■ 文/李玉磊，劉雙雙，王玉峰

（天津科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457）

0 引言

卷煙行業(yè)在我國國民經(jīng)濟(jì)中具有特殊重要的地位，同時(shí)與包裝行業(yè)也是密不可分的。除煙絲和濾棒外，卷煙制品的原料均屬于包裝材料，包括紙類、塑料類和膠類等，其中紙類占主要部分。卷煙制品的主要包裝材料由內(nèi)至外依次為卷煙紙、接裝紙、內(nèi)襯紙、框架紙、商標(biāo)紙等5大類。對于卷煙生產(chǎn)企業(yè)而言，各類卷煙包裝材料除其本身性能外，上機(jī)適用性至關(guān)重要[1]。在實(shí)際生產(chǎn)中，包裝材料上機(jī)適用性不佳會導(dǎo)致材料損耗增加，卷煙廢品率上升，這已成為卷煙行業(yè)的共性問題，亟待得到解決[2-3]。

卷煙包裝材料的上機(jī)適用性與水分控制有密切關(guān)系。紙類包裝材料對水分較為敏感，在運(yùn)輸、儲存和使用過程中，極有可能因環(huán)境溫濕度變化而發(fā)生吸濕或脫濕現(xiàn)象，繼而導(dǎo)致物理強(qiáng)度下降，并且發(fā)生翹曲、荷葉邊等變形現(xiàn)象[4-5]。因此，確保包裝材料具有適宜的水分，對提高生產(chǎn)效率、降低物料消耗至關(guān)重要。而準(zhǔn)確、快速地測定卷煙包裝材料的水分含量是控制水分的關(guān)鍵步驟。紙類材料水分測定方法較為成熟，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 462—2008《紙、紙板和紙漿 分析試樣水分的測定》對測試過程進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定（以下簡稱“烘箱法”），要求將試樣放置在(105±2)℃的烘箱中烘干至恒重，然后計(jì)算烘干前后試樣質(zhì)量的變化，從而得出試樣的水分含量。烘箱法應(yīng)用廣泛，準(zhǔn)確度較高，但仍存在一些弊端。例如：測試時(shí)間較長，對定量較低產(chǎn)品如卷煙紙、接裝紙等的水分測定需要花費(fèi)3 h以上，對定量較高產(chǎn)品如框架紙、商標(biāo)紙等的水分測定需要花費(fèi)5～6 h；在測試過程中不僅需要進(jìn)行恒重判斷，還需要避免各種干擾因素，對操作者的技術(shù)要求較高；等等。鹵素水分測定儀是將稱重傳感器和鹵素輻射源結(jié)合在一起，用以快速測定樣品的水分含量?；谠搩x器的鹵素法操作簡單，可在3～5 min完成測試，效率遠(yuǎn)高于烘箱法[6-7]。

從目前來看，科研人員還沒有針對鹵素水分測定儀可否用于卷煙包裝材料水分的快速測定及準(zhǔn)確性如何等課題進(jìn)行系統(tǒng)研究。為此，本項(xiàng)研究按照生產(chǎn)條件，在3種不同溫濕度條件下分別對卷煙紙、接裝紙、內(nèi)襯紙、框架紙、商標(biāo)紙等5種主要卷煙包裝材料進(jìn)行平衡處理，再分別采用國標(biāo)烘箱法和鹵素法測定樣品的水分含量，同時(shí)對用以快速測定卷煙包裝材料水分的鹵素法進(jìn)行系統(tǒng)評價(jià)，以期為卷煙包裝材料快速水分測定的標(biāo)準(zhǔn)化奠定基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

（1）卷煙紙：定量34 g/m2，選自浙江華豐紙業(yè)有限公司。

（2）接裝紙：定量38 g/m2，選自河南華港印務(wù)有限公司。

（3）內(nèi)襯紙，定量54 g/m2，復(fù)合金色鋁箔，選自湖南鶴祥包裝有限公司。

（4）框架紙：定量250 g/m2，復(fù)合金卡，選自江蘇大亞新型包裝材料有限公司。

（5）商標(biāo)紙：定量244 g/m2，選自河北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

