醋纖溝槽濾棒溝槽長(zhǎng)度及位置分布對(duì)卷煙煙氣的影響

段良勇，顧永圣*，張映，盛培秀，閆新可，徐興華，王春玲

1.江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心，南京市建鄴區(qū)夢(mèng)都路30號(hào) 210019

2.南通煙濾嘴有限責(zé)任公司，江蘇省南通市崇川區(qū)孩兒巷北路73號(hào) 226001

醋纖溝槽濾棒溝槽長(zhǎng)度及位置分布對(duì)卷煙煙氣的影響

段良勇1，顧永圣*1，張映1，盛培秀2，閆新可1，徐興華2，王春玲1

1.江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心，南京市建鄴區(qū)夢(mèng)都路30號(hào) 210019

2.南通煙濾嘴有限責(zé)任公司，江蘇省南通市崇川區(qū)孩兒巷北路73號(hào) 226001

為研究醋纖溝槽濾棒不同溝槽長(zhǎng)度及位置分布對(duì)卷煙煙氣的影響，共制備35個(gè)溝槽濾棒并進(jìn)行樣品卷煙的卷制及煙氣分析。結(jié)果表明：①單段溝槽卷煙樣品中溝槽長(zhǎng)度對(duì)主流煙氣總粒相物、焦油量、煙氣煙堿量及水分有明顯影響，溝槽長(zhǎng)度與上述指標(biāo)均呈現(xiàn)二次曲線關(guān)系，而溝槽位置對(duì)上述指標(biāo)沒有顯著影響；溝槽長(zhǎng)度和溝槽位置對(duì)CO無明顯影響。②兩段溝槽卷煙樣品中，溝槽總長(zhǎng)度相同時(shí)，溝槽位置變化對(duì)主流煙氣指標(biāo)影響較?。欢鴥山M不同溝槽總長(zhǎng)度樣品間差異明顯。③隨著溝槽長(zhǎng)度的增加，濾嘴對(duì)總粒相物和煙堿的過濾效率呈先增大后減小的趨勢(shì)，溝槽長(zhǎng)度為20 mm時(shí)過濾效率最高。

醋纖溝槽濾棒；溝槽位置；溝槽長(zhǎng)度；卷煙煙氣；過濾效率

醋纖溝槽濾棒是用二醋酸纖維素絲束、專用纖維素紙和濾棒成型紙制成的濾棒［1］，作為一種開發(fā)較早、應(yīng)用較為成熟，且具有明顯降焦效果的濾棒，它是目前國(guó)內(nèi)卷煙產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛的特種濾棒品種之一。醋纖溝槽濾棒具有較好的卷煙煙氣過濾性能，能夠顯著降低氣溶膠粒子的質(zhì)量和數(shù)量［2］，與普通醋纖濾棒相比，同等條件下焦油釋放量可減少2～3 mg/支，煙氣煙堿量也有一定幅度的降低［3-5］。隨著溝槽濾棒接裝紙透氣度或壓降的增加，卷煙常規(guī)煙氣成分、危害性評(píng)價(jià)指數(shù)均呈下降趨勢(shì)［6］；在不同壓降下醋纖溝槽濾棒和普通醋纖濾棒對(duì)氨、酚類物質(zhì)和煙草特有亞硝胺的截留效果存在差異［7］，由涂布改性后的纖維素紙制成的溝槽濾棒具有選擇性降低卷煙煙氣中苯酚釋放量的作用［8］。盛培秀［2］對(duì)5種不同溝槽間斷分布比例的溝槽濾棒研究表明，溝槽長(zhǎng)度占總濾嘴長(zhǎng)度50%的間段式溝槽濾棒對(duì)卷煙主流煙氣中總粒相物的降幅最大。而關(guān)于間段式醋纖溝槽濾棒不同溝槽分布對(duì)卷煙煙氣影響的研究未見報(bào)道。因此，研究了醋纖溝槽濾棒不同溝槽長(zhǎng)度、不同位置分布對(duì)卷煙煙氣的影響，旨在掌握溝槽濾棒卷煙煙氣變化規(guī)律，為卷煙產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中的濾棒選型提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

