重組煙葉型雪茄煙紙持灰性能的研究

謝益民 瞿 方 王 磊，* 王鳳蘭 安 瑞 梅秦源

(1.湖北工業(yè)大學化學與環(huán)境工程學院，湖北武漢，430068;

2.湖北中煙技術中心重組煙葉應用技術研究湖北省重點實驗室，湖北武漢，430040)

造紙法重組煙葉又稱煙草薄片，其理化特性與煙草相似，重組煙葉在改善卷煙各項質量指標方面具有明顯優(yōu)勢，因此，在卷煙工業(yè)中得到越來越廣泛的應用［1-6］。雪茄煙具有焦油和煙堿含量低，對人體危害較普通卷煙小的特點，逐漸為廣大消費者所接受［7-13］。雪茄煙外包皮是雪茄煙的重要組成部分，目前工業(yè)上多采用優(yōu)質曬煙或白肋煙作為雪茄煙外包皮，而我國雪茄煙外包皮存在諸多問題，如質量不高(顏色暗、光澤差、葉片厚和支脈粗大等)、燃燒性差和標準化程度低等缺點［14-20］，成為我國生產(chǎn)高檔雪茄煙的直接限制因素。同時，在雪茄煙燃燒過程中，雪茄煙外包皮經(jīng)過先炭化再灰化的過程［21］。抽吸品質較差的雪茄，煙絲和雪茄煙外包皮不能充分燃燒，炭化部分較多［22-23］，易造成雪茄抽吸時灰分較黑甚至熄火。在感官品質中，灰分發(fā)黑和燃燒線不整齊的卷煙可能檔次不高，因此，雪茄煙外包皮與煙絲燃燒的匹配，以及持灰性能 (如灰分白度)直接影響到雪茄的抽吸品質。在重組煙葉中添加填料 (Ca-CO3等)，能改善重組煙葉的勻度，提高其透氣度，同時能夠調(diào)節(jié)燃燒速度，改善包灰緊密效果，最終達到提高重組煙葉的持灰性能和降低卷煙在燃燒過程中所產(chǎn)生的有害物質的雙重目的。

因此，通過在重組煙葉中添加填料 (CaCO3、TiO2和MgO)，以改善其燃燒性能和持灰性能，制備重組煙葉型雪茄煙紙，以補充和替代雪茄煙外包皮，市場前景廣闊。

1 實驗

1.1 材料、試劑和儀器

煙梗原料、未漂針葉木漿、漂白鸚鵡闊葉木漿、漂白麻漿、991型涂布液，湖北中煙工業(yè)有限責任公司提供;CaCO3、TiO2和MgO，國藥集團生產(chǎn)。

KRK2500-II高濃盤磨 (日本 KRK公司);RK-3A凱塞法抄片器 (奧地利PTI-Flank公司);CSR-Ⅱ卷煙紙陰燃速率測量儀 (中國科學院安徽光學精密機械研究所);TQY-Ⅲ透氣度測定儀 (中科院安徽光學精密機械研究所)。

1.2 重組煙葉型雪茄煙紙的制備

稱取一定量的煙梗原料，在料液比為1∶3.75、溫度 (65±5)℃的條件下萃取40 min，固液分離。分離得到萃取后的煙梗，用盤磨磨漿，制備煙梗MP漿 (打漿度35°SR);未漂針葉木漿、漂白鸚鵡闊葉木漿和漂白麻漿分別打漿到80、40和70°SR。煙梗MP漿、未漂針葉木漿、漂白鸚鵡闊葉木漿和漂白麻漿按照絕干質量比為60∶32∶4∶4混合，同時添加一定量的CaCO3、TiO2或MgO填料，制備定量為 (30±1)g/m2的基片，再將991型涂布液浸涂到基片上(涂布量為10 g/m2)，制得重組煙葉型雪茄煙紙，定量為 (40±1)g/m2。

1.3 重組煙葉型雪茄煙紙的性能檢測

按照YC/T 197—2005測定陰燃速率;按照GB/T 458—2002測定透氣度。

1.4 持灰性能評價

目前，由于國內(nèi)沒有統(tǒng)一的評價體系，筆者根據(jù)重組煙葉的感官質量評價體系，設計了重組煙葉型雪茄煙紙持灰性能的評價體系，按照各因素對雪茄煙紙的持灰性能的貢獻權重大小，將影響因素分為因素A(占40%)、因素B(占40%)和因素C(占20%)，各因素的權重不同，總分加權S=0.4A+0.4B+0.2C。

A為灰分顏色:白 (100分)、較白 (90分)、中等 (80分)、較黑 (70分)、黑 (60分);B為陰燃速率:70～100 s/150 mm(100分)、100～130 s/150 mm(90分)、130～160 s/150 mm(80分)、160～190 s/150 mm(70分)、大于190 s/150 mm(60分);C為透氣度:＞200 cm3/(min·cm2)(100分)、150～200 cm3/(min·cm2)(90分)、100～150 cm3/(min·cm2)(80 分)、50 ～100 cm3/(min·cm2)(70分)、0～50 cm3/(min·cm2)(60分)。

2 結果與討論

2.1 CaCO3粒徑對重組煙葉型雪茄煙紙性能的影響

考慮到重組煙葉應用的填料CaCO3的粒徑大小可能會影響到填料本身的留著率，從而影響到重組煙葉型雪茄煙紙的透氣度、陰燃速率和持灰性能等指標。因此，研究了不同粒徑CaCO3對重組煙葉型雪茄煙紙陰燃速率和透氣度等指標和持灰性能的影響。

