不同類型煙用內(nèi)襯紙的性能對比分析

陳　宸　楊國濤　葉長文　牛佳佳　李青?！≠R　琛　李　棟　陳連芳

(鄭州煙草研究院,中國煙草標(biāo)準(zhǔn)化研究中心,河南鄭州,450001)

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不同類型煙用內(nèi)襯紙的性能對比分析

陳宸楊國濤葉長文牛佳佳李青常賀琛李棟陳連芳*

(鄭州煙草研究院,中國煙草標(biāo)準(zhǔn)化研究中心,河南鄭州,450001)

煙用內(nèi)襯紙是卷煙產(chǎn)品的重要包裝材料,起到保護(hù)卷煙和美觀的作用。本文對真空直鍍內(nèi)襯紙、轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙和涂布內(nèi)襯紙這3種新型內(nèi)襯紙產(chǎn)品的阻隔性、上機(jī)適用性、環(huán)保與衛(wèi)生、外觀等性能進(jìn)行了簡要分析和對比。

煙用內(nèi)襯紙；阻隔性；上機(jī)適用性；環(huán)保與衛(wèi)生

(*E-mail: chen6228800@sina.com)

煙用內(nèi)襯紙是襯于卷煙軟盒或硬盒的內(nèi)層、對卷煙起一定保護(hù)作用的專用紙[1],是重要的卷煙包裝材料。內(nèi)襯紙作為卷煙的初始包裝層,最主要的功能是起到保香、保潤、遮光等阻隔作用,同時(shí)也可以展示出美觀特性[2]。一直以來,卷煙企業(yè)主要使用復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙(即壓延鋁箔內(nèi)襯紙)作為卷煙內(nèi)襯包裝,其生產(chǎn)工藝特點(diǎn)決定了其鋁層較厚(達(dá)到6～7 μm),具有良好的水、氣阻隔性能和上機(jī)適用性,但生產(chǎn)時(shí)大量消耗鋁資源和能源,而且廢棄后不易降解[3- 4]。

近年來煙草行業(yè)逐漸推廣應(yīng)用了真空直接鍍鋁內(nèi)襯紙(真空直鍍內(nèi)襯紙)、真空轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙(轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙)和涂布內(nèi)襯紙等新型內(nèi)襯紙產(chǎn)品,這些產(chǎn)品主要的特點(diǎn)是極大地減少或完全避免了對鋁資源的使用、易于降解,符合綠色環(huán)保理念。本文主要對真空直鍍內(nèi)襯紙、轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙和涂布內(nèi)襯紙這3種新型內(nèi)襯紙的各方面性能簡要介紹,分析各類產(chǎn)品的差異，并與傳統(tǒng)的復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙性能進(jìn)行了對比。

1　生產(chǎn)工藝概述

真空鍍鋁紙是20世紀(jì)80年代以來國際上廣泛用于包裝行業(yè)的新型綠色包裝材料,真空鍍鋁紙最大的應(yīng)用市場是北美和歐洲[4]。2003年左右,真空鍍鋁內(nèi)襯紙開始進(jìn)入我國卷煙包裝領(lǐng)域[5],并在10多年內(nèi)發(fā)展成熟。真空鍍鋁內(nèi)襯紙按其生產(chǎn)工藝分為真空直鍍內(nèi)襯紙和轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙。

涂布內(nèi)襯紙是近幾年發(fā)展的新型內(nèi)襯紙產(chǎn)品,已應(yīng)用于多家卷煙工業(yè)企業(yè)的卷煙產(chǎn)品,其區(qū)別于傳統(tǒng)內(nèi)襯紙的最大特點(diǎn)是不使用金屬鋁作為原材料,內(nèi)襯紙的正面、反面均無鋁層。

1.1真空直鍍內(nèi)襯紙生產(chǎn)工藝

真空直鍍內(nèi)襯紙由底紙、鋁層、涂層組成,生產(chǎn)時(shí)預(yù)先對原紙表面進(jìn)行涂覆處理,以提高紙張表面平整性,然后將原紙直接置于真空鍍鋁機(jī)進(jìn)行鍍鋁,再于鋁層上涂布一層印刷接受保護(hù)層[6]；工藝流程示意圖見圖1。該方法適用于薄紙型(定量較低),同時(shí)對原紙性能要求高,一般采用100%木漿纖維原紙。

