劉文婷 蔡 冰 程占剛 賈偉萍 閆愛華 褚 瑋 吳 凱 馮年捷 王 磊

(1. 湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430040；2. 湖北工業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院，湖北 武漢 430068)

煙用接裝紙是卷煙產(chǎn)品的主要材料之一，其作用是將濾嘴和煙支牢固地接裝在一起[1]。近年來，由于消費(fèi)者對(duì)卷煙外觀的日益關(guān)注，卷煙企業(yè)對(duì)煙用接裝紙的功能不再僅僅局限于外包裝，而是更加注重?zé)熡媒友b紙的裝飾性與印刷美觀性等指標(biāo)要求[2-3]。因而，用于卷煙材料的接裝紙逐漸多樣化，接裝紙類型由普通型拓展到燙金、珠光、鐳射覆膜等多種類型[4]。新工藝、新材料在接裝紙上的廣泛應(yīng)用，在增強(qiáng)接裝紙美觀性的同時(shí)，表面性能也發(fā)生了變化，使接裝紙的吸膠性有較大差異，從而產(chǎn)生了上機(jī)適應(yīng)性的問題，造成煙支濾嘴端翹邊、粘連等關(guān)鍵性技術(shù)問題[5]。

然而，絕大多數(shù)企業(yè)在判斷上機(jī)適用性好壞方面仍然依靠自身經(jīng)驗(yàn)，采用直接上機(jī)試驗(yàn)，然后根據(jù)問題反饋再進(jìn)行改進(jìn)[6]。如何衡量接裝紙的上機(jī)適應(yīng)性未有全面、準(zhǔn)確和關(guān)鍵性的特性指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)與分析，缺乏系統(tǒng)的理論數(shù)據(jù)支持，導(dǎo)致無法對(duì)上機(jī)適應(yīng)性問題進(jìn)行預(yù)判和解決。接裝紙的上機(jī)適應(yīng)性受接裝紙表面性能影響較大，尤其是接裝紙表面的吸濕特性[7]。因此，本試驗(yàn)擬通過分析可勃值、滲透時(shí)間、接觸角和紅外光譜，評(píng)價(jià)接裝紙的吸濕性能，同時(shí)建立吸濕性能與剝離力的關(guān)系，制訂出相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方法，以期解決接裝紙翹邊、粘連等上機(jī)適應(yīng)性技術(shù)問題。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

普紙(H1)、轉(zhuǎn)移紙(H2、H3、H4)、防滲轉(zhuǎn)移紙(H5、H6)：湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，室溫避光保存，并規(guī)定印刷面為正面，未印刷面為反面；

膠黏物：水性聚氨酯，固形物含量63.9%，密度1.07 mg/mL，湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供，4 ℃冷藏；

其他化學(xué)品：分析純，國藥化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

質(zhì)構(gòu)儀：TA.XT puls型，英國Stable Micro System公司；

可勃(Cobb)吸水儀：ZB-COBB125型，杭州紙邦自動(dòng)化技術(shù)有限公司；

接觸角測(cè)量儀：JC2000C1型，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司；

傅里葉變換紅外(FTIR)光譜儀：Nicolet 750型，美國Thermo Fisher Nicolet公司。

1.2 方法

1.2.1 剝離力 采用質(zhì)構(gòu)儀，配備P100探頭，在25 ℃條件下，測(cè)定接裝紙的剝離力。事先在接裝紙上滴加膠黏物，膠黏物用量0.01 g，并通過熱敏膠帶固定接裝紙。質(zhì)構(gòu)儀探頭輕壓，隨后勻速剝離，自動(dòng)記錄剝離力。

