BOPP煙膜的透濕量研究

周先進 趙燕 季云飛 項磊

（1.湛江包裝材料企業有限公司，廣東湛江；安徽中煙工業有限責任公司，安徽合肥）

0.前言

香煙在制作過程中添加數種有機物和無機物，這些成分會隨著貯存環境的改變而生成各類微生物和霉菌。而這些微生物和霉菌在吸煙的過程中，遇到高溫燃燒之后易變成毒素，所以吸變質煙對人體的健康將造成極大的危害[1]。

香煙的保存時間因貯存環境不同而存在差異，環境合適時可貯存兩到三年，環境不好時可能連一年也無法存放。受潮和發霉是影響香煙保質期的最主要原因，而保香對于高檔香煙來講也是至關重要[2]。

與其他消費品不同，香煙的最小出售包裝是多層包裝，包括里層的鋁箔紙、中間的軟包或者硬包紙盒、以及外層透明的塑料薄膜，每一層包裝的保護功能都是獨立的，而整個包裝的阻隔性能的優劣是關系到香煙是否會受潮發霉、保持貨架期間香氣的關鍵。外層的透明塑料薄是 BOPP煙膜，它是整個香煙包裝中阻隔性能最關鍵的材料。雖然它的阻氧性能一般，但是阻濕性能良好，保香性也能滿足使用要求，因此應用廣泛[3]。

目前各大中煙技術中心只是將透濕量作為輔助指標，煙膜企業基本上不對透濕量進行測試，因此相關的研究幾乎沒有。透濕量是材料阻隔性能的體現，透濕量關乎到香煙的質量穩定、保質期以及儲存條件等，是評價BOPP煙膜防潮保香性能的關鍵指標[4]。

我司是生產煙膜的專業廠家，銀豐品牌是廣東省著名商標，目前生產有三個大類、七個小類、二十多種BOPP薄膜。本文基于多份樣品的透濕量測試數據，梳理樣品與煙膜配方、厚度以及時效時間之間的關系，以供大家參考。

1.水蒸氣滲透原理

1.1 原理

高分子材料薄膜，具有一定的微小孔隙，水蒸氣可透過微小孔隙在薄膜包裝兩側游走。由于水蒸氣屬于可凝聚氣體，其滲透薄膜，有兩個遞進層次，水蒸氣首先吸附、凝聚及溶解于薄膜的表面，形成一定的氣體濃度，然后在一定的濃度差之下，水蒸氣從濃度高的薄膜側向濃度低的薄膜側進行擴散[5]。

1.2 方程

假設水蒸氣在BOPP煙膜中的濃度與距離的關系是線性，水蒸氣擴散是在穩態下進行且只在一個方向進行，沒有橫向或交叉的擴散[6]。在上述假設前提下，由菲克第一擴散定律和亨利溶解定律得知，BOPP煙膜水蒸氣穩態擴散速率，單位時間、單位面積的透濕量與兩側水蒸氣壓差成正比，與厚度成反比，即 Q=Pv·△P/d，其中 Q為透濕量，g/m2·24 h；Pv為水蒸氣透過系數，g·cm/cm2·s·Pa；△P 為試樣兩側的水蒸氣壓差，Pa；d為試樣厚度，cm。綜上，透濕量與厚度存在一定的關系，水蒸氣透過系數與煙膜配方和時效處理時間存在一定的關系，這些都會在本文中進行詳細探討。

2.試驗方法及儀器設備

2.1 試驗方法

GB/T 1037-1988《塑料薄膜和片材透水蒸汽性試驗方法》，YC/T 266-2008《煙用包裝膜》。

透濕量測試在YC/T 266-2008中要求樣品的額定厚度為 100 u，遠大于煙膜厚度。為了節約研究成本，本文所有樣品的厚度介于18～28 u，得出的研究結論更加貼合實際。

2.2 試驗條件

溫度（38±0.6）℃，相對濕度（90±2）%

2.3 試驗設備

Labthink TSY-T3透濕性測試儀（濟南蘭光機電技術有限公司生產），基于杯式法測試原理；DM-THICKGA型薄膜測厚儀（德國 ZWICK生產），精度0.2 μ m。