（1）電子天平：型號AR2130，選自梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

（2）恒溫恒濕箱：型號ETH-408-40-CP-AR，選自巨孚儀器（北京）公司。

（3）電熱鼓風(fēng)干燥箱：選自上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

（4）鹵素水分測定儀：型號HB43-S，選自梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件，設(shè)置3種不同的溫濕度環(huán)境：溫度為15 ℃、相對濕度為35% RH的低溫低濕環(huán)境，記作L；溫度為23 ℃、相對濕度為50% RH的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境，記為M；溫度為35 ℃、相對濕度為80% RH的高溫高濕環(huán)境，記作H。將卷煙紙、接裝紙、內(nèi)襯紙、框架紙和商標(biāo)紙分別置于上述3種溫濕度環(huán)境中，參照GB/T 10739—2002《紙、紙板和紙漿試樣處理和試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件》規(guī)定的方法進(jìn)行預(yù)處理，使樣品水分達(dá)到平衡。

1.3.2 烘箱法水分測定

按照GB/T 462—2008《紙、紙板和紙漿 分析試樣水分的測定》的要求進(jìn)行測定，每個(gè)樣品做兩次平行試驗(yàn)，兩次試驗(yàn)結(jié)果的絕對誤差不超過0.4，取兩次測試結(jié)果的算數(shù)平均值作為測定結(jié)果。

1.3.3 鹵素法水分測定

采用鹵素水分測定儀快速測定樣品水分，設(shè)置測試溫度為105 ℃，每個(gè)樣品做兩次平行試驗(yàn)，兩次試驗(yàn)結(jié)果的絕對誤差不超過0.4，取兩次測試結(jié)果的算數(shù)平均值作為測定結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 卷煙紙水分測定

卷煙紙是用以包裹煙絲的薄頁型紙張，主要由植物纖維和填料組成，定量較低，通常低于40 g/m2[8]。在實(shí)際生產(chǎn)中，卷煙紙常常因水分變化而引起縱向抗張強(qiáng)度下降，繼而出現(xiàn)斷紙現(xiàn)象；卷盤邊緣還會出現(xiàn)緊邊或松弛現(xiàn)象，導(dǎo)致卷煙接口搭接不牢，以及卷盤運(yùn)行時(shí)晃動(dòng)、不穩(wěn)定等操作問題。

卷煙紙的水分測定結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，在不同濕度條件下，卷煙紙的水分含量發(fā)生明顯變化，尤其在高濕環(huán)境下，水分增加較多。在3種不同環(huán)境條件下，烘箱法和鹵素法的水分測定結(jié)果比較接近，絕對誤差均小于0.4，符合GB/T 462—2008的相關(guān)要求。說明鹵素法測定卷煙紙水分的準(zhǔn)確度較高，并且不同的含水量對測定結(jié)果的準(zhǔn)確性沒有影響。

圖1 卷煙紙水分測定結(jié)果

2.2 接裝紙水分測定

接裝紙又稱水松紙，是一種將濾嘴與卷煙煙支接裝起來的專用紙[9]。與卷煙紙相同，接裝紙也是以卷盤形式交貨，不同的是，接裝紙外表面通常有精美的印刷圖案。在卷煙企業(yè)里，接裝紙與水分相關(guān)的問題主要是紙張吸濕后縱向抗張強(qiáng)度下降而引起斷紙現(xiàn)象。由于水分控制不當(dāng)，接裝紙卷盤邊緣出現(xiàn)荷葉邊，導(dǎo)致與煙支黏接不牢，出現(xiàn)漏氣、留白等質(zhì)量問題。

接裝紙的水分測定結(jié)果如圖2所示。從中可以看出，接裝紙的水分含量受環(huán)境溫濕度影響較大。高濕環(huán)境的水分含量顯著高于低濕環(huán)境或標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的水分含量。從準(zhǔn)確性上看，鹵素法的水分測定結(jié)果與烘箱法保持了一致，具有較高的準(zhǔn)確度，并且不同的含水量對測定結(jié)果的一致性也沒有影響，說明鹵素法可以用以快速測定接裝紙的水分。

圖2 接裝紙水分測定結(jié)果

2.3 內(nèi)襯紙水分測定

煙用內(nèi)襯紙是置于小盒商標(biāo)紙與煙支之間的一種卷煙包裝材料，對煙支起到防潮保潤、保香美化的作用[10]。與其他幾種紙質(zhì)卷煙包裝材料不同，內(nèi)襯紙是一種紙和金屬（鋁）的復(fù)合材料，其生產(chǎn)工藝分為鋁箔復(fù)合紙和真空鍍鋁紙。鋁箔復(fù)合紙具有較厚鋁層（6～7μm），在水、氣阻隔性能上優(yōu)于真空鍍鋁紙，能更好地達(dá)到防潮保香的效果[11]。由于紙和鋁箔的性能不同，在實(shí)際生產(chǎn)中受環(huán)境濕度影響，紙張的尺寸會發(fā)生伸長或收縮，而鋁箔的尺寸不會發(fā)生變化，內(nèi)襯紙常會發(fā)生卷曲現(xiàn)象，增加材料的損耗，在干燥環(huán)境下卷曲現(xiàn)象尤為明顯。因此，合理控制內(nèi)襯紙的水分非常重要。

