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包装有效期测试的传统方法

嘉峪检测网 2025-06-26 09:22

导读:本文介绍了包装有效期测试的传统方法。

包装有效期试验的一种最普通的方法是所谓的运输试验。运输试验往往是用作其他包装有效期试验的辅助试验,而不是用来代替其他包装有效期的试验方法。如果用运输试验代替其他包装有效期试验的话,那将是错误的,因为运输只是贮存条件的一个方面。

这种试验的特点是,它是在没有控制且又未知贮存条件下进行的。试验往往是这样进行的,产品被运到仓库,贮存一定时间,然后再运回本部(或研究与发展中心)并进行验收。

运输试验也可以用来检验产品是否经受得住运输过程中的冲击和振动。直到目前为止,至少有一家公司利用芝加哥邮局进行以检验产品的破坏极限为目的的运输试验(主要与冲击和振动有关,这是产品质量评估的重要条件,而与时间无关)。运输试验考察了产品在实际运输过程中的质量变化情况,但试验很难模拟产品所能遇到的全部条件。这种试验显然是一种代表性的实际情况试验,且由于条件是变化的(如采用包装箱和采用托盘集装运输之间就存在着差别),因此对其试验结果的评估应该持慎重的态度。

 

贮存试验

贮存试验就是在静止条件下保存产品,并评估其质量随时间而变化的情况的一种试验方法。贮存条件分非可控型和可控型两种情况。在仓库贮存一般属于非可控型。如采用能将温度(往往还包括湿度)维持在一定数值上的贮藏室,则贮存条件是可控的。可控贮存条件的贮存试验具有可重现性。它不但可以在各种不同的条件下进行贮存试验,而且还可采用“加速”贮存条件以便尽快得出试验结果。典型的外界环境条件(在美国,该条件由 TAPPI法 规作出规定)为温度73°F(23°C),相对湿度为50%。“加速”贮存条件有若干不同的情况,但典型的是温度95°F(35°C),相对湿度为80%。“加速”贮存条件可使产品迅速变质。然而,促使产品加快变质的因素与引起产品变质的化学反应动力学因素有关。化学反应动力学因素又随产品的种类、变质的类型的不同而不同。因此,试图寻找所谓的标准的加快因素是没有意义的。

如果对产品的初步评估是通过普通条件试验和加速条件试验进行的,并对试验结果进行比较,那么加速条件试验是有用的。这种比较可以通过实际的动力学研究进行(如下面所述的Q10分析法),也可以通过对包装有效期的对比来进行。应该保证在普通条件和加速条件之间不存在突变现象。只要存在突变,不论这种突变发生在产品本身还是发生在包装上,加速试验结果与普通试验结果的比较就没有意义了。在包装上发生突变现象的有聚合物的玻璃化转变温度(Tg)。例如,由于聚丙烯的Tg值14°F(-10°C),因而无法将聚丙烯的可渗透性外推到冷冻条件下。产品的突变现象有产品的任何成分(一般是水和油脂)的熔融或凝结以及重结晶。此外,还必须考虑活化能,因为某些反应在温度低于一定数值时不能发生,不应当将结果外推到低于这些温度的情况。

所谓的Q10分析法,就是在改变温度的情况下对产品进行试验,并确定温度每升高10°C(18°F)时产品的反应速率的变化状况的一种试验分析方法。Q10=2表示温度每升高10°C(18°F)时,其反应速度提高到两倍。这种试验方法以阿伦尼乌斯(Arrhenius)特性曲线为依据,该曲线在各种版本的反应动力学或物理化学教科书中均有介绍。阿伦尼乌斯特性曲线是很有用的,尽管它过分地简化了大多数产品的复杂的化学变化过程。在有限的温度范围内,至少由三点确定的直线特性曲线表明Q10值,可以为贮存期限提供一个有用的指标。但是,必须注意产品和包装是否存在突变现象,同时还应该注意Q10值是与温度有关系的。然而,由于产品试验是在规定的温度范围内进行的,因而可以假定Q10值为恒定值。

一旦Q10值被确定(同时表示线性阿伦尼乌斯曲线成立),则此值可用以预测产品在普通温度下贮存试验所需的时间。例如,产品的Q10值 2.4时,则表明如产品在91°F(33°C)的温度下可以贮存10周,相当于产品在73°F(23°C)的温度下可以贮存24周(人们可以把这些研究看做是企图加快时间过程的一种模拟试验,而且是在最不利的条件下进行的)。这个试验也包括包装在内。这些基本的假设条件并不总是正确的,只有试验设备才能较好地模拟这些假设条件。

另一种加速试验是在试验中加快包装材料的渗透速率。当试验产品的湿敏感性时,将待试产品用一种氧气阻隔性能高而湿气阻隔性能差的包装材料(如丙烯腈共聚物)包装。根据已知的渗透率、渗透面积和产品净重,可确定通过包装的水分渗透量。对产品取样化验,直到产品变质为止,从而确定水分渗透量的允许值。对高湿气阻隔性能材料的试验,可以为其他材料提供衡量性能的标准。利用氧气阻隔性差而湿气阻隔性能高的材料(如聚烯烃)包装对氧敏感的产品,可以进行类似的试验。这种试验的基本原理是,在不改变产品所经受的条件的情况下,有目的地引进已知量的关键介质,促使产品变质进程加快。应该特别注意的是,上述试验中有一个固有的假设条件,即假定产品中所发生的变化比通过包装的渗透要快。如果产品的变化比渗透慢,加速试验所测得的包装有效期就要比根据合理的阻隔材料推算出的有效期要长,这是因为所得到渗透率临界值要比产品出现变质现象的速度要快。

