煙梗制漿及其抄造特性的研究

王 亮 唐向兵 王 磊 謝益民 瞿 方 梅秦源

(1. 湖北中煙技術(shù)中心重組煙葉應(yīng)用技術(shù)研究湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢，430040;2. 湖北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢，430068)

重組煙葉又名煙草薄片，是以煙末、煙梗、碎煙片等煙草物質(zhì)為原料，采用各種方法制成片狀(基片)再用煙草提取液浸漬或涂布制成的再生產(chǎn)品，其理化特性與煙草相似，一般用作卷煙的填充料。在卷煙工業(yè)中越來(lái)越廣泛地得到應(yīng)用［1-3］。與此同時(shí)，煙梗作為煙草薄片的重要煙草原料，其制漿與抄造特性(如打漿性能、助留助濾性能等［4-9］)對(duì)于提高煙草薄片產(chǎn)品的物理性能和感官質(zhì)量有著重要的意義。

本實(shí)驗(yàn)中，首先將煙梗進(jìn)行解纖和磨漿處理，通過(guò)纖維形態(tài)分析儀分析不同打漿度下煙梗漿的纖維形態(tài)，通過(guò)動(dòng)態(tài)濾水儀測(cè)定助留助濾性能。然后抄造基片并測(cè)定其抗張強(qiáng)度、柔軟度、透氣度、填充值和吸水高度等物理指標(biāo)，為優(yōu)化煙梗漿的打漿工藝和造紙法制備煙草薄片提供理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)原料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器

煙梗，湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供;CaCO3等。

RK-3A 凱塞法抄片器 (奧地利，PTI-Flank);KRK2500-II 高濃盤(pán)磨機(jī)(日本KRK 公司);L＆W 抗張強(qiáng)度測(cè)試儀(Lorentzen ＆ Wettre 公司);L＆W 透氣度測(cè)定儀(Lorentzen ＆ Wettre 公司);動(dòng)態(tài)濾水儀(DDJ);動(dòng)態(tài)濾水分析儀 (DFR04，BTG 公司);L＆W 纖維形態(tài)分析儀(Lorentzen ＆ Wettre 公司);恒溫水浴鍋等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將煙梗進(jìn)行解纖處理(在溫度(40 ±5)℃、料液比1∶6 的條件下浸漬60 min，用KRK 高濃盤(pán)磨機(jī)在間距為0.5 mm 下磨漿);然后在溫度(65 ±5)℃、料液比1∶3.75、時(shí)間40 min 條件下，萃取1 次;進(jìn)行不同打漿度的磨漿處理(10°SR 、20°SR、30°SR、40°SR);通過(guò)L＆W 纖維形態(tài)分析儀分析不同打漿度的纖維形態(tài)，通過(guò)DDJ、抄片器和DFR 測(cè)定煙梗漿的助留助濾性能。

抄造成定量為60 g/m2的基片，檢測(cè)其抗張強(qiáng)度、柔軟度、透氣度、填充值和吸水高度等物理指標(biāo)。

1.3 煙梗漿纖維形態(tài)分析

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10336—1989 的方法對(duì)煙梗漿進(jìn)行預(yù)處理，采用L＆W 纖維形態(tài)分析儀對(duì)煙梗漿的纖維長(zhǎng)度、寬度和細(xì)小纖維含量等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定與分析。纖維長(zhǎng)度用數(shù)量平均長(zhǎng)度(Ln)、質(zhì)量平均長(zhǎng)度(Lw)和質(zhì)量加權(quán)平均長(zhǎng)度(Lww)來(lái)表示。

1.4 煙梗基片物理性能檢測(cè)

抗張強(qiáng)度按照GB/T 453—2002 進(jìn)行測(cè)定;透氣度按照YC/T 172—2002 進(jìn)行測(cè)定;柔軟度按照GB/T 8942—2002 進(jìn)行測(cè)定;松厚度按照 GB/T 451.3—2002 進(jìn)行測(cè)定;吸收性按照GB/T 461.1—1989 進(jìn)行測(cè)定;填充值按照YC/T 152—2001 進(jìn)行測(cè)定。

