接裝膠及接裝紙種類對(duì)膠水滲透性的影響

張 晶馬曉偉馮 欣曲國(guó)福王東飛王建民

(1. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450000；2. 云南中煙紅塔集團(tuán)，云南 昆明 653100)

總通風(fēng)率是卷煙的一項(xiàng)重要卷接質(zhì)量指標(biāo)，其波動(dòng)是導(dǎo)致卷煙主流煙氣中焦油、煙堿、一氧化碳量波動(dòng)的主要因素之一，因此控制總通風(fēng)率穩(wěn)定性問題日益受到關(guān)注。對(duì)于預(yù)打孔通風(fēng)濾嘴卷煙而言，已知接裝膠滲透導(dǎo)致通風(fēng)區(qū)域面積改變、甚至堵塞通風(fēng)孔是總通風(fēng)率波動(dòng)的重要誘因，學(xué)者們圍繞該問題也開展了許多控制技術(shù)方面的研究。如：歐陽(yáng)斌等[1-4]通過改進(jìn)儀器涂膠裝置中控膠輥有膠區(qū)分布來控制涂膠量，從而避免接裝紙通風(fēng)孔受堵；姚二民等[5]研究了接裝紙涂膠量與接裝機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度和接裝紙包角的關(guān)系，結(jié)果表明接裝紙涂膠量隨接裝機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度提高而減少，隨接裝紙包角的增大而增大，并建立了涂膠量控制模型。這些研究的著重點(diǎn)在涂膠量控制方面，而針對(duì)膠水自身性質(zhì)導(dǎo)致接裝過程中滲透程度差異等方面的研究則少見報(bào)道。

關(guān)于膠水自身滲透性研究方面，陳岱峰[6]采用Emtec動(dòng)態(tài)滲透分析儀對(duì)接裝膠滲透特性進(jìn)行了表征，主要包括接裝膠吸收性即液體滲透速度，但不能測(cè)定接裝膠涂膠后的滲透面積。本試驗(yàn)擬在建立接嘴膠自然滲透率測(cè)定方法的基礎(chǔ)上，研究不同接裝膠在同種接裝紙上、以及同種接裝膠在不同接裝紙上自然滲透率的差異性，希望能夠?yàn)榻友b膠的選用、接裝膠與接裝紙的配合以及依據(jù)接裝膠性質(zhì)合理控制涂膠量等研究提供借鑒。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

12種不同牌號(hào)的卷煙紙、2種卷煙接裝膠A、B：云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司；

著色劑(Col)：貴州博士化工有限公司；

佳能相機(jī)：70D型，佳能(中國(guó))有限公司；

28.5 mm×5.5 mm的矩形孔PVC壓片：自制。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 制備著色膠 精確稱取接裝膠A、B樣品各10 g，分別置于2個(gè)燒杯中，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的添加量加入著色劑(Col)并充分?jǐn)嚢杈鶆?，使接裝膠呈均勻明顯的藍(lán)色。將其在溫度(22±2) ℃，相對(duì)濕度(60±5)%的環(huán)境下平衡48 h備用[7]。

1.2.2 制備接裝紙樣品 將12種不同牌號(hào)的接裝紙裁切成長(zhǎng)度為60 mm的紙片，每個(gè)牌號(hào)分2組，每組20片。將切好的接裝紙紙片在溫度(22±2) ℃，相對(duì)濕度(60±5)%的環(huán)境下平衡48 h備用。

