張 瑩 詹建波 余振華 余 耀 鄭 晗 王 浩

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·煙用無鋁內襯紙·

煙用無鋁內襯紙的制備技術與研究進展

張 瑩 詹建波 余振華 余 耀 鄭 晗 王 浩

(云南中煙工業(yè)有限責任公司，云南昆明,650231)

無鋁內襯紙由于其透氣度低、防水性能和阻隔性能較好、成型度良好等特點,是具有保香防潮功能要求的卷煙包裝的理想材料。本文從煙用無鋁內襯紙的開發(fā)背景出發(fā),論述了無鋁內襯紙開發(fā)和應用的必要性,總結了常用煙用內襯紙的類型和特點,歸納了煙用無鋁內襯紙的基本特性,對比了現(xiàn)有的煙用無鋁內襯紙制備技術并總結其優(yōu)缺點,展望了煙用無鋁內襯紙未來制備技術的發(fā)展趨勢。

煙用無鋁內襯紙；制備工藝；涂料；環(huán)境友好

煙用內襯紙是包裝卷煙與煙包小盒間的紙張,作為卷煙的初始包裝層,對卷煙起到保香、保潤、遮光等作用,可以防止卷煙霉變和香氣散發(fā),同時也可展示美觀特性,是重要的卷煙包裝材料[1-5]?，F(xiàn)在卷煙廠家常用的煙用內襯紙功能較單一,有時存在一定的異味,對卷煙的質量安全性有一定的影響。在產品特色化與個性化不斷提高的情況下,如何在現(xiàn)有煙用內襯紙制備工藝基礎上,通過技術改造，生產出新型煙用內襯紙,既可以掩蓋異味,又可以促進卷煙的保香、保潤以及包裝材料的自然降解,從而促進卷煙包裝材料對產品品質的提升,提高卷煙包裝材料的安全、環(huán)保性能,成為現(xiàn)有技術中亟待解決的問題。

1 常用煙用內襯紙的類型及特點

常用的煙用內襯紙主要有復合鋁箔內襯紙、普通轉移型內襯紙、真空鍍鋁內襯紙、涂布內襯紙及無鋁內襯紙等類型。

1.1 復合鋁箔內襯紙

復合鋁箔內襯紙是傳統(tǒng)的煙用內襯紙類型,占據煙草包裝材料中較大的市場份額。復合鋁箔內襯紙具有很好的防護特性,生產工藝特點決定了其鋁層較厚,可達到6～7 μm,鋁分子特有的排布致密結構,可以有效地阻隔氣體和水分的透過,保證煙盒幾乎不吸收卷煙的任何香氣物質,其他材料如鍍金屬的紙或印刷紙難以達到相當?shù)谋Ｗo香氣的能力。復合鋁箔內襯紙的阻隔性能好,對卷煙可以起到較好的保香保潤效果,同時具有成型性相對較好等優(yōu)點。但復合鋁箔內襯紙所使用的鋁箔不易降解和回收利用,不符合環(huán)保型材料的要求[5-7]。

1.2 普通轉移型內襯紙

普通轉移型內襯紙采用真空鍍鋁轉移膜直接和襯紙復合工藝,剝離后印刷,此工藝雖色彩單一,但一定程度上取代了傳統(tǒng)的鋁箔復合,在不失金屬光澤的前提下降低了生產成本,是目前市場上常用的煙用包裝紙之一。與復合鋁箔內襯紙相比,普通轉移型內襯紙制備工藝有所簡化,但是生產中會出現(xiàn)煙包成型性差、煙氣散發(fā)較快、鋁箔脫落等不良現(xiàn)象,影響產品外觀[8]。

1.3 真空鍍鋁內襯紙

真空鍍鋁內襯紙盡管大幅度降低了鋁材料的消耗,具有材料成本低、防偽效果好、應用范圍廣等優(yōu)點,但也存在很多不足之處[9-10]。首先,真空鍍鋁內襯紙的制造工藝復雜,工藝條件要求高,對材料厚度有一定要求,且真空鍍鋁內襯紙的鋁層過薄容易對材料造成劃傷,增加印品的廢品率。其次,真空鍍鋁內襯紙的亮度主要取決于原紙的質量,按要求紙張應具有超光亮效果和較好的平整度,同時,真空鍍鋁內襯紙在運輸和儲存方面具有嚴格要求，在運輸過程中須使用塑料膜來保護真空鍍鋁內襯紙。