二醋酸纖維素絲束（南通醋酸纖維有限公司），共4種規(guī)格，分別為5.8 Y/26000，3.9 Y/31000，3.0 Y/30000，2.4 Y/32000；纖維素紙（寬度22.5 mm，定量80 g/m2，韓國(guó)國(guó)一制紙株式會(huì)社）；成型紙（寬度27 mm，定量32 g/m2，牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司）。

RM20H轉(zhuǎn)盤型吸煙機(jī)、DT綜合測(cè)試臺(tái)（德國(guó)Borgwaldt KC公司）。

1.2 方法

1.2.1 溝槽濾棒及卷煙樣品的制備

由于溝槽長(zhǎng)度增加，使用同一規(guī)格醋纖絲束成型會(huì)出現(xiàn)濾棒壓降降低、穩(wěn)定性較差的情況，因此樣品制備過程中以2600 Pa為目標(biāo)壓降，選擇合適規(guī)格的絲束進(jìn)行成型。將制備的溝槽濾棒在同一卷接機(jī)組上，采用同一牌號(hào)同一批次的煙絲、相同規(guī)格的接裝紙及卷煙紙，進(jìn)行卷制得到試驗(yàn)卷煙樣品。35個(gè)溝槽濾棒樣品壓降、絲束規(guī)格和卷煙樣品溝槽長(zhǎng)度、位置分布見表1、表2。其中，溝槽濾棒樣品長(zhǎng)度均為120 mm、圓周為24.2 mm，溝槽形狀為圓弧形。從濾棒壓降實(shí)測(cè)值看，大部分樣品壓降指標(biāo)檢測(cè)值為2416～2680 Pa，而分切后溝槽長(zhǎng)度為25，30 mm的濾棒樣品壓降值出現(xiàn)一定下降，這與溝槽長(zhǎng)度占濾棒長(zhǎng)度比例較高有關(guān)。

1.2.2 卷煙煙氣分析

卷煙樣品在GB/T 16447—1996［9］規(guī)定條件下平衡48 h，采用轉(zhuǎn)盤式吸煙機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)條件下抽吸；按文獻(xiàn)［10-13］的方法分別測(cè)定煙氣總粒相物、焦油、煙堿、CO和水分。

1.2.3 溝槽濾棒過濾效率分析

表1 單段溝槽濾棒卷煙樣品①

表2 兩段溝槽濾棒卷煙樣品

選擇A1，A7，A12，A16，A19，A21，A22共7個(gè)不同溝槽長(zhǎng)度的卷煙樣品，在GB/T 16447—1996［9］規(guī)定條件下平衡48 h。

（1）挑選（平均質(zhì)量±0.02）g、（平均吸阻±49）Pa的上述卷煙樣品各80支，各分為兩組。其中40支按GB/T 19609—2004［10］的方法測(cè)定煙氣總粒相物的量，抽吸完畢后取下濾嘴，避免污染。將未抽吸及抽吸后的兩組樣品去除煙絲段，保留30 mm濾嘴，分離絲束及紙質(zhì)部分（包含接裝紙、成型紙和纖維素紙）后，分別稱重。以抽吸后絲束或紙質(zhì)部分的質(zhì)量減去未抽吸的同一樣品對(duì)應(yīng)部分的質(zhì)量，得到相應(yīng)的截留總粒相物量。

（2）挑選（平均質(zhì)量±0.02）g、（平均吸阻±49）Pa的煙支各40支，采用轉(zhuǎn)盤式吸煙機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)條件下抽吸。抽吸完畢后取下濾嘴，避免污染，將剩余煙絲段去除后保留30 mm濾嘴，分離絲束及紙質(zhì)部分（包含接裝紙、成型紙和纖維素紙）后，按GB/T 23355—2009［11］的方法分別測(cè)定劍橋?yàn)V片、絲束及紙質(zhì)部分截留的煙堿量。