圖1　真空直鍍內(nèi)襯紙工藝流程示意圖

1.2轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙生產(chǎn)工藝

轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙是以PET(聚酯薄膜)、BOPP(雙向拉伸聚丙烯薄膜)等薄膜為轉(zhuǎn)移基材,經(jīng)涂布、上色、真空鍍鋁、復(fù)合、剝離等工藝處理,使鋁通過膠黏作用轉(zhuǎn)移到紙基(定量40～450 g/m2以上)表面加工而成。工藝流程示意圖見圖2。它對紙張性能要求不高、不受紙張厚度限制,剝離的薄膜也可重復(fù)使用；由于PET膜平整度高,轉(zhuǎn)移到紙張表面的鋁層光澤度高,紙張后加工的印刷適性好[7]。

圖2　轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙工藝流程示意圖

1.3涂布內(nèi)襯紙工藝

涂布內(nèi)襯紙?jiān)埐捎眉兡緷{制備的無熒光增白劑的白紙,主要生產(chǎn)工藝是分別制備面層涂布液(如添加云母粉的丙烯酸酯類共聚物水乳液)和背層涂布液(如瓊脂水溶液),然后通過刮刀涂布方式將涂布液涂覆到原紙的兩面,從而制備出涂布內(nèi)襯紙。生產(chǎn)工藝如圖3所示。涂布內(nèi)襯紙涂布液的選擇應(yīng)確保安全和衛(wèi)生,其生產(chǎn)工藝較為簡單,對設(shè)備要求也沒有真空鍍鋁內(nèi)襯紙高,通過多涂布頭的涂布機(jī)對內(nèi)襯原紙進(jìn)行背涂和面涂處理,一次性成型[8]。其中,背涂和面涂是兩個(gè)關(guān)鍵工序。

圖3　涂布內(nèi)襯紙工藝流程示意圖

2　三種內(nèi)襯紙性能對比

2.1阻隔性能

煙用內(nèi)襯紙作為卷煙煙支的內(nèi)層包裝,最主要功能就是對氣體、水分的阻隔性能,從而達(dá)到對卷煙保香、保潤要求；因此,內(nèi)襯紙的阻隔性能是一項(xiàng)基本的功能性指標(biāo)。

眾所周知,致密的鋁層結(jié)構(gòu)可以提供較好的水、氣阻隔性,真空直鍍內(nèi)襯紙?jiān)谡婵諚l件下,氣態(tài)鋁原子均勻吸附在紙張表面,形成致密鍍鋁層；轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙由轉(zhuǎn)移膜經(jīng)過轉(zhuǎn)移工藝使鍍鋁層粘在原紙的正面,形成致密、平整光滑的覆蓋鋁層。兩類鍍鋁紙的鋁層厚度相當(dāng),一般在0.02～0.04 μm之間[7],具有較好的阻隔性能。

對于涂布內(nèi)襯紙,以正面涂布液為添加云母粉的丙烯酸酯類共聚物水乳液，背面涂布液為瓊脂水溶液為例進(jìn)行介紹。涂布內(nèi)襯紙正面的主體丙烯酸酯類共聚物材料在特定成型工藝條件下可以形成致密的交聯(lián)結(jié)構(gòu),結(jié)合均勻分散其中的片狀結(jié)構(gòu)云母粉,能夠形成更為完善、致密的微區(qū)結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)能夠滲透至紙張的亞表層中；同時(shí),紙張背面的瓊脂材料也能形成致密的高分子涂層。這樣,正、反面的高分子涂層可以大幅度提升內(nèi)襯紙產(chǎn)品對香氣、水分的阻隔性能[8]。

筆者對真空鍍鋁內(nèi)襯紙(包括真空直鍍和轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙)、涂布內(nèi)襯紙以及復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙的透氣性和透濕性進(jìn)行了對比研究[8-10],分別選擇代表性樣品,測定其氣體(空氣)透過量和水蒸氣透過量進(jìn)而衡量其阻氣性和阻濕性,測試數(shù)據(jù)見表1。

表1　透氣性和透濕性數(shù)據(jù)對比

由表1可以發(fā)現(xiàn),涂布內(nèi)襯紙與真空鍍鋁內(nèi)襯紙的阻氣、阻濕性能在同一水平,但均弱于復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙,存在數(shù)量級的差別。事實(shí)上,復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙具有較厚的鋁層(一般在6～7 μm),真空直鍍內(nèi)襯紙和轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙通過特殊工藝生產(chǎn),耗鋁量極少,鋁層也較薄(一般在0.02～0.04 μm),鋁層厚度上的差異決定了其氣體(空氣)透過量、水蒸氣透過量數(shù)值的差距。

