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干燥剂相关概念、原理、标准、安全及用量知识

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人气:-发表时间:2018-09-14 11:53【

一、概念

吸附剂:就是俗称的干燥剂原料,是干燥剂的主要组成部分,通过自身物理或化学吸附作用吸收空气中的水分子。

包材:对于袋式干燥剂来说,就是把原料包起来的袋子作用的材料,需要具备一定的透气性和防粉尘性能,某些情况下还需要具备一定的防水性。

硅胶:常见的吸附剂,呈透明或半透明球状,机械强度高,粉尘少,安全无毒,但不可降解,生产过程会污染环境,近年来发达国家在逐渐限制或禁止使用。

蒙脱石:又称陶土、膨润土,是一种天然的矿物,作为干燥剂的蒙脱石呈不规则颗粒状,颜色多种多样,安全环保,是一种新型的干燥剂产品。

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。相对湿度的符号为RH。

吸湿率:干燥剂在一定温度和相对湿度条件下吸收水汽的重量与自身重量之比,用百分数表示。

水汽透过率:单位面积的包材在一定时间内透过水汽的能力,通常用克每平方每天来表示,即g/m2/d。

UNIT:即“单位”,在(23±2)℃和40%相对湿度的空气中达到平衡时,吸收水汽至少能达到6.0g的指定数量的干燥剂为"一个单位"干燥剂。干燥剂单位数就是干燥剂袋吸湿能力的总数。

二、原理

硅胶吸湿原理:硅胶的主要成分为二氧化硅,经过加工的硅胶,具有独特的微孔结构,平均孔径可达24A,它的结构非常像一个海绵体,由互相连通的小孔构成一个有巨大的表面积的毛细孔吸附系统,对水分子具有良好的亲和力,它的微孔结构能够吸附和保存水汽,它即使在温度大于105℃时仍能吸收潮气,但当温度大于38℃后,它的吸湿速度开始下降,它的最佳吸湿状态在21℃--32℃,即使相对湿度较高60%--90%时,也能使容器内的相对湿度维持在40%。

蒙脱石吸湿原理:蒙脱石是由颗粒极细的含水铝硅酸盐构成的矿物,属单斜晶系的含水层状结构硅酸盐矿物。蒙脱石颗粒细小,约0.2~1微米,具胶体分散特性,在电子显微镜下可见到片状的晶体,颜色或白灰,或浅蓝或浅红色。当温度达到 100~200℃时,蒙脱石中的水分子会逐渐跑掉。失水后的蒙脱石对水分子具有极强的吸附力。

三、标准

1、药品食品干燥剂相关标准

药品食品用干燥剂的标准主要是由国家食品药品监督管理局制定的药品包装容器(材料)标准:《药用固体纸袋装干燥剂标准》YBB00122005。该标准规定了对“固体制剂滤纸袋包装的细孔球型硅胶干燥剂”的要求,其中除了对干燥剂袋外观、强度,吸附剂的含水率、吸湿率等干燥剂基本性能要求外,着重就干燥剂在有害物质含量(如:砷含量等),微生物限度,脱色性能等方面进行了规定。

项目要求YBB00122005
硅胶原料含水率≤4.0%
 粒度
 吸湿率20%RH,≥7.0%;
  50%RH,≥19.0%;
  90%RH,≥29.0%;
包材荧光测试不得含有
 坤含量≤0.0001%
 铅含量≤0.0005%
 脱色试验无色
 溶剂残留量≤10mg/m2
干燥剂袋外观干净整洁无破损
 牢度(抗跌性)1.2m高跌落无破损
 粉尘
 吸湿速度
 微生物限度符合药典要求
交货要求产品规格及
 包装数量 
 包装袋要求
 湿度指示卡
其他透明条连续式
 横封及纵封 

注:1“—”代表没有此项要求

2、DIN55473标准

《包装辅助用品 干燥剂袋 交货技术条件》DIN5473标准是德国标准化协会针对袋装干燥剂制定的一个标准,标准中对袋装干燥剂的原料性能、包材性能、成品性能、包装袋(阻隔性包装)性能、产品标识等均作了明确的规定。