1.2.2 可勃值 采用Cobb吸水儀，測(cè)量接裝紙的Cobb值，記錄接裝紙吸水前后質(zhì)量變化。Cobb值為單位面積吸水質(zhì)量。

1.2.3 滲透時(shí)間 根據(jù)文獻(xiàn)[8]測(cè)定接裝紙的滲透時(shí)間。

1.2.4 接觸角 根據(jù)文獻(xiàn)[9]測(cè)定接裝紙接觸角。本試驗(yàn)采用超純水和二碘甲烷為檢測(cè)液體。

1.2.5 紅外光譜 采用FTIR光譜儀，配備ID5衰減全反射附件，檢測(cè)接裝紙的紅外特征吸收峰。紅外光譜波長采集范圍為4 000～400 cm-1，以空氣作為空白扣除。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采取3組平行試驗(yàn)，取平均值，繪制圖形。利用Origin 8.0軟件，線性擬合關(guān)系曲線，并做誤差分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 剝離力

模擬實(shí)際生產(chǎn)過程，采用接裝紙正面與反面粘連，測(cè)得剝離力見圖1(a)。普紙H1的剝離力最大，為10.2 N，防滲轉(zhuǎn)移紙H5和H6的剝離力較小，分別為3.7，3.0 N，與實(shí)際生產(chǎn)過程一致，即較普紙，防滲轉(zhuǎn)移紙易發(fā)生翹邊、粘不牢等上機(jī)適應(yīng)性問題。防滲轉(zhuǎn)移紙的表面涂層具有疏水性，降低了接裝紙的吸濕性能，影響了膠黏物的吸收，從而造成上述上機(jī)適應(yīng)性問題[10]。

分別研究接裝紙正面與正面、反面與反面粘連后的剝離力，并和正面與反面的剝離力比較，見圖1(b)。無論是普紙、轉(zhuǎn)移紙還是防滲轉(zhuǎn)移紙，正面與正面的剝離力相似，且均較小。但3種接裝紙反面與反面的剝離力存在差異，且均較大。由此不難推測(cè)，接裝紙的上機(jī)適應(yīng)性問題，與其反面的表面性能關(guān)系較大。

圖1 接裝紙的剝離力

2.2 吸濕特性

圖2(a)為接裝紙反面的Cobb值。Cobb值越大，接裝紙的吸濕性能越好。普紙(H1)的Cobb值較大，達(dá)到38.6 g/m2。轉(zhuǎn)移紙(H2、H3、H4)和防滲轉(zhuǎn)移紙(H5、H6)的Cobb值相似，且均<32.5 g/m2。接裝紙反面的滲透時(shí)間見圖2(b)。滲透時(shí)間越小，接裝紙的吸濕性能越好。普紙H1的滲透時(shí)間較短，為639 s。轉(zhuǎn)移紙和防滲轉(zhuǎn)移紙的滲透時(shí)間相似，且均>797 s。由圖2(a)、(b)可知，普紙吸濕性能較好。

圖2(c)為接裝紙的接觸角。采用雙溶劑體系，即通過超純水和二碘甲烷分別測(cè)定接裝紙的接觸角。接觸角越小，接裝紙的吸濕性能越好。對(duì)極性溶劑超純水而言，普紙、轉(zhuǎn)移紙和防滲轉(zhuǎn)移紙的正面接觸角較大，且相似，分布在61°～74°；對(duì)非極性溶劑二碘甲烷而言，普紙、轉(zhuǎn)移紙和防滲轉(zhuǎn)移紙的正面接觸角較小，且相似，分布在11°～21°。根據(jù)相似相溶原理，上述數(shù)據(jù)說明，接裝紙表面涂層為非極性，有利于非極性溶劑膠黏物吸收。無論是超純水還是二碘甲烷，普紙和轉(zhuǎn)移紙的反面接觸角均小于正面接觸角[圖2(c)]，即接裝紙反面的吸濕性能較好。然而，防滲轉(zhuǎn)移紙的反面接觸角均較大，對(duì)超純水分別可達(dá)83°，85°，對(duì)二碘甲烷分別為55°，57°。防滲轉(zhuǎn)移紙反面較大的接觸角可能與其防滲涂層有關(guān)[11]。