綜上,在阻隔性能方面,真空直鍍內(nèi)襯紙、轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙和涂布內(nèi)襯紙?zhí)幱谕凰?與傳統(tǒng)的復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙相比,存在一定差距；然而,從這3種產(chǎn)品在行業(yè)推廣使用多年,市場應(yīng)用良好的情況來看,其阻隔性能雖然較弱,但輔以內(nèi)襯紙外的煙盒、包裝膜等包裝層,可以滿足卷煙保香保潤的基本要求。

2.2上機(jī)適用性

真空直鍍內(nèi)襯紙和轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙的鋁層很薄,與傳統(tǒng)的復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙相比,紙張折疊后的反彈力較大,在常用的卷煙包裝設(shè)備(如GD.X1、GD.X2等卷煙包裝機(jī)型)上使用時(shí)易出現(xiàn)內(nèi)襯紙爛包、生產(chǎn)出來的煙包內(nèi)襯紙封口折疊不夠平整等現(xiàn)象。要實(shí)現(xiàn)真空鍍鋁內(nèi)襯紙?jiān)诰頍煱b設(shè)備上的正常應(yīng)用,保持真空鍍鋁內(nèi)襯紙平整、精致的折疊狀態(tài),需要通過改造包裝設(shè)備的折疊器來適應(yīng)紙張：將卷煙包裝機(jī)2號輪的固定式折疊器改為活動式折疊單元,加裝活動式折疊傳動件(凸輪、擺桿、傳動軸等)。這樣可以防止真空鍍鋁內(nèi)襯紙折疊后反彈,有助于提高卷煙包裝成型后的挺括度和折疊的平整度,防止?fàn)€包[11-12]。當(dāng)然,除了對包裝設(shè)備適當(dāng)改造外,在真空鍍鋁內(nèi)襯紙生產(chǎn)時(shí),有必要控制內(nèi)襯紙本身的折疊性能,以獲得較理想的成型度。

轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙應(yīng)用于軟包卷煙時(shí),有時(shí)在薄膜熱封時(shí)會出現(xiàn)內(nèi)襯紙轉(zhuǎn)移層發(fā)花變色,這是內(nèi)襯紙轉(zhuǎn)移層的耐溫性較弱所導(dǎo)致,主要原因一般是轉(zhuǎn)移膠黏劑的耐溫性不好、著色層耐溫性不好,從而影響卷煙包裝質(zhì)量。轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙?jiān)诰頍煱b折角時(shí)有時(shí)也會出現(xiàn)鋁層爆裂,露出襯紙?jiān)?影響美觀,主要是轉(zhuǎn)移層附著力和柔韌性不夠造成的[2]。這類問題可以通過改善原料(膠黏劑、原紙等)的質(zhì)量性能,達(dá)到理想的上機(jī)成型效果。

涂布內(nèi)襯紙表面沒有金屬鋁層涂覆,其延展性比復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙差,在原有的包裝機(jī)組上應(yīng)用時(shí)會出現(xiàn)問題,需要針對包裝機(jī)組進(jìn)行小范圍改進(jìn),解決延展性差的問題[13]。而對涂布內(nèi)襯紙進(jìn)行壓紋處理后,由于其延展性不足而在包裝機(jī)上出現(xiàn)問題更為凸顯,影響生產(chǎn)效率,因而一般不宜對涂布內(nèi)襯紙進(jìn)行后期壓紋處理[8]。同時(shí),真空鍍鋁內(nèi)襯紙出現(xiàn)的耐折性問題,也是涂布內(nèi)襯紙易出現(xiàn)的一個(gè)問題,亦需要對包裝機(jī)組進(jìn)行局部改進(jìn),以保證生產(chǎn)效率[14]。

綜上,由于真空直鍍內(nèi)襯紙、轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙和涂布內(nèi)襯紙自身結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的特點(diǎn),相比于傳統(tǒng)的復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙,在上機(jī)使用方面會存在一些問題,但經(jīng)過對包裝機(jī)組小范圍的改進(jìn)以及合理控制內(nèi)襯紙自身(包括生產(chǎn)原料)質(zhì)量,可以保證順利生產(chǎn)。即使如此,這3種內(nèi)襯紙?jiān)诎b機(jī)組上的包裝速度一般還是比復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙的略低。隨著其生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提高,上機(jī)使用效果和包裝效率也會越來越好。

