提高造紙法再造煙葉松厚度及吸收性能的策略

李美燦 陳嶺峰 郭 輝 武士杰，* 劉 忠 溫洋兵 劉洪斌，*

(1.天津科技大學天津市制漿造紙重點實驗室，天津，300457；2.中國制漿造紙 研究院，北京，100102；3.云南中煙再造煙葉有限責任公司，云南昆明，650106)

·造紙法再造煙葉·

李美燦女士，在讀碩士研究生；主要研究方向：造紙濕部化學。

提高造紙法再造煙葉松厚度及吸收性能的策略

李美燦1，2陳嶺峰3郭 輝3武士杰3，*劉 忠1溫洋兵1劉洪斌1，*

(1.天津科技大學天津市制漿造紙重點實驗室，天津，300457；2.中國制漿造紙 研究院，北京，100102；3.云南中煙再造煙葉有限責任公司，云南昆明，650106)

松厚度和吸收性能是評價造紙法再造煙葉質量的重要依據，具有高的松厚度和吸收性能意味著可提高填充值，提高卷煙煙支飽滿度，減少煙絲耗用量；高吸收性不僅可使煙絲充分燃燒，降低有害物質，也可使片基在涂布過程中充分吸收涂布液，保證良好的涂布效果。本文主要論述了松厚度和吸收性能對造紙法再造煙葉質量的重要意義，并從原料、打漿工藝、抄造配比、加填助留、涂布等方面提出了相關策略，用以改善產品的吸收性能。

造紙法再造煙葉；吸收性能；松厚度

1 造紙法再造煙葉的吸收性能

近年來，以卷煙過程中廢棄的煙梗、煙末和煙棒等為原料，利用造紙法制得的產品稱為造紙法再造煙葉(也稱煙草薄片)。再造煙葉既有疏松多孔、燃燒性好，柔軟耐折、機械加工性能好，填充值高等物理性能，也擁有特殊的化學性質，例如其焦油含量僅為天然煙葉含量的50%[1]，生產過程中可人為控制煙堿成分及賦香含量。因此在卷煙中添加適量的再造煙葉，一方面可最大限度地節(jié)省煙葉原料，有效降低生產成本；另一方面可有效提高低檔次煙葉的使用價值，生產出滿足市場需求的多樣化產品。

兩步法加工工藝[2]利用現代制漿造紙技術和設備發(fā)展而成，已成為目前廣泛使用的再造煙葉制造技術。第一步是將煙草原料浸泡后進行固液分離，不溶物經打漿后抄造成片基，萃取液經濃縮調配后制成涂布液，第二步是將固液結合，將涂布液施涂于片基上，經干燥分切制得再造煙葉。

吸收性能是評價造紙法再造煙葉質量的重要依據。造紙法再造煙葉與紙張一樣具有多孔性結構[3]，其吸收性能一方面與再造煙葉的孔隙率即透氣度有密切聯系，另一方面也與再造煙葉的吸液能力直接相關。再造煙葉的吸收性能意味著纖維疏松多孔、填充值高，這樣不僅可提高卷煙煙支飽滿度，減少煙絲耗用量也可充分燃燒煙絲，降低有害物質量；使片基在涂布過程中充分吸收涂布液，保證良好的涂布效果。因此，如何提高再造煙葉的吸收性能是學術研究領域和再造煙葉制造業(yè)界共同關心的課題，本論文綜述了提高造紙法再造煙葉吸收性能的策略。

圖1 再造煙葉原料纖維光學顯微鏡圖[4]

2 提高吸收性能的相關策略

2.1原料分析

造紙法再造煙葉原料的纖維形態(tài)如圖1所示，圖1中顯示出煙梗、煙末和煙棒均含有大量的雜細胞，其中煙梗和煙末的雜細胞中薄壁細胞占主導地位，而煙棒的雜細胞導管細胞更多，煙梗原料的纖維含量比煙末和煙棒纖維多[4]。劉曉峰等人[4]使用FS300纖維質量分析儀對3種化學離析后的煙草原料纖維進行了纖維形態(tài)測定，結果表明，煙梗的質均纖維長度為0.76 mm，煙末的質均纖維長度為0.53 mm。此外，3 種原料中重均長度低于 0.2 mm 的細小組分都高于20%，煙梗的細小組分含量為20.6%，煙末中細小組分含量為 38.4%。

