卷煙包裝材料水分含量快速測定研究

■ 文/李玉磊，劉雙雙，王玉峰

（天津科技大學 輕工科學與工程學院，天津 300457）

0 引言

卷煙行業在我國國民經濟中具有特殊重要的地位，同時與包裝行業也是密不可分的。除煙絲和濾棒外，卷煙制品的原料均屬于包裝材料，包括紙類、塑料類和膠類等，其中紙類占主要部分。卷煙制品的主要包裝材料由內至外依次為卷煙紙、接裝紙、內襯紙、框架紙、商標紙等5大類。對于卷煙生產企業而言，各類卷煙包裝材料除其本身性能外，上機適用性至關重要[1]。在實際生產中，包裝材料上機適用性不佳會導致材料損耗增加，卷煙廢品率上升，這已成為卷煙行業的共性問題，亟待得到解決[2-3]。

卷煙包裝材料的上機適用性與水分控制有密切關系。紙類包裝材料對水分較為敏感，在運輸、儲存和使用過程中，極有可能因環境溫濕度變化而發生吸濕或脫濕現象，繼而導致物理強度下降，并且發生翹曲、荷葉邊等變形現象[4-5]。因此，確保包裝材料具有適宜的水分，對提高生產效率、降低物料消耗至關重要。而準確、快速地測定卷煙包裝材料的水分含量是控制水分的關鍵步驟。紙類材料水分測定方法較為成熟，國家標準GB/T 462—2008《紙、紙板和紙漿 分析試樣水分的測定》對測試過程進行了詳細的規定（以下簡稱“烘箱法”），要求將試樣放置在(105±2)℃的烘箱中烘干至恒重，然后計算烘干前后試樣質量的變化，從而得出試樣的水分含量。烘箱法應用廣泛，準確度較高，但仍存在一些弊端。例如：測試時間較長，對定量較低產品如卷煙紙、接裝紙等的水分測定需要花費3 h以上，對定量較高產品如框架紙、商標紙等的水分測定需要花費5～6 h；在測試過程中不僅需要進行恒重判斷，還需要避免各種干擾因素，對操作者的技術要求較高；等等。鹵素水分測定儀是將稱重傳感器和鹵素輻射源結合在一起，用以快速測定樣品的水分含量。基于該儀器的鹵素法操作簡單，可在3～5 min完成測試，效率遠高于烘箱法[6-7]。

從目前來看，科研人員還沒有針對鹵素水分測定儀可否用于卷煙包裝材料水分的快速測定及準確性如何等課題進行系統研究。為此，本項研究按照生產條件，在3種不同溫濕度條件下分別對卷煙紙、接裝紙、內襯紙、框架紙、商標紙等5種主要卷煙包裝材料進行平衡處理，再分別采用國標烘箱法和鹵素法測定樣品的水分含量，同時對用以快速測定卷煙包裝材料水分的鹵素法進行系統評價，以期為卷煙包裝材料快速水分測定的標準化奠定基礎。

1 實驗

1.1 實驗材料

（1）卷煙紙：定量34 g/m2，選自浙江華豐紙業有限公司。

（2）接裝紙：定量38 g/m2，選自河南華港印務有限公司。

（3）內襯紙，定量54 g/m2，復合金色鋁箔，選自湖南鶴祥包裝有限公司。

（4）框架紙：定量250 g/m2，復合金卡，選自江蘇大亞新型包裝材料有限公司。

（5）商標紙：定量244 g/m2，選自河北中煙工業有限責任公司。

1.2 實驗儀器

（1）電子天平：型號AR2130，選自梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

（2）恒溫恒濕箱：型號ETH-408-40-CP-AR，選自巨孚儀器（北京）公司。

（3）電熱鼓風干燥箱：選自上海一恒科學儀器有限公司。

（4）鹵素水分測定儀：型號HB43-S，選自梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品預處理

根據實際生產條件，設置3種不同的溫濕度環境：溫度為15 ℃、相對濕度為35% RH的低溫低濕環境，記作L；溫度為23 ℃、相對濕度為50% RH的標準環境，記為M；溫度為35 ℃、相對濕度為80% RH的高溫高濕環境，記作H。將卷煙紙、接裝紙、內襯紙、框架紙和商標紙分別置于上述3種溫濕度環境中，參照GB/T 10739—2002《紙、紙板和紙漿試樣處理和試驗的標準大氣條件》規定的方法進行預處理，使樣品水分達到平衡。

1.3.2 烘箱法水分測定

按照GB/T 462—2008《紙、紙板和紙漿 分析試樣水分的測定》的要求進行測定，每個樣品做兩次平行試驗，兩次試驗結果的絕對誤差不超過0.4，取兩次測試結果的算數平均值作為測定結果。

1.3.3 鹵素法水分測定

采用鹵素水分測定儀快速測定樣品水分，設置測試溫度為105 ℃，每個樣品做兩次平行試驗，兩次試驗結果的絕對誤差不超過0.4，取兩次測試結果的算數平均值作為測定結果。

2 結果與討論

2.1 卷煙紙水分測定

卷煙紙是用以包裹煙絲的薄頁型紙張，主要由植物纖維和填料組成，定量較低，通常低于40 g/m2[8]。在實際生產中，卷煙紙常常因水分變化而引起縱向抗張強度下降，繼而出現斷紙現象；卷盤邊緣還會出現緊邊或松弛現象，導致卷煙接口搭接不牢，以及卷盤運行時晃動、不穩定等操作問題。

