彩色卷煙紙色素微膠囊制備的研究

王 磊王鳳蘭謝益民張 智，*

（1．湖北工業(yè)大學(xué)制漿造紙工程學(xué)院，湖北武漢，430068；2．湖北中煙技術(shù)中心重組煙葉應(yīng)用技術(shù)研究湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢，430040）

·彩色微膠囊·

彩色卷煙紙色素微膠囊制備的研究

王 磊1王鳳蘭2謝益民1張 智1，*

（1．湖北工業(yè)大學(xué)制漿造紙工程學(xué)院，湖北武漢，430068；2．湖北中煙技術(shù)中心重組煙葉應(yīng)用技術(shù)研究湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢，430040）

實(shí)驗(yàn)以聚乙烯醇（PVA）為囊壁材料，色素為芯材，硫酸鈉、硼酸鈉溶液為凝聚液，采用界面聚合法制備彩色卷煙紙色素微膠囊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚乙烯醇的濃度為8．0%～10．0%，油相為色拉油，水相與油相比例為1∶2，乳化劑濃度為3．0%，攪拌速度為1000 r/min時(shí)，制備的微膠囊可以達(dá)到彩色卷煙紙色素微膠囊色澤穩(wěn)定性的要求。

彩色卷煙紙；微膠囊；聚乙烯醇；掃描電鏡

卷煙紙通常是白色的，隨著卷煙消費(fèi)的升級(jí)和包裝業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)需要有打破常規(guī)的包裝，能夠帶來(lái)強(qiáng)烈的個(gè)性特征和視覺(jué)中擊力，給人一種新的感覺(jué)，激發(fā)購(gòu)買(mǎi)的欲望［1﹣3］。在國(guó)外，彩色卷煙紙已受到越來(lái)越多抽煙者的喜愛(ài)。而在國(guó)內(nèi)，為了適應(yīng)市場(chǎng)的需求，拓寬彩色卷煙紙的應(yīng)用，使香煙成為時(shí)尚性消費(fèi)品。制備彩色紙張有多種途徑，但彩色卷煙紙對(duì)紙張的制備有更高的要求，如不能影響其口味，不能帶入有毒有害的物質(zhì)，且色素不能溶出和外觀色澤穩(wěn)定等。天然染料具有與生態(tài)環(huán)境的相容性好、可生物降解、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，且卷煙紙纖維經(jīng)染色后具有自然的色澤和香味。但天然染料在應(yīng)用中存在諸多問(wèn)題，其中染色色牢度較差是較為突出的問(wèn)題，尤其是日曬色牢度的穩(wěn)定性較差。

微膠囊技術(shù)始于20世紀(jì)30年代，美國(guó)的Wurs﹣ter最早用物理方法制備了微膠囊。到20世紀(jì)70年代，微膠囊技術(shù)日逐成熟，應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，今天它已從最初的藥物包覆和無(wú)碳復(fù)寫(xiě)擴(kuò)展到了醫(yī)藥、食品、煙草、日用化學(xué)品、肥料、化工等諸多領(lǐng)域［4﹣6］。微膠囊技術(shù)是微量物質(zhì)包裹在聚合物薄膜中的技術(shù)，是一種儲(chǔ)存固體、液體、氣體的微型包裝技術(shù)［7﹣9］。具體來(lái)說(shuō)是指將某一目的物（芯或內(nèi)相）用各種天然的或合成的高分子聚合物連續(xù)薄膜（壁或外相）完全包覆起來(lái)，而對(duì)目的物的原有化學(xué)性質(zhì)絲毫無(wú)損，然后逐漸地通過(guò)某些外部刺激或緩釋作用使目的物的功能再次在外部呈現(xiàn)出來(lái)，或者依靠囊壁的屏蔽作用起到保護(hù)芯材的作用［10﹣11］。

本研究是選取聚乙烯醇為囊壁材料，以色素為芯材；以硫酸鈉、硼酸鈉溶液為凝聚液；用界面聚合法制備彩色卷煙紙色素微膠囊，其色澤穩(wěn)定，可彌補(bǔ)現(xiàn)有彩色卷煙紙產(chǎn)品存在色牢度較差（易褪色）的缺陷，對(duì)于開(kāi)發(fā)新型彩色卷煙紙產(chǎn)品有一定的作用。

1 實(shí)驗(yàn)原料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器

黃色油溶色素（湖北中煙集團(tuán)提供）、聚乙烯醇（1750）、硫酸鈉、硼砂、span80（山梨醇酐單油酸酯）等（國(guó)藥集團(tuán)）。

體視顯微鏡（日本Olympus公司），激光粒度儀（Mastersizer 2000），紫外光耐候試驗(yàn)箱（南京環(huán)科實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），掃描電鏡（日本電子JSM﹣6510）、磁力攪拌器（德國(guó)IKA公司）等。

