《包裝設計制作工藝與檢測技術標準實用手冊》

第二篇 包裝技術與工藝

第二章　防潮（濕）包裝技術

第五節　防潮包裝保存期的預測及包裝設計

三、儲存環境溫濕度與時間的關系式

下面以糧食的儲存為例討論儲存環境溫濕度與時間的關系。

由于糧食的儲存地點與時間的不統一，環境的溫濕度差異必然較大，所以，依據表2－2－7、表2－2－8，對國內部分城市的全年溫濕度變化用計算機進行處理，得出環境溫濕度變化與時間的關系式

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為常數（見表2－2－6）；

　　M0———儲存的起始月份；

　　t———儲存的時間（d）。

表2－2－7　部分城市全年月平均濕度值

表2－2－8　部分城市全年月平均溫度值

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為常數（見表2－2－9。

表2－2－9　與溫濕度有關的常數值

　　四、簡易的防潮包裝設計及保存期估算

對于防潮包裝來說，一是為了防止包裝內含水物品失水，二是為防止包裝內物品吸潮。所以在設計包裝時，要通盤考慮，針對物品特性及要求來設計包裝，無論是失水物品還是吸潮物品，都可以采用一定防潮性能的包裝材料，避免水分通過包裝而發生的內外滲透現象。另外，可采用其他一些方法，除去包裝內水分，以使包裝內物品減少由濕氣帶來的損害。所以設計好一個包裝后，首先應了解包裝本身的透濕度，并能對經包裝保護的物品保存期限進行估算。另外還要初步了解硅膠等吸濕劑的用法及用量。

（一）包裝件本身透濕度的估算

透濕度一般是由測定得來的，如果一些條件如：被包裝物品的凈重W（g）；物品裝入包裝時的水分含量C1％，維持物品商品價值的界限水分C2％；包裝本身的表面積A（m2），從包裝到開封時間t（24day），在保存期間里，保存包裝件場所的平均氣溫θ（℃），保存包裝件場所的平均濕度h1％；被包裝物品或包裝內所表現的濕度h2％等已知的話，我們可用公式來求得包裝本身的透濕度：

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

式中Kθ值是由包裝期間平均氣溫θ（℃）與所使用的防潮包裝材料的種類決定的系數（見表2－2－2）。此公式中的R已經由（2－2－13），（2－2－14）式換算成R［40℃、RH（0～90％）］值。所以，使用時應注意R的溫濕度條件。另外，此公式只限于對已經包裝好，并存放一定時期的測試件的包裝防潮性能的估算。

（二）包裝保存期的估算

用透濕度R［40℃，（0～90）％］的防潮包裝材料包裝物品時，被包裝物品由于受濕氣影響，不能無限期存放，即存在著一個包裝有效期。在通常情況下可用

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

來估算包裝的有效期。

為了在短時間內得到其包裝有效期的預測值，往往采用高溫高濕條件下進行加速實驗。一般是采用溫度40℃，相對濕度90％條件下進行實驗，到一定時間后測定被包產品的含水量和其他相關值，看是否符合該產品規定要求的值。若加速試驗到T（天）時，產品開始偏離規定要求，那么只要知道此產品包裝將要貯存的環境氣溫（θ），以及貯存環境的相對濕度h1，以及包裝內相對濕度h2，則可按下式粗略估算出在實際環境中，此產品包裝防潮期限t為多少天。

t＝T（90－h2）/Kθ（h1－h2）×90　　　　　（2－2－24）

五、塑料薄膜的防潮包裝設計

對于干燥物品的防潮包裝設計，令

Wsdc＝dm，ae＝h1×10－2，a＝h2×10－2

其中：Ws是包裝內物品的凈重；

　　C是包裝內物品的百分含水量；

　　ae是包裝外部儲運環境的水分活度；

　　a是包裝內部的水分活度。

參照（2－2－17）式及（2－2－2）式則

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

另外，包裝內的水分活度與包裝內物品百分含水量成函數關系。其函數關系是根據物品的吸（脫）濕等溫曲線推至而來的。根據實際的相關推導發現，包裝內水分活度值不僅與物品的百分含水量有關，而且與溫度也有關系。所以，a應是與C及θ均成關系的函數，由此可表示成a（c，θ）。

假如我們所設計的包裝將儲存于溫濕度恒定的場所或地區中，即θ與ae均為常數，并且物品的初始含水量C1、包裝薄膜材料的擴散活化能△E，以及當物品中的百分含量達到臨界值C2時產品所應保存的期限τ已知的話，我們可以利用式（2－2－26）來選擇防潮包裝薄膜材料或包裝的外尺寸。

根據式（2－2－25）則

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是包裝薄膜以及所包裝物品的基本屬性，從而可根據A、P、L、Ws相互關系，選定既經濟易得，又能滿足防潮包裝要求的薄膜包裝材料，并能由此確定方便、適用的包裝外尺寸。

當然，以上所假定的溫濕度均恒定的儲運場合較小，由此所得出的結論可能不適應溫濕度變動的儲運場合，甚至可能導致錯誤的結論。因此，我們應根據儲運環境的溫濕度變化規律，得到更確切的設計方案。

當然，地區的區域不同，其關系系數一定不一樣。為說明這種設計方法起見，我們索性讓a（c，θ）也應寫成a（c，t）。

為計算上的方便，我們將式（2－2－25）中的pθ表示成

pθ＝Beaθ　　　　（2－2－27）

即

pθ（t）＝Beaθ（t）　　　　　　（2－2－28）

將上式代入式（2－2－25）中，則

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

當已知c1、c2、τ的情況下，從以上的微分式中，利用計算機通過逼近積分法，可求解出A·/PL·L/Ws來。

以上所談到方法盡管難解，但通過適當的編程處理，其計算并不難。這種方法由于僅限在某一地區或固定場所儲存，所以有時稱其為靜態預算法。

如果所包裝的物品頻繁更換儲存場所、運輸工具或者跨國跨地區運輸，此時的難度更大。除了用計算機分段計算或跟蹤計算外，我們還可以用計算機隨機模擬的方法，在已知c1、c2、τ等數據的情況下，統計出在某一較大區域范圍內儲運所需的防潮包裝材料的特性值及包裝的外尺寸。這種由運輸及變更儲存場所所帶來的繁瑣計算方法，我們可稱之為動態預算法。

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