由于煙草漿組成成分的特殊性，在片基抄造過程中不能保證紙機運行的穩(wěn)定性，傳統生產上通過添加植物纖維來提高再造煙葉的物理強度，但其在保證紙機運行穩(wěn)定的同時，不可避免的會對再造煙葉質量產生一定的影響。當再造煙葉的木素含量較高時，卷煙燃燒時生成的苯、苯酚、稠環(huán)芳烴等有害物質含量也會提高，且片基的柔軟性變差[5]。羅沖等人[6]的相關實驗證明，添加木素含量較低的漂白化學漿(漂白針葉木硫酸鹽漿∶漂白闊葉木硫酸鹽漿=1∶1)作為外加纖維(簡稱外混漿)，有利于提高煙草片基的吸收性、柔軟性、抗張強度以及降低再造煙葉卷煙有害物質的含量，且外混漿的添加量為20%左右較為合適。

外混漿通常先經過打漿處理，然后與煙草漿混抄，圖2為片基的松厚度和吸收性能隨外混漿打漿度的變化。從圖2可以看出，隨著外混漿打漿度的上升，片基的松厚度和相對吸收性均減小，打漿度由30°SR增大到62°SR，片基的松厚度下降了6.4%，相對吸收性下降了6.1%。外混漿的加入會給再造煙葉的吸收性能帶來不良影響，因此外混漿量要控制在適宜的范圍。

圖2 片基松厚度和相對吸收性隨外混漿打漿度的變化[7]

圖3為片基松厚度和相對吸收性隨煙草漿和外混漿不同配比的變化。從圖3可以看出，片基的松厚度隨著煙草漿比例的上升稍有降低；相對吸收性則隨著煙混漿比例的上升而有較大的提升，表明松厚度和相對吸收性并不一定成正比關系。王鳳蘭等人[7]的研究指出，煙草漿和外混漿最佳漿料配比為6∶1，煙草漿中煙末漿和煙梗漿的最佳比例為1∶1，在此漿料配比下既能保證再造煙葉的質量，又能適當提高片基的吸收性能、抗張指數和濕抗張指數。

2.2預處理

王鳳蘭等人[8]采用銨堿法對煙梗纖維進行預處理，可顯著改善煙梗纖維的吸收性能。卷煙感官評吸表明，與采用普通造紙法再造煙葉卷制的卷煙相比，經上述銨堿預處理后的造紙法再造煙葉卷制的卷煙，感官評吸得分最高，比普通卷煙高 1.9分。李正勇等人[9]發(fā)明了一種在造紙法再造煙葉制備過程中采用較柔和的堿試劑對萃取后的固形物纖維進行處理的方法，選用濃度為0.04%～0.16%的澄清石灰水溶液，在固液比為1∶4～1∶8、溫度25～60℃、時間25～45 min條件下處理打漿后的漿料得到的再造煙葉，與未用澄清石灰水溶液進行堿處理制得的再造煙葉相比，再造煙葉的柔軟度和吸收性分別提高了29.8%和75.0%。由于再造煙葉的吸收性和松厚度有關，毛耀等人[10]發(fā)明了一種采用碳酸氫鈉提高片基松厚度的方法，漿料在送抄前池前，依次加入食品級乙酸和碳酸氫鈉溶液，純乙酸的加入量為漿料絕干質量的1%～20%，純碳酸氫鈉的質量為純乙酸的0.5～1.4倍。碳酸氫鈉反應產生的二氧化碳氣體能夠擴大纖維間的距離，使纖維在之后的網部成形過程中繼續(xù)保持了較大間距[11]，因此制得的片基松厚度從1.4～1.5 cm3/g提高到1.6～1.9 cm3/g。

圖3 片基松厚度和相對吸收性隨煙草漿和 外混漿不同配比的變化[7]