A、原料(吸附剂)性能要求

检验项目指标测试或检验方法
PH3.5~8.5水溶液PH计测定
电导率≤0.3S/m水溶液电导率仪测定
水溶物含量≤2.0%水溶液过滤蒸发法
粒度≤0.25mm ≤2.0%标准金属筛网筛选
 ≤6.3mm 100%
单位吸湿能力(23℃、40%RH)≥6g动态法或恒温恒湿箱法测试吸湿能力百分比后根据单位重量换算而得。
单位重量≤39g生产前根据吸湿能力百分比制订单位重量数值,生产后根据干燥剂袋内吸附剂净重确认实际的单位重量数值。
单位体积≤45cm3测量堆积密度后根据单位重量换算而得。

B、包材(干燥剂袋子的材料,透气性包装)性能要求

检验项目指标测试或检验方法
防粉尘性A型: ≤10mg/u带包装跌落试验,收集粉尘称重
 B型: ≤1mg 
吸湿速度(23℃、40%RH)    ≤16u: ≥0.25g/7h·u带包装动态吸附7小时测试增重
32u:≥0.1 g/7h·u 
印刷及标识至少需印刷有以下内容:目视
1. 干燥剂 DIN55473
2. 厂家名称及通信地址
3. 干燥剂单位数量(只允许有1/6、1/3、1/2、1、2、4、8、16、32单位)
4. 干燥剂袋的类型        (A型或B型)
不允许标有重量

C、包装袋(阻隔性包装)

检验项目指标测试或检验方法
水蒸气透过率(23℃、85%RH)≤0.5g/m2·24h电解法测试水蒸气透过率
湿度指示卡每袋8%点卡目视
印刷及标识需印刷有以下内容(英文、德文):目视
1.注意!对潮气敏感;
2.湿度指示卡必须为蓝色;
3.应在使用时打开;
4.如只抽取部分,则应立即对包装密封。

3、电子行业相关标准

电子产品,特别是湿度敏感电子元器件对包装湿度控制也有很高的要求, 美国电子工业联接协会(IPC)和美国电子器件工程联合委员会(JEDEC)联合编制的《湿度敏感表面贴装元器件的包装运输处理使用标准》J-STD- 033b是被广泛使用的针对湿度敏感电子元器件表面处理、烘干、干燥包装等各方面要求的综合标准。该标准中的第3章规定了这些电子元器件的干燥包装要求,其主要内容如下:

项目要求备注
湿气敏感度分级按照J-STD-020或JESD22-A113可靠性试验进行分级,不同等级的产品,包装要求也是不一样的。必须要进行防潮包装的是2~5a级,1级和6级可选择进行防潮包装。
包装前要求2a~5a等级产品在包装前需进行烘干去除水分烘干时间等要求另有规定
包装内其他材料也进行干燥处理,或酌情增加干燥剂用量 
元器件在烘干后到包装的时间间隔也有规定 
包装的要求水蒸汽阻隔袋:须满足MIL-PRF-81705的耐挠曲性,静电屏蔽性,强度,耐刺破性;水蒸汽透过率≤0.002mg/100in2·24h。 
干燥剂:须符合MIL-D-3464中Ⅱ型干燥剂产品的要求,无尘、无腐蚀性、且具有指定的吸湿能力。 
干燥剂用量:干燥剂用量应足够,使阻隔袋内湿度保持在10%相对湿度以下(25℃),用量估算公式:用量=(0.304*保质期月份*水蒸汽透过率*阻隔袋表面积)/(25℃、10%RH下干燥剂吸湿能力)该计算公式未考虑包装内含水材料的情况,在遇到这种情况时尚需进行用量修正。
湿度指示卡:每个水蒸汽阻隔袋内须放置5%、10%、60%的三点湿度指示卡一张,对适度指示卡版面内容以及指示灵敏度均有明确的要求。 
湿气敏感警示标签不同等级的电子元器件需要的标签要求也有所不同 
其他阻隔袋须热封,并且适当的抽取真空 

