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不同類型內(nèi)襯紙表面結(jié)構(gòu)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(guò)率檢測(cè)儀對(duì)不同類型內(nèi)襯紙的表面結(jié)構(gòu)和防潮保香性進(jìn)行了檢測(cè)研究。結(jié)果表明相對(duì)于真空鍍鋁紙和涂布內(nèi)襯紙，復(fù)合內(nèi)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(nèi)襯紙間的實(shí)際應(yīng)用性能差異不大。
【關(guān)鍵詞】真空鍍鋁紙;復(fù)合內(nèi)襯紙;涂布內(nèi)襯紙;防潮保香性
引言
隨著食品種類的日益豐富，消費(fèi)者對(duì)食品品質(zhì)的要求也日益提高，食品包裝的方式和材質(zhì)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(duì)水分具有阻隔性等[1-5]。目前，許多食品除外包裝外還會(huì)增加一層內(nèi)襯材料，內(nèi)襯材料直接與食品接觸，使食品免受外界物理作用、化學(xué)作用和微生物的影響，保持食品本身的品質(zhì)，延長(zhǎng)食品的儲(chǔ)存時(shí)間，其中，內(nèi)襯紙做為阻隔性較好的一種內(nèi)襯材料得到廣泛應(yīng)用和研究[6，7]。
煙用內(nèi)襯紙作為內(nèi)襯紙家族中的重要一員，主要用于卷煙小盒包裝內(nèi)，結(jié)合其它包裝材料能有效地對(duì)煙支進(jìn)行防潮和保香，并對(duì)卷煙整體包裝有一定的定型作用。目前，煙用內(nèi)襯紙種類主要有復(fù)合內(nèi)襯紙、真空鍍鋁紙[8]、涂布內(nèi)襯紙[9]等，不同內(nèi)襯紙表面結(jié)構(gòu)、所用材料等因素，直接影響著其性能和品質(zhì)。復(fù)合內(nèi)襯紙大部分使用鋁箔進(jìn)行復(fù)合，鋁箔厚度較大，阻隔性能也較好。然而，隨著社會(huì)對(duì)環(huán)保理念和綠色包裝的日益重視，通過(guò)真空鍍鋁制得的真空鍍鋁紙和不使用鋁的涂布內(nèi)襯紙的使用范圍也日益廣泛。目前，對(duì)這些不同類型內(nèi)襯紙的表面結(jié)構(gòu)和其防潮保香性之間的關(guān)系尚缺乏系統(tǒng)的表征和研究[10]，因此，通過(guò)研究?jī)?nèi)襯紙表面鋁層、表面纖維結(jié)構(gòu)等因素，對(duì)不同類型內(nèi)襯紙的防潮保香性進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)研究，有助于其在食品包裝中的應(yīng)用，并對(duì)保持卷煙的品質(zhì)具有一定的意義。
1 材料和方法
1.1 原料
復(fù)合內(nèi)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(fù)合制得。真空鍍鋁紙利用轉(zhuǎn)移工藝，將轉(zhuǎn)移鐳射膜上的鋁層通過(guò)粘連作用轉(zhuǎn)移到原紙上制得，定量為72.0g/m2。涂布內(nèi)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(wú)水乙醇，均為分析純。
1.2 儀器
掃描電子顯微鏡型號(hào)為NOVA NANOSEM 430，荷蘭 Philips-FEI 公司;透濕性測(cè)試儀型號(hào)為T(mén)SY-T1H，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司;BINDER KBF240恒溫恒濕箱，德國(guó)BINDER公司。
1.3 試驗(yàn)方法
(1)表面結(jié)構(gòu)的掃描電鏡檢測(cè)。隨機(jī)抽取不同類型內(nèi)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(cè)定。內(nèi)襯紙?jiān)嚇釉跍y(cè)試前，在溫度23±2℃、相對(duì)濕度50±5%RH的環(huán)境條件下，放置12小時(shí)進(jìn)行平衡。使用適量4A型分子篩作為干燥劑，控制相對(duì)濕度在88%～92%，溫度為38℃時(shí)，測(cè)試樣品的透濕性(水分/乙醇)變化。每次測(cè)量保證儀器穩(wěn)定80分鐘后開(kāi)始測(cè)試。