制漿方式定量/g·m-2厚度/mm抗張強度/kN·m-1抗張指數/N·m·g-1灰分/%吸水速率/s混合制漿57.30.2810.5679.907.577分開制漿57.60.2630.60310.468.577

圖4 添加和未添加PCC的片基電鏡掃描圖[15]

圖5 加填不同填料的 片基灰分比較[17]

圖6 加填PCC和不同型號 硅藻土片基涂布率比較[18]

2.3打漿

煙梗纖維呈細長帶狀，腔大壁薄，易分絲帚化，不宜對其進行過度打漿。過度打漿會導致煙梗組分粗度和卷曲率的大幅降低，會影響抄造過程中片基的松厚度和透氣度。王亮等人[13]研究發(fā)現煙梗經過低濃磨漿后，可增加片基的松厚度。煙末纖維粗且短，表面難分絲帚化，易破碎，細小組分含量特別高，適宜輕度打漿。相對于煙末的其他制漿方式，采用預處理后40～80目的煙末，能更好地改善片基的吸收性能[14]。表1為兩種制漿方式下片基的物理性能比較。從表1可以看出，分開制漿較混合制漿片基的抗張指數提高5.7%，灰分提高11.9%。與混合制漿片基相比，分開制漿片基的灰分明顯提高?；曳痔岣哂欣诟纳圃僭鞜熑~的吸收性能及產品的柔軟性，也有利于降低生產成本。因此采用煙梗、煙末和外混漿在不同打漿條件下分開制漿，各自控制磨漿濃度及打漿度，可制得吸收性能良好的低定量再造煙葉。

2.4填料

在滿足成紙強度指標要求的前提下，添加填料不僅可以增加填充值，還可以改善片基的松厚度和柔軟性能[15]。目前造紙法再造煙葉的片基生產中常用填料為輕質碳酸鈣(PCC)、重質碳酸鈣(GCC)和硅藻土(CY)。圖4為添加和未添加PCC的片基電鏡掃描圖。圖5為加填不同填料的片基灰分比較。圖6為加填PCC和不同型號硅藻土的片基涂布率比較。

PCC填料的晶形呈紡錘狀、菊花瓣狀、針狀[17]，能提供給片基較高的松厚度。PCC粒子能夠填充于煙草纖維、木漿纖維之間，使得松厚度增加。雖然增加 PCC填料的用量能使松厚度有所改善，但是添加 PCC會阻礙纖維間的結合，降低片基的強度性能。羅沖等人[15]研究發(fā)現當PCC的添加量為15%左右時，片基的性能最佳。另外，PCC的粒徑很小，在紙機網部流失嚴重，導致灰分偏低，因此片基灰分偏低又帶來吸液性能、外觀性能、抽吸性能變差以及原料成本增大等諸多問題，PCC在網部的留著是片基生產中的一個技術難題[16]。

GCC是一種在造紙上常用的填料，因其是由礦石研磨而成，粒度要大于PCC，因此，GCC在紙機成形網上的自留著效果要優(yōu)于PCC。另外，由于GCC粒徑較大，其用于造紙加填還可以提高紙張的松厚度，改善片基吸液性能。GCC在中試應用中，紙機運行良好，片基灰分和涂布量得到明顯提高，抗張強度和亮度則稍有下降，片基抗張強度的降低不影響紙機的正常運行。

硅藻土作為填料在抄造時加入可顯著提高片基的定量和單程總留著率。與加填PCC的片基相比，加填硅藻土后片基的涂布率及吸液性得到提高。在抄造工序加填 PCC-硅藻土，隨硅藻土比例增加，片基的定量和灰分增大；在涂布液中加填硅藻土，隨硅藻土用量增加，再造煙葉的涂布率、厚度、灰分都增大。原因在于加填硅藻土片基的松厚度大于加填PCC片基的，片基內纖維交織疏松，并且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，涂布時更利于吸收涂布液。