4、湿度指示卡标准

湿度指示卡有很多种类,相关的标准也有很多,仅针对湿度指示卡的标准有国军标《GJB2494》,美军标《MIL- I-8835》等,而一些与干燥包装相关的标准如:《DIN55473》,《J-STD-033b》,《MIL-P-116》等,也都提到了对湿度指示卡的一些要求,总的来说,这些标准中对湿度指示卡的性能要求大体是相同的,概括如下:

项目要求备注
吸墨水纸定量:300g/m2左右的白色纤维纸张 
吸墨水性:50s以内吸收1ml墨水 
油墨及印刷高耐久性油墨,一般为黑色 
指示点一般为圆圈,配有相应的说明性文字 
浸渍液一般要求为不同浓度的氯化钴水溶液 
颜色及灵敏度一般要求为:环境湿度低于指示斑面值5%,斑面颜色为蓝色; 
环境湿度高于指示斑面值5%,斑面颜色为粉红色;环境湿度和指示斑面值相同时一般为中间色。
耐温要求在约70℃下和-55℃下进行高低温循环试验,其颜色和灵敏度仍符合上述的要求。仅限军标
稳定性在与甘油水溶液接触后,其颜色和灵敏度仍符合上述的要求。 
交货包装采用铁罐包装,并且每罐湿度指示卡内须放置干燥剂 

5、相关军用干燥剂标准

除DIN55473标准外,袋装干燥剂的标准主要是国内外几个军用干燥剂的标准,如:中国军用标准《袋装用静态吸湿袋装活性干燥剂通用规范》GJB2714,美国军用标准《包装用静态吸湿袋装活性干燥剂通用规范》MIL-D-3464,英国国防标准《硅胶袋装干燥剂及活性矿物袋装干燥剂》DEF STAN 81-68等。这些标准的内容要求摘抄如下:

标准号主要内容及要求备注
MIL-D-3464E以unit为计量单位的袋装干燥剂标准,和DIN55473类似。GJB2714标准是MIL-D-3464E标准的中文版本,其中主要内容完全一样。
GJB27141Unit的定义:23℃、20%RH吸湿能力达到3g,23℃、40%RH吸湿能力达到6g; 
分为Ⅰ型低尘、Ⅱ型无尘和Ⅲ型特殊用途;
在防粉尘性和干燥剂袋的安全性要求上较DIN55473更严格;
允许每单位干燥剂吸湿能力有5%的不足;
DEF        STAN81-68以规定的重量为袋装干燥剂规格的标准,着重定义了干燥剂原料的种类和干燥剂袋规格。蒙脱石干燥剂符合其中活性矿物干燥剂的要求,通常所说的“活矿”并不符合。
基本干燥剂(基础干燥剂) 指在25℃,50%R.H下吸湿率达到27%的材料。定义硅胶为基本干燥剂原料,活性矿物需1.35倍的量才与硅胶吸湿性能相同;
规定了不同原料的干燥剂袋的规格以及尺寸;
以挤压的方式测试干燥剂袋的强度(其他标准一般为跌落);
对吸附速度的要求更详细、更严格;
对干燥剂产品的保质期以及回烘作了相应的规定;
对印刷标识的规定更详尽。

6、关于干燥剂原料的一些标准

干燥剂原料通常都有自己单独的标准,如:化工行业分子筛标准《4A分子筛》HG/T2524,化工行业硅胶标准《A型细孔硅胶》HG/T2765.1,英国标准《粒状硅胶干燥剂标准》BS7554,日本工业标准《硅胶》JIS Z 7010,英国标准《活性矿物干燥剂标准》BS7529等。这些标准着重阐述了对干燥剂原料本身的理化性能的要求以及相关的测试方法,并没有涉及对袋装干燥剂的要求。这些标准的内容要求摘抄如下:

