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不同類型內襯紙表面結構和防潮保香性研究
【摘 要】利用掃描電子顯微鏡和水蒸氣透過率檢測儀對不同類型內襯紙的表面結構和防潮保香性進行了檢測研究。結果表明相對于真空鍍鋁紙和涂布內襯紙，復合內襯紙具有較好的防潮保香性。而由于外包裝的協(xié)同作用，不同類型內襯紙間的實際應用性能差異不大。
【關鍵詞】真空鍍鋁紙;復合內襯紙;涂布內襯紙;防潮保香性
引言
隨著食品種類的日益豐富，消費者對食品品質的要求也日益提高，食品包裝的方式和材質也得到了廣泛研究，如有特殊香味的食品要求包裝具有高保香性、干燥食品要求包裝對水分具有阻隔性等[1-5]。目前，許多食品除外包裝外還會增加一層內襯材料，內襯材料直接與食品接觸，使食品免受外界物理作用、化學作用和微生物的影響，保持食品本身的品質，延長食品的儲存時間，其中，內襯紙做為阻隔性較好的一種內襯材料得到廣泛應用和研究[6，7]。
煙用內襯紙作為內襯紙家族中的重要一員，主要用于卷煙小盒包裝內，結合其它包裝材料能有效地對煙支進行防潮和保香，并對卷煙整體包裝有一定的定型作用。目前，煙用內襯紙種類主要有復合內襯紙、真空鍍鋁紙[8]、涂布內襯紙[9]等，不同內襯紙表面結構、所用材料等因素，直接影響著其性能和品質。復合內襯紙大部分使用鋁箔進行復合，鋁箔厚度較大，阻隔性能也較好。然而，隨著社會對環(huán)保理念和綠色包裝的日益重視，通過真空鍍鋁制得的真空鍍鋁紙和不使用鋁的涂布內襯紙的使用范圍也日益廣泛。目前，對這些不同類型內襯紙的表面結構和其防潮保香性之間的關系尚缺乏系統(tǒng)的表征和研究[10]，因此，通過研究內襯紙表面鋁層、表面纖維結構等因素，對不同類型內襯紙的防潮保香性進行對比檢測研究，有助于其在食品包裝中的應用，并對保持卷煙的品質具有一定的意義。
1 材料和方法
1.1 原料
復合內襯紙定量為68.0g/m2，使用定量為50.0g/m2的純木漿原紙與定量為16.2g/m2的鋁箔膠粘復合制得。真空鍍鋁紙利用轉移工藝，將轉移鐳射膜上的鋁層通過粘連作用轉移到原紙上制得，定量為72.0g/m2。涂布內襯紙是將水溶性的丙烯酸酯類共聚物均勻涂布在原紙表面再烘干而成，定量為58.0g/m2。
4A型分子篩，試劑為去離子水，無水乙醇，均為分析純。
1.2 儀器
掃描電子顯微鏡型號為NOVA NANOSEM 430，荷蘭 Philips-FEI 公司;透濕性測試儀型號為TSY-T1H，濟南蘭光機電技術有限公司;BINDER KBF240恒溫恒濕箱，德國BINDER公司。
1.3 試驗方法
(1)表面結構的掃描電鏡檢測。隨機抽取不同類型內襯紙樣品，修剪為1cm×1cm樣品，鍍金后于10.0 kV電壓、高真空模式下觀察樣品表面形貌并攝像。
(2)透濕儀測定。內襯紙試樣在測試前，在溫度23±2℃、相對濕度50±5%RH的環(huán)境條件下，放置12小時進行平衡。使用適量4A型分子篩作為干燥劑，控制相對濕度在88%～92%，溫度為38℃時，測試樣品的透濕性(水分/乙醇)變化。每次測量保證儀器穩(wěn)定80分鐘后開始測試。
(3)含水率檢測。從試制卷煙樣品中隨機抽取煙支，取出約5g煙絲放入樣品盒，及時稱重，精確至0.001g。將樣品盒置入恒溫恒濕箱中干燥，干燥溫度為100℃，溫度恒定后計時，干燥2小時，取出樣品盒放入干燥器內，冷卻至室溫后稱重，精確至0.001g。煙絲干燥前后的重量差，除于干燥前煙絲的重量，即為煙絲的含水率，精確至0.01%。
2 結果與討論
2.1 不同類型內襯紙的表面結構電鏡圖
利用掃描電子顯微鏡，可對復合內襯紙、真空鍍鋁紙、涂布內襯紙等不同類型內襯紙的表面結構進行觀察和表征，圖1所示為復合內襯紙樣品的正面、反面結構圖。目前大部分卷煙產品使用鋁箔復合內襯紙，鋁箔對水分和香氣具有很好的阻隔性能，在食品、飲料、藥品等方面同樣具有廣泛的應用。內襯紙原紙經膠粘劑粘連復合鋁箔后，挺度變大，較易折疊定型，有利于卷煙包裝加工。
圖1左邊為復合內襯紙的正面結構圖，為鋁箔面;右邊為復合內襯紙的反面結構圖，為原紙的纖維結構面。由復合內襯紙的反面結構圖可見，雖然纖維致密的堆砌在一起，但這種無序排列的結構間，仍然存在著大量水分子可以通過的間隙，纖維間的顆粒為造紙過程中添加的滑石粉、白土、碳酸鈣等輔料，因此，為增加原紙的阻隔性能，需通過加進其它材料來實現(xiàn)。由正面結構圖可見，復合后的鋁層表面非常平整緊密，能有效隔絕水分子、致香成分和空氣的滲透和擴散，復合內襯紙所用鋁箔厚度一般在6μm-9μm間，對被包裝的食品可起到有效的保護作用。
