改善造紙法煙草基片松厚度的研究

溫洋兵 羅 沖 胡惠仁 王 亮 孫德平 姚元軍

(1．天津科技大學(xué)天津市制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，300457;2．湖北中煙技術(shù)研發(fā)中心黃鶴樓薄片應(yīng)用研究所，湖北武漢，430056)

改善造紙法煙草基片松厚度的研究

溫洋兵1羅 沖1胡惠仁1王 亮2孫德平2姚元軍2

(1．天津科技大學(xué)天津市制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，300457;2．湖北中煙技術(shù)研發(fā)中心黃鶴樓薄片應(yīng)用研究所，湖北武漢，430056)

研究了造紙法煙草基片生產(chǎn)過(guò)程中，煙梗漿與煙末漿比例、木漿和沉淀碳酸鈣 (PCC)用量對(duì)煙草基片松厚度和抗張強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，適宜的木漿添加比例約為20%;增加煙草漿中煙末漿的比例對(duì)基片的松厚度有利，但是對(duì)煙草基片的強(qiáng)度性能具有負(fù)面影響，煙草漿中適宜的煙末漿比例約為50%。

煙草基片;松厚度;木漿;煙梗漿;煙末漿;PCC

兩步法加工工藝是目前使用最為廣泛的造紙法煙草薄片生產(chǎn)技術(shù)，其方法為:先將煙梗、煙末、碎煙葉等煙草原料經(jīng)一定溫度的清水萃取后，將可溶萃取物與不溶物分離，抽提后的固形物經(jīng)造紙磨漿設(shè)備(盤(pán)磨機(jī)、高濃磨漿機(jī)等)磨制成煙草漿料，與部分木漿和填料等混合均勻后，由紙機(jī)抄造成煙草基片，可溶物萃取液經(jīng)加熱、真空濃縮后加料調(diào)制，利用表面施膠或涂布裝置回涂到煙草基片的表面上，經(jīng)過(guò)干燥、打片后制成煙草薄片。

松厚度是評(píng)價(jià)造紙法煙草基片質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)。煙草基片松厚度高，能夠改善煙草薄片在卷煙時(shí)的填充性以及卷煙燃燒時(shí)的燃燒性能，對(duì)降低一氧化碳等有害物質(zhì)的生成有利［1］。本實(shí)驗(yàn)主要對(duì)造紙法煙草基片生產(chǎn)中添加木漿用量、煙草漿中煙末漿的比例和沉淀碳酸鈣 (PCC)用量對(duì)煙草基片松厚度和抗張強(qiáng)度的影響進(jìn)行了研究，探索影響造紙法煙草基片松厚度的因素，為改善造紙法煙草薄片的質(zhì)量提供一定的技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

煙梗、煙末、針葉木漂白硫酸鹽漿、PCC均由湖北中煙責(zé)任有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 煙草漿的制備

煙梗原料在水溫為 (45±5)℃的條件下萃取1 h，固液分離后，固相物質(zhì)經(jīng)高濃磨漿機(jī)磨漿至打漿度為(25±2)°SR的煙梗漿備用;煙末原料在水溫為 (45±5)℃的條件下萃取1 h，固液分離后，固相物質(zhì)經(jīng)磨漿至打漿度為 (15±2)°SR的煙末漿備用。

1.2.2 煙草基片的抄造

將制好的煙草漿與一定比例的木漿、PCC混合，使用快速紙頁(yè)成形器抄造成定量為65 g/m2的煙草基片手抄片。

2 結(jié)果與討論

2.1 煙梗漿與煙末漿比例對(duì)煙草基片松厚度的影響

2.1.1 煙梗漿和煙末漿的纖維分析

卷煙下腳料煙梗、煙末是造紙法煙草基片的主要組成部分。煙梗漿和煙末漿的顯微鏡分析如圖1和圖2所示。從圖1可以看出，煙梗漿的纖維短而粗，細(xì)小組分和表皮細(xì)胞含量較多。煙梗作為卷煙企業(yè)的廢棄物，其主要成分是細(xì)胞壁物質(zhì)，包括纖維素、半纖維素、多糖、木素及少量的萜類和含N雜環(huán)等物質(zhì)，纖維含量少，雜細(xì)胞等含量較高［2-4］，采用機(jī)械法制漿后保留了大量的木素，煙梗漿纖維分絲帚化少，使得煙梗漿纖維粗度和寬度較大，如表1所示。

表1 煙梗漿與煙末漿的纖維性能分析

煙末是煙葉在卷煙切絲過(guò)程中的下腳料，其主要成分為水溶性糖、還原糖、煙堿、蛋白質(zhì)、鉀、氯等［5-7］。從圖2可以看出，煙末漿主要由碎煙末、表皮細(xì)胞和細(xì)小組分等組成，其漿料中幾乎沒(méi)有纖維，因此增加煙末在煙草漿中所占比例會(huì)阻礙成紙時(shí)纖維間的結(jié)合。