标准号主要内容及要求备注
HG/T2524规定了4A分子筛的含水率、磨耗率、颗粒规格、抗压碎强度、静态吸附量等指标及测试方法。 
HG/T2765.1规定了A型细孔硅胶的外观、含水率、吸湿能力、PH、比电阻、粒度合格率等指标以及相关的测试方法。 
BS7554规定了硅胶干燥剂的含水率、PH值、氯化物含量、硫酸盐含量、吸附性能、氨及其化合物、粒度、耐压性及粉尘等指标及测试方法。 
JIS Z 7010规定了不同种类硅胶的孔径、含水率、比表面、PH、比电阻、粒度合格率等指标以及相关的测试方法。其中的A型硅胶作为干燥剂原料,即HG/T2765.1中描述的A型细孔硅胶。
BS7529规定了活性矿物干燥剂的含水率、PH值、氯化物含量、硫酸盐含量、吸附性能、粒度、耐压性及粉尘等指标及测试方法。通常所说的“活矿”并不符合活性矿物干燥剂的要求。

四、安全

1、保质期

干燥剂在生产之后到最后使用之前,都有一段运输以及储存的时间,需要用一定的包装材料进行包装以保证干燥剂完好以及有效。

由于干燥剂是通过吸附空气中的水蒸气来发挥功效的,所以干燥剂的外包装材料(与包材相区别)除了要具有普通包装材料的性能(如一定的强度、韧性)外,还要密封包装并对水蒸气有一定的阻隔性。

衡量材料水蒸气阻隔性的指标是水蒸气透过率(water vapor transmission rate,简称WVTR或WDD),是指阻隔性材料在一定的温湿度条件差下,指定时间内透过该材料的水蒸气的量与材料表面积的比,国际单位制单位为g/m2•24h。

包装材料水蒸气透过率越小,阻隔性越好,包装内的干燥剂保存时间就越长;水蒸气透过率越大,阻隔性越差,包装内的干燥剂保存时间就越短。

当然,实际干燥剂的保存期限还与包装大小、保存环境、密封好坏等因素相关,下表是根据经验得出的不同阻隔包装材料的水蒸气透过率以及相对应的干燥剂保存期限:

包装种类阻隔包装选用典型的WVTR(23℃、85%RH,g/m2•24h)干燥剂保质期
普通HDPE 5S1.8g/m2•24h3个月
小袋包装HDPE 3S2.5g/m2•24h
特殊包装LDPE 10S0.9g/m2•24h6个月
出口包装MDPE 14S or LDPE 20S0.4g/m2•24h or 0.5g/m2•24h12个月
铝箔包装PA/Al/LDPE(10s)小于0.01 g/m2•24h18个月
铁桶包装Fe 2.5mm024个月或以上

2、干燥剂粉尘

硅胶干燥剂具有微量粉尘,如果特殊要求,其粉尘泄露可以忽略,但蒙脱石及其他矿物干燥剂粉尘相对较多,必须选择防粉尘材料作为包材,否则会造成产品的污染。系列无纺布都具有良好的防粉尘性能,是优秀的蒙脱石干燥剂包材。

3、干燥剂渗水

矿物干燥剂、氯化钙干燥剂、高吸湿干燥剂吸湿后会有不同程度的液态水产生,必须使用防渗水材料作为包材,否则会造成产品的潮湿、污染。LF、LD无纺布都具有良好的防渗水性能,特别适合上述干燥剂的包装。

4、干燥剂破包

如果干燥剂遭到挤压、碰撞、针刺等情况,会存在破包的可能,一旦干燥剂破包,会不同程度的造成产品的污染。干燥剂破包主要有两种原因,一是产品本身的质量存在问题,大多数的劣质干燥剂存在这种情况,二是没有选择合适的干燥剂包材,即包材的封口强度或抗撕裂强度不够,系列无纺布均具有最优秀的封口强度和抗撕裂强度。

五、用量

干燥剂用量是干燥剂应用中最关键的一点。如果干燥剂用少了,起不到有效防潮的作用,产品会受到湿气的侵害;如果干燥剂用多了,则会产生浪费,不经济。

产品包装内目标湿度的设定

在开始计算干燥剂用量前,我们必须要设定一个目标湿度,即包装内允许的最高湿度。一般来说,普通产品在50%以下的湿度环境下就能安全保存,也有很多产品要求更低的湿度,比如20%的环境。目标湿度设定越低,就需要用更多的干燥剂去保持包装内的干燥。