(3)含水率檢測(cè)。從試制卷煙樣品中隨機(jī)抽取煙支，取出約5g煙絲放入樣品盒，及時(shí)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(jì)時(shí)，干燥2小時(shí)，取出樣品盒放入干燥器內(nèi)，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(jié)果與討論
2.1 不同類型內(nèi)襯紙的表面結(jié)構(gòu)電鏡圖
利用掃描電子顯微鏡，可對(duì)復(fù)合內(nèi)襯紙、真空鍍鋁紙、涂布內(nèi)襯紙等不同類型內(nèi)襯紙的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和表征，圖1所示為復(fù)合內(nèi)襯紙樣品的正面、反面結(jié)構(gòu)圖。目前大部分卷煙產(chǎn)品使用鋁箔復(fù)合內(nèi)襯紙，鋁箔對(duì)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(yīng)用。內(nèi)襯紙?jiān)埥?jīng)膠粘劑粘連復(fù)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(fù)合內(nèi)襯紙的正面結(jié)構(gòu)圖，為鋁箔面;右邊為復(fù)合內(nèi)襯紙的反面結(jié)構(gòu)圖，為原紙的纖維結(jié)構(gòu)面。由復(fù)合內(nèi)襯紙的反面結(jié)構(gòu)圖可見(jiàn)，雖然纖維致密的堆砌在一起，但這種無(wú)序排列的結(jié)構(gòu)間，仍然存在著大量水分子可以通過(guò)的間隙，纖維間的顆粒為造紙過(guò)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(guò)加進(jìn)其它材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。由正面結(jié)構(gòu)圖可見(jiàn)，復(fù)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(kuò)散，復(fù)合內(nèi)襯紙所用鋁箔厚度一般在6μm-9μm間，對(duì)被包裝的食品可起到有效的保護(hù)作用。
目前卷煙包裝中使用的真空鍍鋁紙多使用轉(zhuǎn)移工藝，在塑料膜上進(jìn)行單面真空鍍鋁，再利用膠粘劑將鍍鋁層轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移膜上，形成致密鍍鋁層，其厚度一般為0.03?m左右，僅為復(fù)合內(nèi)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(dāng)前社會(huì)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(jié)構(gòu)圖，左邊為真空鍍鋁紙的正面結(jié)構(gòu)圖，為鍍鋁層面;右邊為真空鍍鋁紙的反面結(jié)構(gòu)圖，為原紙的纖維結(jié)構(gòu)面。反面結(jié)構(gòu)圖中的纖維結(jié)構(gòu)與復(fù)合內(nèi)襯紙的反面纖維結(jié)構(gòu)類似，而由正面結(jié)構(gòu)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(guò)這些針孔進(jìn)行擴(kuò)散和滲透，這使得真空鍍鋁紙的阻隔性能較復(fù)合內(nèi)襯紙差。
圖3所示為涂布內(nèi)襯紙的SEM結(jié)構(gòu)圖，左邊為涂布內(nèi)襯紙的正面結(jié)構(gòu)圖，為涂布層面;右邊為涂布內(nèi)襯紙的反面結(jié)構(gòu)圖，為原紙的纖維結(jié)構(gòu)面。涂布內(nèi)襯紙一般在原紙表面涂布具阻隔性能的材料，達(dá)到防止空氣、水分子、致香成分的擴(kuò)散和滲透的目的。隨著食品行業(yè)內(nèi)綠色、環(huán)保、無(wú)添加等概念受到消費(fèi)者的日益重視，涂布內(nèi)襯紙也由于其無(wú)鋁可降解、安全性高等優(yōu)點(diǎn)得到重視和使用。由正面結(jié)構(gòu)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(luò)也可見(jiàn)，這是由于涂層較薄所致，這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得涂布內(nèi)襯紙的阻隔性能較復(fù)合內(nèi)襯紙差。
2.2 不同類型內(nèi)襯紙的防潮保香性檢測(cè)
