硅藻土在造紙法煙草薄片生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

張克娟　張大坤　李新生

(上海煙草集團(tuán)太倉海煙煙草薄片有限公司,江蘇太倉,215433)

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硅藻土在造紙法煙草薄片生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

張克娟張大坤李新生

(上海煙草集團(tuán)太倉海煙煙草薄片有限公司,江蘇太倉,215433)

摘要：在造紙法煙草薄片生產(chǎn)抄造或涂布工序加填硅藻土,以改善煙草薄片產(chǎn)品品質(zhì)。結(jié)果表明，與抄造工序加填輕質(zhì)碳酸鈣(PCC)的煙草片基和煙草薄片成品相比,加填硅藻土的煙草片基定量、厚度、涂布率及吸液性增加,加填硅藻土的煙草薄片定量、厚度、抗張強度及吸味評分增大；在抄造工序加填PCC-硅藻土,隨硅藻土比例增加,煙草片基的定量和灰分增大；在涂布工序涂布液中加填硅藻土,隨硅藻土用量增加,煙草薄片的涂布率、厚度、灰分增大。

關(guān)鍵詞：硅藻土；造紙法煙草薄片；涂布； 物理性能；輕質(zhì)碳酸鈣

造紙法煙草薄片因具有填充值高、耐機(jī)械加工性能好、焦油釋放量僅為煙葉的50%左右等優(yōu)勢被行業(yè)內(nèi)公認(rèn)為目前制備煙草薄片的主要工藝方法[1]。造紙法煙草薄片的生產(chǎn)工藝主要是將卷煙生產(chǎn)、加工過程中產(chǎn)生的碎煙末、煙梗、煙片以不同比例混合后加熱水萃取,萃取完成后的物料經(jīng)機(jī)械擠壓實現(xiàn)固液分離,固相物質(zhì)經(jīng)造紙工藝制得煙草片基,液相萃取液經(jīng)處理制得涂布液,煙草片基經(jīng)涂布、干燥、分切最終制得造紙法煙草薄片產(chǎn)品[2-3]。

因為煙草薄片的食用特殊性,對生產(chǎn)中選用的填料要求很高,目前大部分造紙法煙草薄片生產(chǎn)廠家均采用輕質(zhì)碳酸鈣(PCC)作為填料,但其在紙機(jī)網(wǎng)部流失嚴(yán)重,影響產(chǎn)品性能如松厚度、涂布率、吸液性能、吸味等,同時帶來成本增大問題。再加上目前造紙法煙草薄片生產(chǎn)廠家大多采用傳統(tǒng)的單層成形網(wǎng),這使得以上問題變得更加嚴(yán)重。

硅藻土是一種類似白堊的軟質(zhì)狀粉末,因具有特殊的孔隙結(jié)構(gòu)而具有吸附性,被廣泛應(yīng)用于不同行業(yè)[4]。在卷煙中硅藻土常被用于卷煙紙和濾嘴棒成型紙中,以提高卷煙紙透氣度和降低卷煙中焦油釋放量,如專利CN1393185A、CN201403495Y中介紹的濾嘴棒成型紙中加填硅藻土可顯著降低卷煙焦油釋放量[5-6]。造紙行業(yè)中常使用硅藻土來改善留著率和凈化廢水,如專利CN101133212A中介紹的在造紙中加入締合聚合物-無機(jī)填料-硅藻土的復(fù)合物能吸附細(xì)小物質(zhì),實現(xiàn)留著和濾水的改進(jìn)[7]；專利CN101343843A中介紹了使用硅藻土能提高廢紙制漿封閉生產(chǎn)用水的質(zhì)量[8]；專利CN102276093A中介紹了使用硅藻土復(fù)合物可以有效地處理造紙法煙草薄片生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水[9]。

本實驗在造紙法煙草薄片生產(chǎn)抄造或涂布工序中加填硅藻土,探討了加填硅藻土后對煙草片基和煙草薄片各項物理性能的影響,并對加填硅藻土的煙草薄片進(jìn)行了吸味評價。

