彩色卷烟纸色素微胶囊制备的研究

王 磊王凤兰谢益民张 智，*

（1．湖北工业大学制浆造纸工程学院，湖北武汉，430068；2．湖北中烟技术中心重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室，湖北武汉，430040）

·彩色微胶囊·

彩色卷烟纸色素微胶囊制备的研究

王 磊1王凤兰2谢益民1张 智1，*

（1．湖北工业大学制浆造纸工程学院，湖北武汉，430068；2．湖北中烟技术中心重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室，湖北武汉，430040）

实验以聚乙烯醇（PVA）为囊壁材料，色素为芯材，硫酸钠、硼酸钠溶液为凝聚液，采用界面聚合法制备彩色卷烟纸色素微胶囊。实验结果表明，聚乙烯醇的浓度为8．0%～10．0%，油相为色拉油，水相与油相比例为1∶2，乳化剂浓度为3．0%，搅拌速度为1000 r/min时，制备的微胶囊可以达到彩色卷烟纸色素微胶囊色泽稳定性的要求。

彩色卷烟纸；微胶囊；聚乙烯醇；扫描电镜

卷烟纸通常是白色的，随着卷烟消费的升级和包装业的发展，市场需要有打破常规的包装，能够带来强烈的个性特征和视觉中击力，给人一种新的感觉，激发购买的欲望［1﹣3］。在国外，彩色卷烟纸已受到越来越多抽烟者的喜爱。而在国内，为了适应市场的需求，拓宽彩色卷烟纸的应用，使香烟成为时尚性消费品。制备彩色纸张有多种途径，但彩色卷烟纸对纸张的制备有更高的要求，如不能影响其口味，不能带入有毒有害的物质，且色素不能溶出和外观色泽稳定等。天然染料具有与生态环境的相容性好、可生物降解、无毒等优点，且卷烟纸纤维经染色后具有自然的色泽和香味。但天然染料在应用中存在诸多问题，其中染色色牢度较差是较为突出的问题，尤其是日晒色牢度的稳定性较差。

微胶囊技术始于20世纪30年代，美国的Wurs﹣ter最早用物理方法制备了微胶囊。到20世纪70年代，微胶囊技术日逐成熟，应用范围逐渐扩大，今天它已从最初的药物包覆和无碳复写扩展到了医药、食品、烟草、日用化学品、肥料、化工等诸多领域［4﹣6］。微胶囊技术是微量物质包裹在聚合物薄膜中的技术，是一种储存固体、液体、气体的微型包装技术［7﹣9］。具体来说是指将某一目的物（芯或内相）用各种天然的或合成的高分子聚合物连续薄膜（壁或外相）完全包覆起来，而对目的物的原有化学性质丝毫无损，然后逐渐地通过某些外部刺激或缓释作用使目的物的功能再次在外部呈现出来，或者依靠囊壁的屏蔽作用起到保护芯材的作用［10﹣11］。

本研究是选取聚乙烯醇为囊壁材料，以色素为芯材；以硫酸钠、硼酸钠溶液为凝聚液；用界面聚合法制备彩色卷烟纸色素微胶囊，其色泽稳定，可弥补现有彩色卷烟纸产品存在色牢度较差（易褪色）的缺陷，对于开发新型彩色卷烟纸产品有一定的作用。

1 实验原料与方法

1.1 实验原料与仪器

黄色油溶色素（湖北中烟集团提供）、聚乙烯醇（1750）、硫酸钠、硼砂、span80（山梨醇酐单油酸酯）等（国药集团）。

体视显微镜（日本Olympus公司），激光粒度仪（Mastersizer 2000），紫外光耐候试验箱（南京环科实验设备有限公司），扫描电镜（日本电子JSM﹣6510）、磁力搅拌器（德国IKA公司）等。