1.4 涂布內襯紙

涂布內襯紙采用特殊生產工藝與特殊防潮防氣材料,可以滿足香煙包裝防潮保香的要求,還可以滿足中高檔香煙產品包裝的增香保潤的要求。但涂布內襯紙的延展性比復合鋁箔內襯紙的略差,對涂布內襯紙進行壓紋處理后,常出現(xiàn)延展性不足的問題和在后續(xù)的卷包生產中出現(xiàn)問題,影響生產效率,因此涂布內襯紙一般不宜進行壓紋處理,產品外觀表現(xiàn)單一、包裝效果一般[11-12]。

1.5 無鋁內襯紙

現(xiàn)有的煙用內襯紙是由原紙和鋁箔復合或真空鍍鋁制成,在生產、包裝及后續(xù)流通中會出現(xiàn)煙氣散發(fā)快、保香性能差的不良現(xiàn)象,還會造成大量金屬鋁的浪費。且內襯紙中含有鋁成分,廢棄物不能自然降解,難以回收利用,給環(huán)境帶來嚴重的污染。鋁會在人體內慢慢累積,也會引起代謝紊亂的毒性反應。為了節(jié)約資源匱乏的有色金屬鋁材料、生產環(huán)節(jié)無“三廢”排放，實現(xiàn)清潔生產、具有傳統(tǒng)工藝產品優(yōu)良的保香與保濕功能,大眾開始將目光聚焦于無鋁內襯紙。

無鋁內襯紙就是不使用鋁金屬制成的內襯紙,僅通過在原紙上涂布一層或多層涂層來達到優(yōu)良的阻隔性能,并保持亮麗的外觀。溶劑型涂料可以滿足無鋁紙的涂布需求,但溶劑型涂料含有的有機溶劑殘留在涂料中不能滿足食品和煙草行業(yè)包裝材料的衛(wèi)生要求；采用水性涂料可以避免上述缺陷,成為現(xiàn)在研究的熱點。

2 煙用無鋁內襯紙的特性

煙用無鋁內襯紙的原紙表面經涂層材料的處理,可形成平整、光滑、致密的阻隔層,也能對煙支進行較好的保護,防止空氣、水分子、致香成分的擴散和滲透。涂層材料一般使用丙烯酸酯類共聚材料、瓊脂等材料,對紙張表面有良好護著性,并可在紙張表面形成阻隔層。一般無鋁內襯紙的結構如圖1所示。無鋁內襯紙的主要性能有機械性能、光學性能及印刷適應性,這些都是由原紙和涂層決定的。機械性能主要包括：抗張強度、撕裂強度、耐折度和挺度,主要由原紙決定；光學性能包括白度、原紙光澤度和印刷光澤度,由涂層和原紙共同決定。涂層表面和內部的孔隙結構與涂布紙的主要性能有密切關系,涂層內的孔隙與涂料的干燥過程密切相關,孔隙大小與原紙的施膠度、干燥速度等相關。

圖1 無鋁內襯紙的結構示意圖

煙用無鋁內襯紙的主要性能還有成型性、低透氣性能、高防水及阻隔性能、高挺度和高強度。成型度是指紙張被施加壓力折成90°角,釋放壓力后在一定時間內的反彈角度的大小。反彈角度越小說明成型度越好,如果紙張在折疊后反彈力大,會發(fā)生反彈角度偏大使折疊器與紙邊沿有一定夾角,容易產生錯位滑移,包裝質量不穩(wěn)定而變形,容易阻礙包裝機運行,造成紙張的浪費。為了滿足易于折疊封口從而起到保香保潤作用, 內襯紙需滿足成型度低、透氣度低的要求。鋁箔襯紙的成型度較低,約 17°；進口萬寶路香煙推出了一款印刷型內襯紙,即在內襯紙一面涂布金色或銀色油墨,使其呈金箔或銀箔質感,其成型度約40°,透氣度較低,基本能滿足使用要求；而國產鋁箔襯紙原紙的成型度高達46°,若不經覆鋁箔或鍍鋁而直接用作卷煙的內包裝用,在折疊后定型不好,反彈嚴重,在包裝時封口不嚴,對卷煙的保香、保潤作用不強。故煙用內襯紙要實現(xiàn)無鋁化,首先要使內襯紙的成型度盡量降低,因此對煙用無鋁內襯紙成型度影響因素的研究也具有現(xiàn)實的指導意義。劉群華等人[13]研究了煙用無鋁內襯紙成型度的影響因素,指出紙張水分對成型度影響較顯著,增加壓光前紙張水分,使壓光后紙張殘留的水分較多,紙張的成型度較低。同時,添加粒度較小的填料、增加闊葉木漿的用量、原紙經過適當壓光、用合適的涂料進行單面涂布也有利于降低成型度。

