煙草原料磨漿性能對(duì)再造煙葉性能的影響

戴路++吳志宏++盧昕博++史春云++徐建++肖衛(wèi)強(qiáng)++胡安福++周國俊

摘要：為了比較煙梗、煙末打漿度對(duì)造紙法再造煙葉基片結(jié)構(gòu)的影響，比較了PFI磨漿對(duì)煙梗、煙末纖維形態(tài)以及基片物理指標(biāo)的影響。結(jié)果顯示，隨著磨漿轉(zhuǎn)速的提高，煙梗、煙末打漿度也提高，漿料濕重、平均纖維長度、寬度、粗度和卷曲指數(shù)都有不同程度地降低；隨著煙末打漿度的提高，基片抗張強(qiáng)度呈升高趨勢，厚度、松厚度及透氣度等均下降；隨著煙梗打漿度的提高，基片抗張強(qiáng)度先升高后下降，厚度、透氣度呈下降趨勢，松厚度先下降后上升；整體上，煙末對(duì)基片厚度、松厚度影響較大，煙梗對(duì)基片抗張強(qiáng)度影響較大，二者對(duì)透氣度都有影響。

關(guān)鍵詞：煙梗；煙末；磨漿性能；再造煙葉

中圖分類號(hào)：TS41+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）16-3099-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.16.025

Effect of Refining Performance of Tobacco Stem and Powder on Reconstituted Tobacco

DAI Lu1，WU Zhi-hong2，LU Xin-bo1，SHI Chun-yun1，XU Jian1，XIAO Wei-qiang1，HU An-fu1，ZHOU Guo-jun1

（1.Technology Center of China Tobacco Zhejiang Industrial Co.， Ltd.，Hangzhou 310024，China；

2.Hangzhou Liqun Environment-Protecting Paper Co.， Ltd.，Hangzhou 310018，China）

Abstract： In order to compare the effect of beating degree of tobacco stem and powder on base sheet structure of reconstituted tobacco， the influence of PFI refining on fiber morphology and physical index of base sheet were investigated. The results showed that the beating degree of tobacco stem and powder increased with the increasing rotate of refining； the wet weight， fiber length， fiber width， coarseness and curl were decreased in different extent. With the increase of beating degree of tobacco powder， the tensile strength increased and the thickness， bulk and air permeability decreased. With the increase of beating degree of tobacco stem， the tensile strength firstly increased and then decreased； thickness and air permeability decreased； bulk firstly decreased and then increased. The thickness and bulk of base sheet was obviously affected by tobacco powder； while the tensile strength was affected by tobacco stem； and the air permeability was affected by both.

Key words： tobacco stem； tobacco powder； refining performance； reconstituted tobacco

再造煙葉是利用煙梗、煙末等煙草物質(zhì)為主體原料，經(jīng)過重新組合加工而成的產(chǎn)品，其發(fā)展經(jīng)歷了輥壓法、稠漿法、造紙法3個(gè)階段[1]。主要工序包括原料預(yù)處理、萃取、濃縮、打漿、制漿、抄造、涂布、后處理等，造紙業(yè)俗語“七分打漿，三分造紙”。不同的原料、紙種都有不同的打漿要求，同一種纖維原料能生產(chǎn)多種性能和用途不同的紙張，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵主要靠打漿來完成。打漿會(huì)使纖維產(chǎn)生變形、潤脹、壓潰、切斷和細(xì)纖維化等變化[2]，這對(duì)于造紙法再造煙葉產(chǎn)品來說具有至關(guān)重要的影響。但是，不同于傳統(tǒng)的造紙纖維，煙草漿本身纖維短小，漿的質(zhì)量硬脆[3，4]，不易細(xì)纖維化；其次，煙草漿沒有經(jīng)過傳統(tǒng)造紙的蒸煮漂白等工序，果膠、木質(zhì)素和半纖維素都保留在漿料中[5-7]；雜細(xì)胞含量較高，打漿控制比較困難，煙梗切斷作用比較明顯，其纖維很難保留完整的結(jié)構(gòu)[8]，微觀形態(tài)粗短，經(jīng)過輕微打漿很容易打成碎片[9]。并且梗葉混合打漿時(shí)成漿的均勻性較差，煙碎片中的致香物質(zhì)流失較多，對(duì)再造煙葉的吸收性能和吸味都有很大影響[10]。目前行業(yè)內(nèi)并沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的打漿工藝流程，各條再造煙葉生產(chǎn)線的打漿工藝裝備各有其特點(diǎn)。因此，試驗(yàn)結(jié)合浙江省煙梗煙末原料特點(diǎn)，以PFI磨漿機(jī)為打漿設(shè)備，分別比較了煙梗、煙末單獨(dú)打漿并混合抄片測定基片的物理指標(biāo)，以期為再造煙葉生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

