烟用无铝内衬纸的制备技术与研究进展

张 莹 詹建波 余振华 余 耀 郑 晗 王 浩



·烟用无铝内衬纸·

烟用无铝内衬纸的制备技术与研究进展

张 莹 詹建波 余振华 余 耀 郑 晗 王 浩

(云南中烟工业有限责任公司，云南昆明,650231)

无铝内衬纸由于其透气度低、防水性能和阻隔性能较好、成型度良好等特点,是具有保香防潮功能要求的卷烟包装的理想材料。本文从烟用无铝内衬纸的开发背景出发,论述了无铝内衬纸开发和应用的必要性,总结了常用烟用内衬纸的类型和特点,归纳了烟用无铝内衬纸的基本特性,对比了现有的烟用无铝内衬纸制备技术并总结其优缺点,展望了烟用无铝内衬纸未来制备技术的发展趋势。

烟用无铝内衬纸；制备工艺；涂料；环境友好

烟用内衬纸是包装卷烟与烟包小盒间的纸张,作为卷烟的初始包装层,对卷烟起到保香、保润、遮光等作用,可以防止卷烟霉变和香气散发,同时也可展示美观特性,是重要的卷烟包装材料[1-5]。现在卷烟厂家常用的烟用内衬纸功能较单一,有时存在一定的异味,对卷烟的质量安全性有一定的影响。在产品特色化与个性化不断提高的情况下,如何在现有烟用内衬纸制备工艺基础上,通过技术改造，生产出新型烟用内衬纸,既可以掩盖异味,又可以促进卷烟的保香、保润以及包装材料的自然降解,从而促进卷烟包装材料对产品品质的提升,提高卷烟包装材料的安全、环保性能,成为现有技术中亟待解决的问题。

1 常用烟用内衬纸的类型及特点

常用的烟用内衬纸主要有复合铝箔内衬纸、普通转移型内衬纸、真空镀铝内衬纸、涂布内衬纸及无铝内衬纸等类型。

1.1 复合铝箔内衬纸

复合铝箔内衬纸是传统的烟用内衬纸类型,占据烟草包装材料中较大的市场份额。复合铝箔内衬纸具有很好的防护特性,生产工艺特点决定了其铝层较厚,可达到6～7 μm,铝分子特有的排布致密结构,可以有效地阻隔气体和水分的透过,保证烟盒几乎不吸收卷烟的任何香气物质,其他材料如镀金属的纸或印刷纸难以达到相当的保护香气的能力。复合铝箔内衬纸的阻隔性能好,对卷烟可以起到较好的保香保润效果,同时具有成型性相对较好等优点。但复合铝箔内衬纸所使用的铝箔不易降解和回收利用,不符合环保型材料的要求[5-7]。

1.2 普通转移型内衬纸

普通转移型内衬纸采用真空镀铝转移膜直接和衬纸复合工艺,剥离后印刷,此工艺虽色彩单一,但一定程度上取代了传统的铝箔复合,在不失金属光泽的前提下降低了生产成本,是目前市场上常用的烟用包装纸之一。与复合铝箔内衬纸相比,普通转移型内衬纸制备工艺有所简化,但是生产中会出现烟包成型性差、烟气散发较快、铝箔脱落等不良现象,影响产品外观[8]。

1.3 真空镀铝内衬纸

真空镀铝内衬纸尽管大幅度降低了铝材料的消耗,具有材料成本低、防伪效果好、应用范围广等优点,但也存在很多不足之处[9-10]。首先,真空镀铝内衬纸的制造工艺复杂,工艺条件要求高,对材料厚度有一定要求,且真空镀铝内衬纸的铝层过薄容易对材料造成划伤,增加印品的废品率。其次,真空镀铝内衬纸的亮度主要取决于原纸的质量,按要求纸张应具有超光亮效果和较好的平整度,同时,真空镀铝内衬纸在运输和储存方面具有严格要求，在运输过程中须使用塑料膜来保护真空镀铝内衬纸。

1.4 涂布内衬纸

涂布内衬纸采用特殊生产工艺与特殊防潮防气材料,可以满足香烟包装防潮保香的要求,还可以满足中高档香烟产品包装的增香保润的要求。但涂布内衬纸的延展性比复合铝箔内衬纸的略差,对涂布内衬纸进行压纹处理后,常出现延展性不足的问题和在后续的卷包生产中出现问题,影响生产效率,因此涂布内衬纸一般不宜进行压纹处理,产品外观表现单一、包装效果一般[11-12]。

