陳 欣,黃華發(fā)

（福建中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,福建 廈門 361021）

鍍鋁接裝紙是近年來興起的一種新型接裝紙,其通過真空蒸鍍將金屬鋁層復(fù)合到接裝原紙表面,再進(jìn)行油墨印刷、激光打孔等后續(xù)加工制作而成,表面呈現(xiàn)金屬光澤,具有較強(qiáng)的視覺沖擊效果。鍍鋁接裝紙兼顧了包裝與裝飾功能,得到了市場和消費(fèi)者的青睞,但因其印刷工藝復(fù)雜,采用鍍鋁接裝紙卷制卷煙容易出現(xiàn)泡皺、漏氣等質(zhì)量問題。特別是隨著鍍鋁接裝紙在中細(xì)支卷煙產(chǎn)品的應(yīng)用不斷增多,提升鍍鋁接裝紙上機(jī)適應(yīng)性能日益迫切。

接觸角是表面科學(xué)的重要參數(shù)之一,用于表征液體在固體表面的潤濕性能,包括靜態(tài)潤濕性能和動態(tài)潤濕性能[1-2]。根據(jù)煙草行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 424-2011的定義,接觸角是指在液滴接觸被測樣品表面時,固、液、氣三相交點(diǎn)的氣/液接觸面的切線與被測樣品表面形成的夾角（θ）[3]。目前,接觸角法廣泛應(yīng)用于各類材料的表面性能研究,特別是造紙行業(yè)[4-6]。本文通過嘗試接觸角法評價鍍鋁接裝紙的表面潤濕性能,分析卷煙異常質(zhì)量問題成因并提出改進(jìn)方案,為提高卷煙卷接質(zhì)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

選用由A、B兩家供應(yīng)商提供的同一款鍍鋁接裝紙（鍍鋁接裝紙A、鍍鋁接裝紙B）及對應(yīng)兩款原紙（原紙a、原紙b）,兩款改進(jìn)鍍鋁接裝紙（改進(jìn)樣A1、改進(jìn)樣A2）（詳情見表1）,去離子水（自制）,接裝膠（某化學(xué)有限公司）。

表1 鍍鋁接裝紙主要信息

Attension光學(xué)接觸角測量儀（瑞典Biolin公司）,ZJ17卷煙機(jī)（常德煙機(jī)廠）。

1.2 方法

1.2.1 接觸角測試

按照YC/T 424-2011《煙用紙表面潤濕性能的測定接觸角法》試驗(yàn)方法使用Attension光學(xué)接觸角測量儀測試其接觸角[2]。測試方法為座滴法,使用測試液體為去離子水,液滴體積為4μL,數(shù)據(jù)計算方法為楊拉普拉斯法。每個樣品測試印刷面及非印刷面,每個測試面測試3組平行樣,取平均值。數(shù)據(jù)采集從0秒開始,每隔0.07秒,記錄一個接觸角數(shù)據(jù),總計時長5秒。每隔0.2秒計算接觸角的變化值[6]。

1.2.2 煙支卷制

確保煙絲、濾棒、卷煙紙、接裝膠及其他相關(guān)因素不變,采用上述鍍鋁接裝紙在同一臺ZJ17卷煙設(shè)備上以相同的設(shè)備運(yùn)行條件進(jìn)行煙支卷制試驗(yàn)。

1.2.3 上機(jī)適應(yīng)性評價

在卷接過程中,記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障停機(jī)次數(shù)、設(shè)備調(diào)整參數(shù)及卷制過程接裝紙狀態(tài)。

1.2.4 煙支外觀質(zhì)量評價

根據(jù)GB/T 22838.12-2009的要求,對卷煙外觀質(zhì)量進(jìn)行評價。

2 結(jié)果與討論

2.1 鍍鋁接裝紙評價

公司現(xiàn)有一款細(xì)支鍍鋁接裝紙產(chǎn)品,分別由A、B兩家供應(yīng)企業(yè)提供。從表面潤濕性能、上機(jī)適應(yīng)性能兩個方面入手對兩款鍍鋁接裝紙進(jìn)行剖析。

2.1.1 表面潤濕性能評價

從圖1中可見,鍍鋁接裝紙A印刷面及非印刷面接觸角均比鍍鋁接裝紙B高,即潤濕性較差。兩款產(chǎn)品印刷面5s內(nèi)的接觸角幾乎不變,因此重點(diǎn)考察接裝紙非印刷面的接觸角。對于直接接觸接裝膠的接裝紙非印刷面,鍍鋁接裝紙A接觸角均值達(dá)到101.9°,遠(yuǎn)高于鍍鋁接裝紙B。由于ZJ17卷煙機(jī)從接裝紙上膠到進(jìn)入搓板到搓接完成所需時間約為1s,因此前2s時間是接裝質(zhì)量的關(guān)鍵。以0.2s為時間間隔,計算5s內(nèi)接觸角變化角度,接觸角變化角度越大,接裝紙吸水速率越快[7]。鍍鋁接裝紙A及鍍鋁接裝紙B變化趨勢如圖2,前2s時間內(nèi)鍍鋁接裝紙B吸水速率均高于鍍鋁接裝紙A。同時,對兩款接裝紙原紙也進(jìn)行了接觸角的測試（如圖3）。

