盒裝卷煙包裝系統阻隔性分析與測試

      盒裝卷煙包裝系統包括外層煙膜、內襯及卷煙紙，其阻隔性是影響卷煙貯藏質量的重要因素。水分的變化會對卷煙的諸多物理性質、吸燃體驗、保存狀態造成影響，因此外層煙膜透濕量不應超過2.0g/(m2·24h·0.1mm)。由于煙膜承擔著主要的阻濕作用，因此內襯材料可作為卷煙包裝系統中阻隔濕氣的第二重屏障。卷煙紙透氣性的不同，將會直接影響卷煙抽吸中有害物質的釋放量，因此除了采用試驗的方法加強對卷煙紙的透氣度監測外，還應在原材料、輔料、打漿工藝和抄紙工藝方面進行相應改進，以提高卷煙紙的透氣性。

         中國是世界煙草大國，除了吸煙人口約占世界總吸煙人口的25%外，卷煙產量也占世界總產量的32%。與此同時，每年因包裝不善問題造成的煙草損失，也在逐年增長。盒裝卷煙作為煙草最小的包裝系統，是由外層透明煙膜、內襯以及卷煙紙構成，因其阻隔性導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、內襯或卷煙紙，對特定滲透對象由其一側（通常為高濃度側）滲透通過到達另一側（通常為低濃度側）的阻隔性能，整個過程包括吸附、溶解、擴散、解吸四個部分。通常滲透對象多為氧氣、水蒸氣、空氣、有機氣體等，因此也稱作阻氧性、阻濕性、阻氣性等。阻隔性，是對包裝材料關于某滲透對象滲透能力的評估，是影響卷煙貯藏質量的重要因素。

2、煙膜和內襯的阻濕性能

　　卷煙，是一種膠質毛細多孔材料，微孔容積比較高，對水分子具有較強的吸附能力[1]。其內部含有大量的蛋白質、果膠、水溶性糖等親水物質，能通過羥基等極性基團與水分子結合，進一步增強卷煙對水分子的吸附能力。因此，致使卷煙具有極其敏感的吸濕特性，其平衡含水率會隨著環境濕度條件的變化而發生改變。相關研究表明，冬季保存一定時間的卷煙含水率降低約0.5%，而夏季則會略有增加[2]。

　　水分的變化會對卷煙的諸多物理性質、吸燃體驗、保存狀態造成影響。例如，卷煙水分過高會造成煙葉質量增加、霉菌繁殖、相關物質分解和外觀顏色變深，感官質量變差。同時，卷煙水分的增加也會使得卷煙吸燃時空氣透過量變少，燃燒能力差、香味淡、勁頭不足，吸燃體驗變差[1]。因此，卷煙包裝的阻濕能力一直是煙草研究的重點。

　　在盒裝卷煙包裝系統中，外層透明煙膜和內襯紙的阻隔性是煙包系統阻濕效果的核心。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。卷煙內襯紙是隔離卷煙和外層煙膜的紙質材料，常用的有印刷紙、復合鋁紙、鍍鋁紙還有無鋁箔內襯紙。可以說，內襯紙是卷煙包裝系統阻隔濕氣的第二重屏障，一方面加強整個系統的阻濕性，同時也防止外層透明膜的破損。

　　對于煙包材料的阻濕性，國家煙草專賣局于2008年發布了《YC/T 266-2008 煙用包裝膜》，適用于以聚丙烯樹脂為主要原料，采用共擠平膜法經雙向拉伸制得的熱封型雙向拉伸聚丙烯薄膜的質量控制。采用其他原料和工藝生產的煙膜亦可參考使用。其中，對BOPP煙膜的透濕量有明確要求：透濕量≤2.0g/(m2·24h·0.1mm)。標準規定，透濕量按GB/T1037的方法進行測試。筆者借助水蒸氣透過率測試系統對BOPP煙膜、內襯基紙及多種內襯紙進行了透濕量的測試。測試條件為38℃，90%RH。測試結果如表1。

表1 煙膜和內襯材料透濕量的測試結果

　　雖然YC/T 266-2008標準要求按照GB/T 1037的方法測試透濕量，但需要注意的是，兩個標準中對透濕量的定義不盡相同。是需先按GB/T 1037測得材料的透濕量，再根據公式計算試驗材料在0.1mm厚度時的透濕量。計算公式如下：