1.5 无铝内衬纸

现有的烟用内衬纸是由原纸和铝箔复合或真空镀铝制成,在生产、包装及后续流通中会出现烟气散发快、保香性能差的不良现象,还会造成大量金属铝的浪费。且内衬纸中含有铝成分,废弃物不能自然降解,难以回收利用,给环境带来严重的污染。铝会在人体内慢慢累积,也会引起代谢紊乱的毒性反应。为了节约资源匮乏的有色金属铝材料、生产环节无“三废”排放，实现清洁生产、具有传统工艺产品优良的保香与保湿功能,大众开始将目光聚焦于无铝内衬纸。

无铝内衬纸就是不使用铝金属制成的内衬纸,仅通过在原纸上涂布一层或多层涂层来达到优良的阻隔性能,并保持亮丽的外观。溶剂型涂料可以满足无铝纸的涂布需求,但溶剂型涂料含有的有机溶剂残留在涂料中不能满足食品和烟草行业包装材料的卫生要求；采用水性涂料可以避免上述缺陷,成为现在研究的热点。

2 烟用无铝内衬纸的特性

烟用无铝内衬纸的原纸表面经涂层材料的处理,可形成平整、光滑、致密的阻隔层,也能对烟支进行较好的保护,防止空气、水分子、致香成分的扩散和渗透。涂层材料一般使用丙烯酸酯类共聚材料、琼脂等材料,对纸张表面有良好护着性,并可在纸张表面形成阻隔层。一般无铝内衬纸的结构如图1所示。无铝内衬纸的主要性能有机械性能、光学性能及印刷适应性,这些都是由原纸和涂层决定的。机械性能主要包括：抗张强度、撕裂强度、耐折度和挺度,主要由原纸决定；光学性能包括白度、原纸光泽度和印刷光泽度,由涂层和原纸共同决定。涂层表面和内部的孔隙结构与涂布纸的主要性能有密切关系,涂层内的孔隙与涂料的干燥过程密切相关,孔隙大小与原纸的施胶度、干燥速度等相关。

图1 无铝内衬纸的结构示意图

烟用无铝内衬纸的主要性能还有成型性、低透气性能、高防水及阻隔性能、高挺度和高强度。成型度是指纸张被施加压力折成90°角,释放压力后在一定时间内的反弹角度的大小。反弹角度越小说明成型度越好,如果纸张在折叠后反弹力大,会发生反弹角度偏大使折叠器与纸边沿有一定夹角,容易产生错位滑移,包装质量不稳定而变形,容易阻碍包装机运行,造成纸张的浪费。为了满足易于折叠封口从而起到保香保润作用, 内衬纸需满足成型度低、透气度低的要求。铝箔衬纸的成型度较低,约 17°；进口万宝路香烟推出了一款印刷型内衬纸,即在内衬纸一面涂布金色或银色油墨,使其呈金箔或银箔质感,其成型度约40°,透气度较低,基本能满足使用要求；而国产铝箔衬纸原纸的成型度高达46°,若不经覆铝箔或镀铝而直接用作卷烟的内包装用,在折叠后定型不好,反弹严重,在包装时封口不严,对卷烟的保香、保润作用不强。故烟用内衬纸要实现无铝化,首先要使内衬纸的成型度尽量降低,因此对烟用无铝内衬纸成型度影响因素的研究也具有现实的指导意义。刘群华等人[13]研究了烟用无铝内衬纸成型度的影响因素,指出纸张水分对成型度影响较显著,增加压光前纸张水分,使压光后纸张残留的水分较多,纸张的成型度较低。同时,添加粒度较小的填料、增加阔叶木浆的用量、原纸经过适当压光、用合适的涂料进行单面涂布也有利于降低成型度。

3 烟用无铝内衬纸的类型及制备工艺

近年来,烟用无铝内衬纸的种类日益增多。烟用无铝内衬纸主要的制备工艺如图2所示,一般的制备过程包括放卷-背涂-烘箱干燥-面涂-二次干燥-收卷几个步骤。

图2 烟用无铝内衬纸生产工艺示意图

试样编号试样1试样2试样3试样4试样5试样6试样7水蒸气透过率/g·(m2·d)-1452568481439492421509气体透过量/cm3·(m2·d·Pa)-11289130214001237149112001500挺度(横向)/mN·m-1102109118100120116113

3.1 低透气高防水性能无铝内衬纸

林家宝等人[14]提出了一种低透气高防水性能无铝内衬纸,其中包括两个表面的原纸层,一外表面覆合有底涂层,另一外表面覆合有背涂保护阻隔层,两层间有装饰印刷图文层。主要的制备工艺为：①在原纸正面均匀涂布水溶丙烯酸改性的聚氨酯溶液性化工材料,制备底涂层，使底涂层具有很低的气体透过性能。②将制得的底涂层上涂布采用水溶丙烯酸改性的聚偏二氯乙烯溶液化工材料,制备底气体保护阻隔层，具有很强的防潮性能。③制备底气体保护阻隔层后，再涂布与底气体保护阻隔层相同的材料，制备背涂保护阻隔层。④分切检验与印刷机印刷图纹。