1實驗

1.1實驗原料

煙草漿、漂白針葉木漿均取自生產(chǎn)車間現(xiàn)場。

PCC、GCC均來源于某公司生產(chǎn)的產(chǎn)品；硅藻土代號CY-100、 CY-200、 CY-300、CY-400、CY-WX3#,均由長白川一硅藻土有限公司提供。

1.2實驗儀器

RKZ-KW-T紙頁成型器,奧地利PTI有限公司；GSP 3030A涂布機(jī),韓國 Gist公司；VENTICELL數(shù)顯真空烘箱,德國MMMGrop公司；TMI 4961厚度測定儀,美國TMI公司；INSTRON 2519 104T拉伸試驗機(jī),美國Instron公司；T/A 211 300柔軟度測定儀,美國THWING-ALBERT公司；KRK可列姆吸收性測定儀,日本KRK 公司；B180馬弗爐,德國Nabertherm公司；Borgwaldt kc D51填充值測定儀,美國博瓦特凱希有限公司；陰燃速率測定儀,南京雷烔儀器設(shè)備有限公司；METTLER TOLEDO XP603S電子分析天平,梅特勒-托利多儀器有限公司；Regmed SR/P打漿度測定儀,巴西Regmed 公司；DDJ動態(tài)濾水性測定儀,德國Muetek公司。

1.3實驗方法

抄造工序添加硅藻土：從生產(chǎn)車間現(xiàn)場取已打好的煙草漿、木漿在實驗室按規(guī)定配料比混合后,再按照生產(chǎn)中配料比規(guī)定加填相同質(zhì)量的碳酸鈣或硅藻土。物料混合均勻后用紙頁成型器制備煙草片基,取生產(chǎn)中涂布液用實驗室涂布機(jī)對煙草片基涂布、烘箱干燥后得到煙草薄片成品。

涂布工序添加硅藻土：從生產(chǎn)現(xiàn)場取制備好的煙草片基和涂布液,在涂布液中添加不同質(zhì)量比的硅藻土混合均勻后,用涂布機(jī)對煙草片基完成涂布實驗,最后經(jīng)烘箱干燥得到煙草薄片成品。

1.4煙草片基和煙草薄片成品物理性能檢測

將制備好的煙草片基或煙草薄片樣品在溫度(22±1)℃、相對濕度(60±5)%條件下,恒溫恒濕處理48 h,然后再進(jìn)行各項性能的測定。

抗張強度按照GB/T 12914進(jìn)行測定；厚度按照GB/T 451.3進(jìn)行測定；柔軟度按照GB/T 8942進(jìn)行測定；定量按照GB/T 451.2進(jìn)行測定；填充值按照GB/T 152進(jìn)行測定；灰分含量按照GB/T 463進(jìn)行測定；吸收性按照GB/T 461進(jìn)行測定。

2結(jié)果與討論

2.1在造紙法煙草薄片抄造工序加填硅藻土對煙草片基物理性能影響

2.1.1對煙草片基單程留著率影響

實驗選用的用于抄造工序加填的4種型號硅藻土的性能參數(shù)具體見表1。4種型號硅藻土的孔徑分布、粒徑分布不同,相應(yīng)的留著性及吸附性不同。

表1　在抄造工序加填的硅藻土性能參數(shù)

抄造煙草片基的設(shè)定定量為70 g/m2,則煙草片基單程總留著率計算見式(1)。

(1)

圖1　加填PCC與不同型號硅藻土煙草片基定量比較

填料定量/g·m-2單程總留著率/%較使用PCC提高的留著率/%PCC57.181.6-CY-10062.188.78.79CY-20063.891.211.8CY-30063.690.811.3CY-40064.291.612.4