造紙法再造煙葉煙梗漿、煙末漿、外加纖維均取自杭州某煙廠車間現(xiàn)場；碳酸鈣（d50為11.34 μm）為杭州謝菲爾考克碳酸鈣有限公司產(chǎn)品；瓜爾膠（再造煙葉專用，食品級(jí)）為山東東達(dá)生物化工有限公司生產(chǎn)。endprint

設(shè)備及儀器主要有RK-3A凱塞法抄片器（北京丹貝爾儀器有限公司）、DCP-KZ（W）300抗張強(qiáng)度檢測儀（四川長江造紙儀器設(shè)備有限責(zé)任公司）、ZUS-4厚度儀（長春市小型試驗(yàn)機(jī)廠）、PTY-B300電子天平（常州亨托電子衡器有限公司）、GBJ-A標(biāo)準(zhǔn)纖維解離器（武漢格萊莫檢測設(shè)備有限公司）、ZQS7-PFI立式磨漿機(jī)（陜西科技大學(xué)機(jī)械廠）、JD-102紙張透氣度測定儀（東莞市精鼎儀器設(shè)備有限公司）、Morfi Compact纖維形態(tài)分析儀（法國 Techpap公司）、Nova Nano SEM 450掃描電子顯微鏡（美國FEI公司）等。

1.2 方法

1.2.1 磨漿 煙梗漿、煙末漿分別取自750盤磨前的漿料，然后按照TAPPI T 248 sp-08 Laboratory Beating of Pulp（Pfi Mill Method）標(biāo)準(zhǔn)方法，分別對(duì)煙梗和煙末進(jìn)行磨漿，達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)數(shù)后取出，采用打漿度測定儀測定打漿度；然后分別裝入塑料袋中，待平衡水分后測定其干度，放入冰箱中備用。

1.2.2 手抄片的制備 將磨好的煙梗漿、煙末漿平衡水分后，外加纖維取自某煙廠車間經(jīng)水力碎漿機(jī)碎漿后沉漿池中的纖維，將煙草漿、外加纖維、碳酸鈣填料以一定比例混合，在紙頁快速成形器上抄造手抄片，定量為60 g/m2。

1.3 樣品檢測

1.3.1 再造煙葉基片物理性能的測定 將手抄片在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下、空氣相對(duì)濕度為50%±2%、溫度為23 ℃±1 ℃環(huán)境里平衡48 h，然后進(jìn)行物理指標(biāo)的測定。手抄片定量按照文獻(xiàn)[11]的方法測定；厚度按照文獻(xiàn)[12]的方法測定；抗張強(qiáng)度根據(jù)文獻(xiàn)[13]的方法測定；透氣度按照文獻(xiàn)[14]的方法測定。

1.3.2 纖維分析及掃描電鏡觀察 采用纖維分析儀分析煙梗、煙末纖維形態(tài)；將手抄片噴金處理后，使用電子顯微鏡對(duì)纖維形態(tài)及形貌進(jìn)行觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 磨漿對(duì)煙梗、煙末纖維形態(tài)的影響