该种低透气高防水性能无铝内衬纸的底涂层具有很低的气体透过性,底气体保护阻隔层和背涂保护阻隔层材料具有很强的防潮性能,其各项性能与传统铝箔内衬纸性能相当,同时没有铝箔及镀铝层,相对成本更低,可回收再利用。这种内衬纸可以满足香烟包装防潮保香的要求,可以部分代替原有铝箔复合内衬纸，应用于各种中高档香烟的包装要求。

3.2 高阻隔环保无铝内衬纸

黄宏存等人[15]提出一种高阻隔环保无铝内衬纸,包括原纸层、油墨层及高阻隔层。这种高阻隔环保涂布内衬纸的阻隔性能如表1所示。其主要制备工艺如下。

(1)制备PVOH涂料

在软水中加入聚乙烯醇,于一定温度下搅拌加热,降温后加入消泡剂。再加入催化剂,搅拌后恒温放置,最后加入碳纳米纤维,搅拌待反应结束后得到改性PVOH涂料。

(2)制备涂布内衬纸

恒定张力下放卷,在原纸上用金属网纹辊印刷一层水性油墨,上墨后干燥。再使用改性后的PVOH涂料在油墨表层上均匀涂布,干燥后在一定张力下收卷。

(3)压纹分切

宋军军等人[16]提出了一种聚偏二氯乙烯环保无铝内衬纸,由原纸层、阻隔层、油墨层组成。其制备工艺为：①制备聚偏二氯乙烯乳液。②恒定张力放卷并经导辊展平后,逆向凹版涂布,将聚偏二氯乙烯乳液涂布到原纸表面并干燥，制得涂布内衬纸。③在原纸基面的另一侧,采用金属版辊逆向凹印方式印刷油墨,干燥冷却固化,最后收卷分切。

这两种生产工艺使用的基材来源广,成本相对较低。改性涂料涂布后可形成高度致密的交联结构,可以大幅度提高纸张对气体、水蒸气的阻隔性能,达到接近含铝内衬纸一样的阻隔效果,大量节约有色金属铝。同时在印刷表面增加光油层,赋予内衬纸优异的光泽度和装饰效果,推动了烟用包装向质优价廉的方向发展。

3.3 食品级微晶蜡无铝内衬纸

余振华等人[17]开发了一种食品级微晶蜡无铝内衬纸,该内衬纸在两层常规耐水光面纸间涂布食品级微晶蜡经热熔后获得。其制备工艺如下：①按质量份称取木蜡、米糠蜡、甘蔗蜡、棕榈蜡、小烛蜡,在(23±2)℃温度下配制。②在密封环境的热熔装置中将食品级微晶蜡热熔为溶液,然后将溶液降温至恒温备用。③将制得的食品级微晶蜡溶液涂布于常规低定量耐水光面纸的任一表面,并将两张光面纸的涂液面相互贴合即可得到所需的环保型烟用内衬纸。

该工艺弥补了烟用内衬纸复合工艺的空白,创造性地将食品级微蜡敷于烟用内衬纸,能够消除烟用内衬纸复合时对铝箔的依赖,丰富烟用内衬纸的内在表现形式,使产品的抗阻隔性、抗氧化性、保香、保润特性较现有的产品有所提升。同时该工艺的成本低廉、制备方法简单,具有良好的应用前景。

3.4 保香无铝内衬纸

徐祥祥等人[18]发明了几种不同香气的保香无铝内衬纸,包括内衬纸、阻隔层、壳聚糖涂层、香料层。香料层为玫瑰花提取物层、桂花提取物层或淡竹叶提取层。该工艺在传统的真空镀铝转移基础上,采用多彩的凹印方式印上一层花纹图案,然后转移。该方法在环保降解的前提下,增加了产品的新颖性、花纹层的印刷、膜层的厚度以及烟气的阻隔性,利于保香性能。该工艺使内衬纸具有各种花的清香味,壳聚糖层采用了高密度壳聚糖,可增强人体的免疫力,对一些疾病有辅助治疗的作用,同时具有良好的保湿性、成膜性、抑菌性和良好的机械强度,还能吸附焦油、尼古丁,起到保润增香、改善吸味的作用,但内衬纸的清香味如何对烟味产生影响仍是待解决的问题。

3.5 透明激光无铝内衬纸

刘德广[19]提出了一种透明激光无铝内衬纸制备方法,透明激光无铝内衬纸在制备过程中首先将PET 膜通过模压机模压成各种花纹的激光图案,与纸张用水性转移胶复合；剥离 PET 膜后,激光图案转移至纸张上；用真空镀铝机在剥离后有激光图案的纸张上面镀一层透明介质；将已镀透明介质的有激光图案纸张进行补水工艺处理；用凹版印刷机印刷香烟标识图案。该技术采用合理的成分配比和新工艺技术,解决纸张的压花不清晰、易反弹、不耐折等突出问题,同时又能保持纸张原有物理性能,柔韧性、成型度好,不反弹耐折,印制字体清晰准确。