2.3 紅外譜圖

圖3(a)為接裝紙正面的紅外譜圖。普紙、轉(zhuǎn)移紙和防滲轉(zhuǎn)移紙的正面具有相似紅外吸收峰：① 2 990 cm-1處為甲基或亞甲基上C—H伸縮振動(dòng)吸收峰；② 1 430 cm-1為芳香環(huán)骨架振動(dòng)與C—H平面內(nèi)構(gòu)型轉(zhuǎn)變的協(xié)同作用吸收峰；③ 1 370 cm-1為脂肪族CH3上C—H的伸縮振動(dòng)吸收峰。其中，僅普紙具有木質(zhì)纖維特征吸收峰[12]：① 3 430 cm-1為多糖O—H伸縮振動(dòng)吸收峰；② 1 030，853 cm-1分別為木質(zhì)素芳環(huán)C—H的平面構(gòu)型轉(zhuǎn)變和立體構(gòu)型轉(zhuǎn)變吸收峰。轉(zhuǎn)移紙和防滲轉(zhuǎn)移紙具有不飽和鍵特征吸收峰[13]：① 1 720，1 270，1 170 cm-1為非共軛酮、羧基和酯鍵上的C═O伸縮振動(dòng)吸收峰；② 987 cm-1為—CH═CH—立體構(gòu)型轉(zhuǎn)變吸收峰。上述數(shù)據(jù)說明，普紙正面纖維得到了更好的暴露，大量O—H使其具有較好的吸濕性；而轉(zhuǎn)移紙和防滲轉(zhuǎn)移紙正面，由于涂層中大量C═O和C═C鍵的存在，使其具有疏水性。

圖2 接裝紙的吸濕特性

圖3 接裝紙的紅外譜圖

圖3(b)為接裝紙反面的紅外圖譜。普紙、轉(zhuǎn)移紙和防滲轉(zhuǎn)移紙的反面具有相似紅外吸收峰：① 3 430 cm-1為O—H伸縮振動(dòng)吸收峰；② 2 990 cm-1處為甲基或亞甲基上C—H伸縮振動(dòng)吸收峰；③ 1 430 cm-1為芳香環(huán)骨架振動(dòng)與C—H平面內(nèi)構(gòu)型轉(zhuǎn)變的協(xié)同作用吸收峰；④ 1 328 cm-1為苯環(huán)5號(hào)位縮合的吸收峰；⑤ 1 225，1 170 cm-1為C═O吸收峰；⑥ 1 141，1 030，853 cm-1分別為芳環(huán)C—H的平面構(gòu)型轉(zhuǎn)變和立體構(gòu)型轉(zhuǎn)變吸收峰。上述數(shù)據(jù)說明，3種接裝紙反面均存在親水性官能團(tuán)，使其具有較好吸濕性。

2.4 剝離力與吸濕性的關(guān)系

由表1可知，剝離力與接裝紙反面的Cobb值正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)為0.987，即Cobb值越大，剝離力越大；剝離力與接裝紙反面的滲透時(shí)間負(fù)相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)為0.997，即滲透時(shí)間越短，剝離力越大；剝離力與超純水在接裝紙反面的接觸角負(fù)相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)為0.757，即接觸角越小，剝離力越大。由此可見，剝離力與接裝紙的吸濕性關(guān)系較大，吸濕性越好，剝離力越大。

表1 剝離力與吸濕性的關(guān)系

3 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，接裝紙吸濕性(Cobb值、滲透時(shí)間和接觸角)與剝離力之間具有較好的線性相關(guān)性，接裝紙翹邊、粘連等上機(jī)適應(yīng)性問題的產(chǎn)生是由于其表面疏水性涂層所引起，且反面(非印刷面)比正面(印刷面)的影響更為顯著。通過進(jìn)一步改進(jìn)檢測(cè)方法，有望實(shí)現(xiàn)針對(duì)接裝紙上機(jī)適應(yīng)性問題快速、簡單和準(zhǔn)確的預(yù)判斷。