鍍鋁接裝紙上機(jī)適應(yīng)性能表征及應(yīng)用研究

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(chǎng)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?jiān)谥屑?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(rùn)濕性能,包括靜態(tài)潤(rùn)濕性能和動(dòng)態(tài)潤(rùn)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(cè)樣品表面時(shí),固、液、氣三相交點(diǎn)的氣/液接觸面的切線與被測(cè)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(píng)價(jià)鍍鋁接裝紙的表面潤(rùn)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(duì)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(cè)量?jī)x（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(cè)試

按照YC/T 424-2011《煙用紙表面潤(rùn)濕性能的測(cè)定接觸角法》試驗(yàn)方法使用Attension光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試其接觸角[2]。測(cè)試方法為座滴法,使用測(cè)試液體為去離子水,液滴體積為4μL,數(shù)據(jù)計(jì)算方法為楊拉普拉斯法。每個(gè)樣品測(cè)試印刷面及非印刷面,每個(gè)測(cè)試面測(cè)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(gè)接觸角數(shù)據(jù),總計(jì)時(shí)長(zhǎng)5秒。每隔0.2秒計(jì)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?jiān)谕慌_(tái)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(píng)價(jià)

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(píng)價(jià)

根據(jù)GB/T 22838.12-2009的要求,對(duì)卷煙外觀質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 鍍鋁接裝紙?jiān)u價(jià)

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(rùn)濕性能、上機(jī)適應(yīng)性能兩個(gè)方面入手對(duì)兩款鍍鋁接裝紙進(jìn)行剖析。

2.1.1 表面潤(rùn)濕性能評(píng)價(jià)

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(rùn)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(duì)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(shí)間約為1s,因此前2s時(shí)間是接裝質(zhì)量的關(guān)鍵。以0.2s為時(shí)間間隔,計(jì)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(shì)如圖2,前2s時(shí)間內(nèi)鍍鋁接裝紙B吸水速率均高于鍍鋁接裝紙A。同時(shí),對(duì)兩款接裝紙?jiān)堃策M(jìn)行了接觸角的測(cè)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(duì)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(shì)圖

圖3 原紙a和原紙b印刷面與非印刷面接觸角對(duì)比

2.1.2 上機(jī)適應(yīng)性及煙支外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)

鍍鋁接裝紙A及鍍鋁接裝紙B的卷接過程評(píng)價(jià)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(rùn)濕性能及吸水速率。通過對(duì)鍍鋁接裝紙A和B的接觸角的測(cè)量可知,鍍鋁接裝紙A非印刷面的潤(rùn)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(shí)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(shí),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(duì)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?jiān)埖姆治?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(rùn)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(rùn)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(duì)改進(jìn)樣A1及改進(jìn)樣A2非印刷面進(jìn)行接觸角測(cè)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(rùn)濕性能有顯著提升。其中,改進(jìn)樣A2潤(rùn)濕性能優(yōu)于改進(jìn)樣A1。由圖5可以看到前2s時(shí)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(duì)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(shì)圖

將兩款改進(jìn)樣品于相同時(shí)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(rùn)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(shí)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。可見,除了非印刷面潤(rùn)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(duì)正常鍍鋁接裝紙與缺陷鍍鋁接裝紙表面潤(rùn)濕性能及其隨時(shí)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(duì)鍍鋁接裝紙非印刷面潤(rùn)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(duì)接裝紙非印刷面潤(rùn)濕性能高低的評(píng)價(jià)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)。