利用透濕性測(cè)試儀，通過(guò)檢測(cè)不同類型內(nèi)襯紙的水蒸氣和乙醇透過(guò)率，可以對(duì)不同類型內(nèi)襯紙的防潮保香性進(jìn)行了定量對(duì)比研究。
表1所示為不同類型內(nèi)襯紙的水蒸氣和乙醇透過(guò)率比較，從表1中的數(shù)據(jù)可知，復(fù)合內(nèi)襯紙對(duì)水分和乙醇的阻隔性能最好，復(fù)合內(nèi)襯紙復(fù)合的鋁箔厚度較大，水分和乙醇分子無(wú)法擴(kuò)散或者滲透過(guò)鋁層。而真空鍍鋁紙由于轉(zhuǎn)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(guò)鋁層進(jìn)行擴(kuò)散，其水蒸氣和乙醇透過(guò)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(fù)合內(nèi)襯紙稍差。涂布內(nèi)襯紙的水蒸氣和乙醇透過(guò)率分別為823.24和738.15g/m2×24h，這主要是由于對(duì)原紙進(jìn)行涂布時(shí)使用的丙烯酸酯類共聚物乳液經(jīng)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(yuǎn)大于金屬原子間的間隙，所以相對(duì)于復(fù)合內(nèi)襯紙和真空鍍鋁紙，水分和乙醇分子較易通過(guò)涂布內(nèi)襯紙進(jìn)行擴(kuò)散。從水蒸氣和乙醇透過(guò)率的檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，復(fù)合內(nèi)襯紙的阻隔性能最好，真空鍍鋁紙和涂布內(nèi)襯紙稍差。
2.3 涂布內(nèi)襯紙卷煙樣品的含水率檢測(cè)和感官質(zhì)量鑒定
在實(shí)際應(yīng)用中，食品或被包裝物品在使用內(nèi)襯紙進(jìn)行包裝后，往往還要進(jìn)行外包裝的處理，因此，對(duì)內(nèi)襯紙的阻隔性能可結(jié)合整體包裝進(jìn)行探討。復(fù)合內(nèi)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(nèi)襯紙結(jié)合商標(biāo)紙和透明包裝膜形成的整體包裝可對(duì)卷煙煙支進(jìn)行有效保護(hù)，確保其品質(zhì)在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。為研究涂布內(nèi)襯紙的實(shí)際使用效果，對(duì)涂布內(nèi)襯紙也進(jìn)行了上機(jī)包裝試制，制得卷煙樣品，并對(duì)卷煙樣品的含水率進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖4，橫坐標(biāo)為跟蹤測(cè)量時(shí)間，縱坐標(biāo)為卷煙樣品的煙絲含水率。可見(jiàn)，在長(zhǎng)達(dá)20個(gè)月的儲(chǔ)存時(shí)間內(nèi)，煙絲含水率變化不大。而感官質(zhì)量鑒定結(jié)果認(rèn)為，與采用復(fù)合內(nèi)襯紙的正常卷煙樣品對(duì)比，采用涂布內(nèi)襯紙的卷煙樣品經(jīng)兩年存放后，煙支無(wú)霉變情況，沒(méi)有外源性氣息，香氣量仍保持較好�？梢�(jiàn)，涂布內(nèi)襯紙的阻隔性能雖然較復(fù)合內(nèi)襯紙和真空鍍鋁紙差，但實(shí)際應(yīng)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(jié)語(yǔ)
本文對(duì)不同類型內(nèi)襯紙的表面結(jié)構(gòu)和防潮保香性進(jìn)行了系統(tǒng)表征和研究，結(jié)果表明，復(fù)合內(nèi)襯紙表面覆蓋致密鋁層、真空鍍鋁紙轉(zhuǎn)移鍍鋁層、涂布內(nèi)襯紙經(jīng)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(kuò)散和滲透。而透過(guò)率實(shí)驗(yàn)表明，復(fù)合內(nèi)襯紙對(duì)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(nèi)襯紙阻隔性能稍差。在實(shí)際應(yīng)用中，由于外包裝的協(xié)同作用，復(fù)合內(nèi)襯紙、真空鍍鋁紙和涂布內(nèi)襯紙的使用效果都能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。
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