中的牛皮纸是对环境完全无污染的，其中的聚乙烯层在大气中特别是阳光照射下也很容易老化，试验表明，经过两年就已自然崩裂，低密度聚乙烯老化程度更快，所以对环境造成的负载是比较小的。
4.4.3抗潮瓦楞纸板
瓦楞纸板是在包装上应用最广的一种纸板，特别是用于商品包装，可以用来代替木板箱和金属箱。瓦楞纸板是由瓦楞原纸加工而成。首先把原纸加工成瓦楞状．然后用胶粘剂从两面将表层黏合起来。使纸板中层呈空心结构，这样使瓦楞纸板具有较高的强度，它的挺度、硬度、耐压、耐破、延伸性等性能均比一般的纸板高．由它制成的纸箱也比较坚挺，更有利于保护所包装的产品。抗潮瓦楞纸板是在温度为l30-180℃下，用石蜡液进行雾化。在抗潮纸板中，石蜡成分的质量为30-45％．这种瓦楞纸板具有较高的抗潮性能．其强度比未经浸渍的纸板大大提高。近年来．由于合成树脂的发展，生产出一种钙塑瓦楞纸板。可以克服原有一些瓦楞纸板的缺点。它具有防潮、防雨、强度高等特点。且材料来源丰富，应用越来越广泛。钙塑瓦楞纸板是指加有钙化物填料的塑料纸。它是一种塑料包装材料，而不是纸包装材料，因与牛皮瓦楞纸对比，所以习惯称为纸板。不管是牛皮瓦楞纸还是钙塑瓦楞纸板。都具有自重轻、力学强度高、防潮性好等特点，所制成的纸箱折叠性好，存储空间小。运输费用低，用完可多次重复使用。易于回收利用，是优良的可供运输的绿色代木包装。
4.4.4牛皮箱纸板
牛皮箱纸板也称挂面纸板或牛皮卡纸。国外制作牛皮箱纸板的原料配比一般均用l00％本色硫酸盐木浆，少数采用本色硫酸盐木浆挂面，而用废纸浆作芯层和底层，国内因木材资源不足，所以采用40-50％木浆挂面，用麦草浆、稻草浆、芒秆浆、蔗渣浆、废纸浆等一种或两种混合浆作芯层和底层，并且开发出l00N竹浆。或用60-70％竹浆与草浆或废纸浆．或20％木浆与棉秆浆和红麻秆浆等抄造．最后再经过施胶与压光制成牛皮箱纸板．其施胶度均在0．75mm以上，因此有较强的抗水、防潮性能。牛皮箱纸板是运输包装用的高级纸板。它比一般箱纸板更为坚韧、挺实，有极高的抗压强度、耐戳穿强度与耐折度，具有防潮性能好、外观质量好等特点，主要用于制造外贸包装纸箱及国内高档商品包装纸箱。近年来．由于对包装质量的要求逐步提高．一些高档商品(如高档酒类、饮料等)的包装纸箱逐步用全木浆生产的白面牛皮卡纸替代原来的灰底白板纸、本色牛皮纸等。发展速度很快，需求量很大．因而防潮包装要求的防潮白面牛皮卡纸也应运而生。白面牛皮卡纸的生产原料底浆采用自产的本色硫酸盐针叶木浆以及一部分外购木浆，面浆则全部使用自产的全漂硫酸盐针叶木浆。底浆与面浆的配比为7：3。实际生产过程中可根据不同要求调整浆料配比。
4.4.5防潮平黏合纸板
平黏合纸板是一种由两层或两层以上的平面层纸板紧紧黏结而成的多层材料。平黏合纸板可以使用不同的材料往外层和内层上黏合，通常使用较低性能的纸板。纸板是用硅胶进行黏合的，纸板的层数根据对纸板箱的要求而定。同时应考虑到原材料的性质及其强度指标。平黏合纸板与瓦楞纸板相比较有较高的强度指标和较高的承压抗力。防潮平黏合纸板由抗潮的原材料和防潮胶制造而成，可达到一定要求的防潮能力。有的防潮平黏合纸板是在表面经过聚乙烯处理得到。通常在成卷的纸板外层上预先用喷压的方法加上聚乙烯覆盖层。然后在压粘机上与纸板进行压合．用这种方法可以获得具有一面或两面为聚乙烯覆盖层的平黏合纸板。由于聚乙烯层的不透水性，因此与纸板的黏合必须使用含水量最少的胶液，如乳胶、聚醋酸乙烯酯乳液以及热熔胶等。为提高黏合纸板的抗潮性，还可在其外表面涂以蜂蜡混合物。这些辅助剂都为无毒材料．不会造成化学药剂污染。防潮平黏合纸板包装箱主要用于高湿度条件下要求包装箱有足够强度的品，如果品、蔬菜、爆炸物、各种备用零件、五金制品等，以及用于寒冷地区运输产品的转运包装箱等。