1.2 微膠囊制備方法

將聚乙烯醇用熱水配制成不同濃度的溶液，取一定量的色素溶入聚乙烯醇溶液中，分別以液體石蠟和色拉油為乳液油相；將聚乙烯醇色素溶液加入到油相，并加入一定量的span80為乳化劑，在一定速度下攪拌制備乳液（Ⅰ）。乳液（Ⅰ）是油包水型的乳液，聚乙烯醇色素溶液以小液珠的狀態(tài)存在于乳液（Ⅰ）中。將35 g硫酸鈉和2 g硼酸鈉溶入100mL的水中配制成凝聚液，分別以液體石蠟和色拉油為乳液油相；將凝聚液加入到油相中，加入一定量的span80為乳化劑，在一定速度下攪拌制備乳液（Ⅱ）。在一定的攪拌速度下將乳液（Ⅰ）加入到乳液（Ⅱ）中使聚乙烯醇凝聚成膜，從而使色素液珠被包覆起來(lái)成為彩色卷煙紙色素微膠囊。

實(shí)驗(yàn)研究了聚乙烯醇濃度、油相的選擇、水相油相比、乳化劑濃度、攪拌速度等影響因素對(duì)色素微膠囊的成形和形態(tài)的影響，并對(duì)制備的色素微膠囊進(jìn)行紫外光耐侯性實(shí)驗(yàn)，研究色素微膠囊的色澤穩(wěn)定性。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚乙烯醇濃度對(duì)色素微膠囊制備的影響

以濃度2．0%、4．0%、6．0%、8．0%、10．0%的聚乙烯醇溶液為壁材制備微膠囊。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)聚乙烯醇濃度為2．0%、4．0%時(shí)，制備的乳液較難以形成穩(wěn)定的乳液，通過(guò)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，乳液中形成的液珠粒徑分布較大，在與硫酸鈉和硼酸鈉反應(yīng)形成色素微膠囊時(shí)，形成的色素微膠囊強(qiáng)度較小容易破裂。濃度6．0%、8．0%、10．0%的聚乙烯醇溶液所形成的色素微膠囊強(qiáng)度較好，且粒徑分布較窄。其中濃度8．0%、10．0%的聚乙烯醇溶液制備的色素微膠囊強(qiáng)度較好，粒徑分布窄。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1、圖1。

表1 聚乙烯醇濃度對(duì)色素微膠囊制備的影響

圖1 聚乙烯醇濃度對(duì)乳液中微膠囊粒徑的影響

表2 油相種類(lèi)對(duì)乳液的影響

2.2 油相的選擇

分別以正己烷、液體石蠟、大豆色拉油為乳液油相來(lái)配制乳液。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以乙酸乙酯為油相配制的乳液不穩(wěn)定，很快分為兩層，且乙酸乙酯揮發(fā)太快難以回收。以液體石蠟為油相配制的乳液非常穩(wěn)定，但乳液黏度太大，反應(yīng)后生成的色素微膠囊會(huì)分散于乳液中難以收集。用色拉油為乳液油相來(lái)配制乳液，能形成較為穩(wěn)定的乳液，且反應(yīng)后的乳液在一定時(shí)間后可以分層，生成的色素微膠囊分布于水層便于收集，油水分離后油層的油相還可以重復(fù)使用。因此制備乳液所需油相使用色拉油。結(jié)果見(jiàn)表2。圖2所示為分別以乙酸乙酯和色拉油為油相的乳液狀態(tài)。

2.3 水相油相比對(duì)乳液的影響

被包覆物形成微液滴時(shí)才能使其被包覆形成微膠囊。因此，將水性的色素芯材與油性物質(zhì)相混合并形成穩(wěn)定乳液，需要選擇合適的水相油相比使色素芯材在乳液中呈均勻的液滴。實(shí)驗(yàn)中分別選取水相油相比為1∶5、1∶4、1∶3、1∶2、1∶1來(lái)配制反應(yīng)乳液。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水相油相比為1∶5、1∶4時(shí)，停止攪拌后乳液上層出現(xiàn)油層的現(xiàn)象，說(shuō)明油相比例過(guò)大。水相油相比為1∶3、1∶2可制成穩(wěn)定的乳液。當(dāng)水相油相比為1∶1時(shí)，乳液中的水相會(huì)出現(xiàn)未完全被油相包覆的現(xiàn)象，造成部分芯材的滲出。綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，水相油相比為1∶2較適宜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