3 煙用無鋁內襯紙的類型及制備工藝

近年來,煙用無鋁內襯紙的種類日益增多。煙用無鋁內襯紙主要的制備工藝如圖2所示,一般的制備過程包括放卷-背涂-烘箱干燥-面涂-二次干燥-收卷幾個步驟。

圖2 煙用無鋁內襯紙生產工藝示意圖

試樣編號試樣1試樣2試樣3試樣4試樣5試樣6試樣7水蒸氣透過率/g·(m2·d)-1452568481439492421509氣體透過量/cm3·(m2·d·Pa)-11289130214001237149112001500挺度(橫向)/mN·m-1102109118100120116113

3.1 低透氣高防水性能無鋁內襯紙

林家寶等人[14]提出了一種低透氣高防水性能無鋁內襯紙,其中包括兩個表面的原紙層,一外表面覆合有底涂層,另一外表面覆合有背涂保護阻隔層,兩層間有裝飾印刷圖文層。主要的制備工藝為：①在原紙正面均勻涂布水溶丙烯酸改性的聚氨酯溶液性化工材料,制備底涂層，使底涂層具有很低的氣體透過性能。②將制得的底涂層上涂布采用水溶丙烯酸改性的聚偏二氯乙烯溶液化工材料,制備底氣體保護阻隔層，具有很強的防潮性能。③制備底氣體保護阻隔層后，再涂布與底氣體保護阻隔層相同的材料，制備背涂保護阻隔層。④分切檢驗與印刷機印刷圖紋。

該種低透氣高防水性能無鋁內襯紙的底涂層具有很低的氣體透過性,底氣體保護阻隔層和背涂保護阻隔層材料具有很強的防潮性能,其各項性能與傳統(tǒng)鋁箔內襯紙性能相當,同時沒有鋁箔及鍍鋁層,相對成本更低,可回收再利用。這種內襯紙可以滿足香煙包裝防潮保香的要求,可以部分代替原有鋁箔復合內襯紙，應用于各種中高檔香煙的包裝要求。

3.2 高阻隔環(huán)保無鋁內襯紙

黃宏存等人[15]提出一種高阻隔環(huán)保無鋁內襯紙,包括原紙層、油墨層及高阻隔層。這種高阻隔環(huán)保涂布內襯紙的阻隔性能如表1所示。其主要制備工藝如下。

(1)制備PVOH涂料

在軟水中加入聚乙烯醇,于一定溫度下攪拌加熱,降溫后加入消泡劑。再加入催化劑,攪拌后恒溫放置,最后加入碳納米纖維,攪拌待反應結束后得到改性PVOH涂料。

(2)制備涂布內襯紙

恒定張力下放卷,在原紙上用金屬網紋輥印刷一層水性油墨,上墨后干燥。再使用改性后的PVOH涂料在油墨表層上均勻涂布,干燥后在一定張力下收卷。

(3)壓紋分切

宋軍軍等人[16]提出了一種聚偏二氯乙烯環(huán)保無鋁內襯紙,由原紙層、阻隔層、油墨層組成。其制備工藝為：①制備聚偏二氯乙烯乳液。②恒定張力放卷并經導輥展平后,逆向凹版涂布,將聚偏二氯乙烯乳液涂布到原紙表面并干燥，制得涂布內襯紙。③在原紙基面的另一側,采用金屬版輥逆向凹印方式印刷油墨,干燥冷卻固化,最后收卷分切。