1.2.3 制備測(cè)試樣品 將接裝紙紙片平鋪在光滑平整的平板上，將厚度為0.5 mm、中間開有28.5 mm×5.5 mm的矩形孔PVC壓片壓在紙片上，并使其矩形孔處于紙片中心位置，用夾子固定。用玻璃棒蘸取著色后的接裝膠A均勻涂抹在PVC壓片矩形框內(nèi)的涂膠區(qū)，充分填滿，用刮板刮去矩形框凹槽外多余的著色接裝膠A，此時(shí)取下PVC壓片，將涂膠后的接裝紙紙片放置在樣品板上。按照此方法制作20個(gè)平行樣品，共12組。用相同方法制作涂抹接裝膠B的樣品，共12組，每組20個(gè)樣品平行。將制作好的樣品同樣在溫度(22±2) ℃，相對(duì)濕度(60±5)%的環(huán)境下靜置2 h，使接裝膠自然固化。

1.2.4 滲透性測(cè)定及計(jì)算

(1) 滲透性測(cè)定：將開有矩形孔PVC壓片壓在紙片上，將凹槽涂膠區(qū)域用鉛筆充分涂滿作為初始涂膠面積，記為對(duì)照樣品，用相機(jī)對(duì)將自然固化好的涂有接裝膠的接裝紙樣品與對(duì)照樣品拍照。利用像素法[8-9]，將圖片導(dǎo)入Photoshop軟件，設(shè)置羽化值為0，去掉消除鋸齒選項(xiàng)，利用磁力套索工具選取接裝紙中藍(lán)色接裝膠區(qū)域，保持螞蟻線浮動(dòng)狀態(tài)，選擇“窗口”-“直方圖”命令，彈出直方圖對(duì)話框，讀出選取中所包含的像素?cái)?shù)，記為接裝膠固化后膠區(qū)像素?cái)?shù)。對(duì)照樣品做同樣處理，并記錄初始涂膠區(qū)域像素?cái)?shù)。

(2) 滲透性計(jì)算：將接裝膠固化后膠區(qū)像素?cái)?shù)減去初始涂膠區(qū)域像素?cái)?shù)即為接裝膠滲透面積的像素?cái)?shù)，滲透面積像素?cái)?shù)與初始涂膠區(qū)域像素?cái)?shù)的比值即為接裝膠的滲透率k。接裝膠參透率按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：

k——接裝膠滲透率，%；

N1——初始涂膠區(qū)域像素?cái)?shù)；

N2——接裝膠固化后像素?cái)?shù)。

將2組涂有接裝膠A、B的接裝紙樣品分別按上述方法測(cè)定并計(jì)算每個(gè)樣品中接裝膠滲透率，記錄數(shù)據(jù)結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 測(cè)量方法的靈敏度及重復(fù)性評(píng)價(jià)

A、B 2種接裝膠在12種不同接裝紙上的自然滲透率測(cè)定結(jié)果見表1，接裝膠A在不同接裝紙上的自然滲透率為0.024 5%～0.138 0%、RSD為6.56%～9.46%；接裝膠B在不同接裝紙上的自然滲透率為0.011 8%～0.112 0%、RSD為7.49%～9.98%。本方法測(cè)量結(jié)果反映的是涂膠區(qū)邊緣部分的膠水在無外力作用條件下向周邊自然滲透的程度，且是以涂膠區(qū)面積為基準(zhǔn)計(jì)算滲透率的，因此測(cè)量結(jié)果的量級(jí)較小。由表1可以看出，測(cè)量結(jié)果能夠較好地區(qū)分不同接裝膠以及相同接裝膠在不同接裝紙上自然滲透率的差異性。在測(cè)量結(jié)果量級(jí)較小的情況下RSD>10%，說明所建立的接裝膠自然滲透率測(cè)定方法的重復(fù)性較好，這為研究接裝膠及接裝紙對(duì)自然滲透率的影響奠定了基礎(chǔ)。

2.2 接裝膠及接裝紙對(duì)自然滲透率的影響

2.2.1 接裝膠的影響 分別對(duì)A、B 2種接裝膠在同一種接裝紙上的自然滲透率測(cè)定結(jié)果進(jìn)行T檢驗(yàn)[10]，結(jié)果見表2。2種接裝膠在12種接裝紙上的自然滲透率均存在極顯著差異性，說明接裝膠種類(自身性質(zhì))是影響其自然滲透性的重要因素。

