卷烟包装材料水分含量快速测定研究

■ 文/李玉磊，刘双双，王玉峰

（天津科技大学 轻工科学与工程学院，天津 300457）

0 引言

卷烟行业在我国国民经济中具有特殊重要的地位，同时与包装行业也是密不可分的。除烟丝和滤棒外，卷烟制品的原料均属于包装材料，包括纸类、塑料类和胶类等，其中纸类占主要部分。卷烟制品的主要包装材料由内至外依次为卷烟纸、接装纸、内衬纸、框架纸、商标纸等5大类。对于卷烟生产企业而言，各类卷烟包装材料除其本身性能外，上机适用性至关重要[1]。在实际生产中，包装材料上机适用性不佳会导致材料损耗增加，卷烟废品率上升，这已成为卷烟行业的共性问题，亟待得到解决[2-3]。

卷烟包装材料的上机适用性与水分控制有密切关系。纸类包装材料对水分较为敏感，在运输、储存和使用过程中，极有可能因环境温湿度变化而发生吸湿或脱湿现象，继而导致物理强度下降，并且发生翘曲、荷叶边等变形现象[4-5]。因此，确保包装材料具有适宜的水分，对提高生产效率、降低物料消耗至关重要。而准确、快速地测定卷烟包装材料的水分含量是控制水分的关键步骤。纸类材料水分测定方法较为成熟，国家标准GB/T 462—2008《纸、纸板和纸浆 分析试样水分的测定》对测试过程进行了详细的规定（以下简称“烘箱法”），要求将试样放置在(105±2)℃的烘箱中烘干至恒重，然后计算烘干前后试样质量的变化，从而得出试样的水分含量。烘箱法应用广泛，准确度较高，但仍存在一些弊端。例如：测试时间较长，对定量较低产品如卷烟纸、接装纸等的水分测定需要花费3 h以上，对定量较高产品如框架纸、商标纸等的水分测定需要花费5～6 h；在测试过程中不仅需要进行恒重判断，还需要避免各种干扰因素，对操作者的技术要求较高；等等。卤素水分测定仪是将称重传感器和卤素辐射源结合在一起，用以快速测定样品的水分含量。基于该仪器的卤素法操作简单，可在3～5 min完成测试，效率远高于烘箱法[6-7]。

从目前来看，科研人员还没有针对卤素水分测定仪可否用于卷烟包装材料水分的快速测定及准确性如何等课题进行系统研究。为此，本项研究按照生产条件，在3种不同温湿度条件下分别对卷烟纸、接装纸、内衬纸、框架纸、商标纸等5种主要卷烟包装材料进行平衡处理，再分别采用国标烘箱法和卤素法测定样品的水分含量，同时对用以快速测定卷烟包装材料水分的卤素法进行系统评价，以期为卷烟包装材料快速水分测定的标准化奠定基础。

1 实验

1.1 实验材料

（1）卷烟纸：定量34 g/m2，选自浙江华丰纸业有限公司。

（2）接装纸：定量38 g/m2，选自河南华港印务有限公司。

（3）内衬纸，定量54 g/m2，复合金色铝箔，选自湖南鹤祥包装有限公司。

（4）框架纸：定量250 g/m2，复合金卡，选自江苏大亚新型包装材料有限公司。

（5）商标纸：定量244 g/m2，选自河北中烟工业有限责任公司。

1.2 实验仪器

（1）电子天平：型号AR2130，选自梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。

（2）恒温恒湿箱：型号ETH-408-40-CP-AR，选自巨孚仪器（北京）公司。

（3）电热鼓风干燥箱：选自上海一恒科学仪器有限公司。

（4）卤素水分测定仪：型号HB43-S，选自梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品预处理

根据实际生产条件，设置3种不同的温湿度环境：温度为15 ℃、相对湿度为35% RH的低温低湿环境，记作L；温度为23 ℃、相对湿度为50% RH的标准环境，记为M；温度为35 ℃、相对湿度为80% RH的高温高湿环境，记作H。将卷烟纸、接装纸、内衬纸、框架纸和商标纸分别置于上述3种温湿度环境中，参照GB/T 10739—2002《纸、纸板和纸浆试样处理和试验的标准大气条件》规定的方法进行预处理，使样品水分达到平衡。

1.3.2 烘箱法水分测定

按照GB/T 462—2008《纸、纸板和纸浆 分析试样水分的测定》的要求进行测定，每个样品做两次平行试验，两次试验结果的绝对误差不超过0.4，取两次测试结果的算数平均值作为测定结果。

1.3.3 卤素法水分测定

采用卤素水分测定仪快速测定样品水分，设置测试温度为105 ℃，每个样品做两次平行试验，两次试验结果的绝对误差不超过0.4，取两次测试结果的算数平均值作为测定结果。

2 结果与讨论

2.1 卷烟纸水分测定

卷烟纸是用以包裹烟丝的薄页型纸张，主要由植物纤维和填料组成，定量较低，通常低于40 g/m2[8]。在实际生产中，卷烟纸常常因水分变化而引起纵向抗张强度下降，继而出现断纸现象；卷盘边缘还会出现紧边或松弛现象，导致卷烟接口搭接不牢，以及卷盘运行时晃动、不稳定等操作问题。