這兩種生產工藝使用的基材來源廣,成本相對較低。改性涂料涂布后可形成高度致密的交聯(lián)結構,可以大幅度提高紙張對氣體、水蒸氣的阻隔性能,達到接近含鋁內襯紙一樣的阻隔效果,大量節(jié)約有色金屬鋁。同時在印刷表面增加光油層,賦予內襯紙優(yōu)異的光澤度和裝飾效果,推動了煙用包裝向質優(yōu)價廉的方向發(fā)展。

3.3 食品級微晶蠟無鋁內襯紙

余振華等人[17]開發(fā)了一種食品級微晶蠟無鋁內襯紙,該內襯紙在兩層常規(guī)耐水光面紙間涂布食品級微晶蠟經熱熔后獲得。其制備工藝如下：①按質量份稱取木蠟、米糠蠟、甘蔗蠟、棕櫚蠟、小燭蠟,在(23±2)℃溫度下配制。②在密封環(huán)境的熱熔裝置中將食品級微晶蠟熱熔為溶液,然后將溶液降溫至恒溫備用。③將制得的食品級微晶蠟溶液涂布于常規(guī)低定量耐水光面紙的任一表面,并將兩張光面紙的涂液面相互貼合即可得到所需的環(huán)保型煙用內襯紙。

該工藝彌補了煙用內襯紙復合工藝的空白,創(chuàng)造性地將食品級微蠟敷于煙用內襯紙,能夠消除煙用內襯紙復合時對鋁箔的依賴,豐富煙用內襯紙的內在表現(xiàn)形式,使產品的抗阻隔性、抗氧化性、保香、保潤特性較現(xiàn)有的產品有所提升。同時該工藝的成本低廉、制備方法簡單,具有良好的應用前景。

3.4 保香無鋁內襯紙

徐祥祥等人[18]發(fā)明了幾種不同香氣的保香無鋁內襯紙,包括內襯紙、阻隔層、殼聚糖涂層、香料層。香料層為玫瑰花提取物層、桂花提取物層或淡竹葉提取層。該工藝在傳統(tǒng)的真空鍍鋁轉移基礎上,采用多彩的凹印方式印上一層花紋圖案,然后轉移。該方法在環(huán)保降解的前提下,增加了產品的新穎性、花紋層的印刷、膜層的厚度以及煙氣的阻隔性,利于保香性能。該工藝使內襯紙具有各種花的清香味,殼聚糖層采用了高密度殼聚糖,可增強人體的免疫力,對一些疾病有輔助治療的作用,同時具有良好的保濕性、成膜性、抑菌性和良好的機械強度,還能吸附焦油、尼古丁,起到保潤增香、改善吸味的作用,但內襯紙的清香味如何對煙味產生影響仍是待解決的問題。

3.5 透明激光無鋁內襯紙

劉德廣[19]提出了一種透明激光無鋁內襯紙制備方法,透明激光無鋁內襯紙在制備過程中首先將PET 膜通過模壓機模壓成各種花紋的激光圖案,與紙張用水性轉移膠復合；剝離 PET 膜后,激光圖案轉移至紙張上；用真空鍍鋁機在剝離后有激光圖案的紙張上面鍍一層透明介質；將已鍍透明介質的有激光圖案紙張進行補水工藝處理；用凹版印刷機印刷香煙標識圖案。該技術采用合理的成分配比和新工藝技術,解決紙張的壓花不清晰、易反彈、不耐折等突出問題,同時又能保持紙張原有物理性能,柔韌性、成型度好,不反彈耐折,印制字體清晰準確。

3.6 熱消防偽無鋁內襯紙

徐祥祥等人[20]提出了一種熱消防偽無鋁內襯紙,該技術在內襯紙的一面設有氧化淀粉涂層,另一面設有高阻隔性涂料層；同時將遇熱消色油墨應用在煙用包裝材料上,具有良好的附著力和防偽效果,該油墨在高溫火焰灼燒下會迅速消失,從而將油墨下層的圖標呈現(xiàn)出來。消費者可以直接使用打火機對其進行驗證,鑒別真?zhèn)?而不用像以前大多數(shù)防偽材料一樣,需要通過放大鏡或紫外光源等不易攜帶的儀器去鑒別。