2.5助留助濾劑

在造紙法再造煙葉片基的生產中，常加入助留劑來提高填料和細小組分的留著，隨著助留劑用量的增加，更多的填料和細小纖維被留著在再造煙葉內[19]。鑒于再造煙葉在吸食安全方面的特殊要求，所選助留劑必須無毒無害，且不影響抽吸質量。

殼聚糖是自然界存在的堿性天然多糖，胡惠仁等人[20]利用殼聚糖與膨潤土組成微粒助留助濾體系，研究其對煙草漿料的助留助濾性能的影響。結果表明，用量為0.1%的殼聚糖與用量為 0.4%的膨潤土組成的微粒助留助濾體系與只添加 0.1%的殼聚糖相比，漿料的單程留著率、填料留著率、20 s內的濾水量分別提高了 14%、12%和190 g。瓜爾膠作為一種天然的半乳甘露聚糖類植物膠，陽離子改性后能夠顯著地提高細小組分的留著率，李新生等人[21]利用動態(tài)濾水分析儀在實驗室中模擬生產條件，研究了陽離子瓜爾膠用量以及剪切力對其在片基的助留效果的影響，確定最佳用量為0.3%，添加點選擇在壓力篩后，避免了抄造段短流程中的過多剪切；紙料的網部單程留著最高可以提高8%，片基灰分最多可以提高3%。孫德平等人[22]對木漿進行打漿，以碳酸鈣為填料，瓜爾膠或殼聚糖為助留助濾劑，將煙草漿與木漿配抄成片基，結果表明，漿料(煙草漿和木漿)完全一樣的情況下，添加助留劑的片基比不加助留劑片基的松厚度高，柔軟性更好，而抗張強度較低。這是因為添加助留劑，提高PCC填料的留著率，因而增加了片基的松厚度，但同時也降低了片基的結合強度。在漿料相同、瓜爾膠和殼聚糖用量也相同(0.6%)時，添加殼聚糖的片基比添加瓜爾膠的松厚度更高，抗張強度更低，濾水性更好，說明殼聚糖的助留助濾效果要優(yōu)于瓜爾膠。

2.6涂布

涂布是造紙法再造煙葉生產中較為關鍵的一環(huán)，涂布液是再造煙葉可溶性成分及香氣成分的主要載體，主要來源于煙草原料的濃縮萃取液，高萃取液得率是制備高品質涂料的前提[23]。涂布率[24]指涂到片基上的物質質量占片基總質量的質量分數，它是再造煙葉生產中最為關鍵的參數之一，其值的高低直接決定著再造煙葉卷煙的抽吸品質、物理指標及煙氣指標。根據Ryu等人[25]的結論，一個質量良好的再造煙葉涂層應具有多孔結構，這種粗糙的表面可提高紙張的透氣度和吸收性。Roberts等人[26]研究了不同劑量(0.1%、0.3%和0.5%)羧甲基纖維素(CMC)和陽離子瓜爾膠(CGG)對涂層流變性能的影響。分別使CMC、CGG用量從0.1%提高到0.5%，前者涂層黏度提高到200.0 mPa·s以上，后者黏度約提高100.0 mPa·s，因此CMC具有更好的增黏性能，且當流變劑(CMC)用量為0.1%時，再造煙葉具有較好的涂層表面結構(見圖7)。由圖7可見，涂料均勻填充于片基內部，而且涂層表面沒有明顯的片狀結構生成，故片基的吸收性較好。

圖7 添加0.1%CMC再造煙葉的涂層表面結構[26]

國內造紙法再造煙葉多采用浸涂法進行涂布，涂布液的浸透性決定了產品的內在品質，特別是碳酸鈣加至涂布液，碳酸鈣基本被涂覆于片基的表面，其原因很可能與涂布液體系內碳酸鈣的浸透性不佳有關。涂布液內添加碳酸鈣使原涂布液的物理指標發(fā)生了變化，如組分擴散性、組分均一性變差，直接影響了片基的吸收性。李山等人[27]針對涂布段添加碳酸鈣的滲透性及分散性進行了研究，探究出了涂布液內添加碳酸鈣的最佳實驗條件為涂布液濃度60.79%，涂布溫度70℃，助劑CP～4#、KLD～1及DAP2所占比例均為2.52%，碳酸鈣占12.61%。在此條件下制得的涂布液黏度適中，既可以使填料最大限度黏附在片基上，又不會因涂布液黏度過大而造成斷紙。