2.2.2 接裝紙的影響 單因素方差分析結(jié)果表明，接裝膠A、B在不同接裝紙上的自然滲透率差異性均為極顯著(P值均為0.000)；LSD多重比較結(jié)果(表3)表明同一種接裝膠在大多數(shù)接裝紙上的自然滲透率存在顯著差異性。說明接裝膠的自然滲透率與接裝紙種類也有關(guān)系，換言之，不同接裝紙的抗膠水滲透能力不同。

表1 2組接裝膠滲透率均值及變異系數(shù)

表2 獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)

2.3 接裝紙抗膠水滲透能力分類

采用K-means聚類法[11]將2種接裝膠在12種接裝紙上的自然滲透率分為3組，結(jié)果如表4所示，其中第1組的自然滲透率最低(≤0.038 8%)、第2組的自然滲透率中等(0.040 7%～0.086 9%)、第3組的自然滲透率最高(≥0.112%)。通過分析各組接裝紙和接裝膠的組合可以看出，接裝紙7、9、11對(duì)應(yīng)的2種膠的自然滲透率均處于第1組，接裝紙5、10、12對(duì)應(yīng)的2種膠的自然滲透率均處于第2組，接裝紙2、3對(duì)應(yīng)的2種膠的自然滲透率分處于第2、3組，接裝紙1、4、6、8對(duì)應(yīng)的2種膠的自然滲透率分別處于第1、2組，說明某些接裝紙的抗膠水滲透能力與膠水種類無關(guān)，某些接裝紙的抗膠水滲透能力則因膠水種類而異，即存在接裝紙與膠水間的配合問題。

表3 LSD法多重比較結(jié)果?

? 小寫字母表示在0.05水平顯著；大寫字母表示在0.01水平顯著。

本研究按照抗膠水滲透能力的強(qiáng)弱可以將12種接裝紙分成4類(表4)，即抗膠水滲透能力強(qiáng)且與膠水種類無關(guān)，如接裝紙7、9、11；因膠水種類不同抗膠水滲透能力介于強(qiáng)至中等，如接裝紙1、4、6、8；抗膠水滲透能力中等且與膠水種類無關(guān)，如接裝紙5、10、12；因膠水種類不同抗膠水滲透能力介于中等至弱，如接裝紙2、3。

3 結(jié)論

(1) 建立了一種基于圖片處理技術(shù)的測(cè)定接裝膠自然滲透率的方法。與文獻(xiàn)[6]的方法相比，該方法的主要優(yōu)勢(shì)是可以直接評(píng)價(jià)接裝膠在接裝紙上的滲透程度。

表4 K-means聚類分析結(jié)果

(2) 接裝膠、接裝紙種類對(duì)自然滲透率的影響研究表明，接裝膠的自然滲透率除了與其自身性質(zhì)有關(guān)外，與不同接裝紙的抗膠水滲透能力也有關(guān)系。因此，為了減少接裝膠滲透對(duì)濾嘴通風(fēng)率造成的影響，除了控制涂膠量之外，通過接裝膠與接裝紙間的合理匹配，降低膠水滲透率也十分重要。

本試驗(yàn)所研究的是接裝膠的自然滲透率，即在無外力作用條件下涂膠區(qū)邊緣處膠水向周邊擴(kuò)散的程度，這與接裝濾嘴過程中接裝膠的實(shí)際滲透程度之間肯定存在差異性。但在無法準(zhǔn)確測(cè)定接裝膠實(shí)際滲透程度的情況下，本試驗(yàn)的研究方法及結(jié)論仍然是有意義的，為通過接裝膠及接裝紙的合理組合來降低接裝膠在接裝過程中的滲透程度，進(jìn)而提高濾嘴通風(fēng)率的穩(wěn)定性提供了理論依據(jù)。