盒裝卷煙包裝系統阻隔性分析與測試

      盒裝卷煙包裝系統包括外層煙膜、內襯及卷煙紙，其阻隔性是影響卷煙貯藏質(zhì)量的重要因素。水分的變化會(huì )對卷煙的諸多物理性質(zhì)、吸燃體驗、保存狀態(tài)造成影響，因此外層煙膜透濕量不應超過(guò)2.0g/(m2·24h·0.1mm)。由于煙膜承擔著(zhù)主要的阻濕作用，因此內襯材料可作為卷煙包裝系統中阻隔濕氣的第二重屏障。卷煙紙透氣性的不同，將會(huì )直接影響卷煙抽吸中有害物質(zhì)的釋放量，因此除了采用試驗的方法加強對卷煙紙的透氣度監測外，還應在原材料、輔料、打漿工藝和抄紙工藝方面進(jìn)行相應改進(jìn)，以提高卷煙紙的透氣性。

         中國是世界煙草大國，除了吸煙人口約占世界總吸煙人口的25%外，卷煙產(chǎn)量也占世界總產(chǎn)量的32%。與此同時(shí)，每年因包裝不善問(wèn)題造成的煙草損失，也在逐年增長(cháng)。盒裝卷煙作為煙草最小的包裝系統，是由外層透明煙膜、內襯以及卷煙紙構成，因其阻隔性導致的煙草損失問(wèn)題尤為突出。

1、盒裝卷煙包裝的阻隔性

　　盒裝卷煙包裝的阻隔性，是指包裝材料，如煙膜、內襯或卷煙紙，對特定滲透對象由其一側（通常為高濃度側）滲透通過(guò)到達另一側（通常為低濃度側）的阻隔性能，整個(gè)過(guò)程包括吸附、溶解、擴散、解吸四個(gè)部分。通常滲透對象多為氧氣、水蒸氣、空氣、有機氣體等，因此也稱(chēng)作阻氧性、阻濕性、阻氣性等。阻隔性，是對包裝材料關(guān)于某滲透對象滲透能力的評估，是影響卷煙貯藏質(zhì)量的重要因素。

2、煙膜和內襯的阻濕性能

　　卷煙，是一種膠質(zhì)毛細多孔材料，微孔容積比較高，對水分子具有較強的吸附能力[1]。其內部含有大量的蛋白質(zhì)、果膠、水溶性糖等親水物質(zhì)，能通過(guò)羥基等極性基團與水分子結合，進(jìn)一步增強卷煙對水分子的吸附能力。因此，致使卷煙具有極其敏感的吸濕特性，其平衡含水率會(huì )隨著(zhù)環(huán)境濕度條件的變化而發(fā)生改變。相關(guān)研究表明，冬季保存一定時(shí)間的卷煙含水率降低約0.5%，而夏季則會(huì )略有增加[2]。

　　水分的變化會(huì )對卷煙的諸多物理性質(zhì)、吸燃體驗、保存狀態(tài)造成影響。例如，卷煙水分過(guò)高會(huì )造成煙葉質(zhì)量增加、霉菌繁殖、相關(guān)物質(zhì)分解和外觀(guān)顏色變深，感官質(zhì)量變差。同時(shí)，卷煙水分的增加也會(huì )使得卷煙吸燃時(shí)空氣透過(guò)量變少，燃燒能力差、香味淡、勁頭不足，吸燃體驗變差[1]。因此，卷煙包裝的阻濕能力一直是煙草研究的重點(diǎn)。

　　在盒裝卷煙包裝系統中，外層透明煙膜和內襯紙的阻隔性是煙包系統阻濕效果的核心。外層煙膜一般采用雙向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP），該類(lèi)材料具有高透明度和光澤度，雖然阻氧性能一般，但阻濕性能良好。卷煙內襯紙是隔離卷煙和外層煙膜的紙質(zhì)材料，常用的有印刷紙、復合鋁紙、鍍鋁紙還有無(wú)鋁箔內襯紙?？梢哉f(shuō)，內襯紙是卷煙包裝系統阻隔濕氣的第二重屏障，一方面加強整個(gè)系統的阻濕性，同時(shí)也防止外層透明膜的破損。

　　對于煙包材料的阻濕性，國家煙草專(zhuān)賣(mài)局于2008年發(fā)布了《YC/T 266-2008 煙用包裝膜》，適用于以聚丙烯樹(shù)脂為主要原料，采用共擠平膜法經(jīng)雙向拉伸制得的熱封型雙向拉伸聚丙烯薄膜的質(zhì)量控制。采用其他原料和工藝生產(chǎn)的煙膜亦可參考使用。其中，對BOPP煙膜的透濕量有明確要求：透濕量≤2.0g/(m2·24h·0.1mm)。標準規定，透濕量按GB/T1037的方法進(jìn)行測試。筆者借助水蒸氣透過(guò)率測試系統對BOPP煙膜、內襯基紙及多種內襯紙進(jìn)行了透濕量的測試。測試條件為38℃，90%RH。測試結果如表1。

表1 煙膜和內襯材料透濕量的測試結果

　　雖然YC/T 266-2008標準要求按照GB/T 1037的方法測試透濕量，但需要注意的是，兩個(gè)標準中對透濕量的定義不盡相同。是需先按GB/T 1037測得材料的透濕量，再根據公式計算試驗材料在0.1mm厚度時(shí)的透濕量。計算公式如下：