5.防潮包装储运期限的计算，分析
5.1防潮阻隔层材料的透湿率
判断包装材料的阻隔性能，一般是测定其透湿率，单位g/㎡ h。透湿率是防潮包装材料的一个重要参数，是选用包装材料、确定防潮期限、设计防潮包装的主要依据。设包装材料厚度为x，气体在高压侧的压强为P1，在低压侧的压强为P2，气体浓度为c，高浓度为c1，低浓度为c2。
根据费克第一扩散定律，单位时间、单位面积的气体渗透量m与浓度梯度成正比，可用下式表示：
m =-D(dc/dx)
式中：dc/dx-浓度梯度，负号是因为从高浓度向低浓度扩散；D-水蒸气或气体在包装材料中的扩散系数(C㎡／s)。即：
mdx= 一Ddc
两端积分可得：
m=D(c1一c2)/x
根据亨利定理，在一定温度下，水蒸气或气体溶解在包装材料中的浓度c与该气体的分压力P成正比，即c=sp，式中S称溶解度系数，用单位体积中所溶解水蒸气质量或气体体积来表示。因此得：
m=D(Sp1-Sp2)/x=DS(p1-p2)/x
式中,取P=DS，并命名P为水蒸气或气体在包装材料中的渗透系数，水蒸气：
g·cm／(cm3·kPa)，气体：cm3·cm／(cm3·s·101．325kPa)。
则：m=P(p1-p2)/x或P=ml/(p1-p2)
由式可见，水蒸气透过包装材料的渗透系数P与水蒸气在这种包装材料中的扩散系数D和溶解度系数s有关。因而，水蒸气对包装材料的渗透性就取决于水蒸气在包装材料中的扩散能力和溶解能力。
A-塑料薄膜包装总面积(c㎡)；
t-时间(s)
因此，可以求得：
并且可以得到温度为40℃条件下的透湿率：
式中f-是Q(㎡·24h)与(㎡·s)之间的面积与时间单位换算因子
(1㎡·24h=864×106c㎡·s=fc㎡·s)。如果在温度为40℃条件下测得的薄膜透湿率为
式中：
K一包装薄膜的种类与存放环境温度有关的系数值。
5.2储存期限加速试验考核
为保证物资或器材的储运安全，要对防潮包装件进行试验考核，通常采用加速试验来进行。根据自然界的环境气候，国家标准定出了一些典型的温湿度条件，主要包括低温、低温高湿、标准温度高湿、标准温湿度、高温高湿、高温干燥等几种气候环境。为了在较短时间内得到其防潮阻隔性能的实验数据，可采用在高温高湿条件下进行加速试验，即在温度为(40±1)℃和相对湿度为(90±2)％的条件下进行这种试验，测定被包装物品的含水量达到额定数值时所需要的时间，设为
由此可得：
6.防潮包装缺陷的一些思考
在过去的一些研究中，都是在假定防潮包装无缺陷的前提下进行的，一般都是采取一维模型来处理防潮问题。实际上防潮包装的缺陷是不可避免的。随着商品社会的不断发展和生活水平的不断提高，人们对生活品质的要求越来越高，商品的保质状态将越来越多地引起人们的关注。因此防潮包装的研究无论是对促进商品流通、减少资源浪费，还是对保障消费者利益等诸多方面都有着十分重要而现实的意义。
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