烟用材料化学分析
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第五节 烟用内衬纸

一、定义

根据《GB/T 18771.3—2015烟草术语 第3部分:烟用材料》[1],烟用内衬纸相关定义如下:

内衬纸(inner liner)——衬于卷烟软盒或硬盒等的内层,对卷烟起一定保护作用的专用纸。

二、产品简介

全社会对于环保节能、安全卫生和个性化美观的共同诉求,促进了包装新技术和设备的不断开发,卷烟包装在近10多年里发生了翻天覆地的变化,而其中原先不被关注的烟用内衬纸更是经历了前所未有的变革,并形成了如今烟用内衬纸产品的多样性。

烟用内衬纸可分为铝箔复合内衬纸、真空直镀内衬纸、转移镀铝内衬纸、涂布内衬纸以及硫酸纸内衬纸等。国内目前仍然主要使用传统的铝箔复合纸,约占70%,真空直镀纸和转移纸的使用量在逐年增长,约占30%。另外也有个别品牌为求新求异,使用了涂布内衬纸或硫酸纸内衬纸。欧美烟草企业主要使用真空直镀内衬纸,并附以少量的铝箔复合内衬纸。涂布内衬纸目前使用较多的是澳洲和韩国地区。

1.烟用内衬纸的功能

(1)保香保润性 保香保润是决定内衬纸是否合格的最基本属性,具体表现为可以很好地阻隔水分和香气的进出;对光和紫外线有良好的屏蔽和反射作用,有效防止烟丝内容物的老化。

(2)防伪性 烟用内衬纸具备一定的防伪功能。例如可通过镭射转移膜使得内衬纸表面具有镭射效果,从而达到防伪目的。

(3)美观性 内衬纸是整个卷烟包装设计的重要组成部分,其包装设计是体现卷烟品牌外在特征的重要形式。

2.烟用内衬纸的分类

目前按品种分,烟用内衬纸可以分为铝箔复合内衬纸、真空镀铝内衬纸和涂布内衬纸等类别。

(1)铝箔复合内衬纸 目前,市场上卷烟包装所使用的内衬纸主要以铝箔复合工艺为主,目的是使内衬纸产品具有一定的硬度,便于对内衬纸进行机械压纹、压字处理。如图1-4所示,常见的银色复合内衬纸分为三层,基材层(原纸)、底涂(胶层)和铝箔层,它是将铝箔通过胶黏剂和原纸复合黏接而成。此后,生产企业为了追求内衬纸的美观,又出现黄色、红色等着色内衬纸,它是在上述工艺过程完成之后,对复合内衬纸铝箔层表面又进一步面涂上色,最终生产出着色内衬纸产品。

图1-4 铝箔复合工艺示意图

(2)真空镀铝内衬纸 真空镀铝内衬纸按生产工艺可分为直接镀铝(也称纸面镀铝)和转移镀铝(也称膜面镀铝)两种类别。直接镀铝内衬纸是在133Pa以上的高真空中,以电阻加热,把铝丝加热到1500℃左右,铝丝经熔化、蒸发后,气态铝附着在带有涂层的纸基材上形成的,适用于定量在40~250g/m2的薄纸和卡纸。直接镀铝工艺需首先对纸张表面进行涂覆处理,以此来提高其表面平整性和光亮度,之后将纸直接置于真空镀铝机进行镀铝,最后是上色工序。因此,成品纸张主要由纸基、底涂层、铝层、着色层或保护层等部分构成(图1-5)。

图1-5 直接镀铝内衬纸结构分解图

转移镀铝工艺主要是通过PET(Polyethylene terephthalate,聚对苯二甲酸乙二酯)、BOPP(Biaxially Oriented Polypropylene,双向拉伸聚丙烯)转移膜来实现。转移膜由单独的工艺制备而成,一般是由基材层、剥离层、转移层(部分纸张)和铝层等部分构成(图1-6)。转移镀铝内衬纸生产时,首先用胶黏剂在内衬纸原纸纸基表面涂覆处理,之后与转移膜进行黏结、复合,之后进行转移膜中PET、BOPP基材的剥离,使得转移膜中的铝层成功转移至纸基表面。最后是内衬纸的着色、压纹、分切、包装等工序。该工艺适用于定量在40~450g/m2的纸基类型。