由圖1和表2可知,硅藻土作為填料在抄造時加入可顯著提高煙草片基的定量和單程總留著率。目前理論上認(rèn)為硅藻土作為助留劑主要通過篩分作用、深度效應(yīng)及吸附作用3種作用協(xié)同從而達(dá)到助留的作用。

2.1.2對漿料品質(zhì)的影響

表3所示為抄造時加填不同填料對漿料品質(zhì)的影響。

表3　抄造時加填PCC和不同型號硅藻土對漿料品質(zhì)的影響

從表3可知，加填不同型號硅藻土漿料打漿度、濾水時間均增大,濕重減小,對此可能的原因分析是：硅藻土在水中分散性好,不易沉淀,且其多孔吸附性可能會吸附漿料中細(xì)小物質(zhì)和一些親水性大分子黏性物質(zhì),這樣使濾水更加困難。

2.1.3對煙草片基厚度和松厚度的影響

圖2所示為加填PCC和不同型號硅藻土對煙草片基厚度的影響。

圖2　加填PCC和不同型號硅藻土煙草片基厚度比較

從圖2可看出,抄造時加填不同型號的硅藻土能顯著提高煙草片基的厚度,其中加填CY-300硅藻土的煙草片基的厚度較加填PCC煙草片基增大33.33%。

表4　加填PCC和不同型號硅藻土煙草片基松厚度比較

表4所示為加填PCC和不同型號硅藻土對煙草片基松厚度的影響。由表4可看出,加填硅藻土后煙草片基的松厚度普遍增大,其中加填CY-300硅藻土煙草片基松厚度較加填PCC的煙草片基增大19.46%。

2.1.4對煙草片基抗張強度的影響

圖3所示為加填PCC和不同型號硅藻土對煙草片基抗張強度的影響。

圖3　加填PCC和不同型號硅藻土煙草片基抗張強度比較

由圖3可看出，與加填PCC相比，加填不同型號硅藻土煙草片基的抗張強度均有所降低。結(jié)合表2可知，抄造時硅藻土留著率很高,在煙草片基成形時妨礙了纖維的相互交織,相應(yīng)的抗張強度較加填PCC煙草片基均下降,其中加填CY-400硅藻土煙草片基單程總留著率最大,相應(yīng)的加填CY-400硅藻土煙草片基的抗張強度最小,比加填PCC的煙草片基減小10.08%。

2.1.5對煙草片基吸收性影響

采用可列姆吸收測定儀檢測加填PCC的煙草片基和加填CY-400硅藻土的煙草片基對清水和涂布液吸收性,實驗結(jié)果見圖4。

圖4　加填PCC和硅藻土煙草片基吸收性能比較

由圖4可看出,在相同時間內(nèi)加填CY-400硅藻土的煙草片基對涂布液和清水的吸收能力均好于加填PCC的煙草片基的。

2.1.6對煙草片基涂布率的影響

對加填不同型號硅藻土和PCC的煙草片基用涂布機(jī)在相同操作參數(shù)下涂布，并對其涂布率進(jìn)行比較,實驗結(jié)果見圖5。

圖5　加填PCC和不同型號硅藻土煙草片基涂布率比較

由圖5可看出,加填不同型號硅藻土的煙草片基的涂布率均大于加填PCC的煙草片基的,其中加填CY-400硅藻土的煙草片基涂布率最大,比加填PCC煙草片基的增大35.19%。理論分析主要原因為：①加填硅藻土煙草片基的松厚度大于加填PCC煙草片基的，煙草片基內(nèi)纖維交織疏松；②煙草片基中留著的硅藻土因多孔可吸收多倍于自身體積的液體,涂布時利于吸收涂布液。

2.2在造紙法煙草薄片抄造中加填不同型號硅藻土對煙草薄片物理性能的影響

2.2.1對厚度及定量的影響

圖6和圖7分別為加填不同填料對煙草薄片定量和厚度的影響。由圖6和圖7可看出,加填不同型號硅藻土煙草薄片的定量和厚度較加填PCC的煙草薄片均增大,主要是因為加填不同型號硅藻土煙草片基的定量、厚度、吸收性、涂布率均大于加填PCC的煙草片基的。