1.5 單程留著率的測(cè)定

1.5.1 DDJ 法

取相當(dāng)于2.5 g 絕干煙梗漿的漿料，用自來(lái)水配成漿濃0.5%的漿料，取500 mL 這種漿濃的漿料倒入動(dòng)態(tài)濾水儀，添加助劑后，開(kāi)動(dòng)攪拌器在750 r/min 的轉(zhuǎn)速下攪拌60 s，打開(kāi)排水閥，取最初的100 mL 濾液，用已恒質(zhì)量的濾紙過(guò)濾，烘干稱(chēng)量質(zhì)量。

單程留著率R (%)按公式(1)進(jìn)行計(jì)算。

式中，S0為500 mL 漿料中固形物質(zhì)量，g;S 為100 mL 濾液中固形物質(zhì)量，g;c0為漿料濃度，%;c為濾液濃度，%。

1.5.2 抄片法

按照30 g/m2的基片定量來(lái)抄造，通過(guò)檢測(cè)其干燥后的基片與加入質(zhì)量的比值，即為靜態(tài)留著率。

按公式(2)來(lái)計(jì)算單程留著率R0(%)。

式中，A 為抄造單張基片所取漿料的絕干質(zhì)量，g;B 為單張基片絕干質(zhì)量，g。

1.6 DFR 動(dòng)態(tài)濾水量測(cè)定

量取相當(dāng)于2 g 絕干煙梗漿的漿料，用自來(lái)水配成0.5% 漿濃，取1000 mL 這種漿料，添加助劑后倒入DFR-04 型動(dòng)態(tài)濾水分析儀中，開(kāi)動(dòng)攪拌器攪拌30 s 后打開(kāi)閥門(mén)，測(cè)定20 s 時(shí)間內(nèi)的濾液量。

2 結(jié)果與討論

2.1 煙梗漿纖維形態(tài)分析

表1 所示為不同打漿度下煙梗漿纖維形態(tài)測(cè)試結(jié)果。

從表1 可以看出，隨著打漿度的提高，煙梗漿纖維的長(zhǎng)度(Lw)和寬度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，而細(xì)小纖維的含量呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。這是由于隨著打漿度的提高，纖維分絲帚化和切斷增加，導(dǎo)致纖維長(zhǎng)度和寬度下降，細(xì)小纖維含量增加;同時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，煙梗漿纖維長(zhǎng)度為1.0 mm 以上的占30%，長(zhǎng)度為0.5 ～1 mm 的占30%，長(zhǎng)度為0. 5 mm 以下占40%，說(shuō)明煙梗漿纖維長(zhǎng)度較短。

2.2 煙梗漿打漿工藝優(yōu)化

根據(jù)煙梗漿的纖維形態(tài)分析，制定合理的打漿工藝進(jìn)行打漿并抄造基片、進(jìn)行物理性能的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

2.2.1 打漿對(duì)基片松厚度的影響

由表2 可知，隨著煙梗漿打漿度的提高，基片的松厚度總體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這是由于隨著打漿度的提高，纖維間的結(jié)合力增加，緊度增加，但打漿度的進(jìn)一步提高(＞30°SR)，纖維切斷也急劇增加(由纖維形態(tài)分析可知)，纖維間結(jié)合力相應(yīng)地降低，導(dǎo)致基片的松厚度整體變化不大。

2.2.2 打漿對(duì)基片抗張指數(shù)的影響

由表2 可知，隨著煙梗漿打漿度的提高，基片的抗張指數(shù)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在30°SR 時(shí)，基片的抗張指數(shù)最高，達(dá)到23.3 N·m/g，這是由于打漿度的提高，纖維間的結(jié)合力增加，同時(shí)，隨著打漿度的進(jìn)一步提高，纖維切斷也相應(yīng)增加，而抗張強(qiáng)度是纖維長(zhǎng)度與纖維間結(jié)合力共同影響的結(jié)果。

表2 不同打漿度下基片物理性能測(cè)試結(jié)果

2.2.3 打漿對(duì)基片柔軟度的影響

由表2 可知，隨著煙梗漿打漿度的提高，基片的柔軟度數(shù)值呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，這是由于隨著打漿度的提高，基片的柔軟度受纖維間結(jié)合力、松厚度和纖維長(zhǎng)度等綜合因素的影響。