2.1.2 煙草漿中煙末漿比例對(duì)煙草基片松厚度的影響

煙梗漿與煙末漿由于在纖維性質(zhì)、形態(tài)方面存在巨大的差異，使得煙梗漿與煙末漿的比例對(duì)煙草基片物理性能具有重要的影響。煙末漿在煙草漿中所占比例對(duì)煙草基片松厚度的影響如圖3所示。從圖3可以看出，增加煙末漿比例可以明顯改善煙草基片的松厚度。當(dāng)只使用煙梗漿與外加木漿配抄時(shí) (煙末漿在煙草漿中所占比例為0時(shí))，煙草基片的松厚度為2．11 cm3/g，煙末漿所占比例為50%時(shí)，煙草基片的松厚度為2．23 cm3/g，松厚度增加了0．12 cm3/g。煙末主要成分為非纖維物質(zhì)，表皮細(xì)胞含量較高，添加煙末漿會(huì)阻礙纖維間的結(jié)合，使得紙張變得疏松，如圖4所示。

2.1.3 煙草漿中煙末漿所占比例對(duì)煙草基片抗張強(qiáng)度的影響

煙末是卷煙過(guò)程中產(chǎn)生的碎煙葉，是煙草薄片產(chǎn)生香味的主要來(lái)源，但是增加煙末漿在煙草漿中所占比例會(huì)明顯降低煙草基片的抗張指數(shù)，如圖5所示。與煙草漿中煙末漿所占比例為0時(shí)的11．4 N·m/g相比，煙草漿中煙末漿所占比例為50%時(shí)，煙草基片的抗張指數(shù)為6．30 N·m/g，下降了43%。煙末漿所占比例過(guò)高時(shí)，煙草基片的強(qiáng)度性能下降幅度較大，會(huì)影響到紙機(jī)的正常運(yùn)行。紙張的抗張強(qiáng)度主要取決于纖維間的結(jié)合程度，較好地結(jié)合有利于紙張結(jié)合力的提高。煙末原料磨漿后，其漿料主要由非纖維狀的煙末碎片組成，纖維含量非常少，長(zhǎng)寬比小、表面無(wú)分絲帚化、羥基含量少，添加煙末漿會(huì)阻礙煙梗漿、外加木漿之間的氫鍵結(jié)合，從而降低煙草基片的抗張強(qiáng)度［8］。

圖3 煙草漿中煙末漿所占比例對(duì)煙草基片松厚度的影響

圖4 煙草基片橫截面掃描電鏡圖

圖5 煙草漿中煙末漿所占比例對(duì)煙草基片抗張指數(shù)的影響

圖6 木漿用量對(duì)煙草基片松厚度的影響

圖7 不同木漿用量煙草基片橫截面掃描電鏡圖

2.2 木漿用量對(duì)煙草基片物理性能的影響

2.2.1 木漿用量對(duì)煙草基片松厚度的影響

造紙法煙草基片生產(chǎn)過(guò)程中，為了保證紙機(jī)的順利運(yùn)行，通常通過(guò)添加部分木漿等來(lái)形成煙草基片的骨架，并使煙草基片具有一定的強(qiáng)度性能。

圖6所示為木漿用量對(duì)煙草基片松厚度的影響。從圖6可以明顯看出，隨著木漿用量的增加，煙草基片的松厚度明顯降低，當(dāng)木漿用量為20%時(shí)，煙草基片的松厚度為2．21 cm3/g，較不加木漿時(shí) (2．29 cm3/g)下降了0．07 cm3/g。煙草漿纖維的導(dǎo)管粗大、挺硬，成紙時(shí)不易被壓扁，成紙松厚度較高，而漂白硫酸鹽木漿纖維粗度、寬度均較小，纖維表面羥基較多成紙時(shí)更易結(jié)合，成紙緊度較大，如圖7所示。

2.2.2 木漿用量對(duì)煙草基片抗張強(qiáng)度的影響

煙草薄片成品的質(zhì)量指標(biāo)，要求其干抗張強(qiáng)度≤1．00 kN/m(參照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) YC/T 16．3—2003)，過(guò)高的強(qiáng)度會(huì)使煙草薄片的后續(xù)加工性能及柔軟性、口感等品質(zhì)下降，但過(guò)低的強(qiáng)度會(huì)影響紙機(jī)的正常運(yùn)行。

目前國(guó)內(nèi)外的造紙法煙草薄片的生產(chǎn)過(guò)程中，都是通過(guò)添加部分木漿使煙草基片獲得一定的強(qiáng)度，從而使紙機(jī)順利運(yùn)行。木漿用量對(duì)煙草基片抗張強(qiáng)度的影響如圖8所示。從圖8可以看出，隨著木漿用量的增加，煙草基片的抗張指數(shù)明顯增加。當(dāng)木漿用量為20%時(shí)，煙草基片的抗張指數(shù)為6．30 N·m/g，較木漿用量為0時(shí)增加了138%;當(dāng)木漿用量大于20%時(shí)，煙草基片的抗張強(qiáng)度增加幅度更大，但是過(guò)多的木漿含量對(duì)煙草薄片的卷煙吸味具有負(fù)面影響。