图1-6 转移膜结构分解图

对比两种工艺,直接镀铝纸的表面平整度略低于转移真空镀铝纸,光泽度及铝层附着力等性能与转移镀铝纸相比相当或稍高。直接镀铝内衬纸在铝消耗量上有特殊的优势,铝含量为0.07~0.09g/m2,而传统铝箔复合内衬纸的含铝量为17~19g/m2,真空直镀纸含铝量仅为传统铝箔复合纸的1/250左右。另外,转移镀铝纸生产过程中必须使用PET、BOPP薄膜为转移基材,转移使用多次后即废弃处理,也会造成一定污染,而直接镀铝不会出现这一问题。

(3)涂布内衬纸 涂布内衬纸区别于常规烟用内衬纸的基本特征是不使用金属铝,内衬纸的正、反面均无铝层,也称无铝内衬纸。其结构示意图如图1-7所示。

图1-7 涂布内衬纸的结构示意图

涂布内衬纸所采用的原纸跟常规内衬纸类似,定量一般在48~60g/m2范围内。面涂层是以水和水溶性(或水分散型)的丙烯酸酯类共聚物构成的乳液体系为主体,并添加云母粉、无机颜料等助剂形成涂布液,经均匀涂布后烘干而成;背涂层一般使用琼脂的水溶液体系作为涂布液,进行均匀涂布烘干而成。内衬纸正面的丙烯酸酯类聚合单体在特定成型工艺条件下可以原位聚合形成致密的交联结构,结合均匀分散其中的片状结构的云母粉,能够形成致密的微区结构;同时,纸张背面的琼脂材料也能形成致密的高分子涂层。这样,正、反面的高分子涂层可以大幅度提升内衬纸产品对香气、水分的阻隔性能,从而满足卷烟保香、保润的基本要求。

与常规烟用内衬纸相比,涂布内衬纸的生产工艺较为简单,对设备要求也没有真空镀铝内衬纸高。内衬原纸通过多涂布头的涂布机进行背涂和面涂处理,一次性成型。其中,背涂和面涂是两个关键工序。

三、产品标准

《YC 264—2008烟用内衬纸》是早期烟用内衬纸产品标准,实施于2008年7月。此标准对于技术指标规定的比较详实,物理指标方面有定量、厚度、厚度变异系数、交货水分、抗张能量吸收指数、动摩擦因数、色差,同时对盘纸的卷芯内径、外径、长度、宽度、局部复合或真空镀铝(转移)内衬纸铝面宽度的允差进行了规定。卫生指标方面提出了挥发性有机化合物和荧光白度的要求,具体见表1-12。

表1-12 《YC 264—2008烟用内衬纸》卫生指标

2014年,烟草行业发布了新版的烟用内衬纸标准,即《YC 264—2014烟用内衬纸》,与2008版标准相比,2014版标准有比较大的思路调整和变化。2014版标准强化了安全卫生指标,物理指标更多地交由供需双方协商确定,因此删除了色差、厚度变异系数、卷盘卷芯内径、卷盘外径、定量、厚度、交货水分、局部复合或真空镀铝(转移)内衬纸铝面宽度和长度技术指标;调整了检验规则;增加了直接镀铝和转移镀铝内衬纸的层间附着力的测试方法。增加了直接镀铝和转移镀铝内衬纸的“层间附着力”技术要求(表1-13)。卫生指标中对于溶剂残留的控制有了较大变化。首先是规定了烟用内衬纸生产中应使用的溶剂为乙醇、正丙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯和2-丁酮;其次对于这些允许使用的溶剂给出了合理的残留限量,即总量(除乙醇)≤10.0mg/m2;最后对于一些有害的污染物给出较严格的限量(苯≤0.02mg/m2;苯系物≤0.5mg/m2),具体见表1-14。

表1-13 《YC 264—2014烟用内衬纸》物理指标

续表

注:b该指标适用于直接镀铝和转移镀铝烟用内衬纸。

表1-14 《YC 264—2014烟用内衬纸》卫生指标

注:a该指标包括烟用内衬纸正、反面D65荧光亮度;覆铝面不检测D65荧光亮度。

四、产品检验

烟用内衬纸检验方法见表1-15。

表1-15 烟用内衬纸检验方法

续表