1.2 微胶囊制备方法

将聚乙烯醇用热水配制成不同浓度的溶液，取一定量的色素溶入聚乙烯醇溶液中，分别以液体石蜡和色拉油为乳液油相；将聚乙烯醇色素溶液加入到油相，并加入一定量的span80为乳化剂，在一定速度下搅拌制备乳液（Ⅰ）。乳液（Ⅰ）是油包水型的乳液，聚乙烯醇色素溶液以小液珠的状态存在于乳液（Ⅰ）中。将35 g硫酸钠和2 g硼酸钠溶入100mL的水中配制成凝聚液，分别以液体石蜡和色拉油为乳液油相；将凝聚液加入到油相中，加入一定量的span80为乳化剂，在一定速度下搅拌制备乳液（Ⅱ）。在一定的搅拌速度下将乳液（Ⅰ）加入到乳液（Ⅱ）中使聚乙烯醇凝聚成膜，从而使色素液珠被包覆起来成为彩色卷烟纸色素微胶囊。

实验研究了聚乙烯醇浓度、油相的选择、水相油相比、乳化剂浓度、搅拌速度等影响因素对色素微胶囊的成形和形态的影响，并对制备的色素微胶囊进行紫外光耐侯性实验，研究色素微胶囊的色泽稳定性。

2 结果与讨论

2.1 聚乙烯醇浓度对色素微胶囊制备的影响

以浓度2．0%、4．0%、6．0%、8．0%、10．0%的聚乙烯醇溶液为壁材制备微胶囊。实验发现聚乙烯醇浓度为2．0%、4．0%时，制备的乳液较难以形成稳定的乳液，通过显微镜观察发现，乳液中形成的液珠粒径分布较大，在与硫酸钠和硼酸钠反应形成色素微胶囊时，形成的色素微胶囊强度较小容易破裂。浓度6．0%、8．0%、10．0%的聚乙烯醇溶液所形成的色素微胶囊强度较好，且粒径分布较窄。其中浓度8．0%、10．0%的聚乙烯醇溶液制备的色素微胶囊强度较好，粒径分布窄。实验结果见表1、图1。

表1 聚乙烯醇浓度对色素微胶囊制备的影响

图1 聚乙烯醇浓度对乳液中微胶囊粒径的影响

表2 油相种类对乳液的影响

2.2 油相的选择

分别以正己烷、液体石蜡、大豆色拉油为乳液油相来配制乳液。实验发现，以乙酸乙酯为油相配制的乳液不稳定，很快分为两层，且乙酸乙酯挥发太快难以回收。以液体石蜡为油相配制的乳液非常稳定，但乳液黏度太大，反应后生成的色素微胶囊会分散于乳液中难以收集。用色拉油为乳液油相来配制乳液，能形成较为稳定的乳液，且反应后的乳液在一定时间后可以分层，生成的色素微胶囊分布于水层便于收集，油水分离后油层的油相还可以重复使用。因此制备乳液所需油相使用色拉油。结果见表2。图2所示为分别以乙酸乙酯和色拉油为油相的乳液状态。

2.3 水相油相比对乳液的影响

被包覆物形成微液滴时才能使其被包覆形成微胶囊。因此，将水性的色素芯材与油性物质相混合并形成稳定乳液，需要选择合适的水相油相比使色素芯材在乳液中呈均匀的液滴。实验中分别选取水相油相比为1∶5、1∶4、1∶3、1∶2、1∶1来配制反应乳液。实验结果发现，当水相油相比为1∶5、1∶4时，停止搅拌后乳液上层出现油层的现象，说明油相比例过大。水相油相比为1∶3、1∶2可制成稳定的乳液。当水相油相比为1∶1时，乳液中的水相会出现未完全被油相包覆的现象，造成部分芯材的渗出。综合上述实验结果，水相油相比为1∶2较适宜。实验结果见表3。

2.4 乳化剂浓度对色素微胶囊的影响

随着芯材比例的增加，包埋率逐渐降低。这主要是由于芯材含量过高，乳化稳定性也变得更差，同时在有限的壁材条件下液滴成膜困难，难以包覆。由于乳化剂的用量对乳液中色素芯材的液滴大小、乳液的稳定性和黏度都有一定程度的影响。实验中使用油包水型的乳化剂span80。保持其他条件不变，随着乳化剂用量的增加，微胶囊平均粒径减小。实验选取乳化剂浓度为1．0%、2．0%、3．0%、4．0%、5．0%来制备乳液。实验结果表明，乳化剂浓度为3．0%时较为适宜，乳化剂浓度过小，乳液不稳定易分层，芯材液珠粒径分布大。乳化剂浓度过大，乳液黏度过大反应不完全，产物不容易分离。实验结果见表4。

