Woreczki pochłaniające wilgoć – jak działają i kiedy są niezbędne?

Woreczki pochłaniające wilgoć to wkłady sorpcyjne umieszczane wewnątrz opakowania jednostkowego, zbiorczego lub barierowego. Ich zadaniem jest związanie pary wodnej z powietrza zamkniętego wraz z ładunkiem i utrzymanie wilgotności względnej poniżej poziomu krytycznego dla zabezpieczanego produktu. Najczęściej stosowanym wypełnieniem jest glinka bentonitowa impregnowana chlorkiem wapnia. Bentonit pełni w niej rolę nośnika, a chlorek wapnia odpowiada za wysoką chłonność: wiąże wodę i przechodzi w roztwór, który zostaje zatrzymany w strukturze glinki, bez ryzyka wycieku. Dostępne są też wkłady z żelem krzemionkowym, stosowane tam, gdzie liczy się utrzymanie niskiej wilgotności względnej, a nie maksymalna ilość związanej wody. Osłonę stanowi papier lub włóknina o kontrolowanej przepuszczalności pary wodnej. Materiał osłony dobiera się m.in. pod kątem pylenia i wymagań czystości. Efektem działania wkładu jest obniżenie punktu rosy wewnątrz opakowania poniżej najniższej temperatury, jaką osiąga ładunek. To warunek konieczny, żeby na produkcie nie doszło do wykroplenia wody. 

Jak działają pochłaniacze wilgoci w praktyce

Mechanizm działania opiera się na wiązaniu pary wodnej z powietrza zamkniętego wewnątrz opakowania. Zachodzą przy tym dwa różne procesy, a rozróżnienie między nimi ma praktyczne znaczenie przy doborze wkładu. Żel krzemionkowy działa przez adsorpcję: cząsteczki wody wiążą się fizycznie na rozwiniętej powierzchni porów. Wkład pozostaje suchy i sypki, utrzymuje niską wilgotność względną, ale ilość związanej wody jest ograniczona. Chlorek wapnia działa inaczej, bo absorbuje wodę, przechodząc w roztwór. Pozwala to związać wielokrotnie więcej wody niż w przypadku żelu, dlatego w opakowaniach transportowych i kontenerach stosuje się przede wszystkim glinkę bentonitową impregnowaną chlorkiem wapnia, w której bentonit zatrzymuje powstającą solankę. W obu przypadkach efekt jest ten sam: wilgotność wewnątrz opakowania spada, a warunki wokół produktu stają się stabilne. Skuteczność zależy przede wszystkim od pojemności sorpcyjnej wkładu i od szczelności opakowania. Znaczenie ma także temperatura, która wpływa zarówno na chłonność sorbentu, jak i na przepuszczalność pary wodnej przez folię, oraz czas składowania. Doboru nie robi się intuicyjnie: ilość materiału osuszającego wylicza się według normy DIN 55474, w jednostkach osuszających. Wkład pracuje przez cały okres kontaktu z powietrzem i ma skończoną pojemność, a po jej wyczerpaniu przestaje chronić ładunek. Trzeba przy tym pamiętać o jednym: osuszacz nie osusza produktu bezpośrednio, lecz kontroluje środowisko wokół niego. Utrzymanie niskiej wilgotności względnej ogranicza ryzyko kondensacji i pozwala zachować jakość wyrobu aż do momentu otwarcia opakowania u odbiorcy. 

