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
測試對象 | 厚度 μm | 透濕量 g/(m2·24h·0.1mm) | |
內襯 | 空白紙基 | 20.4 | 184.797 |
印刷紙 | 21.5 | 65.448 | |
真空鍍鋁紙(紙面鍍鋁) | 21.7 | 6.922 | |
真空鍍鋁紙(膜面鍍鋁) | 22.4 | 5.510 | |
壓延鋁箔復合內襯紙 | 21.9 | 0.046 | |
煙膜 | BOPP煙膜 | 22.6 | 0.567 |
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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