 

包装有效期预测的计算机模型

运输试验和贮存试验均要求在试验前要先选择包装材料,然后再对所选定的包装材料进行时间评估。成功的试验证明,所选择的包装的寿命至少要等于在试验条 件下所选定的试验周期。如果产品在试验条件下发生变质,则表明包装材料的保护性能是不足的。由于试验是在所要求的时间达到之后才终止,因此在此之前,既不可能知道产品是否已经发生变质,也不可能知道包装材料的保护性能是否过高,这是这种试验的一个缺点。

利用计算机模拟贮存试验,为我们提供了一种在实际贮存试验以前预先对包装材料进行试验评估的方法。由于其中的计算过程相当迅速,甚至在一定的时间内 可能要反复计算许多次,因此只有计算机才能做到。计算机为包装工程的发展提供了一种 强 有力的辅助工具。模拟是通过对产品及其包装的特性进行分析而实现的。即先对产品的变质模型中影响包装有效期的因素的变化情况进行分析。再就包装材料对上述影响因素的阻隔性能进行分析。最后,利用计算机就包装材料对敏感产品所起的保护作用进行综合。由于有关包装、产品和贮存条件的各个参数是独立引人的,因而只要引人新的参变量,即可针对各种包装材料以及不同的贮存条件的影响作用进行试验。

计算机模拟可以判定费用最为低廉的包装设计。其后的实际贮存试验的目的只不过在于证明计算机的预测评估是否正确,同时也为了符合有关法规的要求。计算机预测评估结果和实际贮存试验结果之间的差别,是检验初始假设条件是否正确的主要依据。例如,包装的气密性差可以使实际包装有效期缩短,此时即使采用阻隔性能更好的包装材料也无济于事。在这种情况下,有关包装材料的阻隔性能与包装的渗透性相当的假设是不正确的。

模拟试验改变了原来一种包装材料、一个贮存条件逐个进行试验的状况。在模拟试验中,只要改变一下某些参数,即可进行一次新的试验。模拟试验以在不必重新进行产品试验的情况下,对可能采用的新型包装材料进行鉴定。此时,只需引入材料的有关参数就可以测试出该材料的性能。这一点在产品数量有限时(例如在产品的开发阶段)就显得特别重要了。改变贮存条件,按照同样的方法,也可以进行模拟试验,但要注意是否有突变现象。

 

产品评估

在利用模拟试验方法进行研究之前,必须先知道产品产生什么类型的变质现象。常见的产品变质现象有如下几种形式:产品吸潮、产品变干、氧化、二氧化碳含量减少、失去香味以及化学性变质等。只要知道关键因素,则可以通过改变关键因素促使产品发生变化的方法进行试验。例如,为了评估湿敏产品的水分含量变化状况,可以通过改变产品贮存条件的相对湿度的方法进行试验。这个试验是在等温条件下进行的。试验通常进行1—4周,时间长短可以根据试验样品达到湿度平衡状态的快慢程度而定。对于氧敏产品,主要需评估产品吸收氧气的能力,这个试验一般可以利用逆向气相色谱分析法、透气法、沃伯格(Warburg)法,以及其他各种用以测试氧气含量的方法进行。用渗透性容器包装的碳酸饮料,其评估试验有的需测定产品二氧化碳含量的损失状况(如软性饮料),有的需测定产品的含氧量(如啤酒),有的则两项试验均需进行。

如果产品受温度的影响较大,则产品的评估试验必须按不同的温度条件进行。有关产品反应速率随温度变化的关系的评估试验,可以为反应动力学提供重要的数据,并且可以用来研究产品在不同流通环境下的特性。建议至少进行三次试验。在这种试验中,同样要注意突变问题。

 

包装评估

在建立计算机模型时,有关包装的特性主要考虑其阻隔性能。在加工和弯曲过程中不发生明显变化的材料,可以以平张形式测定其水蒸气渗透率(WVTR)、氧气渗透率(OTR)以及其他物质的渗透率。如果加工处理过程中会发生变化的材料(如蜡纸、铝箔),建议进行全部的包装试验。包装的渗透率可以利用计算机模拟测定。如果将以平张形式测得的数据应用于密封性差,或在加工处理过程中会产生破损的包装上,由试验得到的预测包装有效期显然是错误的。

虽然包装材料的密封性、可印刷性、适用性、成本、机械强度等因素,也是包装工程中在设计中应该予以考虑的问题,但计算机模型却不考虑这些因素。在有关包装 有效期的研究中,也不考虑与限隔性能无关的参数。但是,这些对包装有效期有一定影响,但未纳入计算机模型的因素(如氧敏感产品的光照问题),在评价计算机的计算结果时 却应加以考虑。

来源:钢桶包装网

关键词: 包装

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