WVTR=WVTR’×d/0.1

　　式中：WVTR—材料厚度為0.1mm時(shí)透濕量，單位為g/(m2·24h·0.1mm)；

　　WVTR’—按GB/T1037測得的透濕量，單位為g/(m2·24h)；

　　d—試樣厚度，單位為mm。

　　從表1的測試數據可知，BOPP煙膜的透濕量大幅低于除鋁箔復合內襯紙外的內襯材料的透濕量，這是由于BOPP薄膜分子排列緊密、結晶度高，對水蒸氣的阻隔性?xún)?yōu)于紙基內襯材料。由此可推斷，BOPP煙膜在煙包系統中承擔著(zhù)主要的阻濕重任。幾種內襯材料的透濕量相比，空白紙基的透濕量最大，經(jīng)印刷后得到的印刷紙的阻濕性略有提升，而兩種工藝的真空鍍鋁紙內襯材料的透濕量?jì)H是空白紙基的3.75%和2.98%。

　　壓延鋁箔復合內襯紙和真空鍍鋁內襯紙是目前使用最多的內襯材料。前者生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，由鋁箔、基紙和膠黏劑制成，其中鋁箔層較厚約為7-9μm，因此在上述試驗中表現了*的阻濕能力[3]。但因鋁材消耗量大、環(huán)保性差和成本較高等問(wèn)題，除了部分高檔卷煙仍使用該種內襯材料外，越來(lái)越多的煙草企業(yè)更傾向于采用鋁層較薄的真空鍍鋁內襯紙。雖然其透濕量高于鋁箔復合內襯紙，但從耗鋁量、安全性和回收性方面考慮，也不失為一個(gè)不錯的選擇。

3、卷煙紙的透氣性能

　　卷煙紙，用于包裹煙草的材料，雖然質(zhì)量?jì)H占84mm長(cháng)的煙支總質(zhì)量的5%，但其對卷煙整體質(zhì)量和抽吸體驗的影響卻是不可忽視的。吸煙最主要的危害在于煙氣中一氧化碳和焦油量。焦油是卷煙中有機物質(zhì)在缺氧條件下不*燃燒產(chǎn)生的，與一氧化碳一樣同屬致癌物。

　　卷煙紙透氣性的不同，將會(huì )直接影響上述有害物質(zhì)的釋放量。卷煙處于抽吸狀態(tài)時(shí)，隨著(zhù)卷煙紙的透氣量的提高，煙絲的燃燒速度加快，每次抽吸燃燒的煙段變長(cháng)，如此便減少了煙支的抽吸次數，相應的一氧化碳和焦油的釋放量也就相應降低[4]。而另一方面，卷煙在陰燃狀態(tài)時(shí)，空氣透過(guò)卷煙紙的自然孔隙進(jìn)入煙支內部，卷煙紙透氣性的增加會(huì )加速這一滲透進(jìn)程，利于煙絲的充分燃燒，產(chǎn)生的一氧化碳量減少。同時(shí)，主流煙氣也能通過(guò)卷煙紙孔隙大量逸出，減少有害物質(zhì)吸入體內。

　　由此可見(jiàn)，卷煙紙具有較高的透氣量更有利于調節煙支的燃燒速率、降低煙氣中對人體有害的成分。透氣度是衡量卷煙紙透氣量的重要參數，根據GB/T 23227-2008《卷煙紙、成形紙、接裝紙及具有定向透氣帶的材料 透氣度的測定》的定義，指的是在1kPa的測量壓力條件下，通過(guò)1cm2的被測樣品表面的空氣流量（cm3/min），單位為cm3/cm2·min·kPa，也有用CU表示，測量原理和測試方法如圖1、圖2。相關(guān)測試研究表明，卷煙紙透氣度由20CU提升至40CU，每只卷煙一氧化碳釋放量降低了16.42%，焦油量降低了6.15%；當透氣度由40CU提升至60CU，以及由60CU提升至80CU，每只卷煙一氧化碳釋放量和焦油量的降幅大體上呈減緩趨勢，分別為4.45%、0.87%和4.66%、11.23%；當透氣度提升至80CU以上時(shí)，每只卷煙一氧化碳釋放量和焦油量的降幅可忽略不計[5]。

圖1.透氣度測試原理圖

 
圖2.透氣度測試示意圖

　　基于卷煙紙透氣性對卷煙抽吸品質(zhì)的諸多影響，行業(yè)內眾多技術(shù)專(zhuān)家和學(xué)者對卷煙紙透氣性的改進(jìn)做了大量研究，相關(guān)方法主要集中在：1、保證卷煙紙原料的質(zhì)量。原料的透氣度、戊糖含量、纖維粗度、細胞壁厚的變化會(huì )直接影響成紙透氣度的穩定性[6]。2、合理控制打漿濃度以提高透氣性。不同的漿種對應合適的打漿濃度，纖維被切斷均勻并且細纖維化程度高，纖維交織緊密，形成大量微孔，利用氣體的滲透。一般針葉木打漿度控制在85°SR，闊葉木35°SR為宜[4]。3、提高抄紙工藝水平，包括正確控制上網(wǎng)打漿度、適當提高上網(wǎng)漿水溫度和降低上網(wǎng)濃度等。4、選擇合適的填料。卷煙紙透氣性是由其孔隙度決定，而孔隙是通過(guò)纖維間良好組織結構和填料的良好覆蓋而產(chǎn)生的。沉淀碳酸鈣是目前使用良好的一種填料，建議選用粒徑為4.0~4.2μm紡錘體狀結晶碳酸鈣[7]。

4、結語(yǔ)

　　上述分析可以發(fā)現，盒裝卷煙包裝系統的阻隔性對于卷煙的貯藏品質(zhì)、抽吸體驗以及減輕有害物質(zhì)對人體的傷害方面有著(zhù)很大影響。因此，卷煙生產(chǎn)企業(yè)應根據自身條件，可適當加強外層透明煙膜和內襯的阻濕性，提升卷煙紙的透氣性能，從而有效降低卷煙損失，提升抽吸品質(zhì)。

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