盒裝卷煙包裝系統(tǒng)阻隔性分析與測(cè)試

　　摘要：盒裝卷煙包裝系統(tǒng)包括外層煙膜、內(nèi)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(duì)卷煙的諸多物理性質(zhì)、吸燃體驗(yàn)、保存狀態(tài)造成影響，因此外層煙膜透濕量不應(yīng)超過2.0g/(m²·24h·0.1mm)。由于煙膜承擔(dān)著主要的阻濕作用，因此內(nèi)襯材料可作為卷煙包裝系統(tǒng)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(yàn)的方法加強(qiáng)對(duì)卷煙紙的透氣度監(jiān)測(cè)外，還應(yīng)在原材料、輔料、打漿工藝和抄紙工藝方面進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，以提高卷煙紙的透氣性。

　　關(guān)鍵詞：卷煙包裝、阻隔性、透濕量、透氣度

　　*，中國(guó)是世界煙草大國(guó)，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)，每年因包裝不善問題造成的煙草損失，也在逐年增長(zhǎng)。盒裝卷煙作為煙草蕞小的包裝系統(tǒng)，是由外層透明煙膜、內(nèi)襯以及卷煙紙構(gòu)成，因其阻隔性導(dǎo)致的煙草損失問題尤為突出。

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(nèi)襯或卷煙紙，對(duì)特定滲透對(duì)象由其一側(cè)（通常為高濃度側(cè)）滲透通過到達(dá)另一側(cè)（通常為低濃度側(cè)）的阻隔性能，整個(gè)過程包括吸附、溶解、擴(kuò)散、解吸四個(gè)部分。通常滲透對(duì)象多為氧氣、水蒸氣、空氣、有機(jī)氣體等，因此也稱作阻氧性、阻濕性、阻氣性等。阻隔性，是對(duì)包裝材料關(guān)于某滲透對(duì)象滲透能力的評(píng)估，是影響卷煙貯藏質(zhì)量的重要因素。

2、煙膜和內(nèi)襯的阻濕性能

　　卷煙，是一種膠質(zhì)毛細(xì)多孔材料，微孔容積比較高，對(duì)水分子具有較強(qiáng)的吸附能力^[1]。其內(nèi)部含有大量的蛋白質(zhì)、果膠、水溶性糖等親水物質(zhì)，能通過羥基等極性基團(tuán)與水分子結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)卷煙對(duì)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(duì)卷煙的諸多物理性質(zhì)、吸燃體驗(yàn)、保存狀態(tài)造成影響。例如，卷煙水分過高會(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)空氣透過量變少，燃燒能力差、香味淡、勁頭不足，吸燃體驗(yàn)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(tǒng)中，外層透明煙膜和內(nèi)襯紙的阻隔性是煙包系統(tǒng)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(nèi)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(fù)合鋁紙、鍍鋁紙還有無(wú)鋁箔內(nèi)襯紙?？梢哉f(shuō)，內(nèi)襯紙是卷煙包裝系統(tǒng)阻隔濕氣的第二重屏障，一方面加強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的阻濕性，同時(shí)也防止外層透明膜的破損。

　　對(duì)于煙包材料的阻濕性，國(guó)家煙草專賣局于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(duì)BOPP煙膜的透濕量有明確要求：透濕量≤2.0g/(m²·24h·0.1mm)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，透濕量按GB/T 1037的方法進(jìn)行測(cè)試。筆者借助W3/060水蒸氣透過率測(cè)試系統(tǒng)對(duì)BOPP煙膜、內(nèi)襯基紙及多種內(nèi)襯紙進(jìn)行了透濕量的測(cè)試。測(cè)試條件為38℃，90%RH。測(cè)試結(jié)果如表1。

表1 煙膜和內(nèi)襯材料透濕量的測(cè)試結(jié)果

　　雖然YC/T 266-2008標(biāo)準(zhǔn)要求按照GB/T 1037的方法測(cè)試透濕量，但需要注意的是，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)透濕量的定義不盡相同。YC/T 266中的透濕量，是需先按GB/T 1037測(cè)得材料的透濕量，再根據(jù)公式計(jì)算試驗(yàn)材料在0.1mm厚度時(shí)的透濕量。計(jì)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(cè)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(cè)試數(shù)據(jù)可知，BOPP煙膜的透濕量大幅低于除鋁箔復(fù)合內(nèi)襯紙外的內(nèi)襯材料的透濕量，這是由于BOPP薄膜分子排列緊密、結(jié)晶度高，對(duì)水蒸氣的阻隔性優(yōu)于紙基內(nèi)襯材料。由此可推斷，BOPP煙膜在煙包系統(tǒng)中承擔(dān)著主要的阻濕重任。幾種內(nèi)襯材料的透濕量相比，空白紙基的透濕量蕞大，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(nèi)襯材料的透濕量?jī)H是空白紙基的3.75%和2.98%。

　　壓延鋁箔復(fù)合內(nèi)襯紙和真空鍍鋁內(nèi)襯紙是目前使用蕞多的內(nèi)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(yàn)中表現(xiàn)了蕞優(yōu)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題，除了部分高檔卷煙仍使用該種內(nèi)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(nèi)襯紙。雖然其透濕量高于鋁箔復(fù)合內(nèi)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(cuò)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?jī)H占84mm長(zhǎng)的煙支總質(zhì)量的5%，但其對(duì)卷煙整體質(zhì)量和抽吸體驗(yàn)的影響卻是不可忽視的。吸煙蕞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(jī)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(zhǎng)，如此便減少了煙支的抽吸次數(shù)，相應(yīng)的一氧化碳和焦油的釋放量也就相應(yīng)降低^[4]。而另一方面，卷煙在陰燃狀態(tài)時(shí)，空氣透過卷煙紙的自然孔隙進(jìn)入煙支內(nèi)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)，主流煙氣也能通過卷煙紙孔隙大量逸出，減少有害物質(zhì)吸入體內(nèi)。

　　由此可見，卷煙紙具有較高的透氣量更有利于調(diào)節(jié)煙支的燃燒速率、降低煙氣中對(duì)人體有害的成分。透氣度是衡量卷煙紙透氣量的重要參數(shù)，根據(jù)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(cè)定》的定義，指的是在1kPa的測(cè)量壓力條件下，通過1cm²的被測(cè)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(cè)量原理和測(cè)試方法如圖1、圖2。相關(guān)測(cè)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(dāng)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(shì)，分別為4.45%、0.87%和4.66%、11.23%；當(dāng)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(jì)^[5]。

　　基于卷煙紙透氣性對(duì)卷煙抽吸品質(zhì)的諸多影響，行業(yè)內(nèi)眾多技術(shù)專家和學(xué)者對(duì)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?jiān)系馁|(zhì)量。原料的透氣度、戊糖含量、纖維粗度、細(xì)胞壁厚的變化會(huì)直接影響成紙透氣度的穩(wěn)定性^[6]。2、合理控制打漿濃度以提高透氣性。不同的漿種對(duì)應(yīng)合適的打漿濃度，纖維被切斷均勻并且細(xì)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(dāng)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，而孔隙是通過纖維間良好組織結(jié)構(gòu)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(jié)晶碳酸鈣^[7]。

4、結(jié)語(yǔ)

　　上述分析可以發(fā)現(xiàn)，盒裝卷煙包裝系統(tǒng)的阻隔性對(duì)于卷煙的貯藏品質(zhì)、抽吸體驗(yàn)以及減輕有害物質(zhì)對(duì)人體的傷害方面有著很大影響。因此，卷煙生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身?xiàng)l件，可適當(dāng)加強(qiáng)外層透明煙膜和內(nèi)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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