2.5 搅拌速度对色素微胶囊的影响

色素微胶囊粒径要适宜，粒度太小会导致色素微胶囊的总面积变大，反而会使得其释放速率变快。搅拌速度影响反应乳液中液滴的大小、形态和色素微胶囊壁形成的速度，直接影响生成的色素微胶囊的大小、形态和强度。考察搅拌速度对产物微胶囊的影响，搅拌速度分别选取600、800、1000、1200 r/min。搅拌反应15min。实验结果表明，搅拌速度为1000 r/min时较为适宜。具体结果见表5。

同时，在扫描电镜下观察制备的色素微胶囊形态，见图3。由图3可知，采用聚乙烯醇为壁材制备的微胶囊，分散均匀、粒径适宜，达到了彩色卷烟纸色素微胶囊的理化指标。

图2 不同油相的乳液状态

表3 水相油相比对乳液的影响

表4 乳化剂浓度对色素微胶囊的影响

表5 搅拌速度对色素微胶囊的影响

图3 色素微胶囊扫描电镜图

2.6 紫外光对色素微胶囊色泽稳定性的影响

对制备的彩色卷烟纸色素微胶囊进行紫外光耐候性实验，以检验色素微胶囊的色泽稳定性，验证色素微胶囊的抗氧化性能。实验结果如表6所示。表6的结果表明，天然色素微胶囊化后，其抗氧化性能和色泽稳定性明显提高，当紫外线照射8 h时，ΔE为2．18，达到了彩色卷烟纸色素微胶囊色泽稳定性的要求（ΔE≤3．0，8 h内）。

表6 紫外光对微胶囊色泽稳定性的影响

3 结 论

以聚乙烯醇（PVA）作为囊壁材料，色素为芯材，硫酸钠、硼酸钠溶液为凝聚液，采用界面聚合法制备彩色卷烟纸色素微胶囊。实验结果表明，聚乙烯醇的浓度为8．0%～10．0%，油相为色拉油，水相与油相比例为1∶2，乳化剂浓度为3．0%，搅拌速度为1000 r/mim时，制备的色素微胶囊达到了彩色卷烟纸色素微胶囊色泽稳定性的要求。

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（责任编辑：马 忻）

Preparation of M icrocapsule for Color Cigarette Paper

WANG Lei1WANG Feng﹣lan2XIE Yi﹣min1ZHANG Zhi1，*
（1．School of Pulp&Papet Making Engineeting，Hubei Univetsity of Technology，Wuhan，Hubei Ptovince，430068；2．Hubei Key Lab of Applied Reseatch Institute of Reconstituted Tobacco，Technology Centet of Hubei Tobacco，Wuhan，Hubei Ptovince，430040）（*E﹣mail：zzz95212@163．com）

Themicrocapsule using for color cigarette paper was preparaed by interfacial polymerization，polyvinyl alcohol was used as wall﹣material，colouring agentwas core﹣material，Na2SO4and Na2B4O7were agglomerate solution．The research results showed that themicrocap﹣sule productwith brilliant color and suspension stability was prepared under the following conditions：the concentration of polyvinyl alcohol was 8．0%～10．0%，oil phase was salad oil，the ratio of water phase to oil phase was 1∶2，the concentration of emulsifying agent was 3．0%，agitation speed was 1000 rpm．

color cigarette paper；microcapsule；polyvinyl alcohol；scan electronmicroscopy

王 磊先生，在读博士研究生；主要从事植物纤维资源化学与烟草薄片方面的研究。

TS727+．7

A

0254﹣508X（2015）09﹣0027﹣04

2015﹣05﹣12（修改稿）

国家自然科学基金资助项目（31070521，30901140）。

*通信作者：张 智先生，E﹣mail：zzz95212@163．com。