溝槽濾棒過濾效率E按如下公式計(jì)算：

式中：W1——濾嘴吸附總粒相物（煙堿）總量，為絲束及紙質(zhì)部分截留的總粒相物（煙堿）量之和；W2——主流煙氣總粒相物（煙堿）量。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)溝槽長(zhǎng)度、溝槽位置與煙氣總粒相物、焦油、煙堿和水分值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 溝槽長(zhǎng)度及位置對(duì)卷煙煙氣的影響

2.1.1 單段溝槽不同長(zhǎng)度及位置的影響

單段溝槽卷煙樣品主流煙氣檢測(cè)結(jié)果見表3。從表3可知：①不同溝槽長(zhǎng)度的卷煙樣品抽吸口數(shù)變化不大。②溝槽長(zhǎng)度的變化對(duì)總粒相物、焦油、煙堿及水分有明顯影響，且趨勢(shì)一致。隨著溝槽長(zhǎng)度增加以上指標(biāo)均呈下降趨勢(shì)，在溝槽長(zhǎng)度為20 mm或25 mm時(shí)降低幅度最大，而溝槽長(zhǎng)度為30 mm時(shí)又有所上升，這是由于全溝槽濾嘴前后貫通，從而增加了煙氣的通過性能，降低了濾嘴的過濾性能。同一溝槽長(zhǎng)度下不同溝槽位置的變化對(duì)以上指標(biāo)影響不明顯。③溝槽長(zhǎng)度變化以及同一溝槽長(zhǎng)度下不同溝槽位置的變化對(duì)CO量影響不明顯。

由溝槽長(zhǎng)度與煙氣總粒相物、焦油、煙堿和水分值的二次曲線擬合結(jié)果（圖1）可見，總粒相物、焦油及煙堿與溝槽長(zhǎng)度間的二次曲線擬合度較高；水分與溝槽長(zhǎng)度間的二次曲線擬合度較差。對(duì)方程求極值可得，總粒相物、焦油、煙堿在溝槽長(zhǎng)度分別為20.5，21.3，25.4 mm時(shí)達(dá)到最低。

表3 單段溝槽卷煙樣品主流煙氣檢測(cè)結(jié)果

綜上可知，本試驗(yàn)中溝槽長(zhǎng)度在20 mm（即占總濾棒長(zhǎng)度2/3處）時(shí)，對(duì)卷煙主流煙氣中總粒相物的降幅最大。這一結(jié)果與盛培秀［2］以20 mm長(zhǎng)的間段式溝槽濾嘴為研究對(duì)象，提出的溝槽長(zhǎng)度占總濾嘴長(zhǎng)度50%時(shí)對(duì)卷煙主流煙氣總粒相物降幅最大的結(jié)論存在差異。兩者結(jié)論不一致的原因：一是由濾嘴長(zhǎng)度不同引起的過濾性能差異；二是由溝槽形狀不同引起的過濾性能差異，盛培秀［2］試驗(yàn)的溝槽形狀為梯形，而本試驗(yàn)為目前溝槽濾棒常用的圓弧型。

2.1.2 兩段溝槽不同長(zhǎng)度及位置的影響

兩段溝槽卷煙樣品主流煙氣檢測(cè)結(jié)果見表4。從表4可知：①溝槽總長(zhǎng)度分別為10和20 mm的兩組卷煙樣品，溝槽總長(zhǎng)度相同時(shí)，溝槽位置變化對(duì)主流煙氣的檢測(cè)結(jié)果影響較??；而兩組不同溝槽總長(zhǎng)度樣品間差異明顯。②與表3中溝槽長(zhǎng)度為10，20 mm的單段溝槽卷煙樣品相比，同一溝槽長(zhǎng)度下兩種卷煙樣品的主流煙氣檢測(cè)結(jié)果相近，對(duì)其分別進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果表明，除溝槽長(zhǎng)度10 mm兩組樣品間的口數(shù)P值小于0.05外，其他指標(biāo)均大于0.05，說明同一溝槽長(zhǎng)度不同溝槽組合方式的煙氣指標(biāo)無顯著差異。