2.4 乳化劑濃度對(duì)色素微膠囊的影響

隨著芯材比例的增加，包埋率逐漸降低。這主要是由于芯材含量過(guò)高，乳化穩(wěn)定性也變得更差，同時(shí)在有限的壁材條件下液滴成膜困難，難以包覆。由于乳化劑的用量對(duì)乳液中色素芯材的液滴大小、乳液的穩(wěn)定性和黏度都有一定程度的影響。實(shí)驗(yàn)中使用油包水型的乳化劑span80。保持其他條件不變，隨著乳化劑用量的增加，微膠囊平均粒徑減小。實(shí)驗(yàn)選取乳化劑濃度為1．0%、2．0%、3．0%、4．0%、5．0%來(lái)制備乳液。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，乳化劑濃度為3．0%時(shí)較為適宜，乳化劑濃度過(guò)小，乳液不穩(wěn)定易分層，芯材液珠粒徑分布大。乳化劑濃度過(guò)大，乳液黏度過(guò)大反應(yīng)不完全，產(chǎn)物不容易分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

2.5 攪拌速度對(duì)色素微膠囊的影響

色素微膠囊粒徑要適宜，粒度太小會(huì)導(dǎo)致色素微膠囊的總面積變大，反而會(huì)使得其釋放速率變快。攪拌速度影響反應(yīng)乳液中液滴的大小、形態(tài)和色素微膠囊壁形成的速度，直接影響生成的色素微膠囊的大小、形態(tài)和強(qiáng)度?？疾鞌嚢杷俣葘?duì)產(chǎn)物微膠囊的影響，攪拌速度分別選取600、800、1000、1200 r/min。攪拌反應(yīng)15min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，攪拌速度為1000 r/min時(shí)較為適宜。具體結(jié)果見(jiàn)表5。

同時(shí)，在掃描電鏡下觀察制備的色素微膠囊形態(tài)，見(jiàn)圖3。由圖3可知，采用聚乙烯醇為壁材制備的微膠囊，分散均勻、粒徑適宜，達(dá)到了彩色卷煙紙色素微膠囊的理化指標(biāo)。

圖2 不同油相的乳液狀態(tài)

表3 水相油相比對(duì)乳液的影響

表4 乳化劑濃度對(duì)色素微膠囊的影響

表5 攪拌速度對(duì)色素微膠囊的影響

圖3 色素微膠囊掃描電鏡圖

2.6 紫外光對(duì)色素微膠囊色澤穩(wěn)定性的影響

對(duì)制備的彩色卷煙紙色素微膠囊進(jìn)行紫外光耐候性實(shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)色素微膠囊的色澤穩(wěn)定性，驗(yàn)證色素微膠囊的抗氧化性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示。表6的結(jié)果表明，天然色素微膠囊化后，其抗氧化性能和色澤穩(wěn)定性明顯提高，當(dāng)紫外線照射8 h時(shí)，ΔE為2．18，達(dá)到了彩色卷煙紙色素微膠囊色澤穩(wěn)定性的要求（ΔE≤3．0，8 h內(nèi)）。

表6 紫外光對(duì)微膠囊色澤穩(wěn)定性的影響

3 結(jié) 論

以聚乙烯醇（PVA）作為囊壁材料，色素為芯材，硫酸鈉、硼酸鈉溶液為凝聚液，采用界面聚合法制備彩色卷煙紙色素微膠囊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚乙烯醇的濃度為8．0%～10．0%，油相為色拉油，水相與油相比例為1∶2，乳化劑濃度為3．0%，攪拌速度為1000 r/mim時(shí)，制備的色素微膠囊達(dá)到了彩色卷煙紙色素微膠囊色澤穩(wěn)定性的要求。

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（責(zé)任編輯：馬 忻）

Preparation of M icrocapsule for Color Cigarette Paper

WANG Lei1WANG Feng﹣lan2XIE Yi﹣min1ZHANG Zhi1，*
（1．School of Pulp&Papet Making Engineeting，Hubei Univetsity of Technology，Wuhan，Hubei Ptovince，430068；2．Hubei Key Lab of Applied Reseatch Institute of Reconstituted Tobacco，Technology Centet of Hubei Tobacco，Wuhan，Hubei Ptovince，430040）（*E﹣mail：zzz95212@163．com）

Themicrocapsule using for color cigarette paper was preparaed by interfacial polymerization，polyvinyl alcohol was used as wall﹣material，colouring agentwas core﹣material，Na2SO4and Na2B4O7were agglomerate solution．The research results showed that themicrocap﹣sule productwith brilliant color and suspension stability was prepared under the following conditions：the concentration of polyvinyl alcohol was 8．0%～10．0%，oil phase was salad oil，the ratio of water phase to oil phase was 1∶2，the concentration of emulsifying agent was 3．0%，agitation speed was 1000 rpm．

color cigarette paper；microcapsule；polyvinyl alcohol；scan electronmicroscopy

王 磊先生，在讀博士研究生；主要從事植物纖維資源化學(xué)與煙草薄片方面的研究。

TS727+．7

A

0254﹣508X（2015）09﹣0027﹣04

2015﹣05﹣12（修改稿）

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31070521，30901140）。

*通信作者：張 智先生，E﹣mail：zzz95212@163．com。