根據(jù)前期摸索的磨漿轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)應(yīng)的打漿度，分別取煙梗、煙末打漿度為20～60 °SR，將煙梗漿、煙末漿進(jìn)行磨漿，結(jié)果纖維形態(tài)情況見表1。從表1中可以看出，隨著磨漿轉(zhuǎn)速的提高，煙梗和煙末的打漿度都在提高，濕重都在降低。煙末初期打漿比較容易，磨漿轉(zhuǎn)速到10 000 r/min時(shí)，打漿度就能達(dá)到40 °SR，但后期隨著磨漿轉(zhuǎn)速的提高，打漿度增加幅度卻比較緩慢，如從40 °SR到60 °SR，能耗增加了3倍多；煙末濕重顯示，經(jīng)過輕微磨漿（2 000～3 000 r/min）后，濕重大幅度下降，從2.3 g直接降到0.9 g，隨后隨著打漿度提高，濕重下降幅度緩慢。不同于煙末漿初期較易的打漿，煙梗打漿度幅度整體增加比較平穩(wěn)，初期磨漿轉(zhuǎn)速需18 500 r/min時(shí)才能達(dá)到 40 °SR，當(dāng)打漿度超過50 °SR時(shí)，濕重下降幅度明顯，從4.6 g急劇下降到1.8 g。煙梗、煙末纖維形態(tài)變化顯示，隨著磨漿轉(zhuǎn)數(shù)的提高，煙梗、煙末的加權(quán)平均長度、纖維寬度、粗度及卷曲指數(shù)都逐漸下降，且下降趨勢各不相同。打漿度為20 °SR時(shí)，煙梗纖維長度為0.703 mm，煙末纖維長度為0.532 mm；打漿度40 °SR之后，纖維長度分別下降至0.656 mm和0.504 mm；60 °SR時(shí)，纖維長度分別為0.601 mm和0.484 mm。磨漿對(duì)煙梗的作用明顯比煙末要強(qiáng)，這說明煙梗纖維在打漿過程中很容易被切斷，而煙末本身已經(jīng)是細(xì)小纖維，繼續(xù)磨漿對(duì)其的影響較小。煙梗纖維粗度初期平穩(wěn)下降，表明磨漿在逐漸破壞纖維的細(xì)胞壁，使纖維分絲帚化，初期還是比較平穩(wěn)的，但在打漿度到40 °SR以后，纖維被大量切斷及明顯出現(xiàn)分絲帚化，纖維粗度下降幅度較大。煙末纖維粗度指標(biāo)類似于濕重的變化，在打漿度20 °SR輕微磨漿至30 °SR時(shí)，粗度從2.995 mg/m急劇降低到2.199 mg/m。纖維越長越容易發(fā)生纖維卷曲，隨著磨漿轉(zhuǎn)數(shù)的提高，煙梗、煙末的纖維卷曲指數(shù)呈逐漸下降的趨勢，表明磨漿初期增加了纖維分絲帚化，后期伴隨著纖維被切斷，纖維長度下降，纖維的卷曲指數(shù)也就隨之下降[15]。

2.2 煙梗、煙末對(duì)基片物理性能的影響

再造煙葉除了具有良好的結(jié)構(gòu)以外，還必須具有一定的機(jī)械強(qiáng)度及其他物理性能，其中最重要的一項(xiàng)指標(biāo)就是基片的吸液性能；基片對(duì)涂布液的吸收能力越好，可溶物就越容易地滲透到基片內(nèi)部去，這樣吸收均勻可以有效地改善抽吸品質(zhì)。將磨漿后的煙梗、煙末分別抄造成基片，測試了基片的抗張強(qiáng)度、厚度、松厚度以及透氣度幾項(xiàng)指標(biāo)，結(jié)果見表2。從表2可見，基片中煙梗的打漿度恒定時(shí)，隨著煙末打漿度的提高，基片的抗張強(qiáng)度呈升高變化趨勢，但不明顯，而厚度、松厚度及透氣度等均下降；當(dāng)煙末打漿度恒定時(shí)，隨著煙梗打漿度的提高，基片抗張強(qiáng)度先提高后下降，松厚度較平穩(wěn)，說明煙末對(duì)松厚度影響較大，煙梗影響較小，而厚度和透氣度均下降，煙末打漿度對(duì)基片結(jié)構(gòu)的影響見圖1。從圖1可見，隨著煙末打漿度的升高，基片的厚度呈下降趨勢，幅度不明顯，但是中期在30～40 °SR時(shí)下降明顯，從0.184 mm降低到0.155 mm，隨后趨于穩(wěn)定，說明煙末只需輕微磨漿即可；抗張強(qiáng)度隨著打漿度的升高而升高，表明磨漿有利于纖維分絲帚化，有利于纖維表面暴露出更多的羥基，因而增加了氫鍵的結(jié)合，強(qiáng)度得到提升，但是整體上升趨勢并不明顯，僅從0.07 （N·m/）g提高到0.11 （N·m）/g，這也是和煙末纖維形態(tài)有關(guān)。與煙梗纖維相比，煙末纖維要更小，而抗張強(qiáng)度主要是纖維長度分絲帚化結(jié)合力決定的，這一點(diǎn)和前面表1中煙末纖維形態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)；圖1中的松厚度和透氣度隨著打漿度的上升呈下降變化趨勢，這是由于磨漿雖然促進(jìn)了纖維分絲帚化、提高了結(jié)合強(qiáng)度，但是過高的磨漿會(huì)使纖維分絲嚴(yán)重，纖維之間的結(jié)合力更為緊密，緊度上升，因此造成了透氣度和松厚度的下降。煙梗打漿度對(duì)基片結(jié)構(gòu)的影響見圖2。從圖2可見，隨著煙梗打漿度的升高，基片的厚度呈下降趨勢，但幅度不明顯，僅從0.186 mm降低到0.162 mm，說明煙梗打漿度變化對(duì)基片厚度影響較?。豢箯垙?qiáng)度隨著打漿度的升高先升高后降低，前期同煙末磨漿一樣，磨漿初期有利于纖維分絲帚化，纖維表面暴露出更多的羥基，因此增加了氫鍵的結(jié)合，纖維結(jié)合力提升，抗張強(qiáng)度提高，在打漿度40 °SR時(shí)下降，說明磨漿后期對(duì)煙梗纖維的物理作用更加強(qiáng)烈，導(dǎo)致纖維不僅表面分絲帚化，而且嚴(yán)重的會(huì)使纖維碎片化，分子鏈斷裂，造成大量細(xì)小纖維，此時(shí)纖維長度下降，使纖維結(jié)合力逐漸下降。圖2中的松厚度隨著打漿度的上升呈下降后輕微上升的變化，其中前期下降和煙末一樣，后期之所以升高是由于深度磨漿后纖維分子鏈斷裂，造成大量細(xì)小纖維，而細(xì)小纖維形態(tài)類似于煙末。有研究表明，基片中煙末比例升高后松厚度會(huì)提高[16]，雖然造成松厚度后期升高，但是升高幅度并不是很大。從整體上來說，煙梗打漿度變化對(duì)松厚度的影響較小。透氣度下降趨勢和煙末一致。endprint