圖1 溝槽長(zhǎng)度與煙氣粒相部分的二次曲線擬合結(jié)果

表4 兩段溝槽卷煙樣品主流煙氣檢測(cè)結(jié)果

2.2 溝槽濾棒過濾效率

以上分析表明，總粒相物、焦油及煙堿與溝槽長(zhǎng)度間均具有相近的變化趨勢(shì)。選擇總粒相物、煙堿為表征指標(biāo)，對(duì)7個(gè)不同溝槽長(zhǎng)度單段溝槽濾棒樣品中濾嘴截留的及主流煙氣中的總粒相物、煙堿量進(jìn)行測(cè)試，并計(jì)算溝槽濾棒過濾效率，結(jié)果見表5、表6。從表中可見：①溝槽長(zhǎng)度0～25 mm時(shí)，絲束對(duì)總粒相物及煙堿的截留量波動(dòng)較小，說明濾嘴在溝槽封閉狀態(tài)下絲束部分的截留性能差異不明顯，而溝槽長(zhǎng)度30 mm時(shí)，由于濾嘴的溝槽貫通導(dǎo)致部分煙氣直接從溝槽空隙通過，減少了與絲束的充分接觸，使得截留量下降。②紙質(zhì)部分主要是纖維素紙對(duì)于總粒相物、煙堿起截留作用，當(dāng)煙氣通過溝槽濾嘴時(shí)，由于溝槽部分的纖維素紙呈瓦楞狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部由絲束填充而外部則被壓制成相對(duì)規(guī)則的空腔，從而形成一定壓差，導(dǎo)致煙氣在縱向過濾的同時(shí)會(huì)穿過纖維素紙，產(chǎn)生橫流過濾機(jī)制，發(fā)揮纖維素紙對(duì)總粒相物、煙堿的機(jī)械截留效應(yīng)。在溝槽長(zhǎng)度為0時(shí)，總粒相物截留量?jī)H為0.9 mg/支、煙堿截留量未檢出，說明此時(shí)纖維素紙與煙氣僅為表面接觸，未能發(fā)揮明顯的截留作用；而隨溝槽長(zhǎng)度增加，參與過濾的纖維素紙面積增大，過濾功能逐漸顯現(xiàn)，截留量逐漸增加；在溝槽長(zhǎng)度為30 mm時(shí)，同樣由于濾嘴溝槽貫通后煙氣通過性能增加，不能完全發(fā)揮纖維素紙的截留作用，因此截留能力下降。③綜合絲束與紙質(zhì)部分的總粒相物、煙堿截留量得到濾嘴吸附總粒相物、煙堿總量，結(jié)果顯示隨溝槽長(zhǎng)度增加濾嘴吸附總量逐漸增加，分別至溝槽長(zhǎng)度20，25 mm時(shí)達(dá)到最大，溝槽長(zhǎng)度30 mm時(shí)均出現(xiàn)下降，而主流煙氣中總粒相物、煙堿量的變化趨勢(shì)則相反。④濾嘴過濾效率計(jì)算結(jié)果與濾嘴吸附總粒相物、煙堿的變化趨勢(shì)基本一致，溝槽長(zhǎng)度20 mm時(shí)過濾效率最高，溝槽長(zhǎng)度15，25 mm時(shí)次之。

表5 不同溝槽長(zhǎng)度濾嘴對(duì)總粒相物的過濾效率

表6 不同溝槽長(zhǎng)度濾嘴對(duì)煙堿的過濾效率

3 結(jié)論

①醋纖溝槽濾棒的溝槽長(zhǎng)度對(duì)主流煙氣中的總粒相物、焦油量、煙氣煙堿量、水分有明顯影響，溝槽長(zhǎng)度與上述指標(biāo)均呈二次曲線關(guān)系。長(zhǎng)度30 mm的濾嘴，當(dāng)溝槽長(zhǎng)度為20 mm（即占總濾嘴長(zhǎng)度2/3）時(shí)，對(duì)以上指標(biāo)降幅最大。同一溝槽長(zhǎng)度下不同溝槽位置的變化對(duì)上述指標(biāo)沒有顯著影響。②溝槽長(zhǎng)度及溝槽位置不同對(duì)卷煙抽吸口數(shù)、煙氣CO沒有顯著影響。③溝槽濾棒具有降低主流煙氣總粒相物、煙堿等功能，并與壓制溝槽的纖維素紙發(fā)揮過濾作用直接相關(guān)，而絲束本身的截留性能對(duì)其沒有明顯影響。

［1］YC/T 223.1—2007特種濾棒第1部分：醋纖溝槽濾棒［S］.

