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不同类型内衬纸表面结构和防潮保香性研究
【摘 要】利用扫描电子显微镜和水蒸气透过率检测仪对不同类型内衬纸的表面结构和防潮保香性进行了检测研究。结果表明相对于真空镀铝纸和涂布内衬纸，复合内衬纸具有较好的防潮保香性。而由于外包装的协同作用，不同类型内衬纸间的实际应用性能差异不大。
【关键词】真空镀铝纸;复合内衬纸;涂布内衬纸;防潮保香性
引言
随着食品种类的日益丰富，消费者对食品品质的要求也日益提高，食品包装的方式和材质也得到了广泛研究，如有特殊香味的食品要求包装具有高保香性、干燥食品要求包装对水分具有阻隔性等[1-5]。目前，许多食品除外包装外还会增加一层内衬材料，内衬材料直接与食品接触，使食品免受外界物理作用、化学作用和微生物的影响，保持食品本身的品质，延长食品的储存时间，其中，内衬纸做为阻隔性较好的一种内衬材料得到广泛应用和研究[6，7]。
烟用内衬纸作为内衬纸家族中的重要一员，主要用于卷烟小盒包装内，结合其它包装材料能有效地对烟支进行防潮和保香，并对卷烟整体包装有一定的定型作用。目前，烟用内衬纸种类主要有复合内衬纸、真空镀铝纸[8]、涂布内衬纸[9]等，不同内衬纸表面结构、所用材料等因素，直接影响着其性能和品质。复合内衬纸大部分使用铝箔进行复合，铝箔厚度较大，阻隔性能也较好。然而，随着社会对环保理念和绿色包装的日益重视，通过真空镀铝制得的真空镀铝纸和不使用铝的涂布内衬纸的使用范围也日益广泛。目前，对这些不同类型内衬纸的表面结构和其防潮保香性之间的关系尚缺乏系统的表征和研究[10]，因此，通过研究内衬纸表面铝层、表面纤维结构等因素，对不同类型内衬纸的防潮保香性进行对比检测研究，有助于其在食品包装中的应用，并对保持卷烟的品质具有一定的意义。
1 材料和方法
1.1 原料
复合内衬纸定量为68.0g/m2，使用定量为50.0g/m2的纯木浆原纸与定量为16.2g/m2的铝箔胶粘复合制得。真空镀铝纸利用转移工艺，将转移镭射膜上的铝层通过粘连作用转移到原纸上制得，定量为72.0g/m2。涂布内衬纸是将水溶性的丙烯酸酯类共聚物均匀涂布在原纸表面再烘干而成，定量为58.0g/m2。
4A型分子筛，试剂为去离子水，无水乙醇，均为分析纯。
1.2 仪器
扫描电子显微镜型号为NOVA NANOSEM 430，荷兰 Philips-FEI 公司;透湿性测试仪型号为TSY-T1H，济南兰光机电技术有限公司;BINDER KBF240恒温恒湿箱，德国BINDER公司。
1.3 试验方法
(1)表面结构的扫描电镜检测。随机抽取不同类型内衬纸样品，修剪为1cm×1cm样品，镀金后于10.0 kV电压、高真空模式下观察样品表面形貌并摄像。
(2)透湿仪测定。内衬纸试样在测试前，在温度23±2℃、相对湿度50±5%RH的环境条件下，放置12小时进行平衡。使用适量4A型分子筛作为干燥剂，控制相对湿度在88%～92%，温度为38℃时，测试样品的透湿性(水分/乙醇)变化。每次测量保证仪器稳定80分钟后开始测试。
(3)含水率检测。从试制卷烟样品中随机抽取烟支，取出约5g烟丝放入样品盒，及时称重，精确至0.001g。将样品盒置入恒温恒湿箱中干燥，干燥温度为100℃，温度恒定后计时，干燥2小时，取出样品盒放入干燥器内，冷却至室温后称重，精确至0.001g。烟丝干燥前后的重量差，除于干燥前烟丝的重量，即为烟丝的含水率，精确至0.01%。
2 结果与讨论
2.1 不同类型内衬纸的表面结构电镜图
利用扫描电子显微镜，可对复合内衬纸、真空镀铝纸、涂布内衬纸等不同类型内衬纸的表面结构进行观察和表征，图1所示为复合内衬纸样品的正面、反面结构图。目前大部分卷烟产品使用铝箔复合内衬纸，铝箔对水分和香气具有很好的阻隔性能，在食品、饮料、药品等方面同样具有广泛的应用。内衬纸原纸经胶粘剂粘连复合铝箔后，挺度变大，较易折叠定型，有利于卷烟包装加工。
图1左边为复合内衬纸的正面结构图，为铝箔面;右边为复合内衬纸的反面结构图，为原纸的纤维结构面。由复合内衬纸的反面结构图可见，虽然纤维致密的堆砌在一起，但这种无序排列的结构间，仍然存在着大量水分子可以通过的间隙，纤维间的颗粒为造纸过程中添加的滑石粉、白土、碳酸钙等辅料，因此，为增加原纸的阻隔性能，需通过加进其它材料来实现。由正面结构图可见，复合后的铝层表面非常平整紧密，能有效隔绝水分子、致香成分和空气的渗透和扩散，复合内衬纸所用铝箔厚度一般在6μm-9μm间，对被包装的食品可起到有效的保护作用。