阻隔包装的水汽透过率

水汽透过率是(克/平方米·天)指在一个稳定温度湿度条件下的静态环境中,经过24小时(一天)的测试时间后渗透过测试材料的水蒸汽的克重。

阻隔包装物的水汽透过率对干燥剂用量的影响非常大,同样一个体积的包装要求保存相同的时间,如果使用阻隔性很好的材料如铝箔,则干燥剂就可少用一点,如果使用阻隔性很差的材料如薄的PE袋,则需要放入很多的干燥剂才能起到同样的效果。

所以在条件允许的情况下,我们建议尽量采用阻隔性好(即水汽透过率低)的阻隔材料来包装产品。另外,阻隔包装的封口一定要严实,且绝对不可以有气孔,任何一个的微小的漏气孔都会使得干燥剂的效用大打折扣。

在不同的温度、湿度条件下,同一种阻隔材料的水汽透过率也是不同的。温度、湿度越高,水汽透过率也越高。但是我们在计算时候,只能取一个平均值来使用。 DIN55474是建议我们使用23℃,85%RH条件下的水汽透过率的值。如果结合实际情况取值会使计算更精确。

包装中湿气的三个来源

在一个特定的包装中,湿气有三个来源,干燥剂的使命就是吸收这三部分水汽,将包装内的湿度控制在目标湿度之下。

(1) 产品包装时候,包装内空气含有的初始湿气。比如产品包装的体积是1个立方,包装时初始温度和湿度是23℃,85%相对湿度的时候,该空气中就含有17.47克水。

(2) 产品包装内的包装辅料所含的水分,在储 藏运输过程中会逐步挥发出来。比如木料通常有15-30%的含水率。

(3) 在储藏运输过程中,通过阻隔包装物渗透到产品包装中的水汽。比如水汽透过率为2克/平方米·天的阻隔PE袋,面积为6平方米,经过90天后会渗透1080克水到包装中去。

干燥剂用量的计算公式及参数

n = 1/a * (V*b + m*c + A*e*WDD*t)

n: 所需使用的干燥剂单位(unit)数

a: 目标湿度条件下,一单位干燥剂所能吸收的水汽量(克 g)

V: 包装的内容积(立方米 m3)

b: 初始包装时温湿度条件下的空气水含量 (克/立方米 g/m3)

m: 包装内含水包装辅料的重量(千克 kg)

c: 含水包装辅料的含水率(克/千克 g/kg)

A: 阻隔包装物的表面积(平方米 m2)

e: 目标湿度条件下的校正系数

WDD: 阻隔包装的水汽透过率 (克/平方米·天 g/m2·d)

t: 储存运输的天数(天 d)

六、鉴别

大多数的顾客并不具备专业的干燥剂知识,但是只要稍加观察和判断,依然可以识别干燥剂产品的优劣。

1、外观:优秀的袋式干燥剂外形整齐,印刷清晰,封口宽度适中,封口无夹料,原料饱满度适中,而劣质干燥剂往往做工粗糙,歪歪扭扭,封口宽窄不一,印刷模糊,因袋子过小而显得特别鼓胀。

2、包材:好的包材厚薄均匀、无斑点、表面光滑、强度高,劣质的包材厚薄不均,甚至有个别地方能明显看到原料,表面粗糙、有色斑,用手揉搓有纤维脱落、掉色严重,用手挤压会从封口处开裂,易撕破。

3、原料:优秀的干燥剂原料颗粒均匀,用手摸有明显的发热,劣质的干燥剂原料颗粒不均,破碎较多,发热不明显,能明显看到杂质。

4、称重:称出干燥剂的原始重量并记录,置于潮湿环境中48小时后再称重,与原始重量对比,看重量增加是否明显,然后在105度的温度下烘干3小时,再次称重,如果低于原始重量,则证明该干燥剂不符合标称重量。


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