［2］盛培秀.溝槽醋酸纖維濾棒的開發(fā)［J］.煙草科技，2004（4）：17-19，22.

［3］余振華.新型溝槽濾嘴的開發(fā)與應(yīng)用［C］//中國(guó)煙草學(xué)會(huì)“企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新理論與方法”學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.杭州：中國(guó)煙草學(xué)會(huì)，2003.

［4］吳君章，孔浩輝，沈光林，等.“三紙一棒”對(duì)卷煙煙氣氣溶膠粒度分布的影響［J］.煙草科技，2013（9）：58-62，67.

［5］李艷平，文建輝，彭斌，等.不同結(jié)構(gòu)濾嘴的煙堿截留效率和空間分布模式［J］.煙草科技，2013（2）：57-61.

［6］李海峰，湯德芳，王輝.溝槽濾嘴對(duì)中式低焦油卷煙主流煙氣的影響［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（28）：14022-14024，14027.

［7］韓敏.卷煙濾棒對(duì)卷煙主流煙氣有害成分截留效率研究［D］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2010.

［8］黃富，金勇，鐘科軍，等.改性纖維素紙溝槽濾棒選擇性降低卷煙煙氣中的苯酚［J］.煙草科技，2012（7）：54-60.

［9］GB/T 16447—1996煙草和煙草制品調(diào)節(jié)和測(cè)試的大氣環(huán)境［S］.

［10］GB/T 19609—2004卷煙用常規(guī)分析用吸煙機(jī)測(cè)定總粒相物和焦油［S］.

［11］GB/T 23355—2009卷煙總粒相物中煙堿的測(cè)定氣相色譜法［S］.

［12］GB/T 23356—2009卷煙煙氣氣相中一氧化碳的測(cè)定非散射紅外法［S］.

［13］GB/T 23203.1—2008卷煙總粒相物中水分的測(cè)定第1部分：氣相色譜法［S］.

Effects of Length and Position of Grooved Section in Grooved Acetate Filter on Yield of Cigarette Smoke

DUAN Liangyong1，GU Yongsheng*1，ZHANG Ying1，SHENG Peixiu2，YAN Xinke1，XU Xinghua2，and WANG Chunling1
1.Technology R&D Centre，China Tobacco Jiangsu Industrial Co.，Ltd.，Nanjing 210019，China
2.Nantong Cigarette Filter Co.，Ltd.，Nantong 226001，Jiangsu，China

In order to investigate the effects of length and position of grooved section in grooved acetate filter on cigarette smoke，35 kinds of grooved filter were prepared to make cigarette samples，and cigarette smoke was analyzed.The results showed that：1）For cigarette with a filter containing one grooved section，the length of grooved section obviously affected the total particulate matter（TPM），tar，nicotine，and moisture contents in mainstream cigarette smoke with quadratic relationships；while the position of grooved section did not.CO delivery was not obviously affected by the length or the position of grooved section.2）In the cigarette samples with a filter containing two grooved sections，the total length of the two grooved sections obviously affected the yields of mainstream cigarette smoke，while the effects of positions of grooved sections were slight when the total length of grooved sections was fixed.3）With the increase of length of grooved section，the filtration efficiency of filter to TPM and nicotine increased first then decreased，it peaked at the length of 20 mm.

Grooved acetate filter rod；Position of grooved section；Length of grooved section；Cigarette smoke；Filtration efficiency

TS457；TS411.2

B

1002-0861（2014）11-0005-05

江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目“醋纖溝槽濾棒不同溝槽分布對(duì)卷煙煙氣及感官的影響”（2012-04）。

段良勇（1978—），本科，工程師，主要從事煙用材料研究工作。E-mail：duanly@jszygs.com；*

顧永圣E-mail：guys@jszygs.com

2014-05-02

責(zé)任編輯：周雅寧E-mail：zyn0626@126.com

電話：0371-67672778