李涵等人[28]在保證片基、涂布液、涂布工藝等一致的情況下，通過制備不同涂布率的樣品，并對各樣品進行理化指標、感官質量等方面的綜合評價。結果表明，片基緊度隨涂布率的升高呈現“升高-降低-升高”的趨勢，片基透氣度隨涂布率的升高呈較明顯下降，為保證片基主要物理性能處于較適宜的水平，涂布率的最佳范圍在55%～65% 之間。

周新貴等人[29]發(fā)明了一種提高再造煙葉松厚度的組合涂布液，包括納米碳酸鈣微膠囊10～30份，微晶纖維素6～12份，分散劑1～3份，煙草萃取液90～120份，該涂布液使片基在涂布時對煙草萃取液的吸收性得以提高。該方法以納米碳酸鈣微膠囊作為涂布填料代替PCC，由于其是納米級別，在涂布液制備過程中分散不均勻會造成團聚。因此，將其做成微膠囊結構不僅利于分散，還能有效提高留著率。另外，通過超聲波作用能使囊壁破裂，釋放出納米碳酸鈣，起到提高紙張表面勻度的效果。Gao等人[30]在涂布液中加入檸檬酸鈉和檸檬酸鉀，雖然對再造煙葉的主要化學成分和表面微觀結構沒有太大影響，但可以顯著降低再造煙葉的焦油和CO釋放量。陳克復等人[31]在涂布液中加入微晶纖維素，加強了片基成分間的相互結合，增加片基強度；且微晶纖維素的多孔結構有利于對萃取液成分的吸收和保留。

3 結 語

松厚度和吸收性能是評價造紙法再造煙葉質量的重要依據，高的松厚度和吸收性能可提高卷煙煙支飽滿度，減少煙絲耗用量；降低有害物質；改善片基的涂布效果。

提高造紙法再造煙葉吸收性能的可行技術包括原料的選擇、分開打漿技術、使用外混漿優(yōu)化抄造配比、加填填料提高留著、提高涂布性能等。目前，進一步提高造紙法再造煙葉的吸收性能仍是再造煙葉生產中的關鍵問題，需要進行更多的基礎研究和技術開發(fā)。

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TheStrategiesforImprovingBulkandAbsorbabilityofReconstitutedTobaccoSheetProducedbyPapermakingProcess

LI Mei-can1,2CHEN Ling-feng3GUO Hui3WU Shi-jie3,*LIU Zhong1WEN Yang-bing1LIU Hong-bin1,*

(1.TianjinKeyLabofPulp&Paper,TianjinUniversityofScience&Technology,Tianjin, 300457; 2.ChinaNationalPulpandPaperResearchInstitute,Beijing, 100102; 3.YunnanReconstitutedTobaccoCo.,Ltd.,Kunming,YunnanProvince, 650106) (*E-mail: wushi20082009@163.com; hongbin@tust.edu.cn)

Absorbability is an important property of reconstituted tobacco products. High absorption performance with high filling value can increase the fullness of cigarettes, reduce the amount of tobacco consumption and make tobacco completely burned to reduce harmful substances. It also allows the coating substrate fully absorbing in coating process. In this paper, the importance of absorption performance of the quality of reconstituted tobacco was summarized, and the related strategies for improving the absorption performance of reconstituted tobacco sheet were reviewed from the aspects of raw material, beating process, furnish composition, filler and retention aids and coating．

reconstituted tobacco by papermaking process; absorbability; bulk

TS761.2

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.10.013

2017- 05- 31(修改稿)

國家自然基金(31670589)，云南中煙再造煙葉科技項目(XM-J201602)。

*通信作者：武士杰，碩士，工程師；主要研究方向：再造煙葉工藝技術。劉洪斌，博士，教授；主要研究方向：造紙技術。

(責任編輯：常 青)