卷煙紙的水分測定結果如圖1所示。從圖中可以看出，在不同濕度條件下，卷煙紙的水分含量發生明顯變化，尤其在高濕環境下，水分增加較多。在3種不同環境條件下，烘箱法和鹵素法的水分測定結果比較接近，絕對誤差均小于0.4，符合GB/T 462—2008的相關要求。說明鹵素法測定卷煙紙水分的準確度較高，并且不同的含水量對測定結果的準確性沒有影響。

圖1 卷煙紙水分測定結果

2.2 接裝紙水分測定

接裝紙又稱水松紙，是一種將濾嘴與卷煙煙支接裝起來的專用紙[9]。與卷煙紙相同，接裝紙也是以卷盤形式交貨，不同的是，接裝紙外表面通常有精美的印刷圖案。在卷煙企業里，接裝紙與水分相關的問題主要是紙張吸濕后縱向抗張強度下降而引起斷紙現象。由于水分控制不當，接裝紙卷盤邊緣出現荷葉邊，導致與煙支黏接不牢，出現漏氣、留白等質量問題。

接裝紙的水分測定結果如圖2所示。從中可以看出，接裝紙的水分含量受環境溫濕度影響較大。高濕環境的水分含量顯著高于低濕環境或標準環境的水分含量。從準確性上看，鹵素法的水分測定結果與烘箱法保持了一致，具有較高的準確度，并且不同的含水量對測定結果的一致性也沒有影響，說明鹵素法可以用以快速測定接裝紙的水分。

圖2 接裝紙水分測定結果

2.3 內襯紙水分測定

煙用內襯紙是置于小盒商標紙與煙支之間的一種卷煙包裝材料，對煙支起到防潮保潤、保香美化的作用[10]。與其他幾種紙質卷煙包裝材料不同，內襯紙是一種紙和金屬（鋁）的復合材料，其生產工藝分為鋁箔復合紙和真空鍍鋁紙。鋁箔復合紙具有較厚鋁層（6～7μm），在水、氣阻隔性能上優于真空鍍鋁紙，能更好地達到防潮保香的效果[11]。由于紙和鋁箔的性能不同，在實際生產中受環境濕度影響，紙張的尺寸會發生伸長或收縮，而鋁箔的尺寸不會發生變化，內襯紙常會發生卷曲現象，增加材料的損耗，在干燥環境下卷曲現象尤為明顯。因此，合理控制內襯紙的水分非常重要。

內襯紙水分測定不能和其他紙質卷煙包裝材料一樣，需要單獨計算紙張質量，以排除鋁箔的影響。如果將紙張和鋁箔視為整體進行計算，水分含量就會明顯偏低。在測試內襯紙水分之前，須先明確紙張和鋁箔的定量。本項研究所用內襯紙的定量為54 g/m2，經測試得知，鋁箔的定量為17.6 g/m2。采用烘箱法時，按照實際紙張質量計算水分；采用鹵素法時，由于水分結果是按照紙張加鋁箔的總質量自動給出的，需要根據紙張和鋁箔的比例，重新計算出真實水分。內襯紙水分測定結果如圖3所示。

圖3 內襯紙水分測定結果

從圖3可以看出，內襯紙的水分含量隨著環境濕度的增加而逐漸增加，但從標準濕度環境到高濕環境，水分增加幅度沒有其他卷煙包裝材料那么明顯，這與該材料的紙鋁復合結構有關，鋁箔起到了阻礙水氣滲入的作用。鹵素法水分測定結果與烘箱法結果的絕對誤差均小于0.4，保持了較好的準確性，說明鹵素法可用以快速測定內襯紙的水分。

2.4 框架紙水分測定

框架紙是放置在卷煙包裝硬盒內，對卷煙盒起到支撐加固作用的紙質材料[12]。框架紙的基材是白卡紙，通常用金色或銀色的涂料在白卡紙的外表面進行涂布處理，形成金卡或銀卡。實際生產中，框架紙常因水分問題而發生翹曲變形，降低了上機適用性。

框架紙的水分測定結果如圖4所示。從圖中可以看出，在不同環境條件下，鹵素法水分測定結果與烘箱法非常接近，絕對誤值小于0.4，說明鹵素法測定框架紙水分具有較高的準確性，可用以快速測定框架紙的水分。

圖4 框架紙水分測定結果

2.5 商標紙水分測定

商標紙位于卷煙產品的最外層，也就是俗稱的煙盒紙，包括盒包裝紙和條包裝紙。按照包裝形式，商標紙被分為軟盒包裝紙和硬盒包裝紙兩大類，紙基分別為銅版紙和涂布白卡紙，外表面印刷圖文信息[13]。商標紙經模切成片狀后交貨給卷煙企業。若環境發生變化，商標紙的水分會發生改變，商標紙出現翹曲現象，變成弓狀，在卷煙機上造成卡紙現象，降低生產效率，增加材料損耗。

商標紙的水分測定結果如圖5所示，鹵素法測定結果與烘箱法非常一致，說明鹵素法測定商標紙水分具有較高的準確性，可用以快速測定商標紙的水分。

圖5 商標紙水分測定結果

3 結論

采用鹵素法測定卷煙紙、接裝紙、內襯紙、框架紙、商標紙5種卷煙包裝材料的水分，測試結果與國家標準規定的烘箱法存在很好的一致性，測量準確度較高，符合GB/T 462—2008《紙、紙板和紙漿 分析試樣水分的測定》的要求。鹵素法可用于卷煙包裝材料水分的快速測定，為卷煙包裝材料快速水分測定的標準化奠定了基礎。