包装袋热封微孔孔道气体交换理论及其应用

发布时间：2017-09-30 20:28

  本文关键词：包装袋热封微孔孔道气体交换理论及其应用

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【摘要】：软包装由于具有品种繁多、价格便宜、重量轻、携带方便等优点在食品包装中的应用越来越多,而在软包装袋热封过程中产生的问题不容忽略。包装袋在热封过程中易出现虚封和漏封,造成孔道泄漏。在孔道处的气体交换会导致食品发生物理或化学变化,进而加速食品腐败、缩短货架期等。目前关于热封处的微孔孔道气体交换的研究较少,因此,研究并建立包装袋热封微孔孔道的内外气体交换模型对于确定封合泄漏的产品的货架期具有至关重要的作用。本文首先对热封微孔气体交换理论进行调研与总结,建立包装袋热封微孔孔道的内外气体交换模型并研究孔道特征因素对气体交换的影响。然后,结合产品吸湿特性与孔道水蒸气交换模型,建立具有微孔孔道的包装货架期预测模型并对其进行加速试验验证。最后,应用热封微孔包装气体交换模型解决实际工况中的包装问题。主要研究内容与结果如下:(1)包装袋热封微孔孔道气体交换模型的建立与验证。本课题主要研究通过热封处微孔孔道的气体交换模型,对比四种扩散模型即Fick扩散、粘性扩散、努森扩散和过渡扩散,在60~220μm孔径条件下建立基于Hagen-Poiseuille定律的热封微孔孔道内外气体交换模型。利用热封微孔孔道数学模型得到孔道半径的估算值,将其与实际微孔孔道半径进行比较,其偏差值控制在5%以内,验证所建立的基于Hagen-Poiseuille定律的包装袋热封微孔孔道气体交换模型的正确性。(2)孔道特征因素对包装内外气体交换的影响。通过改变孔道特征参数进行试验,得到微孔直径、孔长、内外压差、孔数以及孔道形状对气体交换量的影响。证明随着孔径、内外压差和孔数的增加,通过微孔孔道的气体交换量增加且变化显著。随着孔道长度的增加,气体交换量减少。对比不同形状的微孔孔道,得到模型适合直孔和斜孔,对具有转弯角度的微孔需进一步讨论。(3)基于热封微孔的饼干包装货架期预测模型的建立与验证。将饼干放在动态水分吸附仪上进行试验,得到在23℃和35℃下饼干水分活度与平衡含水率之间的关系。通过对比四种常用吸湿模型,得到最适合饼干的吸湿模型为GAB模型。然后,基于Fick定律建立热封微孔孔道内外水蒸气交换模型,考虑阻隔性薄膜以及渗透性薄膜两种情况,结合饼干的等温吸湿模型建立基于热封微孔的饼干货架期预测模型并用加速试验对其进行验证。(4)热封微孔包装的应用。考虑特殊工况,对需要运输到高原环境中的包装袋在热封处加热封条以达到不胀袋的目的。对具有热封条的现有包装进行测试,得到等效圆柱形孔道的孔径。通过研究热封条参数对气体交换量的影响,得到厚度是决定性因素。因此,在实际包装中可以通过改变热封条的厚度来改变气体交换量。同时,基于货架期预测模型设计满足特定货架期的微孔最大极限半径。
【关键词】：包装袋 热封微孔孔道 气体交换 模型 货架期
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB48
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的背景及意义9
• 1.2 国内外研究概况9-14
• 1.2.1 热封技术9-10
• 1.2.2 封口泄漏的原因10-11
• 1.2.3 热封封口质量的检测11-12
• 1.2.4 微孔膜的研究现状12-14
• 1.3 发展趋势及存在的问题14
• 1.3.1 发展趋势14
• 1.3.2 存在的问题14
• 1.4 课题研究目标和内容14-16
• 1.4.1 研究目标14
• 1.4.2 主要内容14-16
• 第二章 包装袋热封微孔孔道内外气体交换模型的建立16-24
• 2.1 包装热封微孔气体扩散机理16-20
• 2.1.1 分子平均自由程16
• 2.1.2 基于薄膜的气体扩散16-17
• 2.1.3 微孔孔道气体交换模型17-20
• 2.1.4 微孔边缘扩散机理20
• 2.1.5 微孔之间相互作用20
• 2.2 基于热封微孔孔道的包装内外气体交换模型的建立20-22
• 2.2.1 假设条件20
• 2.2.2 基于Fick扩散机理的微孔孔道气体交换模型的建立20-21
• 2.2.3 基于粘性扩散的微孔孔道气体交换模型的建立21
• 2.2.4 基于努森扩散的微孔孔道气体交换模型的建立21-22
• 2.2.5 基于过渡扩散的微孔孔道气体交换模型的建立22
• 2.3 包装袋热封微孔孔道内外气体交换模型的建立22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 基于微孔孔道的包装袋内外气体交换模型验证及参数对其影响24-41
• 3.1 软塑袋热封微孔孔道的半径估算测定24-28
• 3.1.1 试验材料24
• 3.1.2 主要仪器与设备24
• 3.1.3 试验方法24-27
• 3.1.4 结果与分析27-28
• 3.2 孔道特征因素对包装内外气体交换的影响28-40
• 3.2.1 材料与设备28
• 3.2.2 试验方法28-33
• 3.2.3 结果与分析33-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第四章 基于热封微孔的饼干包装货架期预测模型41-53
• 4.1 饼干的吸湿特性及表征41-46
• 4.1.1 等温吸湿模型41-42
• 4.1.2 试验材料42
• 4.1.3 主要仪器与设备42-43
• 4.1.4 试验方法43
• 4.1.5 结果与分析43-46
• 4.2 基于热封微孔的饼干货架期预测模型46-49
• 4.2.1 微孔孔道水蒸气交换模型47
• 4.2.2 基于热封微孔的阻隔性膜包装货架期预测模型47-48
• 4.2.3 基于热封微孔的渗透性膜包装货架期预测模型48-49
• 4.3 基于热封微孔的饼干货架期预测模型验证49-52
• 4.3.1 试验材料49
• 4.3.2 主要仪器与设备49
• 4.3.3 试验方法49-50
• 4.3.4 结果与分析50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 特殊工况下热封微孔包装模型的应用53-61
• 5.1 包装袋内外气体交换对实际包装的影响53-55
• 5.1.1 实际包装中微孔半径的估算53-54
• 5.1.2 预估实际运输过程中是否会发生胀袋现象54-55
• 5.2 不同热封条对包装的气体交换影响55-57
• 5.2.1 试验材料55
• 5.2.2 主要仪器与设备55
• 5.2.3 方法与结论55-57
• 5.3 包装袋微孔最大极限半径的设计57-60
• 5.3.1 包装袋微孔最大极限半径设计的因素57
• 5.3.2 设计最大极限半径的相关参数57-58
• 5.3.3 包装袋微孔最大极限半径的设计流程58
• 5.3.4 微孔最大极限半径的计算58-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 结论与创新点61-62
• 6.1.1 结论61
• 6.1.2 创新点61-62
• 6.2 不足与展望62-63
• 6.2.1 不足62
• 6.2.2 展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 附录A：作者在攻读硕士学位期间发表的论文68-69
• 附录B：第三章试验原始数据69-74
• 附录C：第四章试验原始数据74-75

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本文编号：950246