2.2.4 打漿對(duì)基片填充值的影響

由表2 可知，隨著煙梗漿打漿度的提高，基片的填充值呈現(xiàn)先下降后略微上升的趨勢(shì)，這是由于隨著打漿度的提高，基片填充值主要受松厚度和彈性系數(shù)(抗張強(qiáng)度、柔軟度)的共同影響。

2.2.5 打漿對(duì)基片吸水性的影響

由表2 可知，隨著煙梗漿打漿度的提高，基片吸水高度值呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這是由于隨著打漿度的提高，基片的細(xì)小纖維增多、長(zhǎng)纖維減少、緊度增加使得纖維間毛細(xì)作用減弱。

2.2.6 打漿對(duì)基片透氣度的影響

由表2 可知，隨著煙梗漿打漿度的提高，基片的透氣度值呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這是由于隨著打漿度的提高，基片的纖維被切斷、細(xì)小纖維增多、長(zhǎng)纖維減少，纖維間孔隙變小。

2.3 煙梗漿助留分析

2.3.1 DDJ 法助留分析

表3 所示為不同打漿度下采用DDJ 法測(cè)試的煙梗漿單程留著率。

表3 不同打漿度下煙梗漿DDJ 法留著率測(cè)試結(jié)果

由表3 可知，隨著煙梗漿打漿度的提高，其留著率呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，可能是由于纖維經(jīng)過(guò)打漿處理后，纖維細(xì)纖維化和細(xì)小纖維含量增加，同時(shí)在機(jī)械力的攪拌作用下，形成比較穩(wěn)定的共絮體所致;與空白樣品相比，分別添加0.06%的瓜爾膠和殼聚糖助劑后，留著率有一定程度的提高，且殼聚糖比瓜爾膠的助留效果略有提高，在打漿度30°SR 時(shí)，與空白樣和瓜爾膠相比，添加殼聚糖的單程留著率分別提高了1.78%和0.33%。

2.3.2 抄片法助留分析

表4 所示為不同打漿度下采用抄片法測(cè)試的煙梗漿的單程留著率。

表4 不同打漿度下煙梗漿抄片法留著率測(cè)試結(jié)果

由表4 可知，采用靜態(tài)抄片法，隨著煙梗漿打漿度的提高，煙梗漿的留著率一直呈現(xiàn)下降的趨勢(shì);與空白樣品相比，分別添加0.06%的瓜爾膠和殼聚糖助劑后，靜態(tài)留著率有一定程度的提高，且殼聚糖比瓜爾膠的助留效果要好，在打漿度30°SR 時(shí)，殼聚糖與空白樣和瓜爾膠相比，單程留著率分別提高了5.32%和1.18%。

另外，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)靜態(tài)留著與動(dòng)態(tài)留著的變化規(guī)律是不一致的，可能是由于靜態(tài)抄片法存在較強(qiáng)烈的抽真空作用，使細(xì)小纖維流失嚴(yán)重造成的(隨著打漿度的提高，細(xì)小纖維含量增加，由纖維形態(tài)分析數(shù)據(jù)可知)。

2.4 助濾分析(DFR 動(dòng)態(tài)濾水分析法)

表5 和圖1 所示為不同打漿度下采用DFR 動(dòng)態(tài)濾水分析法測(cè)得的10 s 內(nèi)的濾水量。

從表5 和圖1 可以看出，殼聚糖和瓜爾膠對(duì)煙梗漿的助濾效果比空白樣略有提高，且殼聚糖助濾體系比瓜爾膠的助濾效果要好;同時(shí)隨著打漿度的升高，漿料的濾水性能呈下降趨勢(shì)，主要是由于打漿度的提高，煙梗漿細(xì)纖維化程度增加，細(xì)小纖維含量增加，濾水困難造成的。

圖1 不同打漿度下煙梗漿的濾水性能

3 結(jié) 論

3.1 煙梗漿纖維形態(tài)觀察結(jié)果表明，煙梗漿纖維長(zhǎng)度為1.0 mm 以上的占30%，長(zhǎng)度為0.5 ～1.0 mm 的占30%，長(zhǎng)度為0.5 mm 以下的占40%，表明煙梗漿纖維長(zhǎng)度較短。