WVTR=WVTR’×d/0.1

　　式中：WVTR—材料厚度為0.1mm時透濕量，單位為g/(m2·24h·0.1mm)；

　　WVTR’—按GB/T1037測得的透濕量，單位為g/(m2·24h)；

　　d—試樣厚度，單位為mm。

　　從表1的測試數據可知，BOPP煙膜的透濕量大幅低于除鋁箔復合內襯紙外的內襯材料的透濕量，這是由于BOPP薄膜分子排列緊密、結晶度高，對水蒸氣的阻隔性優于紙基內襯材料。由此可推斷，BOPP煙膜在煙包系統中承擔著主要的阻濕重任。幾種內襯材料的透濕量相比，空白紙基的透濕量最大，經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襯材料的透濕量僅是空白紙基的3.75%和2.98%。

　　壓延鋁箔復合內襯紙和真空鍍鋁內襯紙是目前使用最多的內襯材料。前者生產工藝簡單，由鋁箔、基紙和膠黏劑制成，其中鋁箔層較厚約為7-9μm，因此在上述試驗中表現了*的阻濕能力[3]。但因鋁材消耗量大、環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襯材料外，越來越多的煙草企業更傾向于采用鋁層較薄的真空鍍鋁內襯紙。雖然其透濕量高于鋁箔復合內襯紙，但從耗鋁量、安全性和回收性方面考慮，也不失為一個不錯的選擇。

3、卷煙紙的透氣性能

　　卷煙紙，用于包裹煙草的材料，雖然質量僅占84mm長的煙支總質量的5%，但其對卷煙整體質量和抽吸體驗的影響卻是不可忽視的。吸煙最主要的危害在于煙氣中一氧化碳和焦油量。焦油是卷煙中有機物質在缺氧條件下不*燃燒產生的，與一氧化碳一樣同屬致癌物。

　　卷煙紙透氣性的不同，將會直接影響上述有害物質的釋放量。卷煙處于抽吸狀態時，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，如此便減少了煙支的抽吸次數，相應的一氧化碳和焦油的釋放量也就相應降低[4]。而另一方面，卷煙在陰燃狀態時，空氣透過卷煙紙的自然孔隙進入煙支內部，卷煙紙透氣性的增加會加速這一滲透進程，利于煙絲的充分燃燒，產生的一氧化碳量減少。同時，主流煙氣也能通過卷煙紙孔隙大量逸出，減少有害物質吸入體內。

　　由此可見，卷煙紙具有較高的透氣量更有利于調節煙支的燃燒速率、降低煙氣中對人體有害的成分。透氣度是衡量卷煙紙透氣量的重要參數，根據GB/T 23227-2008《卷煙紙、成形紙、接裝紙及具有定向透氣帶的材料 透氣度的測定》的定義，指的是在1kPa的測量壓力條件下，通過1cm2的被測樣品表面的空氣流量（cm3/min），單位為cm3/cm2·min·kPa，也有用CU表示，測量原理和測試方法如圖1、圖2。相關測試研究表明，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，分別為4.45%、0.87%和4.66%、11.23%；當透氣度提升至80CU以上時，每只卷煙一氧化碳釋放量和焦油量的降幅可忽略不計[5]。

圖1.透氣度測試原理圖

 
圖2.透氣度測試示意圖

　　基于卷煙紙透氣性對卷煙抽吸品質的諸多影響，行業內眾多技術專家和學者對卷煙紙透氣性的改進做了大量研究，相關方法主要集中在：1、保證卷煙紙原料的質量。原料的透氣度、戊糖含量、纖維粗度、細胞壁厚的變化會直接影響成紙透氣度的穩定性[6]。2、合理控制打漿濃度以提高透氣性。不同的漿種對應合適的打漿濃度，纖維被切斷均勻并且細纖維化程度高，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，包括正確控制上網打漿度、適當提高上網漿水溫度和降低上網濃度等。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構和填料的良好覆蓋而產生的。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紡錘體狀結晶碳酸鈣[7]。

4、結語

　　上述分析可以發現，盒裝卷煙包裝系統的阻隔性對于卷煙的貯藏品質、抽吸體驗以及減輕有害物質對人體的傷害方面有著很大影響。因此，卷煙生產企業應根據自身條件，可適當加強外層透明煙膜和內襯的阻濕性，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。

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