Pochłaniacze wilgoci do opakowań jako ochrona w transporcie

Pochłaniacze wilgoci do opakowań chronią ładunek w tym okresie, w którym producent nie ma już nad nim kontroli: w magazynie, w kontenerze i w drodze do odbiorcy. W zamkniętym opakowaniu ilość wody pozostaje w zasadzie stała, ale zmienia się wilgotność względna. Przy spadku temperatury ta sama ilość pary wodnej daje coraz wyższe RH, aż do osiągnięcia punktu rosy. Najostrzej widać to w transporcie morskim, gdzie kontener przez wiele tygodni przechodzi przez strefy klimatyczne, a różnica temperatur między dniem a nocą sięga kilkunastu stopni. Woda wykrapla się wtedy na najzimniejszej powierzchni, czyli na stalowym poszyciu kontenera, i spada na ładunek. W branży mówi się o deszczu kontenerowym. Skutkiem jest korozja elementów metalowych, deformacja opakowań kartonowych i rozwój pleśni na materiałach organicznych. Sama woda pochodzi przy tym w większości nie z powietrza, lecz z ładunku, drewnianych palet i tektury, które wnoszą do kontenera własną wilgoć. Kontrolowana wilgotność wewnątrz opakowania utrzymuje jakość wyrobu przez cały łańcuch dostaw, od zapakowania po odbiór u klienta. Utrzymanie wilgotności poniżej progu krytycznego zapobiega zbrylaniu produktów sypkich i utracie sztywności tektury. Ma to znaczenie zwłaszcza dla kartonu: zawilgocona tektura traci wytrzymałość na ściskanie, przez co stos palet w kontenerze może osiąść lub się zdeformować. Poniżej około 60% wilgotności względnej ustaje też rozwój pleśni na drewnie palet i na tekturze. Jest to istotne dla producentów żywności i elektroniki, a w równym stopniu przy transporcie części metalowych, gdzie stawką jest korozja. Skuteczność całego rozwiązania zależy przy tym od najsłabszego ogniwa, którym najczęściej okazuje się nie sam wkład, lecz szczelność opakowania. 

Kiedy zabezpieczenie produktów przed wilgocią jest niezbędne

Zabezpieczenie staje się konieczne wtedy, gdy wilgotność względna wewnątrz opakowania może przekroczyć próg krytyczny dla danego wyrobu. Dla części produktów jest to około 60%, dla innych znacznie mniej. Dotyczy to przede wszystkim elektroniki. Wilgoć powoduje utlenianie styków i pól lutowniczych, a w podzespołach montowanych powierzchniowo wchłonięta woda potrafi uszkodzić element podczas lutowania rozpływowego. Podobne wymagania stawia branża farmaceutyczna oraz produkcja suplementów: substancje higroskopijne chłoną wodę, zbrylają się i tracą stabilność. W przemyśle spożywczym problem dotyczy produktów sypkich i higroskopijnych, takich jak proszki, przyprawy czy dodatki technologiczne, które zbrylają się i tracą sypkość. Duże znaczenie ma transport między strefami o różnej temperaturze. Ryzyko rośnie wraz z amplitudą temperatury na trasie, a nie z porą roku samą w sobie: ładunek wyjeżdżający z ogrzewanego magazynu w mroźną noc jest zagrożony podobnie jak kontener stojący w porcie w tropikach. Zagrożeniem są też magazyny słabo wentylowane, hale nieogrzewane i miejsca o podwyższonej wilgotności powietrza. Szczególnie wrażliwe pozostają elementy metalowe i części precyzyjne. Korozja atmosferyczna stali rusza po przekroczeniu progu około 60% wilgotności względnej, a poniżej tej wartości proces praktycznie nie biegnie. Na tym właśnie opiera się skuteczność wkładów osuszających: celem nie jest usunięcie całej wody z opakowania, lecz utrzymanie wilgotności poniżej progu krytycznego przez cały czas transportu i składowania. Ochrona jest potrzebna zwłaszcza przy eksporcie i przy długim magazynowaniu, a koszt wkładów pozostaje nieporównywalnie niższy niż koszt reklamacji, wymiany uszkodzonej partii czy utraty klienta na rynku zagranicznym. 