圖6　加填PCC和不同型號硅藻土煙草薄片定量比較

圖7　加填PCC和不同型號硅藻土煙草薄片厚度比較

2.2.2對抗張強度的影響

圖8所示為加填不同填料對煙草薄片抗張強度的影響。由圖8可看出，加填的煙草片基經(jīng)涂布后，影響煙草薄片抗張強度的因素很多,其中最重要的是纖維間的交織情況,加填不同型號硅藻土煙草片基因留著率高,妨礙纖維間交織,導(dǎo)致煙草片基抗張強度普遍減小,涂布后涂布液中一些大分子黏性物質(zhì)在一定程度上可賦予煙草薄片強度,因為加填硅藻土煙草薄片的涂布率較加填PCC的煙草薄片大,在一定程度上彌補因硅藻土導(dǎo)致煙草片基抗張強度下降的現(xiàn)象。

圖8　加填PCC和不同型號硅藻土煙草薄片抗張強度比較

2.2.3對煙草薄片填充值的影響

圖9所示為加填不同填料對煙草薄片填充值的影響。由圖9可看出,加填不同型號硅藻土的煙草薄片填充值較加填PCC煙草薄片均下降,原因可能是：加填硅藻土煙草薄片的涂布率均大于加填PCC煙草薄片的,煙草薄片涂布率升高,在一定程度上造成煙草薄片成品表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松度下降,導(dǎo)致填充值減小。

圖9　加填PCC和不同型號硅藻土煙草薄片填充值比較

2.2.4對煙草薄片陰燃速率的影響

圖10　加填PCC與不同型號硅藻土煙草薄片陰燃速率比較

圖10所示為加填PCC與不同型號硅藻土煙草薄片陰燃速率比較。由圖10可看出,加填不同型號硅藻土煙草薄片的陰燃速率較加填PCC煙草薄片的下降。對此現(xiàn)象原因分析為：①加填硅藻土的煙草薄片中有機(jī)成分下降、無機(jī)鹽含量增大,影響煙草薄片的燃燒性；②加填硅藻土煙草薄片的涂布率較加填PCC的煙草薄片高很多,使兩種樣品的水分、纖維交織狀態(tài)都有所差異,在一定程度上也可能會影響陰燃性。

2.2.5對煙草薄片吸味的影響

表5所示為加填不同填料對煙草薄片吸味的影響。

表5　加填PCC和不同型號硅藻土煙草薄片吸味比較

由表5可見，經(jīng)過卷煙評吸組對加填PCC和不同型號硅藻土的煙草薄片評吸比較后,一致認(rèn)為添加不同型號硅藻土的煙草薄片的吸味好于加填PCC的煙草薄片。

2.3在造紙法煙草薄片抄造中加填不同比例PCC和硅藻土的混合物對煙草片基的影響

對加填不同填料的煙草片基的定量和灰分進(jìn)行比較,結(jié)果見圖11～圖14,圖11和圖13中的數(shù)據(jù)由兩次實驗測得,因生產(chǎn)現(xiàn)場漿濃誤差會引起實驗結(jié)果偏差,因此不進(jìn)行批間比較,只進(jìn)行同批內(nèi)的比較。

由圖11和圖12可看出,加填CY-300和 CY-400硅藻土的煙草片基的定量和灰分大于加填PCC、GCC及不同比例GCC和PCC的煙草片基的,即加填硅藻土的煙草片基物料總留著率好于加填PCC、GCC及不同比例GCC和PCC煙草片基的。

圖13和圖14比較了加填不同比例PCC和CY-400硅藻土煙草片基的定量和灰分,從圖13和圖14可看出,隨CY-400硅藻土比例增加,煙草片基的定量和灰分都增大,即物料的單程總留著率增加。