內(nèi)襯紙水分測定不能和其他紙質(zhì)卷煙包裝材料一樣，需要單獨(dú)計(jì)算紙張質(zhì)量，以排除鋁箔的影響。如果將紙張和鋁箔視為整體進(jìn)行計(jì)算，水分含量就會明顯偏低。在測試內(nèi)襯紙水分之前，須先明確紙張和鋁箔的定量。本項(xiàng)研究所用內(nèi)襯紙的定量為54 g/m2，經(jīng)測試得知，鋁箔的定量為17.6 g/m2。采用烘箱法時(shí)，按照實(shí)際紙張質(zhì)量計(jì)算水分；采用鹵素法時(shí)，由于水分結(jié)果是按照紙張加鋁箔的總質(zhì)量自動(dòng)給出的，需要根據(jù)紙張和鋁箔的比例，重新計(jì)算出真實(shí)水分。內(nèi)襯紙水分測定結(jié)果如圖3所示。

圖3 內(nèi)襯紙水分測定結(jié)果

從圖3可以看出，內(nèi)襯紙的水分含量隨著環(huán)境濕度的增加而逐漸增加，但從標(biāo)準(zhǔn)濕度環(huán)境到高濕環(huán)境，水分增加幅度沒有其他卷煙包裝材料那么明顯，這與該材料的紙鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)有關(guān)，鋁箔起到了阻礙水氣滲入的作用。鹵素法水分測定結(jié)果與烘箱法結(jié)果的絕對誤差均小于0.4，保持了較好的準(zhǔn)確性，說明鹵素法可用以快速測定內(nèi)襯紙的水分。

2.4 框架紙水分測定

框架紙是放置在卷煙包裝硬盒內(nèi)，對卷煙盒起到支撐加固作用的紙質(zhì)材料[12]?？蚣芗埖幕氖前卓?，通常用金色或銀色的涂料在白卡紙的外表面進(jìn)行涂布處理，形成金卡或銀卡。實(shí)際生產(chǎn)中，框架紙常因水分問題而發(fā)生翹曲變形，降低了上機(jī)適用性。

框架紙的水分測定結(jié)果如圖4所示。從圖中可以看出，在不同環(huán)境條件下，鹵素法水分測定結(jié)果與烘箱法非常接近，絕對誤值小于0.4，說明鹵素法測定框架紙水分具有較高的準(zhǔn)確性，可用以快速測定框架紙的水分。

圖4 框架紙水分測定結(jié)果

2.5 商標(biāo)紙水分測定

商標(biāo)紙位于卷煙產(chǎn)品的最外層，也就是俗稱的煙盒紙，包括盒包裝紙和條包裝紙。按照包裝形式，商標(biāo)紙被分為軟盒包裝紙和硬盒包裝紙兩大類，紙基分別為銅版紙和涂布白卡紙，外表面印刷圖文信息[13]。商標(biāo)紙經(jīng)模切成片狀后交貨給卷煙企業(yè)。若環(huán)境發(fā)生變化，商標(biāo)紙的水分會發(fā)生改變，商標(biāo)紙出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象，變成弓狀，在卷煙機(jī)上造成卡紙現(xiàn)象，降低生產(chǎn)效率，增加材料損耗。

商標(biāo)紙的水分測定結(jié)果如圖5所示，鹵素法測定結(jié)果與烘箱法非常一致，說明鹵素法測定商標(biāo)紙水分具有較高的準(zhǔn)確性，可用以快速測定商標(biāo)紙的水分。

圖5 商標(biāo)紙水分測定結(jié)果

3 結(jié)論

采用鹵素法測定卷煙紙、接裝紙、內(nèi)襯紙、框架紙、商標(biāo)紙5種卷煙包裝材料的水分，測試結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的烘箱法存在很好的一致性，測量準(zhǔn)確度較高，符合GB/T 462—2008《紙、紙板和紙漿 分析試樣水分的測定》的要求。鹵素法可用于卷煙包裝材料水分的快速測定，為卷煙包裝材料快速水分測定的標(biāo)準(zhǔn)化奠定了基礎(chǔ)。