圖1 鍍鋁接裝紙A及鍍鋁接裝紙B印刷面與非印刷面接觸角對比

圖2 鍍鋁接裝紙A及鍍鋁接裝紙B非印刷面接觸角變化趨勢圖

圖3 原紙a和原紙b印刷面與非印刷面接觸角對比

2.1.2 上機(jī)適應(yīng)性及煙支外觀質(zhì)量評價

鍍鋁接裝紙A及鍍鋁接裝紙B的卷接過程評價如表2所示,因鍍鋁接裝紙A上機(jī)適應(yīng)性能不佳引起的停機(jī)或泡皺等質(zhì)量問題次數(shù)遠(yuǎn)高于鍍鋁接裝紙B。

表2 鍍鋁接裝紙A及鍍鋁接裝紙B上機(jī)卷制情況

2.2 缺陷成因分析

煙支卷制過程中,使用的接裝膠為水基膠,其作用原理是通過接裝膠中水分的揮發(fā)形成膠膜來達(dá)到粘接效果。因此,接裝膠干燥速度與卷煙機(jī)上膠并完成搓接速度的匹配是保證接裝紙粘接性能的關(guān)鍵。而接裝膠干燥速度的快慢除與卷煙設(shè)備有關(guān)外,最重要的影響因素是接裝紙非印刷面的潤濕性能及吸水速率。通過對鍍鋁接裝紙A和B的接觸角的測量可知,鍍鋁接裝紙A非印刷面的潤濕性及前2s內(nèi)吸水速率均低于鍍鋁接裝紙B,在上膠后其無法在短時間內(nèi)吸收接裝膠中的水分,導(dǎo)致接裝膠干燥速度過慢[8]。當(dāng)進(jìn)入搓接過程時,接裝膠仍無法產(chǎn)生足夠的粘接強(qiáng)度,在外力作用下濾棒與接裝紙發(fā)生相對位移而出現(xiàn)泡皺問題。

2.3 改進(jìn)措施及效果分析

鍍鋁接裝紙由于表面采用了鋁層轉(zhuǎn)移及印刷等工藝,極易造成接裝紙正反兩面張力不均,必須進(jìn)行背涂處理。通過兩款接裝紙原紙的分析,可以發(fā)現(xiàn)鍍鋁接裝紙A非印刷面接觸角均高于原紙a,而鍍鋁接裝紙B非印刷面的接觸角與原紙b較為接近（圖1、圖3）。根據(jù)2.2缺陷成因分析,從改進(jìn)非印刷面潤濕性能及吸水速率出發(fā),提出兩種缺陷樣改進(jìn)方案：（1）維持原紙a不變,改進(jìn)背涂工藝,降低背涂液固含量,即提升鍍鋁接裝紙非印刷面的潤濕性能及吸水速率；（2）選用與鍍鋁接裝紙B相同的原紙b,其余原輔材料及印刷工藝不變。

對改進(jìn)樣A1及改進(jìn)樣A2非印刷面進(jìn)行接觸角測量（圖4）,接觸角均比鍍鋁接裝紙A非印刷面接觸角有大幅下降,潤濕性能有顯著提升。其中,改進(jìn)樣A2潤濕性能優(yōu)于改進(jìn)樣A1。由圖5可以看到前2s時間內(nèi)改進(jìn)樣A1非印刷面接觸角變化值高于改進(jìn)樣A2,但2.2s以后改進(jìn)樣A2接觸角變化值反而高于改進(jìn)樣A1。

圖4 改進(jìn)樣非印刷面接觸角對比

圖5 改進(jìn)樣A1及改進(jìn)樣A2非印刷面接觸角變化趨勢圖

將兩款改進(jìn)樣品于相同時間,相同設(shè)備條件下進(jìn)行卷制,結(jié)果見表3。雖然改進(jìn)樣A2非印刷面潤濕性能更好,但因其在2s內(nèi)接觸角變化角度低于改進(jìn)樣A1,其泡皺情況較鍍鋁接裝紙A有所改善,但不如改進(jìn)樣A1。反觀改進(jìn)樣A1雖后3s時間內(nèi)其變化角度小于改進(jìn)樣A2,但因前2s內(nèi)接觸角變化角度顯著,其卷制質(zhì)量相較鍍鋁接裝紙A有較大改善,也更優(yōu)于改進(jìn)樣A2?？梢?除了非印刷面潤濕性能應(yīng)在一定范圍,確保接裝紙非印刷面在前2s內(nèi)的吸水速率適宜,使膠水干燥速度與卷煙機(jī)搓接速度相匹配,是解決泡皺問題更關(guān)鍵的因素。

表3 改進(jìn)樣A1及改進(jìn)樣A2上機(jī)卷制情況

3 結(jié)論

通過接觸角法對正常鍍鋁接裝紙與缺陷鍍鋁接裝紙表面潤濕性能及其隨時間變化情況進(jìn)行分析,探索泡皺問題產(chǎn)生原因及改進(jìn)方案。針對鍍鋁接裝紙非印刷面潤濕性能及吸水速率兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行改進(jìn)。實(shí)際卷制效果說明,僅僅對接裝紙非印刷面潤濕性能高低的評價并不能完全衡量鍍鋁接裝紙上機(jī)適應(yīng)性能,而非印刷面在前2s內(nèi)吸水速率的匹配性則是更關(guān)鍵的因素。該方法將為企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中質(zhì)量問題的解決提供參考依據(jù)。