目前卷烟包装中使用的真空镀铝纸多使用转移工艺，在塑料膜上进行单面真空镀铝，再利用胶粘剂将镀铝层转移粘连在原纸上。镀铝层是在真空条件下高温加热蒸发金属铝，使气化的铝原子均匀沉积在转移膜上，形成致密镀铝层，其厚度一般为0.03?m左右，仅为复合内衬纸所用铝箔厚度的约1/200，大大降低了铝的使用量，且由于铝层极薄，在自然状态下容易降解，符合当前社会绿色包装的环保理念，因此得到食品包装行业的日益重视和广泛使用。
图2所示为真空镀铝纸样品的SEM结构图，左边为真空镀铝纸的正面结构图，为镀铝层面;右边为真空镀铝纸的反面结构图，为原纸的纤维结构面。反面结构图中的纤维结构与复合内衬纸的反面纤维结构类似，而由正面结构图可知，镀铝层较为致密和平整，但有少许针孔，空气、水分子、致香成分可能通过这些针孔进行扩散和渗透，这使得真空镀铝纸的阻隔性能较复合内衬纸差。
图3所示为涂布内衬纸的SEM结构图，左边为涂布内衬纸的正面结构图，为涂布层面;右边为涂布内衬纸的反面结构图，为原纸的纤维结构面。涂布内衬纸一般在原纸表面涂布具阻隔性能的材料，达到防止空气、水分子、致香成分的扩散和渗透的目的。随着食品行业内绿色、环保、无添加等概念受到消费者的日益重视，涂布内衬纸也由于其无铝可降解、安全性高等优点得到重视和使用。由正面结构图可知，涂层材料将原纸纤维间的空隙有效填满，使得纸张具有了一定的阻隔性能。而涂层下面的纤维脉络也可见，这是由于涂层较薄所致，这一结构特点使得涂布内衬纸的阻隔性能较复合内衬纸差。
2.2 不同类型内衬纸的防潮保香性检测
利用透湿性测试仪，通过检测不同类型内衬纸的水蒸气和乙醇透过率，可以对不同类型内衬纸的防潮保香性进行了定量对比研究。
表1所示为不同类型内衬纸的水蒸气和乙醇透过率比较，从表1中的数据可知，复合内衬纸对水分和乙醇的阻隔性能最好，复合内衬纸复合的铝箔厚度较大，水分和乙醇分子无法扩散或者渗透过铝层。而真空镀铝纸由于转移粘连的铝层厚度较薄，并且铝层表面存在一些针孔，因此，小部分水分和乙醇分子可通过铝层进行扩散，其水蒸气和乙醇透过率分别为121.15和44.67g/m2×24h，表明真空镀铝纸的阻隔性能比复合内衬纸稍差。涂布内衬纸的水蒸气和乙醇透过率分别为823.24和738.15g/m2×24h，这主要是由于对原纸进行涂布时使用的丙烯酸酯类共聚物乳液经烘干后形成的涂层较薄，且材料分子间为物理堆砌作用，分子间形成的间隙远大于金属原子间的间隙，所以相对于复合内衬纸和真空镀铝纸，水分和乙醇分子较易通过涂布内衬纸进行扩散。从水蒸气和乙醇透过率的检测结果来看，复合内衬纸的阻隔性能最好，真空镀铝纸和涂布内衬纸稍差。
2.3 涂布内衬纸卷烟样品的含水率检测和感官质量鉴定
在实际应用中，食品或被包装物品在使用内衬纸进行包装后，往往还要进行外包装的处理，因此，对内衬纸的阻隔性能可结合整体包装进行探讨。复合内衬纸和真空镀铝纸已在卷烟包装工业中得到广泛使用，内衬纸结合商标纸和透明包装膜形成的整体包装可对卷烟烟支进行有效保护，确保其品质在较长的一段时间内保持稳定。为研究涂布内衬纸的实际使用效果，对涂布内衬纸也进行了上机包装试制，制得卷烟样品，并对卷烟样品的含水率进行了长时间的跟踪测试，结果见图4，横坐标为跟踪测量时间，纵坐标为卷烟样品的烟丝含水率。可见，在长达20个月的储存时间内，烟丝含水率变化不大。而感官质量鉴定结果认为，与采用复合内衬纸的正常卷烟样品对比，采用涂布内衬纸的卷烟样品经两年存放后，烟支无霉变情况，没有外源性气息，香气量仍保持较好。可见，涂布内衬纸的阻隔性能虽然较复合内衬纸和真空镀铝纸差，但实际应用中，由于外包装的协同作用，因此其阻隔性能也可以满足要求。
结语
本文对不同类型内衬纸的表面结构和防潮保香性进行了系统表征和研究，结果表明，复合内衬纸表面覆盖致密铝层、真空镀铝纸转移镀铝层、涂布内衬纸经涂层材料处理后，均形成了平整、光滑、致密的阻隔层，可以有效防止空气、水分子、致香成分的扩散和渗透。而透过率实验表明，复合内衬纸对水分、乙醇的阻隔性能最好，真空镀铝纸也具有较好的阻隔性能，涂布内衬纸阻隔性能稍差。在实际应用中，由于外包装的协同作用，复合内衬纸、真空镀铝纸和涂布内衬纸的使用效果都能满足产品质量要求。
参考文献
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