3.2 隨著煙梗漿打漿度的提高:煙梗漿基片的抗張指數(shù)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì);煙梗漿基片的松厚度、吸水性、透氣度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì);煙梗漿基片的填充值呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì);煙梗漿基片的柔軟度值呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。

3.3 煙梗漿助留助濾的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:①DDJ 法測(cè)試的留著性能，隨著打漿度的提高，煙梗漿的留著率呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，在打漿度30°SR 時(shí)，殼聚糖作為助留劑與空白樣和瓜爾膠相比，單程留著率分別提高了1.78%和0.33%;②抄片法測(cè)試的留著性能，隨著打漿度的提高，煙梗漿的留著率一直呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，在打漿度30°SR 時(shí)，殼聚糖作為助留劑與空白樣品和瓜爾膠作為助留劑相比，單程留著率分別提高了5.32%和1.18%;③DFR 動(dòng)態(tài)濾水分析法測(cè)試的濾水性能，隨著打漿度的升高，漿料的濾水性能呈下降趨勢(shì)，殼聚糖和瓜爾膠對(duì)煙梗漿的助濾效果比空白樣略有提高，且殼聚糖助留助濾體系比瓜爾膠的助留助濾效果要好。

［1］ MIAO Ying-ju，LIU Wei-juan LIU Gang，et al. Present Status of Preparation Technology of Reconstituted Tobacco［J］. China Pulp ＆Paper，2009，28(2):55.繆應(yīng)菊，劉維涓，劉 剛，等. 煙草薄片制備工藝的現(xiàn)狀［J］. 中國(guó)造紙，2009，28(2):55.

［2］ FANG De-sheng. Research on Tobacco Sheet Manufacture by Papermaking Process［J］. Paper and Paper Making，2001(4):62.方得勝. 造紙法生產(chǎn)煙草薄片工藝探討［J］. 紙和造紙，2001(4):62.

［3］ TANG Xing-ping，CHEN Xue-rong，DAI Da-song，et al. Preparation of Tobacco Slice from Tobacco Leaf Offal by Papermaking［J］. Journal of Fujian Agriculture and Forestry University(Natural Science Edition)，2007，36(2):205.唐興平，陳學(xué)榕，戴達(dá)松，等. 煙草廢棄物造紙法制煙草薄片［J］. 福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，36(2):205.

［4］ LI Jie-hui，HU Hui-ren，LIU Wen. Retention and Drainage Performance in Tobacco Sheet Manufacture by Using Papermaking Technology［J］. China Pulp ＆ Paper，2008，27(4):35.李杰輝，胡惠仁，劉 文. 造紙法抄造煙草薄片助留助濾性能的研究［J］. 中國(guó)造紙，2008，27(4):35.

［5］ Zhang Guang-hua. Principle and Application of Wet-end Chemistry［M］. Beijing:China Light Industry Press，1998.張光華，譯. 造紙濕部化學(xué)原理及其應(yīng)用［M］. 北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，1998.

［6］ LIU Wen-xia. Cationic Polymer/Polymeric Aluminum Microparticle Retention and Drainage System［J］. Paper and Paper Making，2000(6):47.劉溫霞. 陽(yáng)離子聚合物/聚鋁類(lèi)微粒子助留助濾體系. 紙和造紙，2000(6):47.

［7］ XU Xiang. Characteristics of Guar Gum and Its Application in Cigarette Paper Making［J］. China Pulp ＆ Paper，2003，22(2):34.徐 祥. 瓜爾膠的性質(zhì)及其在卷煙紙生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］. 中國(guó)造紙，2003，22(2):34.

［8］ DU Min，WANG Zhi-jie. Natural Vegetable Gums and Their Use in Papermaking［J］. Paper and Paper Making，2003，(6):63.杜 敏，王志杰. 植物膠在造紙工業(yè)中的應(yīng)用［J］. 紙和造紙，2003(6):63.

［9］ WANG Jun-li，CHEN Fu-shan，LIU Zhong. Study on the Application of Guar Gum［J］. Tianjin Paper Making，2002(3):10.王軍利，陳夫山，劉 忠. 瓜爾膠的應(yīng)用研究［J］. 天津造紙，2002(3):10.