3.7 聚丙烯酸酯涂料無鋁內襯紙

詹曜丞等人[21]提出了一種聚丙烯酸酯涂料無鋁內襯紙。首先制備得到核殼結構交聯(lián)型聚丙烯酸酯涂料,并將制得的聚丙烯酸酯涂料涂布在無鋁內襯紙上,該方法制得的煙用無鋁內襯紙涂料的涂膜硬度較高,且涂膜的柔韌性和耐折繞性能較好,還具有良好的交聯(lián)密度和耐水性,干燥后可代替鋁箔復合紙用于香煙包裝,制備出的無鋁內襯紙具有強度高、密閉性好和耐水性好等優(yōu)點。

4 煙用無鋁內襯紙的發(fā)展前景

如何降低生產成本,開發(fā)阻隔、防潮性能優(yōu)良的新型煙用無鋁內襯紙是科技工作者的重點研究方向?，F(xiàn)在煙用無鋁內襯紙中阻隔涂料主要起阻隔性能的是聚乙烯醇,但由于聚乙烯醇可溶于水,防水性能較差；針對現(xiàn)有聚丙烯酸酯乳液存在的問題,通過對現(xiàn)有聚合物乳液交聯(lián)改性并合理設計其乳膠粒子形態(tài)也是未來解決上述問題的有效方法。

隨著環(huán)境保護意識的增強,部分發(fā)達國家對煙草制品的包裝總體要求是減少用量、可回收利用。歐洲大部分國家在煙用內襯紙的選擇上,已基本采用真空鍍鋁紙等替代塑料薄膜及復鋁包裝紙,而未來包括內襯紙在內的煙草包裝就要求設計簡單化、輕量化,材料設計單一化、可循環(huán)再生設計、重復使用設計、可降解腐化設計。正是在這種環(huán)保理念的指引下,無鋁內襯紙適用了當代印刷與包裝業(yè)的發(fā)展要求,可以消除現(xiàn)在煙用內襯紙鋁材的使用,豐富其表現(xiàn)形式,滿足內襯紙質量安全、環(huán)保的要求。如果煙用無鋁內襯紙在抗阻隔性、抗氧化性、保香、保潤、豐富色彩和環(huán)保特征均有進一步的提升,未來一定具有更廣闊的應用前景。

5 結 語

近年來,各國的煙草業(yè)主管部門對卷煙包裝材料“綠色化”的推力明顯加強,政策引導效果已初見成效,煙草企業(yè)在綠色包裝、低碳發(fā)展方面已經取得了共識,充分利用高科技、新工藝、新材料,煙用無鋁內襯紙可以有效減少鋁材料對環(huán)境的污染,已經成為卷煙內襯紙發(fā)展的新方向。如果開發(fā)出既可實現(xiàn)無鋁化,又能保持優(yōu)秀阻隔能力且具有高效防水性能的無鋁內襯紙,有望全面替代當今鋁箔復合或真空鍍鋁內襯紙,成為市場的主流。

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(責任編輯：劉振華)

Manufacturing Technology and Development Prospects of Aluminum Free Inner Lining Paper for Cigarette Packaging

ZHANG Ying*ZHAN Jian-bo YU Zhen-hua YU Yao ZHENG Han WANG Hao

(ChinaTobaccoYunnanIndustrialCo.,Ltd.,Kunming,YunnanProvince, 650231)

Aluminum free inner lining paper for cigarette packaging possesses many advantages such as low porosity, excellent waterproof performance and barrier property as well as excellent forming degree, which is of singular significance to make it ideal material for cigarette packaging with fragrance protecting and moisture proof abilities. Therefore, the developing aluminum free inner lining paper owns broad application prospects. The developing background of aluminum free inner lining paper for cigarette packaging was introduced, and the necessities of development and application of aluminum free inner lining paper were discussed. Types and characteristics of the aluminum free inner lining paper applied widely were summarized, and its basic properties were also concluded. Advantages and disadvantages of current manufacture technologies of aluminum free inner lining paper were concluded and compared, and the future developing trends of manufacturing technology were also analyzed in this paper.

aluminum free inner lining paper; manufacturing technology; coating; environment-friendly

張 瑩女士,碩士,工程師; 主要研究方向: 煙用材料的設計與開發(fā)等。

2016- 07-15(修改稿)

TS761.2

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.11.012

(*E-mail: 88968766@qq.com)