圖11　加填不同填料煙草片基定量比較

圖12　加填不同填料煙草片基灰分比較

圖13　加填不同PCC∶硅藻土煙草片基定量比較

圖14　加填不同PCC∶硅藻土煙草片基灰分比較

2.4在造紙法煙草薄片涂布過程中添加硅藻土對煙草薄片的影響

2.4.1對煙草薄片涂布率的影響

在涂布工序添加的硅藻土為CY-WX3#，其性能參數(shù)見表6。圖15所示為涂布液中添加不同用量硅藻土對煙草薄片涂布率的影響。由圖15可看出,隨涂布液中硅藻土用量的增加,煙草薄片的涂布率呈增大趨勢。

表6　涂布工序加填的硅藻土性能參數(shù)

圖15　涂布液中添加不同用量硅藻土對煙草薄片涂布率的影響

2.4.2對煙草薄片厚度的影響

圖16所示為涂布液中添加不同用量硅藻土對煙草薄片厚度的影響。由圖16可看出,隨涂布液中硅藻土用量的增加,煙草薄片的厚度呈增加趨勢。

圖16　涂布液中添加不同用量硅藻土對煙草薄片厚度的影響

2.4.3對煙草薄片抗張強度的影響

圖17所示為涂布液中添加不同用量硅藻土對煙草薄片抗張強度影響。由圖17可看出,隨涂布液中硅藻土用量的增加,煙草薄片的抗張強度呈降低趨勢。

圖17　涂布液中添加不同用量硅藻土對煙草薄片抗張強度的影響

2.4.4對煙草薄片填充值的影響

圖18所示涂布液中添加不同用量硅藻土對煙草薄片填充值的影響。由圖18可看出,隨涂布液中硅藻土用量增加,煙草薄片的填充值變化很小,可視為對填充值幾乎無影響。

圖18　涂布液中加填不同用量硅藻土對煙草薄片填充值的影響

2.4.5對煙草薄片灰分的影響

圖19所示為涂布液中添加不同用量硅藻土對煙草薄片灰分的影響。由圖19可看出,隨涂布液中硅藻土用量的增加,煙草薄片的灰分呈增加趨勢。

圖19　涂布液中添加不同用量硅藻土對煙草薄片灰分的影響

2.4.6對煙草薄片陰燃速率的影響

圖20所示為涂布液中添加不同用量硅藻土對煙草薄片陰燃速率的影響。由圖20可看出,隨涂布液中硅藻土用量增加,煙草薄片的陰燃速率變化很小,可視為對陰燃速率幾乎無影響。

圖20　涂布液中添加不同用量硅藻土對煙草薄片陰燃速率的影響

3結(jié)論

在造紙法煙草薄片生產(chǎn)抄造或涂布工序添加硅藻土，以改善煙草薄片產(chǎn)品品質(zhì)。

3.1與抄造工序加填PCC的煙草片基相比,加填不同型號硅藻土的煙草片基定量、厚度、松厚度、涂布率、吸液性能、打漿度增大,漿料濾水時間延長、濕重減小。

3.2與抄造工序加填PCC的煙草薄片相比,加填不同型號硅藻土的煙草薄片定量、厚度、抗張強度增大,填充值和陰燃速率減小,吸味變好。

3.3在抄造工序加填不同比例PCC-硅藻土,隨硅藻土比例增加,煙草片基的定量和灰分增大。

3.4在涂布工序涂布液中添加硅藻土,隨硅藻土用量增加,煙草薄片的涂布率、厚度、灰分增大,抗張強度減小,填充值和陰燃速率幾乎不受影響。

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(責(zé)任編輯：馬忻)

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“2015 CIPTE國際造紙技術(shù)報告會”精彩繼續(xù)

由中國造紙協(xié)會、中國造紙學(xué)會和中國制漿造紙研究院共同主辦的“2015中國國際造紙科技展覽會及會議”將于2015年9月16—18日在北京全國農(nóng)業(yè)展覽館舉行。展會期間的9月17日，主辦單位仍將舉辦國際造紙技術(shù)報告會，為國內(nèi)外造紙行業(yè)的專家、學(xué)者及技術(shù)人員提供造紙行業(yè)最新的技術(shù)發(fā)展和市場動態(tài)。