2.3環(huán)保與衛(wèi)生性能

真空直鍍內(nèi)襯紙對原紙的要求很高,一般采用100%木漿原紙,且生產(chǎn)過程中不需要大量使用膠黏劑,工藝特點(diǎn)決定其具有較高的安全衛(wèi)生性。其次,真空直鍍內(nèi)襯紙鋁層很薄(0.02～0.04 μm),其鋁含量僅約為傳統(tǒng)復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙鋁含量的1/250,大大節(jié)約了鋁的消耗[3]；同時(shí),真空直鍍紙也是國際公認(rèn)的環(huán)?？山到獍b材料,在自然界基本可以完全降解。

轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙與真空直鍍內(nèi)襯紙類似,鋁層厚度與真空直鍍紙基本相同,大大減少鋁資源消耗,同時(shí)也是可降解的環(huán)保型包裝材料。但是轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙生產(chǎn)過程中使用PET、BOPP薄膜為轉(zhuǎn)移基材,轉(zhuǎn)移膜一般可以重復(fù)使用6～8次,廢棄后不易降解,也會造成一定污染。

涂布內(nèi)襯紙生產(chǎn)使用的涂布液一般是完全水性化的,在生產(chǎn)過程中避免了有機(jī)溶劑及膠黏劑的使用,生產(chǎn)環(huán)節(jié)無有機(jī)溶劑揮發(fā)，終端產(chǎn)品揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)等指標(biāo)降到較低水平,做到清潔生產(chǎn)的同時(shí)也保證了產(chǎn)品的安全衛(wèi)生品質(zhì)。涂布內(nèi)襯紙從原料上完全不使用匱乏的鋁資源,又稱“無鋁內(nèi)襯紙”,同時(shí),涂層材料一般使用丙烯酸酯類共聚物和瓊脂,在自然環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)完全降解,符合建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會的理念。

這3種內(nèi)襯紙產(chǎn)品相比傳統(tǒng)的復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙,可以極大程度地節(jié)約鋁資源消耗、且具有生物降解性能,體現(xiàn)了煙用包裝材料向綠色、環(huán)保、衛(wèi)生、安全方向發(fā)展的行業(yè)導(dǎo)向。

2.4外觀特性

真空直鍍內(nèi)襯紙的鋁層和底涂層,表面呈細(xì)微孔狀,平滑度和光亮度稍弱[15],印刷適性不及轉(zhuǎn)移鍍鋁紙。真空直鍍內(nèi)襯紙一般較少進(jìn)行印刷和鐳射加工；由于鋁層很薄,壓紋效果亦不及復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙。

轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙的外觀效果較為豐富,其鋁層是鍍在表面幾乎沒有空隙的薄膜上而形成的,鋁層平整性好、金屬光澤強(qiáng)、平滑度高、具有穩(wěn)定可靠的印刷性能和機(jī)械加工性能,能夠生產(chǎn)出光芒四射的任意圖案、任意文字的鐳射防偽鍍鋁內(nèi)襯紙[16]。因此,轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙一般視覺沖擊力強(qiáng),易于提升產(chǎn)品包裝檔次。

涂布內(nèi)襯紙表面雖然可以有少量的云母粉和無機(jī)顏料賦予其一定色澤,但缺乏金屬質(zhì)感,無金屬亮眼的光澤；同時(shí),涂布內(nèi)襯紙的延展性略差,一般也不對涂布內(nèi)襯紙進(jìn)行壓紋處理(如前所述,壓紋后影響上機(jī)生產(chǎn)效率)。因此涂布內(nèi)襯紙產(chǎn)品的外觀表現(xiàn)較為單一、包裝效果偏樸實(shí)一些。

2.5成本經(jīng)濟(jì)性

真空直鍍內(nèi)襯紙生產(chǎn)設(shè)備投資費(fèi)用較高,對原紙要求高、且目前多數(shù)依賴進(jìn)口；不過其工藝流程較短,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較高。相比真空直鍍內(nèi)襯紙,轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙生產(chǎn)設(shè)備投資較小,而且工藝成熟、對原紙要求也稍低；不過其生產(chǎn)工序較多,對轉(zhuǎn)移膜二次工序工藝技術(shù)要求高、控制難度較高,導(dǎo)致生產(chǎn)成品率比直接法略低。綜合比較,真空直鍍內(nèi)襯紙生產(chǎn)成本等方面還是比轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙略高。

涂布內(nèi)襯紙對于原紙質(zhì)量要求高,但設(shè)備投資不太高,生產(chǎn)工序較簡便,生產(chǎn)效率高,涂層原材料由于安全衛(wèi)生級別要求較高而使成本偏高。若其生產(chǎn)規(guī)模能夠進(jìn)一步擴(kuò)大、將原紙和涂層材料的成本控制在合理范圍內(nèi),涂布內(nèi)襯紙產(chǎn)品的成本也可以得到很好控制,比真空直接鍍鋁內(nèi)襯紙和轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙更具經(jīng)濟(jì)性。

