天津市华悦桐达包装机械有限公司

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公司信息

人:
姚红亮
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天津市北辰区延吉道天德路东段
编:
300400
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https://www.zyzhan.com/st1846/
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包装环境薄透气性的勘测研讨

2011-6-8  

  1薄膜透气系数测算模型
  在密封的薄膜小袋中,注入一定体积的初始气体(单一O2、CO2和N2或其混合气体)。以O2、CO2和N23种气体为研究对象,某一时间间隔后,包装中气体体积和浓度的变化由包装内外气体分压差(浓度差)所导致的气体移动来决定。根据整个测定过程的特点,可以认为包装袋内气体状态的变化过程是一个等温定压过程,由此建立MAP系统中薄膜透气系数测算模型。
  在一定的时间间隔内,薄膜袋中气体总体积的瞬时变化量以袋中气体i为研究对象,探讨其浓度随时间变化的趋势,在任意时刻浓度的变化情况。
  由于模型中时间t是连续的,为便于计算机运算,将其离散化求其数值解。模型离散化后的差分方程及V0作为上述差分方程的初始值,在给定时间步长?t下,如果假定一组K值为已知(Ki暂定值),利用计算机迭代可得到相应的逐时Xi值。然后将计算值与包装袋内对应时刻的气体浓度实际测定值比较,求出两者之差的平方。如此不断改换不同的Ki暂定值,连续代入数学模型中进行计算,使差的平方逐步变小。当差的平方达到zui小值时,对应的Ki暂定值就作为薄膜的透气系数值,即用zui小二乘法测算出MAP条件下薄膜的透气系数。全部计算采用自编程。
  2材料与方法
  2.1材料
  薄膜(大棚塑料膜的介绍与选择)材料为市售低密度聚乙烯(LDPE),实测厚度为(0.0210±0.0005)mm,购回后制成15cm×15cm(表面积450cm2)的薄膜小袋备用。薄膜袋用台式封口机电热密封。
  2.2方法
  将500mLO2、500mLCO2和250mLO2 250mLCO23种不同初始气体分别注入预先密封的薄膜小袋中,放在设置温度为5、10、15、20、25℃日本MTI2201型多温度恒温箱(温控精度:±0.5℃)中,每隔一定时间抽取袋中气样1mL(抽气口位置用双层胶布封住),用日本岛津GC17A型气相色谱仪(色谱柱:Molecularsieve和PorapakQ并列柱,可同时测定气体中O2,CO2和N2的浓度;载气:氦气;柱温:60℃;热导池检测器温度:120℃;进样口温度:120℃;载气流速:30mLmin;电流:40mA)。测定各组分气体浓度变化。设3次重复试验。
  3结果与分析
  3.1袋内各组分气体浓度的变化
  薄膜袋中气体体积和浓度的变化主要取决于薄膜的透气作用。袋中各组分气体透过薄膜的推动力是气体分压差(浓度差)。即使薄膜两侧气体总压相等,只要各组分气体存在浓度差,仍然出现该组分气体从高浓度侧向低浓度侧渗透。由于薄膜对各组分气体的透气系数的差别,以及薄膜袋内外气体浓度差的不同,因而使得各组分气体浓度随时间的变化趋势也不相同。
  以20℃为例,在密封的薄膜小袋中分别注入500mLO2、500mLCO2和250mLO2 250mLCO2,随着时间的延长,袋内各组分气体浓度的实际变化和计算机模拟变化趋势如a~2c所示。由a可知,O2浓度随着时间的延长呈下降趋势,约44h后趋于稳定,平衡浓度约为21.3;N2浓度在整个测定期间一直呈上升趋势,约44h后达到平衡,平衡浓度为78.0;CO2浓度一直在0.03附近波动。由b可知,O2浓度在前6h内逐渐上升到zui大值48.0,随后浓度下降,zui后稳定在21.0左右;N2浓度在整个测定期间一直呈上升趋势,平衡浓度为78.0;而CO2浓度在前5h内急剧下降,随后趋于平衡,浓度在0.03左右波动。
  可知,袋中各组分气体浓度变化趋势所反映的各组分气体浓度变化趋势基本一致,所反映的各组分气体浓度的变化趋势较缓和。另外,从各可以看出,薄膜袋中气体浓度的计算值与实际测定值随时间变化趋势相当吻合。
  3.2薄膜透气系数与温度的关系
  试验数据处理结果表明,在特定的温度条件下,对同种薄膜注入不同初始气体所得到的薄膜的透气系数相同,表明注入的初始气体的成分不影响该种薄膜的透气系数。在设定的5、10、15、20、25℃5个温度条件下测N2在际果蔬贮藏中为辅助气体,在此不探讨。将Ko和Kc分别取自然对数,将以K为单位的温度取倒数作阿伦纽斯图,发现Ko和Kc的自然对数(Ki)与温度的倒数(1T)之间具有很强的线性关系(r>0.98),其对应关系可以用阿伦纽斯方程来反映,利用方程可求得任意温度下LDPE的Ka和Kc值。
  3.3新方法与其他方法的比较
  在一定的温度条件下,不同方法对同类LDPE薄膜透气系数的测定结果。
  数据为文献数据经过单位换算后的数值;透气比CO2透气系数与O2透气系数的比值,无量纲。
  可知,在特定测试温度条件下,本试验测定的LDPE薄膜的O2透气系数和CO2透气系数的测定值普遍高于其它方法的测定值。上述结果的差异,可以从各自不同的测定原理来解释。其他测算薄膜透气系数的数学模型都建立在气体总体积不发生变化的基础之上的,由此设计的测定装置通常是整个气体交换过程在一个相对固定的空间内(以固定容器作为气体扩散腔,用试样膜隔离成两个空间)或某个相对固定的空间与大气环境之间(用试样膜将固定容器与外界环境隔离),从而测定出薄膜的透气系数。另外,用这些测定方法来测算薄膜透气系数时,必须等到气体扩散达到稳定后测定的数据资料才有实际意义,在未稳定之前所测定的数据资料,用来进行计算必然会引起偏差,而且气体扩散达到稳定这一状态很难进行量化,而新法是建立在气体总体积不断变化的基础之上的,这一状态基本上与实际MAP条件吻合。另外,与其它方法不同的是,新法直接从袋中抽取气体,不受气体扩散达到稳定后才能测定这一条件的限制,而且计算手段*、便捷,所得到的薄膜透气系数值更能客观反映实际MAP条件下的真实值。
  4结论
  1)建立了薄膜透气系数的测算模型,并测算出了LDPE薄膜的透气系数。根据该模型,利用计算机迭代模拟出气体浓度变化趋势与实际测定气体浓度变化趋势相当吻合,可以认为新法测定的结果能客观地反映MAP条件下薄膜的透气系数。
  2)初始气体的组成不影响薄膜的透气系数。因此新法在初始气体的组成为单一气体的条件下测定的薄膜透气系数能够反映实际MAP条件下(O2、CO2和N2等气体同时存在)薄膜的透气系数。



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