3.6 热消防伪无铝内衬纸

徐祥祥等人[20]提出了一种热消防伪无铝内衬纸,该技术在内衬纸的一面设有氧化淀粉涂层,另一面设有高阻隔性涂料层；同时将遇热消色油墨应用在烟用包装材料上,具有良好的附着力和防伪效果,该油墨在高温火焰灼烧下会迅速消失,从而将油墨下层的图标呈现出来。消费者可以直接使用打火机对其进行验证,鉴别真伪,而不用像以前大多数防伪材料一样,需要通过放大镜或紫外光源等不易携带的仪器去鉴别。

3.7 聚丙烯酸酯涂料无铝内衬纸

詹曜丞等人[21]提出了一种聚丙烯酸酯涂料无铝内衬纸。首先制备得到核壳结构交联型聚丙烯酸酯涂料,并将制得的聚丙烯酸酯涂料涂布在无铝内衬纸上,该方法制得的烟用无铝内衬纸涂料的涂膜硬度较高,且涂膜的柔韧性和耐折绕性能较好,还具有良好的交联密度和耐水性,干燥后可代替铝箔复合纸用于香烟包装,制备出的无铝内衬纸具有强度高、密闭性好和耐水性好等优点。

4 烟用无铝内衬纸的发展前景

如何降低生产成本,开发阻隔、防潮性能优良的新型烟用无铝内衬纸是科技工作者的重点研究方向。现在烟用无铝内衬纸中阻隔涂料主要起阻隔性能的是聚乙烯醇,但由于聚乙烯醇可溶于水,防水性能较差；针对现有聚丙烯酸酯乳液存在的问题,通过对现有聚合物乳液交联改性并合理设计其乳胶粒子形态也是未来解决上述问题的有效方法。

随着环境保护意识的增强,部分发达国家对烟草制品的包装总体要求是减少用量、可回收利用。欧洲大部分国家在烟用内衬纸的选择上,已基本采用真空镀铝纸等替代塑料薄膜及复铝包装纸,而未来包括内衬纸在内的烟草包装就要求设计简单化、轻量化,材料设计单一化、可循环再生设计、重复使用设计、可降解腐化设计。正是在这种环保理念的指引下,无铝内衬纸适用了当代印刷与包装业的发展要求,可以消除现在烟用内衬纸铝材的使用,丰富其表现形式,满足内衬纸质量安全、环保的要求。如果烟用无铝内衬纸在抗阻隔性、抗氧化性、保香、保润、丰富色彩和环保特征均有进一步的提升,未来一定具有更广阔的应用前景。

5 结 语

近年来,各国的烟草业主管部门对卷烟包装材料“绿色化”的推力明显加强,政策引导效果已初见成效,烟草企业在绿色包装、低碳发展方面已经取得了共识,充分利用高科技、新工艺、新材料,烟用无铝内衬纸可以有效减少铝材料对环境的污染,已经成为卷烟内衬纸发展的新方向。如果开发出既可实现无铝化,又能保持优秀阻隔能力且具有高效防水性能的无铝内衬纸,有望全面替代当今铝箔复合或真空镀铝内衬纸,成为市场的主流。

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(责任编辑：刘振华)

Manufacturing Technology and Development Prospects of Aluminum Free Inner Lining Paper for Cigarette Packaging

ZHANG Ying*ZHAN Jian-bo YU Zhen-hua YU Yao ZHENG Han WANG Hao

(ChinaTobaccoYunnanIndustrialCo.,Ltd.,Kunming,YunnanProvince, 650231)

Aluminum free inner lining paper for cigarette packaging possesses many advantages such as low porosity, excellent waterproof performance and barrier property as well as excellent forming degree, which is of singular significance to make it ideal material for cigarette packaging with fragrance protecting and moisture proof abilities. Therefore, the developing aluminum free inner lining paper owns broad application prospects. The developing background of aluminum free inner lining paper for cigarette packaging was introduced, and the necessities of development and application of aluminum free inner lining paper were discussed. Types and characteristics of the aluminum free inner lining paper applied widely were summarized, and its basic properties were also concluded. Advantages and disadvantages of current manufacture technologies of aluminum free inner lining paper were concluded and compared, and the future developing trends of manufacturing technology were also analyzed in this paper.

aluminum free inner lining paper; manufacturing technology; coating; environment-friendly

张 莹女士,硕士,工程师; 主要研究方向: 烟用材料的设计与开发等。

2016- 07-15(修改稿)

TS761.2

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.11.012

(*E-mail: 88968766@qq.com)