圖8 木漿用量對(duì)煙草基片抗張指數(shù)的影響

2.3 PCC用量對(duì)煙草基片物理性能的影響

2.3.1 PCC用量對(duì)煙草基片松厚度的影響

碳酸鈣填料在卷煙紙中的應(yīng)用很普遍。造紙法煙草薄片的生產(chǎn)中，添加PCC不僅可以增加填充值，而且可以調(diào)節(jié)煙草薄片的燃燒速度［9］。PCC用量對(duì)煙草基片松厚度的影響如圖9所示。由圖9可見(jiàn)，添加PCC能夠改善煙草基片的松厚度，隨著PCC用量的增加，煙草基片的松厚度有所增加。當(dāng)PCC用量為15%時(shí)，煙草基片的松厚度較PCC用量為0時(shí)增加1．92%。卷煙紙?zhí)盍铣Ｓ玫腜CC晶形呈紡錘狀、菊花瓣?duì)睢⑨槧睿?0］，添加的PCC粒子填充于煙草纖維、木漿纖維之間，使得松厚度增加，如圖10所示。

圖9 PCC用量對(duì)煙草基片松厚度的影響

圖10 添加和不添加PCC煙草基片的掃描電鏡圖

圖11 PCC用量對(duì)煙草基片抗張指數(shù)的影響

2.3.2 PCC用量對(duì)煙草基片抗張強(qiáng)度的影響

PCC用量對(duì)煙草基片抗張強(qiáng)度的影響如圖11所示。由圖11可見(jiàn)，隨著PCC用量的增加，煙草基片的抗張強(qiáng)度明顯下降。當(dāng)PCC用量為15%時(shí)，抗張強(qiáng)度為7．11 N·m/g，較PCC 用量為0時(shí) (8．77 N·m/g)下降了18．9%。當(dāng) PCC用量較高，如20%、30%時(shí)，煙草基片的抗張強(qiáng)度下降較大，對(duì)紙機(jī)的運(yùn)行具有負(fù)面影響。在造紙過(guò)程中，填料顆粒在成紙的過(guò)程中填充于纖維間，由圖10可以看出，添加PCC后其主要填充于纖維之間，減少了纖維與纖維之間的接觸面積，阻礙纖維間氫鍵的結(jié)合，致使紙張的機(jī)械強(qiáng)度下降［11］。

3 結(jié)論

3.1 煙末原料磨漿后其漿料組分主要由細(xì)小煙末，以及碎煙片組成，漿料中幾乎沒(méi)有纖維物質(zhì)。增加煙末漿在煙草漿中所占比例，可以明顯改善煙草基片的松厚度。煙末漿在煙草漿中所占的比例大于40%時(shí)，煙草基片松厚度增加較為明顯;添加煙末漿會(huì)阻礙煙草基片成形時(shí)纖維間的結(jié)合，對(duì)煙草基片的抗張強(qiáng)度具有負(fù)面影響;為了確保紙機(jī)能夠順利運(yùn)行，煙末漿在煙草漿中所占比例應(yīng)小于50%。

3.2 添加木漿對(duì)煙草基片的松厚度具有負(fù)面影響，從松厚度方面考慮，木漿的添加比例應(yīng)為20%左右。

3.3 增加沉淀碳酸鈣 (PCC)的用量能使松厚度略有所改善，但是添加PCC會(huì)阻礙纖維間的結(jié)合，降低煙草基片的強(qiáng)度性能，適宜的PCC用量為15%左右。

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Bulk Improvement of Uncoated Reconstituted Tobacco Sheet Produced by Papermaking Process

WEN Yang-bing1，*LUO Chong1HU Hui-ren1WANG Liang2SUN De-ping2YAO Yuan-jun2
(1．Tianjin Key Lab of Pulp and Paper，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin，300457;2．Tobacco Sheet Research Institute，R＆D Centre of Hubei Tobacco Company，Wuhan，Hubei Province，430056)

The bulk of uncoated reconstituted tobacco sheet is a very important property．In this paper，the effects of the production of tobacco stem pulp and scrap pulp，the amount of wood pulp and precipitated calcium carbonate on the bulk of the reconstituted tobacco sheet were investigated．The experiment result showed that tobacco scrap pulp and PCC dosage increase could improve the bulk of the reconstituted tobacco sheet，but the amount of wood pulp increase had a negative effect on the bulk of the reconstituted tobacco sheet．

reconstituted tobacco sheet;bulk;wood pulp;tobacco pulp;PCC

TS761．2

A

0254-508X(2012)04-0030-04

溫洋兵先生，助教;主要研究方向:造紙助劑與濕部化學(xué)。

(*E-mail:yangbingwen@tust．edu．cn)

2011-12-22(修改稿)

(責(zé)任編輯:郭彩云)