總體來看,真空直鍍內(nèi)襯紙、轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙和涂布內(nèi)襯紙的產(chǎn)品成本目前可能與復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙相當(dāng)或者略高,但它們在生產(chǎn)工藝成熟性、設(shè)備成本以及產(chǎn)品正品率等方面均有進(jìn)一步完善和改進(jìn)的空間,具有進(jìn)一步降低成本、提升經(jīng)濟(jì)性的潛力。

3　應(yīng)用分析

國家煙草專賣局在《關(guān)于煙草行業(yè)節(jié)能減排工作的實(shí)施意見》中已指出“要推廣使用無毒無害、易降解的包裝材料”,在《關(guān)于加強(qiáng)卷煙包裝管理的意見》中指出“切實(shí)增強(qiáng)環(huán)保意識,積極推廣應(yīng)用環(huán)?？山到狻⒖裳h(huán)再生與可回收利用的包裝材料”。當(dāng)前國內(nèi)卷煙年生產(chǎn)能力將近6000萬大箱,若全部使用復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙,年消耗鋁箔將達(dá)4.8萬t,相當(dāng)于每年要消耗28.7 萬t鋁土礦；若全部使用真空鍍鋁內(nèi)襯紙,則每年僅需消耗250 t左右的鋁絲[17-18]；若全部使用涂布內(nèi)襯紙,則會完全避免匱乏的鋁資源消耗,巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益不言而喻。

目前,復(fù)合鋁箔內(nèi)襯紙?jiān)趦?nèi)襯紙市場中仍然占有1/2以上比例,但已經(jīng)比10年前大幅下降；轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙和真空直鍍內(nèi)襯紙經(jīng)過10余年的發(fā)展,已經(jīng)占據(jù)相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~,且仍在穩(wěn)步增長；而涂布內(nèi)襯紙?jiān)诙潭處啄陼r(shí)間內(nèi),已經(jīng)逐漸應(yīng)用于多家卷煙企業(yè)的知名卷煙品牌上,發(fā)展勢頭迅猛。隨著我國建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會步伐的逐步加快和國家煙草專賣局的大力支持,符合環(huán)保特性、同時(shí)具有越來越成熟上機(jī)使用性能的真空直鍍內(nèi)襯紙、轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙和涂布內(nèi)襯紙,特別是環(huán)保等級更高的涂布內(nèi)襯紙和真空直鍍內(nèi)襯紙,在煙草行業(yè)將具有廣闊的推廣和發(fā)展前景。

4　結(jié)　語

綜上對比分析,真空直鍍內(nèi)襯紙、轉(zhuǎn)移鍍鋁內(nèi)襯紙和涂布內(nèi)襯紙?jiān)谧韪粜?、上機(jī)適用性、外觀方面可以滿足內(nèi)襯紙基本使用需求,具有進(jìn)一步降低成本、提升經(jīng)濟(jì)性的潛力,同時(shí)極大程度節(jié)約了鋁資源消耗、具有環(huán)保衛(wèi)生性能。作為新型的內(nèi)襯紙產(chǎn)品,這3種內(nèi)襯紙?jiān)谏a(chǎn)工藝、使用性能等方面也具有較大提升和完善的空間,是今后煙用內(nèi)襯紙產(chǎn)品的主要發(fā)展方向。

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(責(zé)任編輯：常青)

Properties Analysis and Comparison of Different Types of Inner Liner of Cigarette Package

CHEN ChenYANG Guo-taoYE Chang-wenNIU Jia-jia LI Qing-changHE ChenLI DongCHEN Lian-fang*

(ZhengzhouTobaccoResearchInstituteofCNTC,Zhengzhou,He’nanProvince, 450001)

Inner liner of cigarette package is an important packaging material for cigarette products, which has the function of protecting the cigarette and displaying the image of the product. This paper briefly analyzed and compared the main properties of vacuum direct metallized inner liner， vacuum transfer metallized inner liner and coated inner liner, including barrier property, applicability to the machine, environmentally friendly property and appearance.

inner liner for cigarette； barrier property； applicability of the machine； environmentally friendly property

陳宸先生，碩士，工程師；主要研究方向：煙用材料標(biāo)準(zhǔn)化。

2015-11-12(修改稿)

陳連芳先生，E-mail：chen6228800@sina.com。

TS761.2

A DOI：10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.07.014