包装设计中干燥剂怎么用?

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干燥剂在现代包装设计,尤其是药品,保健品等产品中应用已经十分广泛,本文旨在分享在包装设计中干燥剂使用量的分析及其思路。

1. 名词解释

绝对湿度】单位体积空气中所含水蒸汽的质量,叫做空气的“绝对湿度”。它是大气干湿程度的物理量的一种表示方式。通常以1立方米空气内所含有的水蒸汽的克数来表示。水蒸汽的压强是随着水蒸汽的密度的增加而增加的,所以,空气里的绝对湿度的大小也可以通过水汽的压强来表示。由于水蒸汽密度的数值与以毫米高水银柱表示的同温度饱和水蒸汽压强的数值很接近,故也常以水蒸汽的毫米高水银柱的数值来计算空气的干湿程度。

相对湿度】空气中实际所含水蒸汽密度和同温度下饱和水蒸汽密度的百分比值,叫做空气的“相对湿度”。空气的干湿程度和空气中所含有的水汽量接近饱和的程度有关,而和空气中含有水汽的绝对量却无直接关系。例如,空气中所含有的水汽的压强同样等于1606.24Pa(12.79毫米汞柱)时,在炎热的夏天中午,气温约35℃,人们并不感到潮湿,因此时离水汽饱和气压还很远,物体中的水分还能够继续蒸发。而在较冷的秋天,大约15℃左右,人们却会感到潮湿,因这时的水汽压已经达到过饱和,水分不但不能蒸发,而且还要凝结成水,所以我们把空气中实际所含有的水汽的密度ρ1与同温度时饱和水汽密度ρ2的百分比ρ1/ρ2×100%叫做相对湿度。也可以用水汽压强的比来表示:

相对湿度与绝对湿度的关系】绝对湿度与相对湿度这两个物理量之间并无函数关系。例如,温度越高,水蒸发得越快,于是空气里的水蒸汽也就相应地增多。所以在一天之中,往往是中午的绝对湿度比夜晚大。而在一年之中,又是夏季的绝对湿度比冬季大。但由于空气的饱和汽压也要随着温度的变化而变化,所以又可能是中午的相对湿度比夜晚的小,而冬天的相对湿度又比夏天的大。由于在某一温度时的饱和水汽压可以从“不同温度时的饱和水汽压”表(篇幅所限不列)中查出数据,因此只要知道绝对湿度或相对湿度,即可算出相对湿度或绝对湿度来。

干燥剂】干燥剂也叫吸咐剂,是用在防潮,防霉方面,起干燥作用,按吸附方式及反应产物不同为分物理吸附干燥剂和化学吸附干燥剂。物理吸附的干燥剂有硅胶、氧化铝凝胶、分子筛、活性炭、骨炭、木炭、矿物干燥剂,或活性白土等,它的干燥原理就是通过物理方式将水分子吸附在自身的结构中。

分子筛干燥剂】一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物,主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构,在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在加热后连续地失去,但晶体骨架结构不变,形成了许多大小相同的空腔,空腔又有许多直径相同的微孔相连,这些微小的孔穴直径大小均匀,能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部中来,而把比孔道大得分子排斥在外,因而能把形状直径大小不同的分子,极性程度不同的分子,沸点不同的分子,饱和程度不同的分子分离开来,即具有“筛分”分子的作用,故称为分子筛。目前分子筛在冶金,化工,电子,石油化工,天然气等工业中广泛使用。

其特点:1)在超低湿度条件下,仍然能够大量地吸收环境中的水蒸气,有效地控制环境湿度;

2)吸湿速度极快,在极短的时间内吸收大量水蒸汽。

硅胶干燥剂】硅胶是一种高活性材料,通常是用硅酸钠和硫酸反应,并且经过老化,酸化等一系列处理过程制得。硅胶属于非晶态物质,其化学分子式为mSiO2.nH2O。不溶于水和任何溶剂,无毒无味,化学性质稳定,除了强碱,氢氟酸外不与任何物质反应。各种型号的硅胶因其制造方法不同从而形成了不同的微孔结构。硅胶的化学组分和物理结构,决定了它具有其他同类材料难以具备的特点:吸附性能高、化学性质稳定、热稳定性好、较高的机械强度等,十分适宜用作干燥剂。在药品、保健品中通常选择细孔硅胶作为干燥剂。在硅胶的使用过程中由于其吸附了介质中的水蒸气或者其他有机物质,吸附能力下降,可通过脱附加热后再生重复使用。

特点:硅胶干燥剂最适合的吸湿环境为室温(20~32℃)、高温(60~90℃),它能使环境的相对湿度降低至40%左右,因此应用范围非常广泛。

2 干燥剂简介

国内目前较知名的干燥剂生产企业有:青岛海洋化工有限公司、新加坡干霸干燥剂(深圳)有限公司、上海威胜干燥剂有限公司、青岛裕宝干燥剂有限公司、青岛力海精细化工有限公司等。由于目前在药品、保健品中广泛使用安全可靠的细孔硅胶干燥剂,国家药监局也在2005年颁布了“药用固体纸袋装硅胶干燥剂”质量标准YBB00122005。我国也于2005年制定了硅胶干燥剂行业标准(HG/T2765.1-2005)。图-1列出了硅胶干燥剂行业质量标准中主要衡量参数:

图-1 硅胶行业质量标准

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干燥剂在生产出来后要迅速与空气隔绝,以避免暴露在空气中吸收大量水分而失效。通常会使用阻隔包装袋来包装干燥剂进行储存和运输,直至使用时才会将阻隔袋打开。阻隔包装材料是决定干燥剂在最终客户产品包装中是否发挥功效的关键,理论上讲,任何阻隔材料在一定温度和湿度条件下都有一定的渗透性,其指标是水汽透过率(Moisture Vapour Transition Rate),即MVTR,单位是(克/平方米. 天)阻隔材料的MVTR越高,干燥剂的存储周期就越短,反之则越长。图-2给出了常见阻隔材料的MVTR参考值:

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对于有长途运输及长期存贮要求的干燥剂来说,必须使用MVTR小于0.5克/平方米. 天的材料来包装干燥剂,由上图可知,目前只有使用铝箔包装是最合理的选择。

在设计带有干燥剂的包装时候,必须保证包装密封及包装本身壁厚(或者水蒸气阻隔性)达标,目前国内这两方面生产工艺已经十分成熟,完全可以达标。

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