《包装设计制作工艺与检测技术标准实用手册》

第二篇 包装技术与工艺

第二章　防潮（湿）包装技术

第五节　防潮包装保存期的预测及包装设计

三、储存环境温湿度与时间的关系式

下面以粮食的储存为例讨论储存环境温湿度与时间的关系。

由于粮食的储存地点与时间的不统一，环境的温湿度差异必然较大，所以，依据表2－2－7、表2－2－8，对国内部分城市的全年温湿度变化用计算机进行处理，得出环境温湿度变化与时间的关系式

RH＝A＋Ecos［ω1（φ1－M0－t／30］＋Fsin［ω2（φ1－M0－t／30］　　　　（2－2－19）

式中：A、E、ω1、ω2、φ1、F为常数（见表2－2－6）；

　　M0———储存的起始月份；

　　t———储存的时间（d）。

表2－2－7　部分城市全年月平均湿度值

表2－2－8　部分城市全年月平均温度值

由式（2－2－18），有

ae＝RH／100　　ae＝｛A＋Ecos［ω1（φ1－M0－t／30］＋Fsin［ω2（φ1－M0－t／30］｝／100　　（2－2－20）

θ＝G＋Hcos［（M0＋t／30＋φ2）ω1］　　　　（2－2－21）

式中：G、H、φ2为常数（见表2－2－9。

表2－2－9　与温湿度有关的常数值

　　四、简易的防潮包装设计及保存期估算

对于防潮包装来说，一是为了防止包装内含水物品失水，二是为防止包装内物品吸潮。所以在设计包装时，要通盘考虑，针对物品特性及要求来设计包装，无论是失水物品还是吸潮物品，都可以采用一定防潮性能的包装材料，避免水分通过包装而发生的内外渗透现象。另外，可采用其他一些方法，除去包装内水分，以使包装内物品减少由湿气带来的损害。所以设计好一个包装后，首先应了解包装本身的透湿度，并能对经包装保护的物品保存期限进行估算。另外还要初步了解硅胶等吸湿剂的用法及用量。

（一）包装件本身透湿度的估算

透湿度一般是由测定得来的，如果一些条件如：被包装物品的净重W（g）；物品装入包装时的水分含量C1％，维持物品商品价值的界限水分C2％；包装本身的表面积A（m2），从包装到开封时间t（24day），在保存期间里，保存包装件场所的平均气温θ（℃），保存包装件场所的平均湿度h1％；被包装物品或包装内所表现的湿度h2％等已知的话，我们可用公式来求得包装本身的透湿度：

R＝W（c2－c1）×10－2A·t（h1－h2）Kθ　　　　（2－2－22）

式中Kθ值是由包装期间平均气温θ（℃）与所使用的防潮包装材料的种类决定的系数（见表2－2－2）。此公式中的R已经由（2－2－13），（2－2－14）式换算成R［40℃、RH（0～90％）］值。所以，使用时应注意R的温湿度条件。另外，此公式只限于对已经包装好，并存放一定时期的测试件的包装防潮性能的估算。

（二）包装保存期的估算

用透湿度R［40℃，（0～90）％］的防潮包装材料包装物品时，被包装物品由于受湿气影响，不能无限期存放，即存在着一个包装有效期。在通常情况下可用

t＝W（c2－c1）10－2R·A·（h1－h2）Kθ　　　　（2－2－23）

来估算包装的有效期。

为了在短时间内得到其包装有效期的预测值，往往采用高温高湿条件下进行加速实验。一般是采用温度40℃，相对湿度90％条件下进行实验，到一定时间后测定被包产品的含水量和其他相关值，看是否符合该产品规定要求的值。若加速试验到T（天）时，产品开始偏离规定要求，那么只要知道此产品包装将要贮存的环境气温（θ），以及贮存环境的相对湿度h1，以及包装内相对湿度h2，则可按下式粗略估算出在实际环境中，此产品包装防潮期限t为多少天。

t＝T（90－h2）/Kθ（h1－h2）×90　　　　　（2－2－24）

五、塑料薄膜的防潮包装设计

对于干燥物品的防潮包装设计，令

Wsdc＝dm，ae＝h1×10－2，a＝h2×10－2

其中：Ws是包装内物品的净重；

　　C是包装内物品的百分含水量；

　　ae是包装外部储运环境的水分活度；

　　a是包装内部的水分活度。

参照（2－2－17）式及（2－2－2）式则

Wsdcdt＝A·PLe－△E／R（273．2＋θ）（ae－a）pθ　　　　（2－2－25）

另外，包装内的水分活度与包装内物品百分含水量成函数关系。其函数关系是根据物品的吸（脱）湿等温曲线推至而来的。根据实际的相关推导发现，包装内水分活度值不仅与物品的百分含水量有关，而且与温度也有关系。所以，a应是与C及θ均成关系的函数，由此可表示成a（c，θ）。

假如我们所设计的包装将储存于温湿度恒定的场所或地区中，即θ与ae均为常数，并且物品的初始含水量C1、包装薄膜材料的扩散活化能△E，以及当物品中的百分含量达到临界值C2时产品所应保存的期限τ已知的话，我们可以利用式（2－2－26）来选择防潮包装薄膜材料或包装的外尺寸。

根据式（2－2－25）则

Ws∫c2c1dcae－a（c，θ）＝A·PL·e－△E／R（273．2＋θ）pθ∫τ0dt

即

APLWs＝∫c2c1dcae－a（c，θ）e－△E／R（273．2＋θ）pθ∫τ0dt　　（2－2－26）

AP/LWs是包装薄膜以及所包装物品的基本属性，从而可根据A、P、L、Ws相互关系，选定既经济易得，又能满足防潮包装要求的薄膜包装材料，并能由此确定方便、适用的包装外尺寸。

当然，以上所假定的温湿度均恒定的储运场合较小，由此所得出的结论可能不适应温湿度变动的储运场合，甚至可能导致错误的结论。因此，我们应根据储运环境的温湿度变化规律，得到更确切的设计方案。

当然，地区的区域不同，其关系系数一定不一样。为说明这种设计方法起见，我们索性让a（c，θ）也应写成a（c，t）。

为计算上的方便，我们将式（2－2－25）中的pθ表示成

pθ＝Beaθ　　　　（2－2－27）

即

pθ（t）＝Beaθ（t）　　　　　　（2－2－28）

将上式代入式（2－2－25）中，则

Wsdcdt＝A·PLBeaθ（t）e－△E／R（273．2＋θ（t））（ae（t）－a（c，t）　　　　　（2－2－29）

当已知c1、c2、τ的情况下，从以上的微分式中，利用计算机通过逼近积分法，可求解出A·/PL·L/Ws来。

以上所谈到方法尽管难解，但通过适当的编程处理，其计算并不难。这种方法由于仅限在某一地区或固定场所储存，所以有时称其为静态预算法。

如果所包装的物品频繁更换储存场所、运输工具或者跨国跨地区运输，此时的难度更大。除了用计算机分段计算或跟踪计算外，我们还可以用计算机随机模拟的方法，在已知c1、c2、τ等数据的情况下，统计出在某一较大区域范围内储运所需的防潮包装材料的特性值及包装的外尺寸。这种由运输及变更储存场所所带来的繁琐计算方法，我们可称之为动态预算法。

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