此前在2014年9月上海造紙科技展覽會期間，由中國造紙學(xué)會、中國制漿造紙研究院和芬蘭造紙工程師協(xié)會合作舉辦的為期一天的“2014 CIPTE國際造紙技術(shù)報告會”，邀請了來自中國、芬蘭、德國的專家對涂布、生物質(zhì)、節(jié)能降耗等造紙工業(yè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了演講，吸引了來自國內(nèi)外造紙及相關(guān)企業(yè)、高等院校、研究院所的近260名聽眾。特別是在報告會討論交流環(huán)節(jié)，聽眾與演講嘉賓就報告中所介紹的新技術(shù)、新設(shè)備以及我國造紙工業(yè)發(fā)展前景等問題進(jìn)行了熱烈的討論和交流。與會代表紛紛表示，此次技術(shù)報告會的內(nèi)容抓住了當(dāng)前造紙行業(yè)的技術(shù)熱點，針對性強，對制漿造紙工業(yè)可持續(xù)發(fā)展、可能的新技術(shù)等有了新的了解，受益匪淺，報告會取得了圓滿成功。

2015年，中國造紙學(xué)會和中國制漿造紙研究院將再度與芬蘭造紙工程師協(xié)會合作，共同舉辦“2015 CIPTE國際造紙技術(shù)報告會”，報告會為期一天。鑒于目前造紙行業(yè)正處于發(fā)展的低谷期，因此如何走出困境，尋求行業(yè)持續(xù)發(fā)展的新路，成為廣大造紙行業(yè)工作者普遍關(guān)注的問題。本屆會議的亮點將是在上午時段邀請國內(nèi)外專家就造紙行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景展開討論，內(nèi)容主要涉及制漿造紙近期國內(nèi)技術(shù)進(jìn)步回顧、包裝紙和紙板國內(nèi)外市場概況和展望、商品漿供需現(xiàn)狀和展望、廢紙供需現(xiàn)狀和展望等，希望能夠幫助造紙企業(yè)擺脫困境、平穩(wěn)發(fā)展；下午則著重在行業(yè)的熱點問題及最新的前沿技術(shù)方面與大家進(jìn)行探討。相信這一行業(yè)盛會將為熱心造紙行業(yè)發(fā)展的業(yè)內(nèi)人士提供很好的溝通和交流平臺，為促進(jìn)造紙行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)?！は憔⒛z囊·

Application of Diatomite in the Production of Reconstituted Tobacco

ZHANG Ke-juan*ZHANG Da-kunLI Xin-sheng

(TaicangHaiyanReconstitudedTobaccoCo.,Ltd.,ShanghaiTobaccoGroup,Taicang,JiangsuProvince, 215433)

(*E-mail: zhangkejuan123@163.com)

Abstract：The application of diatomite as filler in papermaking or coating processes of reconstituted tobacco production was studied in order to improve the quality of reconstituted tobacco. The results showed that compared with PCC filler,the application of diatomite could obviously improve the basis weight, thickness, coating amount and liquid absorption characteristic of the base sheet, the reconstituted tobacco filling with diatomite could obviously improve the basis weight, thickness, tensile strength and smoke flavor. As the proportion of diatomite to PCC increased in papermaking process, the basis weight and ash content of base sheet increased. As the proportion of diatomite increased in coating slurry,the coating amount, thickness and ash content of reconstituted tobacco increased.

Key words：diatomite; reconstituted tobacco; coating; physical properties; PCC

收稿日期：2014- 12- 01(修改稿)

中圖分類號：TS727+.6; TS761.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0254- 508X(2015)04- 0026- 07

作者簡介：張克娟女士,碩士；主要從事造紙法煙草薄片的研發(fā)工作。