實驗中，應用20%的CaCO3作為填料，CaCO3平均粒徑分別為 6.50、5.00、3.40、2.70、1.60 和1.25 μm，制備的重組煙葉型雪茄煙紙的相關陰燃速率和透氣度等指標的檢測結果如圖1和表1所示。

圖1 CaCO3粒徑對重組煙葉型雪茄煙紙陰燃速率和透氣度的影響

表1 CaCO3粒徑對重組煙葉型雪茄煙紙性能的影響

由圖1和表1可知，重組煙葉型雪茄煙紙的透氣度隨CaCO3粒徑的減小，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在CaCO3粒徑為1.60 μm時，其透氣度最好，可達133.6 cm3/(min·cm2)。這是由于透氣度主要由纖維網(wǎng)絡中的孔隙結構決定的，CaCO3粒徑小，留著率高，阻礙纖維間結合，有利于CaCO3微粒在紙的內(nèi)部分布更為均勻，而且還促進了紙層的空隙構造，從而大大提高了雪茄煙紙的透氣度;但CaCO3粒徑過小時，由于這部分“比纖維材料的孔隙直徑還小”的微粒填充并堵塞了纖維間的細小空隙，減少了重組煙葉型雪茄煙紙的總孔隙率，從而造成重組煙葉型雪茄煙紙的透氣度大幅度的下降。由此可見，CaCO3粒徑過大或過小都會對透氣度產(chǎn)生不利影響;與此同時，重組煙葉型雪茄煙紙的陰燃速率與透氣度的變化趨勢是相反的，呈現(xiàn)先下降后略有上升的趨勢，這是因為透氣度的提高會降低陰燃速率。另外，重組煙葉型雪茄煙紙的持灰性能隨著CaCO3粒徑的減小，略有增加，但顏色還明顯較黑，影響吸煙的感官質量，需進一步提高。因此，綜合考慮，重組煙葉型雪茄煙紙的填料CaCO3粒徑選擇1.6 μm較適宜。

2.2 CaCO3與TiO2或MgO混合使用對重組煙葉型雪茄煙紙性能的影響

為進一步提高煙灰的白度，選擇對煙灰具有更佳遮蓋能力的填料 TiO2(粒徑0.35 μm)和 MgO(粒徑 1.59 μm)，協(xié)同 CaCO3(粒徑 1.6 μm)共同來提高重組煙葉型雪茄煙紙燃燒性能和持灰性能。實驗中向基片中添加總量為20%(以絕干漿計)的混合填料 (由CaCO3、TiO2或MgO組成)，制備的重組煙葉型雪茄煙紙進行相關陰燃速率和透氣度等指標的檢測，實驗結果見表2和表3及圖2和圖3所示。

由表2、表3和圖2可知，CaCO3/TiO2體系中，其透氣度隨著TiO2用量的增加而下降;CaCO3/MgO體系中，其透氣度隨著MgO用量的增加而略有升高，且CaCO3/TiO2體系與CaCO3/MgO體系相比，平均透氣度要低，這是由于 TiO2(0.35 μm)比 MgO(1.59 μm)的粒徑小，容易阻塞自然空隙，造成透氣度下降。CaCO3/TiO2體系中，其陰燃速率隨著TiO2用量的增加而有所提高;CaCO3/MgO體系中，其陰燃速率隨著MgO用量的增加而略有下降。這是由于TiO2和MgO的粒徑不同所引起的透氣度變化，從而導致陰燃速率的變化。

表2 CaCO3和TiO2混合作為填料的實驗結果

表3 CaCO3和MgO混合作為填料的實驗結果

由表2、表3和圖3可知，CaCO3與TiO2或MgO混合作為填料有助于改善重組煙葉型雪茄煙紙的灰分顏色，且TiO2用量為8%、CaCO3用量為12%時，灰分顏色較白，這是由于TiO2的覆蓋能力和持灰性能較CaCO3、MgO要好，從而改善其持灰性能。Ca-CO3/TiO2體系中，其持灰評價得分隨著TiO2用量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當TiO2用量為8%、CaCO3用量為12%時，得分最高為88分;CaCO3/MgO體系中，隨著MgO用量的增加呈現(xiàn)先上升后不變的趨勢，當MgO用量為8%、CaCO3用量為12%時，得分最高為84分。

綜合考慮制備的重組煙葉型雪茄煙紙持灰性能的灰分顏色、陰燃速率和透氣度3個影響因素可知，當TiO2和CaCO3的用量分別為8%和12%時，灰分顏色較白，陰燃速率為129.4 s/150 mm，透氣度為107.7 cm3/(min·cm2)，持灰評價得分為88分。

3 結論

通過在重組煙葉型雪茄煙紙中添加具有改善重組煙葉燃燒性能和持灰性能的填料 (CaCO3、TiO2或MgO)，同時設計了以灰分顏色和陰燃速率為主要影響因素，透氣度為次要影響因素的持灰性能評價標準，對制備的重組煙葉型雪茄煙紙進行持灰性能評價。結果表明，當TiO2和CaCO3的用量分別為8%和12%時，灰分顏色較白，陰燃速率為129.4 s/150 mm，透氣度為107.66 cm3/(min·cm2)，持灰評價得分為88分，持灰性能得到明顯提升。

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