Jak dobrać odpowiedni rodzaj pochłaniacza do zastosowania

Dobór wkładu osuszającego trzeba oprzeć na rzeczywistych warunkach transportu i składowania. Podstawą nie jest przy tym objętość powietrza zamkniętego w opakowaniu, jak się często zakłada. Powietrze zawiera znikomą ilość wody: metr sześcienny przy 20°C i 80% wilgotności względnej to zaledwie około 14 gramów. Rzeczywistym źródłem wilgoci jest para wodna przenikająca przez barierę opakowania przez cały okres składowania oraz woda wniesiona przez sam ładunek, drewniane palety i tekturę. Dlatego norma DIN 55474 opiera obliczenia na powierzchni bariery, jej przepuszczalności pary wodnej i czasie składowania. Wynik podaje się w jednostkach osuszających, przy czym jedna jednostka wiąże co najmniej 3 gramy wody przy 20°C i 20% wilgotności względnej. Krótka wysyłka wymaga zupełnie innego rozwiązania niż eksport morski trwający kilkanaście tygodni. Duże znaczenie ma rodzaj zabezpieczanego wyrobu. Elektronika wymaga niskiej wilgotności i wkładów niepylących, bezpiecznych dla podzespołów. W przemyśle spożywczym konieczne są wypełnienia z dopuszczeniem do kontaktu z żywnością. Przy wyrobach metalowych celem jest utrzymanie wilgotności poniżej progu korozyjnego, czyli około 60%, przez cały czas transportu, co przy eksporcie morskim oznacza wielokrotnie większe zapotrzebowanie niż przy dostawie krajowej. Osobno trzeba ocenić barierowość opakowania, bo to ona decyduje o powodzeniu całego rozwiązania. Im wyższa przepuszczalność pary wodnej i im dłuższy transport, tym więcej wody trzeba związać, a przy słabej barierze wkład o skończonej pojemności prędzej czy później się nasyci. Na końcu pozostaje wybór formy: saszetka w opakowaniu jednostkowym, większy wkład w skrzyni transportowej albo absorber wielkogabarytowy podwieszany w kontenerze. 

Najczęstsze błędy przy stosowaniu ochrony przed wilgocią

Najczęstszym błędem jest zbyt mała ilość materiału osuszającego. Wynika to zwykle z doboru „na oko” albo z liczenia według objętości opakowania zamiast według powierzchni bariery i czasu składowania. Wkład osiąga wtedy stan nasycenia jeszcze w trakcie transportu, a od tego momentu wilgotność rośnie tak, jakby zabezpieczenia w ogóle nie zastosowano. Znaczenie ma także rozmieszczenie wkładów, choć nie z tego powodu, który zwykle się podaje. Para wodna rozchodzi się w zamkniętym opakowaniu dyfuzyjnie i wyrównuje w całej objętości, więc saszetka nie musi leżeć bezpośrednio przy produkcie. Liczy się natomiast swobodny dostęp powietrza, bo wkład przygnieciony lub zaklinowany między elementami ładunku pracuje znacznie wolniej. W kontenerze absorbery podwiesza się przy ścianach, ponieważ to na nich dochodzi do wykroplenia. Osobnym problemem jest pomijanie analizy warunków transportu i czasu składowania, co niemal zawsze kończy się doborem rozwiązania oderwanego od rzeczywistej trasy ładunku. Kolejna pomyłka dotyczy samego opakowania. Nawet poprawnie dobrany wkład nie zadziała, jeśli opakowanie nie zapewnia wystarczającej bariery dla pary wodnej. Każde opakowanie przepuszcza parę wodną, tylko w bardzo różnym stopniu: tektura nie stanowi praktycznie żadnego oporu, folia polietylenowa spowalnia przenikanie, ale go nie zatrzymuje, a dopiero laminaty z warstwą aluminium ograniczają je do wartości pomijalnych. Im wyższa przepuszczalność opakowania i im dłuższy transport, tym więcej wody trzeba związać, i na tej zależności opierają się obliczenia według DIN 55474. Zbyt słabej bariery nie da się nadrobić samą liczbą saszetek, bo wilgoć napływa nieprzerwanie i prędzej czy później wyczerpie pojemność wkładu. Błędem jest również bezpośredni kontakt wkładu z zabezpieczanym wyrobem, zwłaszcza przy wypełnieniach z chlorkiem wapnia, gdzie uszkodzenie osłony może skończyć się wypływem solanki na produkt. Skuteczne zabezpieczenie przed wilgocią jest zawsze systemem: liczy się właściwie policzona ilość materiału osuszającego, odpowiednio dobrana bariera i poprawne zamknięcie opakowania. Zaniedbanie któregokolwiek z tych elementów przekreśla działanie pozostałych.