2.3 基片的掃描電鏡分析

在掃描電子顯微鏡里，煙梗、煙末不同打漿度下混合抄片的物理結(jié)構(gòu)見圖3，其中圖3-a、圖3-b、圖3-c、圖3-d、圖3-e為煙梗打漿度30 °SR、煙末打漿度分別為20、30、40、50、60 °SR條件下的基片掃描電鏡圖；圖3-f、圖3-g、圖3-h、圖3-i為煙末打漿度30 °SR、煙梗打漿度分別為20、40、50、60 °SR條件下的基片掃描電鏡圖。從圖3-a、圖3-b、圖3-c、圖3-d、圖3-e可以看出，隨著煙末打漿度的上升，基片整體形態(tài)變化并不是很明顯，基片結(jié)構(gòu)孔隙的孔徑較大，結(jié)構(gòu)較為疏松，這一點(diǎn)和抗張強(qiáng)度結(jié)果類似，說明煙末對(duì)其的影響較??；數(shù)據(jù)（表2）上顯示，松厚度和透氣度隨著打漿度上升呈下降變化趨勢，表明煙末本身已經(jīng)是細(xì)小纖維，經(jīng)過輕微磨漿后更加細(xì)小，容易進(jìn)入內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，造成松厚度和透氣度下降。圖3-f、圖3-g、圖3-h、圖3-i顯示，磨漿初期煙梗纖維比較挺硬（圖3-f），沒有明顯的分絲帚化，纖維之間結(jié)合得不是很緊密，結(jié)合面積少，能見到部分孔隙。而隨著磨漿轉(zhuǎn)速的提高，在打漿度為40 °SR（圖3-g）時(shí)，煙梗纖維變得非常柔軟扭曲，纖維表面能看到較明顯的分絲帚化現(xiàn)象，同時(shí)纖維之間的結(jié)合力逐漸增強(qiáng)，成紙性能較好，和煙梗對(duì)抗張強(qiáng)度的影響趨勢一致。同時(shí)，繼續(xù)磨漿造成煙梗纖維分絲帚化劇烈，基片結(jié)構(gòu)的緊度增大，透氣度下降很快，基片的孔隙也越來越?。▓D3-h、圖3-i），這一點(diǎn)與透氣度數(shù)據(jù)（表2）一致。結(jié)合表2數(shù)據(jù)及電鏡圖片，煙末打漿度對(duì)基片整體形態(tài)影響要小，為了保證基片具有較好的松厚度，只需輕微磨漿；煙梗對(duì)基片強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大，同時(shí)也易磨漿，需考慮基片保持一定的強(qiáng)度即可，不需要對(duì)煙梗纖維進(jìn)行過度磨漿。

3 小結(jié)

通過煙梗、煙末分別磨漿，以及分析抄片對(duì)基片物理結(jié)構(gòu)的影響后，發(fā)現(xiàn)煙梗、煙末打漿度隨著磨漿轉(zhuǎn)速的提高而提高，漿料濕重、平均纖維長度、寬度、粗度和卷曲指數(shù)都有不同程度地降低；隨著煙末打漿度的提高，基片抗張強(qiáng)度呈升高變化趨勢，厚度、松厚度及透氣度等均下降；隨著煙梗打漿度的提高，基片抗張強(qiáng)度先升高后下降，厚度和透氣度呈下降變化趨勢，松厚度先下降后升高；整體上煙末對(duì)基片厚度、松厚度影響較大，煙梗對(duì)基片抗張強(qiáng)度影響較大，二者對(duì)透氣度都有影響。

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