2.4 試驗樣品

BOPP 煙膜共20 份。

2.5 試驗原理

一定量的蒸餾水加入透濕杯中，放置被測樣品與透濕杯上，密封，將透濕杯放入已調好溫濕度的恒溫恒濕環境中，使得樣品一側保持恒定的飽和蒸氣壓，另一側保持干燥。飽和水蒸氣會透過樣品進入干燥側[7]，通過測量透濕杯中蒸餾水蒸發量計算出透濕量（WVT），具體為一定的水蒸氣壓差和一定厚度條件下，1 m2的試樣在24 h內透過的水蒸氣量，單位為g/m2·24 h。每份樣品做3個平行試驗，結果取平均值，且每份樣品的每一個測試值與平均值的偏差不超過10%，否則重測。

3.試驗結果

3.1 厚度對透濕量的影響

在其它因素不變的前提下，對不同厚度的煙膜進行透濕量表征，結果如圖1所示。

圖1 厚度對透濕量的影響Figure 1 Effect of thickness on moisture permeability

由圖1可知，隨著煙膜的厚度增加，透濕量下降。特別是厚度大于25u時，透濕量改善比較顯著。

3.2 儲存時間對透濕量的影響

在其它因素不變的前提下，對不同儲存時間的煙膜進行透濕量表征，結果如圖2所示。

圖2 儲存時間對透濕量的影響Figure 2 Effect of storage time on moisture permeability

由圖2可知，隨著時效時間的增加，透濕量有所下降。在時效兩周左右有一個節點，透濕量穩定之后就不再變化，這與BOPP薄膜在兩周左右彈性模量會基本穩定下來直接對應[8]。

3.3 工藝參數對透濕量的影響

BOPP煙膜的工藝參數眾多，對透濕量影響最大的是縱橫拉工序的總拉伸比，也稱之為拉伸倍率。因為拉伸倍率會直接影響分子的取向和結晶[9]，這些因素對水蒸氣的阻隔也會有影響。

在其它因素不變的前提下，對不同拉伸倍率的煙膜進行透濕量表征，結果如圖2所示。

由圖3可知，隨著拉伸倍率的增加，透濕量逐漸下降，當拉伸倍率達到60左右時，透濕量基本不再下降。如果再繼續提高拉伸倍率，就會增加破膜風險。

圖3 拉伸倍率對透濕量的影響Figure 3 Effect of tensile ratio on moisture permeability

3.4 配方材料對透濕量的影響

BOPP煙膜配方中使用了多種材料，主要包括均聚聚丙烯、共聚聚丙烯以及各類添加劑。添加劑又細分為增剛劑、抗靜電劑、抗粘劑以及爽滑劑等，其中以增剛劑用量最大，其它添加劑都是少量和微量使用，對透濕量的影響幾乎可以忽略不計[10]。

相比均聚聚丙烯、共聚聚丙烯，增剛劑可以改善薄膜的結晶程度和凝聚態結構，對透濕量的影響要明顯大于前兩者，所以本節主要討論配方中的增剛劑因素。

在其它因素不變的前提下，對不同增剛劑用量的煙膜進行透濕量表征，結果如圖4所示。

圖4 增剛劑用量對透濕量的影響Figure 4 Effect of stiffening agent dosage on moisture permeability

由圖4可知，隨著增剛劑用量的增加，透濕量逐漸下降。在增剛劑達到20%左右時，透濕量基本穩定下來。如果再繼續投入增剛劑，對透濕量的改善不大不說，還會增加成本。

4.結論

本文研究了不同類型BOPP煙膜的透濕量，研究結果表明：透濕量與薄膜厚度、儲存時間、拉伸倍率以及增剛劑的用量呈一定的反向關系。雖然如此，但反向關系中的斜率并不是恒定的，受到薄膜取向、結晶、后結晶以及凝聚態結構等多重因素的綜合影響，需要結合生產經驗加以控制才可以達至最佳的阻透性能。