卷烟纸的水分测定结果如图1所示。从图中可以看出，在不同湿度条件下，卷烟纸的水分含量发生明显变化，尤其在高湿环境下，水分增加较多。在3种不同环境条件下，烘箱法和卤素法的水分测定结果比较接近，绝对误差均小于0.4，符合GB/T 462—2008的相关要求。说明卤素法测定卷烟纸水分的准确度较高，并且不同的含水量对测定结果的准确性没有影响。

图1 卷烟纸水分测定结果

2.2 接装纸水分测定

接装纸又称水松纸，是一种将滤嘴与卷烟烟支接装起来的专用纸[9]。与卷烟纸相同，接装纸也是以卷盘形式交货，不同的是，接装纸外表面通常有精美的印刷图案。在卷烟企业里，接装纸与水分相关的问题主要是纸张吸湿后纵向抗张强度下降而引起断纸现象。由于水分控制不当，接装纸卷盘边缘出现荷叶边，导致与烟支黏接不牢，出现漏气、留白等质量问题。

接装纸的水分测定结果如图2所示。从中可以看出，接装纸的水分含量受环境温湿度影响较大。高湿环境的水分含量显著高于低湿环境或标准环境的水分含量。从准确性上看，卤素法的水分测定结果与烘箱法保持了一致，具有较高的准确度，并且不同的含水量对测定结果的一致性也没有影响，说明卤素法可以用以快速测定接装纸的水分。

图2 接装纸水分测定结果

2.3 内衬纸水分测定

烟用内衬纸是置于小盒商标纸与烟支之间的一种卷烟包装材料，对烟支起到防潮保润、保香美化的作用[10]。与其他几种纸质卷烟包装材料不同，内衬纸是一种纸和金属（铝）的复合材料，其生产工艺分为铝箔复合纸和真空镀铝纸。铝箔复合纸具有较厚铝层（6～7μm），在水、气阻隔性能上优于真空镀铝纸，能更好地达到防潮保香的效果[11]。由于纸和铝箔的性能不同，在实际生产中受环境湿度影响，纸张的尺寸会发生伸长或收缩，而铝箔的尺寸不会发生变化，内衬纸常会发生卷曲现象，增加材料的损耗，在干燥环境下卷曲现象尤为明显。因此，合理控制内衬纸的水分非常重要。

内衬纸水分测定不能和其他纸质卷烟包装材料一样，需要单独计算纸张质量，以排除铝箔的影响。如果将纸张和铝箔视为整体进行计算，水分含量就会明显偏低。在测试内衬纸水分之前，须先明确纸张和铝箔的定量。本项研究所用内衬纸的定量为54 g/m2，经测试得知，铝箔的定量为17.6 g/m2。采用烘箱法时，按照实际纸张质量计算水分；采用卤素法时，由于水分结果是按照纸张加铝箔的总质量自动给出的，需要根据纸张和铝箔的比例，重新计算出真实水分。内衬纸水分测定结果如图3所示。

图3 内衬纸水分测定结果

从图3可以看出，内衬纸的水分含量随着环境湿度的增加而逐渐增加，但从标准湿度环境到高湿环境，水分增加幅度没有其他卷烟包装材料那么明显，这与该材料的纸铝复合结构有关，铝箔起到了阻碍水气渗入的作用。卤素法水分测定结果与烘箱法结果的绝对误差均小于0.4，保持了较好的准确性，说明卤素法可用以快速测定内衬纸的水分。

2.4 框架纸水分测定

框架纸是放置在卷烟包装硬盒内，对卷烟盒起到支撑加固作用的纸质材料[12]。框架纸的基材是白卡纸，通常用金色或银色的涂料在白卡纸的外表面进行涂布处理，形成金卡或银卡。实际生产中，框架纸常因水分问题而发生翘曲变形，降低了上机适用性。

框架纸的水分测定结果如图4所示。从图中可以看出，在不同环境条件下，卤素法水分测定结果与烘箱法非常接近，绝对误值小于0.4，说明卤素法测定框架纸水分具有较高的准确性，可用以快速测定框架纸的水分。

图4 框架纸水分测定结果

2.5 商标纸水分测定

商标纸位于卷烟产品的最外层，也就是俗称的烟盒纸，包括盒包装纸和条包装纸。按照包装形式，商标纸被分为软盒包装纸和硬盒包装纸两大类，纸基分别为铜版纸和涂布白卡纸，外表面印刷图文信息[13]。商标纸经模切成片状后交货给卷烟企业。若环境发生变化，商标纸的水分会发生改变，商标纸出现翘曲现象，变成弓状，在卷烟机上造成卡纸现象，降低生产效率，增加材料损耗。

商标纸的水分测定结果如图5所示，卤素法测定结果与烘箱法非常一致，说明卤素法测定商标纸水分具有较高的准确性，可用以快速测定商标纸的水分。

图5 商标纸水分测定结果

3 结论

采用卤素法测定卷烟纸、接装纸、内衬纸、框架纸、商标纸5种卷烟包装材料的水分，测试结果与国家标准规定的烘箱法存在很好的一致性，测量准确度较高，符合GB/T 462—2008《纸、纸板和纸浆 分析试样水分的测定》的要求。卤素法可用于卷烟包装材料水分的快速测定，为卷烟包装材料快速水分测定的标准化奠定了基础。