目前卷煙包裝中使用的真空鍍鋁紙多使用轉移工藝，在塑料膜上進行單面真空鍍鋁，再利用膠粘劑將鍍鋁層轉移粘連在原紙上。鍍鋁層是在真空條件下高溫加熱蒸發(fā)金屬鋁，使氣化的鋁原子均勻沉積在轉移膜上，形成致密鍍鋁層，其厚度一般為0.03?m左右，僅為復合內襯紙所用鋁箔厚度的約1/200，大大降低了鋁的使用量，且由于鋁層極薄，在自然狀態(tài)下容易降解，符合當前社會綠色包裝的環(huán)保理念，因此得到食品包裝行業(yè)的日益重視和廣泛使用。
圖2所示為真空鍍鋁紙樣品的SEM結構圖，左邊為真空鍍鋁紙的正面結構圖，為鍍鋁層面;右邊為真空鍍鋁紙的反面結構圖，為原紙的纖維結構面。反面結構圖中的纖維結構與復合內襯紙的反面纖維結構類似，而由正面結構圖可知，鍍鋁層較為致密和平整，但有少許針孔，空氣、水分子、致香成分可能通過這些針孔進行擴散和滲透，這使得真空鍍鋁紙的阻隔性能較復合內襯紙差。
圖3所示為涂布內襯紙的SEM結構圖，左邊為涂布內襯紙的正面結構圖，為涂布層面;右邊為涂布內襯紙的反面結構圖，為原紙的纖維結構面。涂布內襯紙一般在原紙表面涂布具阻隔性能的材料，達到防止空氣、水分子、致香成分的擴散和滲透的目的。隨著食品行業(yè)內綠色、環(huán)保、無添加等概念受到消費者的日益重視，涂布內襯紙也由于其無鋁可降解、安全性高等優(yōu)點得到重視和使用。由正面結構圖可知，涂層材料將原紙纖維間的空隙有效填滿，使得紙張具有了一定的阻隔性能。而涂層下面的纖維脈絡也可見，這是由于涂層較薄所致，這一結構特點使得涂布內襯紙的阻隔性能較復合內襯紙差。
2.2 不同類型內襯紙的防潮保香性檢測
利用透濕性測試儀，通過檢測不同類型內襯紙的水蒸氣和乙醇透過率，可以對不同類型內襯紙的防潮保香性進行了定量對比研究。
表1所示為不同類型內襯紙的水蒸氣和乙醇透過率比較，從表1中的數(shù)據(jù)可知，復合內襯紙對水分和乙醇的阻隔性能最好，復合內襯紙復合的鋁箔厚度較大，水分和乙醇分子無法擴散或者滲透過鋁層。而真空鍍鋁紙由于轉移粘連的鋁層厚度較薄，并且鋁層表面存在一些針孔，因此，小部分水分和乙醇分子可通過鋁層進行擴散，其水蒸氣和乙醇透過率分別為121.15和44.67g/m2×24h，表明真空鍍鋁紙的阻隔性能比復合內襯紙稍差。涂布內襯紙的水蒸氣和乙醇透過率分別為823.24和738.15g/m2×24h，這主要是由于對原紙進行涂布時使用的丙烯酸酯類共聚物乳液經烘干后形成的涂層較薄，且材料分子間為物理堆砌作用，分子間形成的間隙遠大于金屬原子間的間隙，所以相對于復合內襯紙和真空鍍鋁紙，水分和乙醇分子較易通過涂布內襯紙進行擴散。從水蒸氣和乙醇透過率的檢測結果來看，復合內襯紙的阻隔性能最好，真空鍍鋁紙和涂布內襯紙稍差。
2.3 涂布內襯紙卷煙樣品的含水率檢測和感官質量鑒定
在實際應用中，食品或被包裝物品在使用內襯紙進行包裝后，往往還要進行外包裝的處理，因此，對內襯紙的阻隔性能可結合整體包裝進行探討。復合內襯紙和真空鍍鋁紙已在卷煙包裝工業(yè)中得到廣泛使用，內襯紙結合商標紙和透明包裝膜形成的整體包裝可對卷煙煙支進行有效保護，確保其品質在較長的一段時間內保持穩(wěn)定。為研究涂布內襯紙的實際使用效果，對涂布內襯紙也進行了上機包裝試制，制得卷煙樣品，并對卷煙樣品的含水率進行了長時間的跟蹤測試，結果見圖4，橫坐標為跟蹤測量時間，縱坐標為卷煙樣品的煙絲含水率�？梢�，在長達20個月的儲存時間內，煙絲含水率變化不大。而感官質量鑒定結果認為，與采用復合內襯紙的正常卷煙樣品對比，采用涂布內襯紙的卷煙樣品經兩年存放后，煙支無霉變情況，沒有外源性氣息，香氣量仍保持較好�？梢�，涂布內襯紙的阻隔性能雖然較復合內襯紙和真空鍍鋁紙差，但實際應用中，由于外包裝的協(xié)同作用，因此其阻隔性能也可以滿足要求。
結語
本文對不同類型內襯紙的表面結構和防潮保香性進行了系統(tǒng)表征和研究，結果表明，復合內襯紙表面覆蓋致密鋁層、真空鍍鋁紙轉移鍍鋁層、涂布內襯紙經涂層材料處理后，均形成了平整、光滑、致密的阻隔層，可以有效防止空氣、水分子、致香成分的擴散和滲透。而透過率實驗表明，復合內襯紙對水分、乙醇的阻隔性能最好，真空鍍鋁紙也具有較好的阻隔性能，涂布內襯紙阻隔性能稍差。在實際應用中，由于外包裝的協(xié)同作用，復合內襯紙、真空鍍鋁紙和涂布內襯紙的使用效果都能滿足產品質量要求。
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